Kernenergie

Cockroft und Walton spalteten 1932 Li-7-Atome, indem sie sie mit Protonen beschossen. Diese Arbeit lieferte den experimentellen Beweis für die Masse-Energie-Äquivalenz (E=mc²), für den sie den Nobelpreis erhielten, und zeigte die Freisetzung von „Kernenergie“ (etwa 8 MeV - Megaelektronenvolt). Meitner, Hahn und Strassman beschossen später Uran mit Neutronen, um die Spaltung eines Urankerns auszulösen, wobei 200 MeV Energie freigesetzt und 2-3 Neutronen frei wurden, die eine nukleare Kettenreaktion ermöglichen, die Leo Szilard ursprünglich 1933 erdacht hatte.

Einige Quellen sagen, die Energiedichte von Uran sei millionenfach höher als die von Kohle. Das stimmt zwar, führt aber in die Irre, weil in einem Reaktor nur ein Teil dieser Energie sinnvoll genutzt werden kann.

• U-235 = 3.900.000 MJ/kg
• Kohle = 24 MJ/kg
• Rohöl = 44 MJ/kg

Sind sie erst gebaut, können Kernkraftwerke kontinuierlich, zuverlässig, leicht ins Netz integrierbar und „steuerbar“ Strom liefern und vermeiden die Kosten und Komplexität von Netzanschluss, Verteilung und Speicherung, die derzeit mit Wind- und Solarenergie im großen Netzmaßstab verbunden sind und in Kosten-Nutzen-Analysen oft nicht berücksichtigt werden. Kernenergie ist jedoch eine „Grundlast“-Energiequelle, die nicht „lastfolgend“ ist und sich bei Energieüberschüssen oder Nachfragespitzen nicht schnell hoch- oder herunterfahren lässt. Daher stehen sie vor denselben Herausforderungen wie herkömmliche Grundlast-Energiequellen ^A. Um dieses Problem anzugehen, nutzen moderne Reaktoren Wärmespeicher aus geschmolzenem Salz, um überschüssige Energie zu speichern, und Netze aus Kernreaktoren wie in Frankreich können durch relativ kleine, ergänzende Anpassungen ihrer Leistung wirksam reagieren.

(Kommentar von Prof. Ian Farnan, 2024)

Kosten- und Leistungsschätzungen für neue Technologien zur Stromerzeugung im Versorgungsmaßstab. (2019 - nur USA) ^B

Grundlegende Kostenschätzungen:

• Fortgeschrittene Kernenergie: 6.041 $/kW
• Wasserkraftwerk 100 MW: 5.316 $/kW
• Offshore-Windkraft: 4.375 $/kW
• Biomasse: 4.097 $/kW
• Ultrasuperkritische Kohle (ohne CO₂-Abscheidung): 3.676 $/kW
• Geothermiekraftwerk: 2.521 $/kW
• Onshore-Windkraft, klein: 1.677 $/kW
• Onshore-Windkraft, groß: 1.265 $/kW
• Solar-PV: 1.313 $/kW
• Fossiles Gas (Kombikraftwerk - einwellige Ausführung): 1.084 $/kW
• Fossiles Gas (Kombikraftwerk - mehrwellige Ausführung): 958 $/kW
• Fossiles Gas (Gasturbine - Flugzeugturbinen-Derivat): 1.175 $/kW
• Fossiles Gas (Gasturbine - Industriebauart): 713 $/kW

„Neue Kernkraftwerksblöcke kosten derzeit voraussichtlich insgesamt 5.500 $/kW bis 8.100 $/kW oder zwischen 6 Milliarden $ und 9 Milliarden $ für jedes Kraftwerk mit 1.100 MW.“ (2008) ^C

„2007 bezifferte Moody’s den „Gesamtpreis“ eines neuen Atomreaktors mit 1.000 MW in den USA auf jeweils 5-6 Milliarden $.“ ^D

(Siehe Zusatzmaterial zur Zukunft der Wirtschaftlichkeit von Kernenergie)

Die gezeigte Grafik fasst die im Lazard-LCOE+-Bericht vom Juni 2025 veröffentlichten Daten zusammen und zeigt die durchschnittlichen LCOE-Werte ohne Subventionen aus den jährlichen LCOE-Studien. Sie bezieht sich vor allem auf die nordamerikanische Energielandschaft, spiegelt aber auch breitere/globale Kostenentwicklungen wider. Weltweit durchschnittliche LCOE-Entwicklungen für andere erneuerbare Technologien sind in Quelle ^E zu finden.

