Umwelt

Energieeffizienz

Je nach Betrachtungsweise zeigt sich die Kernenergie als mehr oder weniger effiziente Methode der Stromproduktion. Das Verhältnis von investierter Energie zur gewonnenen Energie, der sogenannte Erntefaktor, ist bei der Kernenergie sehr günstig. Der Grund dafür liegt im enorm hohen Energiegehalt des Kernbrennstoffs. Eines Brennstoffs, wohlgemerkt, der nicht brennt und deshalb auch keinerlei Luftschadstoffe oder Treibhausgase erzeugt.

Andererseits geht auf dem Weg von der Kernspaltung bis zur Stromerzeugung viel Energie verloren. Denn die bei der Kernspaltung freigesetzte Energie wird erst in thermische, dann in kinetische und zuletzt in elektrische Energie umgewandelt. Dabei bleiben zwei Drittel der Energie ungenutzt resp. entweichen als Wärme über den Kühlturm. Dieser temperaturabhängige Wirkungsgrad beträgt rund 33 Prozent und kann durch die Nutzung der Abwärme, beispielsweise für ein Fernwärmenetz wie die Refuna, noch etwas gesteigert werden. Im Vergleich zu einem Gas- und Dampfkraftwerk mit 58 Prozent ist das eher wenig, im Vergleich zur Photovoltaik mit durchschnittlich fünf Prozent eher gut. Doch bei beiden Technologien ist das nicht besonders relevant. Denn Uran ist mehr als ausreichend vorhanden, zu nichts anderem als der Stromerzeugung zu gebrauchen und ungeheuer energiedicht. Und die Sonne als Rohstoff ist kostenlos und ebenfalls in grossen Mengen verfügbar.

Entscheidend für die Effizienzbetrachtung sind nicht Einzelaspekte, sondern der ganze Zyklus: also wie viel Energie wir von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur Entsorgung der Abfälle aufwenden müssen, um eine Kilowattstunde Strom zu erhalten. Denn bei allen Stromerzeugungstechnologien fällt ein erheblicher Teil des Energieaufwands ausserhalb der eigentlichen Kraftwerke an: um den Brennstoff zu gewinnen, zu verarbeiten und zu transportieren, um Reststoffe und Abfälle zu entsorgen und nicht zuletzt, um die Rohstoffe für den Bau der Kraftwerke zu gewinnen und zu verarbeiten.

Uranerz

Abbau, Verarbeitung und Brennstoffherstellung machen rund drei Viertel des Energieaufwandes in der nuklearen Kette aus.

Die Effizienz steigt weiter

Prozesse optimieren und Wirkungsgrade erhöhen, das spart Energie, verbessert die Effizienz und senkt Kosten, was auch im Interesse der Kernindustrie ist. So wurde beispielsweise der hohe Energieaufwand in der Brennstoffanreicherung durch die Umstellung von Diffusionsanlagen auf Zentrifugen um den Faktor fünfzig reduziert.

Auch in den Kernkraftwerken selbst werden vielfältige Effizienzsteigerungen umgesetzt. Dementsprechend ist ihre Stromproduktion mehrfach gestiegen, ohne Reaktoren zu verändern. Das Kernkraftwerk Leibstadt, das in den letzten Jahren stark in die Anlagenerneuerung investierte, konnte beispielsweise seine Netto-Leistung innert vier Jahren von 1165 auf 1220 Megawatt steigern.

Allein das verbesserte aerodynamische Profil am Tassenrand des Kühlturms – eine vergleichsweise kostengünstige Investition – brachte dem KKL rund 2,5 Megawatt an Mehrleistung. Weitere rund 11 Megawatt Mehrleistung bringen die neuen Kühlturmeinbauten. Zusammen bedeutet dies eine jährliche Mehrproduktion von rund 110 000 Megawattstunden Strom und entspricht dem Jahresverbrauch von 24 500 Haushalten. Zum Vergleich: Rund 91 Solaranalagen der Grösse des Stade de Suisse (Produktion: 1200 MWh pro Jahr), des weltweit grössten stadionintegrierten Sonnenkraftwerks, wären nötig, um dieselbe Menge Strom zu erzeugen. Dieser Strom wäre allerdings wesentlich teurer und fiele hauptsächlich im Sommer an.

