Die Klimabilanz der Kernenergie

Der dickste Batzen: das Uran

Wie diese einzelnen Puzzleteile zur gesamten CO2-Emission beitragen, haben Experten des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt und Energie abgeschätzt: Der Bau mit Beton und Stahl macht 12 Prozent der Emissionen aus, Lagerung und Verarbeitung des Kernbrennstoffs 15 Prozent und die Aktivitäten nach der Stilllegung 18 Prozent. Auch der Betrieb eines Kernkraftwerks ist nicht CO2-frei, sondern steuert 17 Prozent zur gesamten Klimagasemission bei. Es sind zwar nur Anhaltswerte, die je nach Anlage schwanken – jedes Kraftwerk hat seine Besonderheiten. Doch der größte Posten mit 38 Prozent aller klimaschädlichen Emissionen fällt bei Abbau und Anreicherung des Urans an.

Uran ist in der Erdkruste und im Meer zwar weit verbreitet – aber nur selten in ausreichend hoher Konzentration, um als Erz zu gelten. Auf welche Weise der Rohstoff geborgen und ob das Uranerz mit modernen Zentrifugen oder älteren Diffusionsanlagen aufkonzentriert wird, beeinflusst die Qualität des Brennstoffs – und damit auch Menge der CO2-Emissionen bei seiner Nutzung in einem Kernkraftwerk. Einen Einfluss hat auch, wie klimafreundlich der Strommix im Herkunftsland des verwendeten Urans ist.

Einen Mangel an Uranerz erwartet Christoph Pistner auch künftig nicht. „Wenn ein Bedarf da ist, werden auch neue Vorkommen aufgespürt“, ist der Forscher überzeugt. Doch während es früher Lagerstätten mit Uranoxid-Gehalten von 10 Prozent gab, sind heute 0,2 Prozent und weniger üblich. Und der Urangehalt der verfügbaren Vorkommen wird weiter sinken, attestiert eine Studie des österreichischen Ökologie-Instituts.

Liegt der nutzbare Anteil des uranhaltigen Gesteins bei nur 0,01 Prozent, macht seine Aufbereitung 40 Prozent der Gesamtemissionen eines Kernkraftwerks aus. Einige Studien zeigen, dass mit abnehmender Qualität der Uranerze die damit betriebenen Kraftwerke etwa ab 2050 ebenso klimaschädlich sein können wie fossile Gaskraftwerke. Denn dann führen Bergbau und Weiterverarbeitung zu deutlich höheren CO2-Emissionen.

Bau, Betrieb und Stilllegung

Die Kühltürme eines Kernkraftwerks sind auch ohne weiße Dampfwolken schon von Weitem zu sehen. Es ist offenkundig, dass ihr Bau viel Beton und auch Stahl benötigt. Bis zu zehn Jahre und manchmal noch länger kann das Errichten eines Kraftwerkes dauern. Ist es betriebsbereit, sind darin neben rund 200.000 Tonnen Beton, 32.000 Tonnen Stahl, 1300 Tonnen Kupfer auch rund 200.000 Tonnen an anderen Materialien verbaut worden. Allein die für Generatoren, Turbinen, Kühltürme und Kontrollräume verlegten Kabel bringen es zusammen auf bis zu 1500 Kilometer Länge.

Auch da gilt: Je nachdem, mit welchem Strommix und mit wie viel fossiler Energie die Materialien bearbeitet und produziert wurden, tragen sie lange, bevor der erste Strom aus dem Kraftwerk fließt, zu einer negativen Klimabilanz bei.

Die Aussage, ein Kernkraftwerk sei CO2-frei, bezieht sich wohl auf den Betrieb. Aber auch dann, wenn die Brennstäbe mit Uran gefüllt sind und das Kernkraftwerk aus der Wärme des radioaktiven Zerfalls elektrischen Strom produziert, ist der Ausstoß an Kohlendioxid nicht Null. Zu Buche schlagen etwa die Anreise der Mitarbeiter, die Kantine, die Sicherheitschecks und der Fuhrpark. Zusätzlich tragen die elektrische Steuerung von Kühlkreislauf und Brennelementen, der Diesel für die Notstromgeneratoren, Ersatzstrom aus anderen Kraftwerken bei geplanten Stillständen sowie ungeplante Abschaltungen 10 bis 17 Prozent zur Gesamtemission an Klimagasen bei.

