Kernbrennstäbe weiter nutzen – Die USA und China sind dabei, Kleinreaktoren zu entwickeln – Das Einsammeln „grüner“ Energie ist teuer und kostet selbst zu viel Energie
Von Prof. Dr.-Ing. Hans-Günter Appel*)
Es gibt immer mehr Menschen auf der Erde, die immer mehr bezahlbare Energie für einen wachsenden Wohlstand fordern. Doch die Energiequellen stoßen an ihre Grenzen. Woher soll die Energie in Zukunft kommen? Die Sonnenenergie, die auf die Erde trifft, ist riesig. Die Menschheit braucht davon nur Bruchteile eines Prozentes. Warum bestehen dann Probleme, ausreichend bezahlbare Energie bereitzustellen?
Der Grund dafür ist die geringe Strahlungsdichte von etwa 100 Watt (W) je Quadratmeter im Jahresmittel. Am Tag wird davon ein Vielfaches erreicht. Dafür scheint nachts die Sonne nicht. Ihre Strahlung tagsüber wird zum Teil umgewandelt in kinetische Energie (Wind), chemische Energie (Pflanzen) und potenzielle Energie (Regen). Dadurch wird die Energiedichte weiter verwässert. Für eine Energieversorgung muss diese weit gestreute Energie eingefangen, konzentriert und in die gewünschte Energieform umgewandelt werden.
Um die Windkraft zur Stromherstellung zu nutzen, sind riesige Anlagen und große Flächen erforderlich, die inzwischen an vielen Stellen das Landschaftsbild prägen oder verunstalten. 50.000 Kubikmeter Wind mit einer Geschwindigkeit von 10 Metern je Sekunde (36 km/h) haben nur eine Kilowattstunde (kWh) kinetischer Energie.
Ähnliche Größenordnungen gelten auch für die Wasserkraft. Eine Tonne Wasser mit 360 Metern Fallhöhe hat 1 kWh potenzielle Energie. 1 kWh ist die Energie, die ein Mensch in 10 Stunden harter körperlicher Arbeit liefert. Sie kostet zur Zeit als Haushaltsstrom 50 Cent. Windgeneratoren können nur rund 30 Prozent der Windenergie in Strom umwandeln. Die Wasserwerke erreichen 80 bis 90 Prozent.
Grüne Energie ist unzureichend
Die nachwachsenden Pflanzen binden je Hektar 60.000 kWh als Biomasse. Das erscheint recht viel. Doch wir brauchen allein für unseren Lebensstandard 50.000 kWh Primärenergie je Einwohner. In der dicht besiedelten Bundesrepublik Deutschland mit 2,3 Einwohnern je Hektar gibt es für die Energieversorgung zu wenig Biomasse, zumal auf den Feldern auch noch Nahrung erzeugt werden muss. Maximal können in Deutschland fünf Prozent der Haushalte mit Biomasse beheizt werden. Dann ist das Angebot erschöpft.
Mit geringen Verlusten kann Wasserkraft in Strom umgewandelt werden. Aber aus Wasserkraftwerken kommen nur etwa fünf Prozent des benötigten Strom. Leider nämlich sind die Regenmengen und die Zahl der verwendbaren Fallhöhen in Deutschland zu gering.
Die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlen in Strom durch Photovoltaik hat nur einen geringen Wirkungsgrad von rund zehn Prozent. Um Deutschlands Energiebedarf zu decken, müssten mehr als zehn Prozent der Landesfläche mit Solarplatten bedeckt werden – eine erschreckende Vorstellung.
Grüne Energie braucht viel Material
Für das Einfangen und Konzentrieren der Sonnenenergie werden riesige Windräder, große Mengen Silizium für Solarplatten, Wasserstaubecken und viele tausend Tonnen Kupfer für Stromleitungen gebraucht. Viel Energie wird aber auch benötigt, um diese Baustoffe und Staubecken herzustellen. Herausragende Beispiele sind Silizium und Aluminium. Zur Erzeugung von einem Kilogramm Silizium oder Aluminium müssen fast 20 kWh Strom aufgewendet werden. Dies sind weitere große Energieverluste, für die die grünen Energiewende-Politiker fast aller Parteien blind sind.
Die Energienutzung der Sonnenstrahlen ist aufwendig und teuer. Hinzu kommt die ungewisse Verfügbarkeit. Der Energieeintrag ändert sich mit der Tageszeit und mit dem unkalkulierbaren Wetter. Eine bedarfsgerechte Versorgung durch Sonnenenergie wäre nur möglich, wenn es ausreichend große und bezahlbare Energiespeicher gäbe. Für die nächsten Jahrzehnte sind solche Speicher außer Sicht.
Mit der Sonne ist die komplette Energieversorgung Deutschlands nicht zu schaffen
Eine komplette Versorgung Deutschlands mit Sonnenenergie ist unmöglich. Für die geforderten Mengen ist die Landfläche zu klein. Das gilt auch für den Hoffnungsträger Windstrom an Land. Eine Überschlagsrechnung zeigt, dass man zum Wechsel auf Windstrom etwa fünf Prozent der Windleistung bis zu 200 Meter Höhe über ganz Deutschland bei einer Windgeschwindigkeit von 10 m/s braucht. Doch selbst wenn die dafür benötigten Windgeneratoren aufgestellt würden, misslänge die Versorgung, weil die Anlagen im Windschatten weniger Strom erzeugen bis zu dem Zeitpunkt, dass kein Wind mehr weht.