Energieeffizienz: eine Daueraufgabe

Energie effizient zu nutzen, ist die Basis der aktuellen Schweizer Energiepolitik. Für die Verbraucherinnen und Verbraucher bedeutet Energieeffizienz, sparsame Geräte zu verwenden und mit Strom und jeder anderen Energieform haushälterisch umzugehen. Für die Stromproduzenten bedeutet Energieeffizienz, möglichst wenig Ressourcen aufzuwenden, um im Interesse aller Verbraucher möglichst viel Strom zu erzeugen:

Kurze Wege: Der Transport von Strom in Hochspannungsleitungen ist mit Verlusten verbunden. Deshalb sollten Kraftwerke möglichst nahe bei den Verbrauchszentren stehen. Stromimporte aus weit entlegenen Gebieten im Ausland sind ineffizient und ökologisch fragwürdig.
Bedarfsgerechter Strommix: Strom muss dann produziert werden, wenn er tatsächlich gebraucht wird. Der Kraftwerkpark muss jederzeit den im Tages- und Jahresverlauf schwankenden Strombedarf effizient decken können. In der Schweiz bedeutet dies die Kombination von Wasserkraft mit Kernenergie, ergänzt mit neuen erneuerbaren Energien wie Biomasse, Wind und Sonne.
Möglichst keine Zwischenspeicherung: Die Speicherung von Strom ist immer mit Energieverlusten verbunden.
Landschaft schonen: Die Schweiz ist ein kleines, dicht besiedeltes Land. Unverbaute und naturbelassene Landschaften müssen wo immer möglich erhalten werden. Ein Kernkraftwerk ist auch bezüglich Raumbedarf sehr effizient (etwa 20 – 30 ha) und produziert grosse Mengen Strom – ideal für die Schweiz.

In Anbetracht dieser Faktoren für eine effiziente Stromversorgung ist Kernenergie eine sehr attraktive Option, zusammen mit der Wasserkraft, der besten heute verfügbaren Produktionstechnik.

Einströmhilfen am Kühlturm

Die effiziente Verbesserung des Kühlturmtassenprofils bringt dem KKL eine imposante Mehrleistung. (Bild KKL)

Klimaschutz

Von 1900 bis 2000 vervierfachte sich die Weltbevölkerung von 1,6 auf 6,1 Milliarden Menschen. Der globale Primärenergiebedarf stieg dabei jedoch um mehr als das Zehnfache.

Damit stieg auch der mit dem Verbrennen fossiler Energieträger verbundene Ausstoss von Treibhausgasen rasant an. Dies ist vor allem der Stromerzeugung in Kohle- und Gaskraftwerken zuzuschreiben. Vor dem Hintergrund der Klimaproblematik und des weiter wachsenden Energiebedarfs der Welt suchen Politik, Wirtschaft und Wissenschaft nach Wegen, die weitere Zunahme der Treibhausgasemissionen zu mässigen. Nicht-fossile, klimafreundliche Energietechnologien wie die Kernenergie und erneuerbare Energien sind heute nötiger denn je.

Wasserkraft und Kernenergie an der Spitze

In der Schweiz erzeugen Wasserkraft, Kern- und Windenergie pro Kilowattstunde die geringsten Mengen an Treibhausgasen. Das belegen Forschungsergebnisse des zum ETH-Bereich gehörenden Paul Scherrer Instituts (PSI). Es berechnet und vergleicht seit Jahren die Umwelt- und Gesundheitsbelastungen der verschiedenen Stromerzeugungstechnologien (siehe Randspalte). Die Wissenschaftler betrachten dabei die gesamte Energiekette «von der Wiege bis zur Bahre» – bei der Kernenergie also von der Uranmine bis zum Bau des Tiefenlagers für die Entsorgung der radioaktiven Abfälle und zum Rückbau der Kernkraftwerke bis zur grünen Wiese.