Zwar wurden schon etliche Kernkraftwerke abgeschaltet. Doch bis hin zur „Grünen Wiese“ zurückgebaut ist noch kaum eines. Vor 23 Jahren startete in Deutschland der Rückbau des Kernkraftwerks Lubmin bei Greifswald. Erst bis 2028 sollen alle Bauten abgerissen sein. Das Beispiel belegt: Je nach radioaktiver Belastung und Kraftwerkstyp kann ein Rückbau mehrere Jahrzehnte dauern. Und: Die CO2-Emissionen, die danach noch für die Endlagerung lange und stark strahlender radioaktiver Abfälle zu Buche schlagen, sind schwer abschätzbar und werden daher in der Klimabilanz meist gar nicht berücksichtigt.

Ein Wirrwarr von Zahlen

Die Prozentangaben geben einen ersten Eindruck, wo die Emissionen entstehen. Doch erst die absoluten Zahlen dazu, wieviel CO2 eine Kilowattstunde Nuklearstrom verursacht, ermöglichen einen Vergleich mit anderen Energiequellen. Um einen verlässlichen Wert zu ermitteln, hat Benjamin Sovacool, der heutige Direktor des Institute for Sustainable Energy (ISE) der Boston University über 100 wissenschaftliche Studien ausgewertet. Im Fachmagazin Energy Policy hat der US-Forscher 2008 die Ergebnisse seiner Analyse publiziert. Sie zeigen: Die ermittelten Werte unterscheiden sich enorm und reichen von 1,4 bis 288 Gramm pro Kilowattstunde (g/kWh) CO2-Äquivalent. Einen Grund für die großen Unterschiede liefert Sovacool gleich mit. Bei Studien, die zu niedrigen Zahlen kommen, wurden Teile des Lebenszyklus nicht berücksichtigt. Studien, die zu sehr hohen Werten führen, vernachlässigen einige positiv wirkende Nebeneffekte.

Außerdem stellt der US-Forscher fest, dass rund 80 Prozent der Studien so starke methodische Mängel aufwiesen, dass er sie von einer Bewertung ausschließen musste. Und selbst die verbleibenden 20 Prozent legen den Lebenszyklus von Kernkraftwerken beliebig aus. Bei einigen Untersuchungen gehören nur der Bau und die Stilllegung dazu, aber nicht die Uranaufbereitung. Andere Studienautoren schätzen den fossilen Anteil des Stroms nur grob, ohne ihn zu berechnen. Sovacool beklagt, dass grundsätzlich die Komplexität der verschiedenen Prozesse nicht detailliert dargestellt, sondern in den meisten Studien eher verschleiert wurde.

Das Manko der Mittelwerte

Da die Emissionswerte so stark schwanken, rechnet zum Beispiel das Umweltbundesamt mit einem Mittelwert. Doch das ist nicht immer sinnvoll, kritisiert Pistner. Entscheidend sei, worüber ein Mittelwert gebildet werde und mit welchem Ziel. Studien mit variierenden Definitionen oder aus verschiedenen Ländern sind kaum vergleichbar. In der Taxonomie-Verordnung der EU wird dennoch ein Mittelwert aus weltweiten experimentellen oder theoretischen Studien festgestellt, um den Nachweis zu erbringen, dass die Kriterien der Nachhaltigkeit erfüllt sind. Für eine konkrete Anlage sei das nicht sinnvoll, meint Pistner.

Trotzdem kursieren Mittelwerte. Das Ökoinstitut kam 2007 auf Emissionswerte zwischen 32 und 65 g/kWh CO2-Äquivalent, je nach Strommix im Herkunftsland des Urans. Der wissenschaftliche Dienst des Deutschen Bundestags nannte 2019 Werte von 16 bis 23 g/kWh. Dem Bericht der internationalen Klimakommission IPCC von 2014 zufolge emittieren Kernkraftwerke zwischen 3,7 und 110 g/kWh, mit dem Mittelwert 12. Darauf bezieht sich auch das Umweltbundesamt.