Deutschland muss Energie importieren
Darüber hinaus ist der vom Wetter abhängige unzuverlässige Strom für eine bedarfsgerechte Versorgung und ein stabiles Netz ungeeignet (Zufallsstrom). Deutschland ist ein Energieimportland. Das haben auch einige Politiker verstanden. So soll Solarstrom oder Wasserstoff in südlichen Ländern gewonnen und nach Deutschland importiert werden. Die Stadtwerke Hamburg wollten ein Heizkraftwerk auf Biomasse aus Hölzern und Strauchwerk aus Namibia umstellen. Doch das sind Utopien. Was ist zu tun?
Die erste Wahl sind irdische Brennstoffe
Zunächst sollte die aus vergangenen Zeiten gespeicherte Energie genutzt werden, nämlich Kohle, Erdöl und Erdgas. Da deren Vorkommen in Deutschland zu gering sind, müssen zusätzlich irdische Brennstoffe eingeführt werden. Sie sind Speicher verdichteter Energie, die in langen Zeiträumen entstanden ist. Mit diesen Brennstoffen lässt sich eine bedarfsgerechte Energieversorgung noch für Jahrhunderte preisgünstig sicherstellen. Die meisten Länder der Welt haben das erkannt und bauen ihre Industrie und ihren Wohlstand durch das Nutzen von mehr fossilen Brennstoffen weiter aus. Das beste Beispiel dafür ist China. Dort wird die Stromversorgung mit Kohlekraftwerken kräftig erweitert. Der Pro-Kopf-Energieverbrauch hat fast das Niveau Deutschlands erreicht.
Die Zukunft aber gehört der Kernenergie
Wie kann Energie selbst erzeugt werden? Albert Einstein hat dazu den Weg mit seiner berühmten Formel aufgezeigt: Energie = Masse x Lichtgeschwindigkeit² Oder anders: E(Ws) = m (kg) x c² (m/s)². Danach reichen 16 Kilogramm Masse aus, um den gesamten jährlichen Energiebedarf von 4.000 Milliarden kWh in Deutschland zu decken. Doch von den wenigen radioaktiven Atomen der Reaktorbrennstäbe (ca. 3 Prozent) werden nur einzelne Neutronen in Strahlung, also Energie, umgesetzt. Die Energiedichte der Brennstäbe ist mit einigen Millionen Kilowattstunden/Kilogramm noch immer sehr hoch im Vergleich zu den irdischen Brennstoffen mit einer Dichte von 10 kWh/kg.
Kernbrennstäbe weiter nutzen
Die Energie der Brennstäbe wird zur Zeit nur zu zehn Prozent genutzt. Die abgebrannten Brennstäbe sollen dann für immer in die Erde versenkt werden. Jetzt lagern sie in einfachen Hallen auf dem Gelände der aufgegebenen Kernkraftwerke. Forschungen und Versuche zur Nutzung der riesigen Rest-Energie sind politisch unerwünscht oder gar verboten. Dabei zeigen einfache Rechnungen, dass in einem halben Kilogramm verbrauchter Brennstäbe immer noch die Energie zum Antrieb eines Autos über mehr als 500.000 Kilometer steckt. Wenn es gelänge, die Kernenergie in einem Minireaktor direkt in elektrische Energie umzuwandeln, ergäbe es das ideale Elektroauto, das bis zum Verschrotten niemals betankt oder geladen werden müsste.
Die USA und China sind dabei, Kleinreaktoren zu entwickeln
Die USA entwickeln jetzt Kleinreaktoren, die Siedlungen oder Stadtteile dereinst mit Wärme und Strom versorgen sollen. Auch China arbeitet an solchen Reaktoren. Deutschland dagegen hat die Kernphysik weitgehend stillgelegt. Die wenigen verbliebenen Fachleute sind im Ruhestand oder ausgewandert. Forschung und Entwicklung wurden eingestellt, um ein unterentwickeltes Land zu werden.
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*) Prof. Dr.-Ing. Hans-Günter Appel ist Vorstandsmitglied im Verein Stromverbraucherschutz NAEB e.V.
Die NAEB-Web-Seite finden Sie hier www.naeb.de und die NAEB-Pressemitteilungen hier. Wer sich als Energiewende-Opfer sieht (das sind die meisten), sollte NAEB unterstützen, indem er Mitglied wird. Je mehr Mitglieder, umso durchsetzungsfähiger gegen die Energiewende-Politik kann der Verein auftreten. Ein Beitrittsformular finden Sie hier. NAEB ist ein Zusammenschluss von Energiefachleuten, die über Jahrzehnte an einer sicheren Energieversorgung in Deutschland mitgewirkt haben. Ich selbst bin dort seit der Gründung Mitglied.