Verbesserte CO2-Bilanz

Die CO₂-Bilanz der Kernenergie hängt wesentlich davon ab, mit welcher Methode der Brennstoff Uran angereichert wird und woher der Strom dazu stammt. Denn bei der Anreicherung wird am meisten Energie aufgewendet.

Die Schweizer Kernkraftwerke setzen seit geraumer Zeit Uran ein, das mit modernen Zentrifugen oder über das sogenannte Blending angereichert wurde. Wird der Strom für diese Zentrifugen nuklear oder erneuerbar erzeugt, fällt die CO₂-Bilanz besonders positiv aus. Die sehr tiefen CO₂-Emissionen der Kernenergie belegen auch ihre hohe Energieeffizienz.

Mehr über Energieaufwände in der nuklearen Kette

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Verbrauch fossiler Brennstoffe

Der weltweite Verbrauch fossiler Ressourcen wächst ungebremst.

Treibhausgasemissionen

Die ganzheitliche Methode des PSI zeigt, wie gering die Treibhausgasemissionen in der nuklearen Kette im Verhältnis zum erzeugten Strom sind

Grosses Potenzial für die Welt

Allein die Stromproduktion verursacht heute im globalen Durchschnitt 40 Prozent der Treibhausgasemissionen. Sie ist zu einem zentralen Problem der Klimapolitik geworden. Im Vergleich dazu schneidet die Schweizer Stromproduktion dank Wasserkraft und Kernenergie sehr gut ab. Sie ist nur für den geringen Anteil von zwei bis drei Prozent an den gesamten heimischen Treibhausgasemissionen verantwortlich – ein Spitzenwert im globalen Vergleich. Das CO₂-Reduktions-Potenzial ist beim Schweizer Verkehr und bei den Heizungen sehr viel grösser. Sie erzeugen zusammen rund zwei Drittel der Schweizer Emissionen.

Die Kernenergie deckt rund zehn Prozent des globalen Strombedarfs und die Wasserkraft rund 16 Prozent. Abfälle, Biomasse, Geothermie, Wind und Sonne kommen zusammengenommen nochmals auf sieben Prozent. Insgesamt wird also auf der Erde nur rund ein Drittel des Stroms CO₂-arm produziert. Die restlichen zwei Drittel des Stroms kommen aus Kohle-, Gas- und Ölkraftwerken. Der Ausbau klimafreundlicher Kernenergie und erneuerbarer Energien kann deshalb mithelfen, den CO₂-Ausstoss deutlich zu vermindern.

Treibhausgasemissionen der Stromproduktion

Die weltweite Stromproduktion ist mehrheitlich fossil und trägt entscheidend zum Klimawandel bei.

Klimafreundlicher Schweizer Strommix

Anders als andere europäische Länder verfügt die Schweiz – wie das kernenergiefreundliche Frankreich – dank Wasserkraft und Kernenergie schon heute über einen sehr klimafreundlichen Strommix. Würden wir den in der Schweiz erzeugten Atomstrom hingegen in Gaskombikraftwerken erzeugen, würde die Atmosphäre mit so viel CO₂ belastet, wie der ganze Autoverkehr in der Schweiz verursacht: über zehn Millionen Tonnen pro Jahr, rund ein Fünftel der heutigen Schweizer Treibhausgasemissionen.

Im kernkraftfreien Österreich wird rund ein Drittel des Stroms aus Kohle, Erdöl und Erdgas erzeugt, in Dänemark sind es mehr als zwei Drittel, in Italien über 80 Prozent und in Polen gar 98 Prozent. Deutschland erzeugt mehr als ein Drittel des Stroms fossil. Dieser Wert ist im letzten Jahrzehnt trotz massivem Zubau von Wind- und Solarkraftwerken nur leicht gesunken.

