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Kernenergie - Kernspaltung
[1]https://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_Isar(Stand:10.12.18)[2]https://www.kernenergie.ch/de/brennstoffkreislauf-_content---1--1259--364.html(Stand:10.12.18)
[1] [1][2]
�2
Wie war das mit dem Atomausstieg?
Schleswig-Holstein
Mecklenburg-Vorpommern
Berlin
Brandenburg
Sachsen
Sachsen-Anhalt
Thüringen
Niedersachsen
Nordrhein-Westfalen
Hessen
Rheinland-Pfalz
Saarland
Baden-Württemberg
BremenHamburg
Bayern
Brokdorf
Ende 2021
Emsland
Ende 2022Grohnde
Ende 2021
Gundremmingen C
Ende 2021
Neckarwestheim 2
Ende 2022 Isar 2
Ende 2022
Philippsburg 2
Ende 2019
© BMU 2018
Atomkraftwerke in DeutschlandAbschaltung der noch betriebenen Reaktoren gemäß Atomgesetz (AtG)
• aktuellnoch7KKWsimBetrieb• Laufzeitnochbis2019/2021• DiedreijüngstenKKWslaufennochbis2022
KKWGrafenrheinfeldundGundremmingenBbereits2015bzw.2017abgeschaltet
• 28.Oktober2010LaufzeitverlängerungfürKKWsbeschlossen
• 30.Juni2011Beschlusszur13.GesetzzurÄnderungdesAtG
• 06.August2011EndederBetriebserlaubnisvon8KKWs
[2]https://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_Fukushima_Daiichi(Stand:10.12.18)
[2]
�3
Aktuelle Situation in der BRD
[1]https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/Energiedaten/energiedaten-gesamt-pdf-grafiken.pdf?__blob=publicationFile&v=34(Stand:03.12.18)
=126kWh/p/d
=7.73kWh/p/d
�4
Aktuelle Situation in der BRD
[1]https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/Energiedaten/energiedaten-gesamt-pdf-grafiken.pdf?__blob=publicationFile&v=34(Stand:03.12.18)
=22kWh/p/d
=2.5kWh/p/d
installierteKKWLeistung:netto10.8GWe
�5
Wie gewinnt man Kernenergie?[1]
[1] NUCLEAR ENERGY DATA/DONNÉES SUR L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE 2017, NEA No. 7365, © OECD 2017
Natururan:99,2738%U-2380,7205%U-235
angereich.Natururan:~3,3%U-235
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Wie gewinnt man Kernenergie?
[1]Prof.Lippmann,VorlesungsskriptGrundlagenderKernkraftwerkstechnik,2018
[1]
�7
Kernenergie im Vergleich zu anderen Energieformen
[1]http://xkcd.com/1162/(Stand:03.12.18)
[1]
Energieäquivalent:10.000tErdöl=1tNatururan
=170kgangereich.Uran
BrennstäbeimReaktor:3.000MWth222W/Pellet,18.000himReaktor->4.000kWh/Pellet
modernesEinfamilienhaus:120kWh/m2a130m2->15.600kWh/a4Pellets/a
[2]Prof.Lippmann,VorlesungsskriptGrundlagenderKernkraftwerkstechnik,2018
[2]
[2]
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Kernenergie im Vergleich zu anderen Energieformen
[1]https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/Energiedaten/energiedaten-gesamt-pdf-grafiken.pdf?__blob=publicationFile&v=34(Stand:03.12.18)
[1]
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Kernenergie im Vergleich zu anderen Energieformenkernenergie
Treibhausgasemissionen (Life Cycle)
Trei
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CO
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in G