Die genaue Zahl der vorzeitigen Todesfälle, die auf die Nutzung fossiler Brennstoffe zurückgehen, unterscheidet sich je nach Quelle stark und beruht stets auf Schätzungen, da eine genaue Zuordnung schwierig ist, sodass keine präzise Zahl genannt werden konnte.

• [66] Ermittelt die jährliche Übersterblichkeit im Jahr 2015 infolge der Gesundheitsfolgen von Luftverschmutzung aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Die Studie nennt weltweit 3,61 Millionen Todesfälle, wobei China mit allein 1,5 Millionen die höchste Zahl verzeichnet.
• [67] Schätzt die Zahl vorzeitiger Todesfälle 2012 durch PM2.5-Belastung (in der Luft schwebende Partikel aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe) auf 10,2 Millionen, davon 3,9 Millionen in China und 2,5 Millionen in Indien.
• [68] Schätzt die Übersterblichkeit 2019 durch Feinstaub- und Ozonbelastung auf 8,34 Millionen, wobei die Mehrheit (52 %) auf kardiometabolische Erkrankungen zurückging, die direkt durch diese Verschmutzung verursacht wurden.
• [69] Modelliert weltweit eine jährliche Übersterblichkeit von insgesamt 8,79 Millionen durch Luftverschmutzung (Ozon- und Feinstaubbelastung), mit einer durchschnittlich um 26,5 Jahre geringeren Lebenserwartung pro betroffener Person sowie einem weltweiten durchschnittlichen Verlust von 2,9 Lebensjahren durch gesundheitliche Komplikationen. Das Modell umfasste ein Modell für atmosphärische Chemie und allgemeine Zirkulation sowie ein globales Modell für belastungsbedingte Sterblichkeit und lief über Zeiträume von 20 und 30 Jahren, entsprechend den Empfehlungen des IPCC.
• [70] Nutzt ähnliche Methoden wie [69], aber für das Jahr 2015, und schätzt die weltweite jährliche Übersterblichkeit durch sämtliche Luftverschmutzung im Freien auf 8,8 Millionen, einschließlich menschengemachter Emissionen fossiler Brennstoffe und natürlicher Luftverschmutzung (durch Waldbrände, die durch die zunehmende Erderwärmung stärker/häufiger werden und wohl ein indirektes Ergebnis der Emissionen fossiler Brennstoffe sind). Schätzt außerdem einen weltweiten durchschnittlichen Verlust der Lebenserwartung von 2,9 Jahren, davon 1,7 Jahre durch alle menschengemachten Emissionen und 1,1 Jahre allein durch Emissionen fossiler Brennstoffe. Zum Vergleich: Tabak tötet jährlich 7,2 Millionen Menschen und verkürzt die Lebenserwartung um 2,2 Jahre.
• [71] Fasst das Argument zusammen, fossile Brennstoffe durch Kernenergie zu ersetzen und dadurch die Sterblichkeit zu senken, und nennt von 1971-2009 1,8 Millionen verhinderte Netto-Todesfälle, im Schnitt 76.000 pro Jahr, mit einer Spanne von 19.000-300.000. Außerdem wird klargestellt, dass Kernenergie 99,9 % weniger Todesfälle verursacht als Braunkohle, 99,8 % weniger als Kohle, 99,7 % weniger als Öl und 97,6 % weniger als fossiles Gas.

Die genaue Zahl der vorzeitigen Todesfälle durch Kernenergie und damit verbundene Ereignisse lässt sich wegen der langfristigen Folgen nuklearer Strahlung, des Risikoniveaus und der Qualität der Berichte über Vorfälle kaum exakt berechnen.