Klimaziele in Gefahr

Die mittlere Temperatur der Schweiz ist seit Beginn der Industrialisierung um ein Drittel mehr gestiegen als auf den Landoberflächen der Nordhalbkugel. Der Klimawandel wirkt sich hierzulande stärker aus als im globalen Durchschnitt. Die Treibhausgasreduktion liegt deshalb in unserem besonderen Interesse.

Die Schweiz tut sich jedoch nicht ganz leicht, ihre im CO₂-Gesetz und über internationale Vereinbarungen definierten Reduktionsziele zu erreichen – trotz der im Jahr 2005 beschlossenen CO₂-Abgabe auf fossile Brennstoffe sowie der Einführung eines freiwilligen Klimarappens auf Benzin und Diesel, der mit Inkrafttreten des revidierten CO₂-Gesetzes wieder abgeschafft wurde. Es ist der Schweiz zwar gelungen, zwischen 1990 und 2016 den Verbrauch von Brennstoffen zum Heizen um 23 Prozent zu reduzieren. Der Verbrauch von Treibstoffen für den Verkehr ist im selben Zeitraum aber zuerst leicht gestiegen, hat um 2008 ein Maximum erreicht und ist erst seit ein paar Jahren leicht rückläufig. Er liegt derzeit etwa auf dem Niveau von 1990.

Die Schweizer Klimapolitik sieht aktuell vor, die Treibhausgas-Emissionen im Inland bis 2020 um mindestens 20 Prozent gegenüber 1990 senken. Die CO₂-Abgabe spielt dabei eine zentrale Rolle. Aber auch der Emissionshandel wird genutzt, um Emissionen im Ausland kostengünstig zu kompensieren, so zum Beispiel für die Emissionen aus dem Verkehr.

Letztlich wird neben Spar- und Effizienzmassnahmen in den Sektoren Gebäude, Industrie und Landwirtschaft auch klimafreundlicher Strom zum Ersatz fossiler Energieträger eine wichtige Rolle spielen. Der zuverlässige und CO₂-arme Atomstrom könnte dazu einen wesentlichen Beitrag leisten.

Die weltweite Entwicklung zeigt, dass angesichts der verheerenden Auswirkungen fossiler Energie auf die Gesundheit von Mensch, Natur und Klima viele Länder auf Kernenergie setzen.

Die Ökobilanzen sprechen für Kernenergie

Ökobilanzen geben Auskunft darüber, wie umweltverträglich ein System ist. Das unter anderem für seine Lebenszyklusanalysen von Energiesystemen weltweit renommierte Paul Scherrer Institut (PSI) erarbeitet Ökobilanzen der verschiedenen Stromerzeugungssysteme. Die Wissenschaftler erfassen dazu sämtliche Energie- und Stoffflüsse in den Lebensphasen Herstellung, Betrieb und Entsorgung und rechnen ihre Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Umwelt auf eine Kilowattstunde Strom um. Wenn alle Belastungen für Klima, Umwelt und Gesundheit, die Landnutzung sowie der Ressourcenverbrauch betrachtet werden, schneidet die Kernenergie sehr gut ab – übertroffen nur von der Wasserkraft.

Bei diesen Berechnungen sind viele Faktoren zu berücksichtigen: So sind zum Beispiel für Energie aus Wind und Sonne die geophysikalischen Rahmenbedingungen entscheidend. Die Ökobilanz von Solarzellen fällt viel besser aus, wenn die Anlage im sonnigen Südspanien steht statt in Nordeuropa. Das Gleiche gilt für Wind: Die Ökobilanz eines Windparks an einer windreichen Meeresküste ist deutlich besser als jene einer Anlage in der Schweiz, wo der Wind meist schwach weht.

Photovoltaik

Umweltfreundlich und erneuerbar, aber hierzulande wenig ertragreich, nicht plan- und speicherbar und darum wirtschaftlich problematisch

Unverbaute Landschaft – ein knappes Gut

In einem kleinen und dicht besiedelten Land wie der Schweiz sind Kulturland und naturbelassene Landschaft besonders wertvoll. Dazu passt Kernenergie perfekt: Bei keiner anderen Stromproduktionsart ist das Verhältnis von Landbedarf zur produzierten Strommenge so günstig wie bei der Kernenergie. Das gilt selbst dann, wenn der Landbedarf für Uranminen und Kernbrennstoff-Fabriken mit einberechnet wird.