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ose
Quelle: PSI/ESU Services 2012
0
250
500
750
1000
1250
Braunkohle
Steinkohle
Erdöl
Erdgas
Gaskombi
Photovoltaik
Wind
Kernenergie
Wasserkraft
KVA24 24 714
123
1
1078
885
684
452
77
�10
Kernenergie im Vergleich zu anderen Energieformen
[1]VGBPowertech,LevelisedCostofElectrisity,Issue2015
[1]
�11
Reichweite der Kernenergie
[1] NUCLEAR ENERGY DATA/DONNÉES SUR L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE 2017, NEA No. 7365, © OECD 2017
[1] [1]
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Reichweite der Kernenergie
[1]NUCLEARENERGYDATA/DONNÉESSURL’ÉNERGIENUCLÉAIRE2017,NEANo.7365,©OECD2017[2]https://infcis.iaea.org/UDEPO/Statistics/ResourceByCountryAndType(Stand:09.12.18)[3]BGREnergiestudie,DatenundEntwicklungderdeutschenundglobalenEnergieversorgung,2017
[1]
5718E3 tU50127 tU
a
= 114 a
beiunter130$/kgU
weltweit:
weltweit:48.167.476tU[2]ohnePreisangabe11.576ktU[3]beiunter80$/kgU
�13
Reichweite der Kernenergie
Deutschland:• AbbauinderDDRvon1946bis1990durchWismutSAG(216.300tU)• Ressourcen399.074tU[1]keinePreisangabe• Ressourcen7.000tU[2]beiunter80$/kgU
[1]https://infcis.iaea.org/UDEPO/Statistics/ResourceByCountryAndType(Stand:09.12.18)[2]BGREnergiestudie,DatenundEntwicklungderdeutschenundglobalenEnergieversorgung,2017
ProbleminDeutschland:• vorrangigeNutzungvonDruckwasser-undSiedewasserreaktoren• keineAufbereitungderBrennelemente(seit2005AusfuhrvonBrennelementenverboten)• keinelaufendenBrüter• AbbauvonUran(vermutlich)politischnichtverfügbar
�14
Wiederaufbereitung von abgebrannten Brennelementen
Transmutation:UmwandlungvonstarkstrahlendenElementedurchKernreaktion
PUREX:• Flüssig-Flüssig-Extraktion• TrenntU,Pu,MinoreActinoide
• AuflösendurchHNO3
• ExtraktiondurchTri-n-butylphosphat• Aufreinigungu.a.Elektrolyse
• VieleWeiterentwicklungen
[1]A.Ramanujam,AnintroductiontoPurexProcess,IANCASBulletin,1997
[1]
�15
Geht nur Strom?
Wasserstoff-Produktion:• erfordertHTGR(T=900°C)• Iod-Schwefel-Prozess(=0.55)η
Prozess-undHeizwärme:• kanndurchSMRbereitgestelltwerden• Bsp.SlowpokeKanada,PolytechniqueMontreal(20kWth)[2]
• NHR200-IIniedrigTemperaturReaktor(China)[3]• 200MWth,135°CWassertemperatur• Umkreisvon35km• AuchEinsatzzurMeerwasserentsalzung
[2]http://teachnuclear.ca/all-things-nuclear/canadas-nuclear-history/nuclear-research/slowpoke-reactors/
[1]
[1]M.Yamasakietal.,EnvironmentallyfreindlyproductionofHydrogen,JapanAtomicResearchInstitut
[3]Z.Wengxiangetal.,NHR-200NuclearEnergyandistpossibleApplications,ProgressinNuclearEnergy,1995
�16
Sicherheit von Kernreaktoren
Lösung:• Gen.3+oder4Reaktoren(inherentsicher)• SMRbergengeringeresRisikoundsparenhoheSicherheitsinvestitionen• TransparenteStresstestsdurchEUKommission
[1]http://www.spiegel.de/thema/tschernobyl/(Stand:12.12.18)
[1]
• HoheInvestitioneninSicherheitsmaßnahmen• TschernobylundFukushimaGAUwarenmenschlicheFehler• StresstestdurchEUfüreuropäischeKKWsergab,dasskeinKKWaustechnischenGründenabgeschaltetwerdenmuss[2]