• [72] Eine Liste direkter Todesfälle bei der Wartung von Kernkraftwerken. Sie sind alle nicht zivil und ergeben zusammen 50.
• [73] Seit Beginn der Kernenergie wurden weltweit 30 Vorfälle gemeldet, die größten und bedeutendsten waren Tschernobyl (1986), Fukushima Daiichi (2011) und Three Mile Island (1979).
• [74] Der Vorfall von Tschernobyl steht beispielhaft für die schwersten Folgen von Ereignissen in der Kernenergie. 30 Menschen starben unmittelbar danach. Die genaue Zahl der Todesfälle durch damit verbundene Erkrankungen ist jedoch weiter umstritten, wobei einige Berichte aus den frühen 2000er Jahren bis 2065 wegen des Krebsrisikos von bis zu 16.000-60.000 Todesfällen ausgehen. Die WHO veröffentlichte 2005 einen Bericht, laut dem die maximale Todeszahl auf Grundlage der Strahlenbelastung eher bei 4.000 liegen würde, und 2018 veröffentlichte UNSCEAR einen Folgebericht mit denselben Schlussfolgerungen wie 2008: Die Belastung der Allgemeinbevölkerung war sehr gering.
• [75] Bildete die Grundlage für den genannten WHO-Bericht, der kurz nach dem Vorfall veröffentlicht wurde und von einer geschätzten Todeszahl von eher 9.000 ausging. Allerdings wurden nur Belarus, die Russische Föderation und die Ukraine in die Studie einbezogen.
• [76] Ein aktualisierter Bericht desselben Autors nach [75], der nun auch das übrige Europa einbezieht und nach dem WHO-Bericht veröffentlicht wurde, schätzte 14.000 Todesfälle durch verschiedene Krebsarten.
• [77] Erklärt die Unterschiede bei den Todeszahlen und hebt sie hervor, während er den fehlenden Kontext der WHO kritisiert.
• [78] Ein neuerer Bericht, der die europaweite Todeszahl von der früheren Schätzung von 60.000 auf 40.000 senkt und zugleich die große Unsicherheit hervorhebt, mit Bezug auf [76].
• [79] Im Zusammenhang mit der nächstschwersten Nuklearkatastrophe - Fukushima - berichtet [79] von 0 Todesfällen durch den Nuklearunfall selbst sowie 0 durch Strahlenkrankheit, aber von 2313 ‘katastrophenbedingten Todesfällen’ infolge der Evakuierung, bei der 100.000 Menschen zu ihrer Sicherheit evakuiert wurden. Diese Zahl umfasst keine Todesfälle durch das Erdbeben oder den Tsunami.
• [80] Der offizielle Bericht von 2012 verzeichnet 0 Todesfälle durch Strahlung (Fukushima). Allerdings nennt er 573 Todesfälle durch den Stress der Evakuierung.
• [81] Diese Studie schätzt höchstens 1.000 Todesfälle durch Strahlung, obwohl diese Zahl wegen fehlender Langzeitdaten und Schätzungen zur Strahlenbelastung umstritten ist (Fukushima).

Wie gezeigt, gehen fast alle zivilen Todesfälle durch Kernenergie auf zwei Ereignisse zurück, deren Gesamtzahl an Todesfällen bis in die Zukunft hochgerechnet wird, während Luftverschmutzung durch fossile Brennstoffe alle Regionen weltweit dauerhaft betrifft. Trotz großer Unsicherheiten bei der Berechnung von Todesfällen, die fossilen Brennstoffen und Kernenergie zugeschrieben werden, durch Schätzungen, die Zuordnung von Todesfällen und Krankheiten sowie fehlende hochwertige Daten, übersteigen die Todesfälle durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe jene durch Ereignisse in der Kernenergie bei weitem: Fossile Brennstoffe verursachen jährlich eine zusätzliche Sterblichkeit in Millionenhöhe, verglichen mit einer insgesamt geschätzten Todeszahl von ~60.000 (obere Schätzung) seit den 1950er Jahren für die gesamte Kernenergie.

Die hervorgehobenen Grafiken zeigen die prognostizierten weltweiten durchschnittlichen Stromgestehungskosten von erneuerbarer Windenergie an Land und großflächiger Solar-PV (LCOE in USD pro MWh) sowie die prognostizierten Kosten stationärer 4-h-Li-Ionen-Batterien (BESS) zur Energiespeicherung (CAPEX in USD pro kWh installierter Speicherkapazität) von 2020 bis 2050. Diese Daten stammen aus [128] mit einer globalen Bewertung durchschnittlicher Kostenprognosen. Für jede Technologie und Kostenkennzahl (LCOE & CAPEX) bündelte die Studie durchschnittliche Kostenprognosen aus zahlreichen regionalen und globalen Studien. In diesen Studien wurden prognostizierte jährliche Werte mit unterschiedlicher zeitlicher Auflösung, über verschiedene Zeiträume (z.B. jährlich oder alle 5 Jahre, bis 2030, 2040 oder 2050) und mit unterschiedlicher Regelmäßigkeit angegeben. Der Gesamtdurchschnitt der verfügbaren Prognosen wurde berechnet, um für die hervorgehobenen Grafiken für jede Technologie einen einzelnen repräsentativen Verlauf zu erstellen.