Geringe radioaktive Abfälle

Nur die radioaktiven Abfälle trüben die gute Ökobilanz der Kernenergie. Doch dank der hohen Energiedichte von Uran und des dementsprechend geringen Brennstoffbedarfs fallen allerdings nur vergleichsweise geringe und überschaubare Abfallvolumen an. Alle Abfälle der Schweizer Kernkraftwerke aus der gesamten Laufzeit hätten einschliesslich des dickwandigen Verpackungsmaterials in der Haupthalle des Bahnhofs Zürich Platz.

Der Entsorgungsnachweis zeigt auf, dass die radioaktiven Abfälle der Kernkraftwerke technisch sicher und ohne Umweltbelastungen auf Dauer entsorgt werden können, ebenso wie jene aus Medizin, Industrie und Forschung. Das bestätigte der Bund im Jahr 2006. Mit dem Sachplan geologisches Tiefenlager ermittelt der Bund zurzeit den Standort des zukünftigen Tiefenlagers in der Schweiz. Mehr zur Entsorgung der radioaktiven Abfälle finden Sie hier.

Ohne Abfälle kommt keine Energietechnologie aus. Aus der Kehrichtverbrennung beispielsweise hinterlässt jeder Bewohner der Schweiz fast 50 Mal mehr schwermetallhaltige Rückstände als die zuvor genannten radioaktiven Abfälle. Davon wird weniger als die Hälfte rezykliert, hingegen einiges exportiert. Doch weder ist die Langzeitsicherheit der hiesigen und ausländischen Deponien erwiesen, noch kennt die Giftigkeit dieser Abfälle eine Halbwertszeit. Was auch für viele Gebrauchsgegenstände unseres täglichen Lebens zutrifft, die als Sondermüll entsorgt werden müssen: Handyakkus, Batterien, Filterstäube, Altpestizide, Lösungsmittel, Chemieabfälle u.v.a.

Energiesparsamer Uranabbau

Der Energieaufwand für den Abbau des Uranerzes ist im Vergleich zur daraus erzeugten Strommenge gering. Er entspricht lediglich 0,5–1 Prozent der Strommenge, die aus dem abgebauten Uran erzeugt wird. Keine praktische Bedeutung für die Energiebilanz hat gegenwärtig der Konzentrationsgrad des Urans in einer Mine. Heute werden Vorkommen von extrem unterschiedlicher Konzentration gewinnbringend abgebaut. Die Spanne reicht von 0,027 Prozent (Rössing-Mine in Namibia) bis zu mehr als 8 Prozent (McArthur River in Kanada).

Als typisches Beispiel dient die Mine Olympic Dam in Australien (0,042% Urankonzentration): Hier wird das Uran als Nebenprodukt des Kupferabbaus gewonnen, wobei der grösste Teil des Energieaufwands auf die Kupfergewinnung entfällt. Doch selbst wenn der gesamte Energieaufwand der Mine dem Uran angerechnet wird, lässt sich aus dem dort abgebauten Uran immer noch mehr als 100 Mal so viel Energie gewinnen, wie in die Mine hineingesteckt werden muss. Im Fall der Rössing-Mine in Namibia, in der nur Uran abgebaut wird, beträgt der Energiegewinn gar das Fünfhundertfache.

In der nachhaltigen Entwicklung kann Kernenergie eine tragende Rolle spielen, in der Schweiz ebenso wie auf globaler Ebene. Denn sie ist nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch verträglich und wurde bislang von der Mehrheit der Schweizer Bevölkerung akzeptiert. Das zeigte sich in mehreren Volksentscheiden wie in aktuellen Umfragen.

Sparsamer Uranabbau

Das Nebenprodukt Uran bringt einen enormen Energiegewinn.