[2]EuropäischeKommission,überdieumfassendenRisiko-undSicherheitsbewertungen(„Stresstests“)vonKernkraftwerkeninderEuropäischenUnionunddamitverbundeneTätigkeiten,Brüssel,COM(2012)517final,2012
• Natürliche Strahlung 2,2 mSv/a • Nähe von Kerntechnische
Anlagen < 0,01 mSv/a • Erhöhung des Krebsrisikos ab
200 mSv • Tödliche Einmaldosis 5000 mSv • 20 Zigaretten/d → 8,8 mSv/a
Radioaktivität und KKWs
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Vorbehalte und Lösungen
• Sicherheit
• ÖkonomischeUnabhängigkeit
• Endlagerung
• Strahlenbelastung• SMRund3+bzw.4Reaktoren
• Uranistgeopolitischneutral+großesPotential
• PUREXundTransmutationverkürzenLagerzeitauf<1000a
• Strahlenbelastungbiszu100malgeringeralsvonKohlekraftwerken[1]
• Klimafreundlich
• EUKommissionsiehtRückgratderemissionsfreienStromversorgunginKernenergie
[1]https://www.scientificamerican.com/article/coal-ash-is-more-radioactive-than-nuclear-waste/(Stand:13.12.2018)
Kernfusion - Zukunftsmusik?
• Massenunterschiedzw.FusionsproduktundEdukt
• EnergiewirdnachE=Δmc2frei• Reaktion2leichterKerne• AusreichenderWirkungsquerschnitt
• ThermonukleareBedingungen
Voraussetzung
• ReaktionvonDeuteriumundTritium• „ReaktionderZukunft“zurEnergiegewinnung
• Keinenat.VerfügbarkeitdesTritiums(HWZ12Jahre)->BrütenvonLithium
• DeuteriumausElektrolyseoder10^13timWeltmeer
• ThermischeEnergie1gGemisch=12,3tSKE
DT-Reaktion
ÜbersichtReaktionen• AllemitNachteilggü.DT-Reaktion• Stichworte:
− Energiegewinn− Verfügbarkeit− Reaktionsbe-dingungen
Weitere Reaktionen
• SelbsterhaltendesPlasma• ErfüllungdesLawson-Kriteriums• EinschließendesPlasmasim~10TMagnetfeld
• EnergieerzeugungdurchWärmetauscher/Turbine
• 2möglicheBauarten
Technisches Prinzip
Stellarator
BildRealität
Theorie
Kernfusion
TOKAMAK
2005Entscheidung,dasProjektinFrankreichzuplatzieren2007FormaleGründungderITER-Organisation2014-2021BaudesTokamak-Gebäudes2018-2025Montagephase2025ErstesPlasma2035Deuterium-TritiumBetriebbeginntAb2050KommerzielleNutzung?!
ITER/ Ausblick
- https://www.iter.org/proj/inafewlines - Vorlesungsskript Grundlagen der Kernkraftwerkstechnik Prof.Lippmann - https://www.planet-wissen.de/technik/atomkraft/grundlagen_der_atomkraft/
pwiekernfusionenergiederzukunft100.html - H.-St. Bosch, A. Bradshaw: Kernfusion als Energiequelle der Zukunft. In: Physikalische Blätter 2001,
57(11), S. 55–60. - Jeffrey P. Freidberg: Plasma Physics And Fusion Energy. 2007, S. 16f. - https://www.kkg.ch/de/i/radioaktivitaet-_content---1--1258.html
Kernfusion
Quellen
• KKWISAR2Stromherstellung(2016):12TWh• 49Mio.Fahrzeugeverbrauchen2492PJ=692TWhKraftstoff• 1Mio.PKWverbrauchen53PJ=15TWhKraftstoff• E-Motor3maleffizienter→5TWhVerbrauch• 1KKWfür2Mio.Elektroautos
• VergleichdesFlächenbedarfs:
Elektromobilität?
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Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!