Durch die Unterschiede bei den jährlichen Prognosen war der Durchschnittsverlauf in manchen Abschnitten verzerrt, wenn die Zahl der einfließenden Schätzungen unterschiedlich war. Auflösung, Abstände und daraus entstehende Datenlücken der Prognosen waren trotzdem in den meisten Datensätzen ähnlich. Deshalb wurde auf alle Daten eine einfache lineare Interpolation angewendet, um anhand der verfügbaren Schätzungen jährliche Werte zwischen den ersten und letzten angegebenen Schätzungen jeder Studie zu erzeugen. Prognosen wurden nicht über den jeweiligen Zeitraum einer Studie hinaus fortgeschrieben; deshalb wurden Quellen ausgeschlossen, denen Schätzungen bis 2050 fehlten oder die später als etwa 2020 begannen.

Die endgültige Auswahl umfasste 11 interpolierte Datensätze für Solar-PV, 9 für Wind und 9 für Batterien. Aus diesen Quellen wurden für jedes Jahr die durchschnittlichen prognostizierten Kosten berechnet und wie gezeigt dargestellt. Die LCOE von Wind/Solar werden in USD/MWh erzeugtem Strom gezeigt, während die CAPEX von Batterien in USD/kWh Speicherkapazität als übliche Kostenkennzahl für Speicher gezeigt werden. Levelized Cost of Electricity (LCOE) steht für die über die Zeit gemittelten gesamten Systemkosten der Stromerzeugung, einschließlich aller Kapital-, Betriebs- und Wartungskosten. Batterien erzeugen selbst keinen Strom, und ein entsprechender Levelized Cost of Storage (LCOS) wurde von [128] nicht angegeben. Stattdessen gab die Studie CAPEX an, was die Anfangsinvestition beschreibt. Obwohl sie nicht direkt mit den über die Lebensdauer erzeugungsgewichteten LCOE vergleichbar sind, umfassen die von [128] modellierten CAPEX-Kostenprognosen auf Systemebene für vollständig installierte 4-h-Li-Ionen-BESS breite und umfassende Systemgrenzen einschließlich Batteriemodulen und aller Systemnebenkosten, was sie faktisch zur besten, am ehesten vergleichbaren Kennzahl macht, die Datenumrechnungen, zusätzliche Annahmen und ein Überschreiten des Umfangs der Arbeit von [128] vermeidet.

Diese Prognosen stellen jeweils einen Durchschnitt aus mehreren Studien dar und zeigen deshalb einen klaren Konsens über die Kostenverläufe dieser Technologien. Es ist jedoch erwähnenswert, dass [128] nahelegt, diese Prognosen könnten zu ‘pessimistisch’ sein. Sie vergleichen sie mit historischen globalen Marktdaten aus mehreren empirischen Quellen, um klare Überschätzungen der prognostizierten Kosten und klare Unterschätzungen der Geschwindigkeit von Kostensenkungen in den letzten Jahren zu zeigen. Seit Beginn der meisten Prognosen bis heute (~2020-2024) liegen die durchschnittlich prognostizierten Werte für großflächige Solar-PV, Windenergie an Land und Li-Ionen-BESS meist über den historischen Werten. Solar stimmt teils mit den prognostizierten Werten überein, doch die vorhergesagten Kosten für Windenergie an Land und Batterien liegen weit über den gemeldeten Werten. Alle sind schneller gefallen als erwartet. Wenn diese gegenläufigen Trends anhalten, könnten die künftigen realen Kosten dieser Technologien sogar noch niedriger sein, als heutige Prognosen vermuten lassen, was die Erwartung stärkt, dass die Kosten für erneuerbare Energien und Energiespeicher schnell sinken und bis 2050 weiter sinken werden.