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hatte in seiner Stellungnahme zum Taxonomiebericht der EU festgestellt: „Grundsätze wissenschaftlichen Arbeitens werden zum Teil nicht korrekt berücksichtigt.“ Je nachdem, welche Zahlen verwendet werden, schneidet die Photovoltaik mal besser und mal schlechter ab als die Nukleartechnik. Zudem stammten die Werte für solare Anlagen noch von 2011, aber die Emissionswerte bei der Stromgewinnung aus Sonnenlicht seien inzwischen deutlich gesunken. Die BASE-Gutachter stellen auch fest, dass die Forschungsstelle der EU-Kommission „sehr spezielle Quellen“ oder Sonderfälle für seine Bewertung der nuklearen Technik herangezogen und den Lebenszyklus unterschiedlich definiert habe – wodurch ein verzerrender Eindruck entstehe. So seien für die Kernkraft Werte einer künftigen Reaktortechnik verwendet worden, die in der EU noch gar nicht genutzt wird.

Eine andere Art von Studie

Auch Benjamin Sovacool hatte in seiner Metastudie von 2008 einen Mittelwert ermittelt: Er kam auf 66 g/kWh. Doch der Bostoner Forscher sei damit wegen der schlechten Studienlage sehr unzufrieden gewesen, berichtet Patrick Schmid, Mathematiker für Quantitative Methoden an der International School of Management in München. Er hat gemeinsam mit Sovacool in einer weiteren Studie die Emissionswerte auf andere Art ermittelt. Statt die Daten für einzelne Verarbeitungsschritte zu berechnen, „wollten wir ein umfassenderes Bild“, sagt Schmid. „Wir wollten wissen, wie es in allen Ländern der Welt im Vergleich aussieht“. Daher untersuchten die Forscher, wie CO2-
Emissionen und die Art der Stromerzeugung in 123 Ländern über 25 Jahre hinweg miteinander in Beziehung standen.

Im Fachmagazin Nature Energy berichteten die Forscher 2020, wie sie die Daten mit statistischen Methoden untersucht haben und wie sich die Nutzung der Kernenergie im Vergleich zu Ländern mit mehr Strom aus erneuerbaren Energien auf die Klimabilanz auswirkt. Ein zentrales Ergebnis: In Ländern, die vorwiegend auf erneuerbare Energiequellen setzen, sinken die CO2-Emissionen signifikant stärker als in Ländern mit einem Fokus auf die Kernenergie. Außerdem koexistieren erneuerbare Energien selten erfolgreich mit Nuklearenergie. Vielmehr verdrängt in der Regel eines der beiden Energiesysteme das andere, was deren Effektivität gegenseitig beschränkt. Einen möglichen Grund sehen die Wissenschaftler in der Inkompatibilität der Stromnetze, die je nach genutzter Energieform verschieden strukturiert sind.

Auswirkungen des Klimawandels

Allerdings: Nicht nur beeinflussen Kernkraftwerke das Klima, sondern auch umgekehrt. Denn der Temperaturanstieg durch den Klimawandel macht Kernkraftwerke unzuverlässiger. Zwar stellt das österreichische Beraterunternehmen Enca in einer Studie fest: „Die Hauptgründe für die Wahl der Kernenergie sind die Verlässlichkeit sowie die Versorgungssicherheit.“ Doch die Anlagen brauchen für die Kühlung viel Wasser, je nach Reaktormodell 2 bis 60 Kubikmeter pro Sekunde. Genügt die verfügbare Wassermenge nicht, muss das Kraftwerk gedrosselt oder abgeschaltet werden. Durch eine Hitzewelle im Sommer 2020 fiel so in Frankreich rund ein Drittel aller Kernkraftwerksblöcke aus. Auch in Deutschland, Finnland und Schweden standen Anlagen wegen Wassermangels still.

Es gäbe viele Gründe, aus dieser Hochrisikotechnologie auszusteigen, meint BASE-Präsident Wolfram König. Dagegen könne keines der jetzt ins Feld geführten Argumente für eine Nachhaltigkeit von Nuklearstrom eine Abkehr vom Ausstieg aus der Kernkraft legitimieren.

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