Die Nutzung der Kernenergie bzw. Atomenergie für die Stromerzeugung ist noch relativ jung: Die ersten Kernkraftwerke bzw. Atomkraftwerke gingen vor gut 50 Jahren ans Netz. Seither ist diese Technologie stark vorangetrieben worden. Fachleute sprechen von verschiedenen Generationen von Kernkraftwerken (KKW).

Die meisten der heute neu gebauten Atomkraftwerke (AKW) gehören der dritten Generation an. Diese fortgeschrittenen Reaktortypen stehen bereit, um in den kommenden Jahren den heutigen Kraftwerkspark abzulösen.

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Aber bereits heute forschen Wissenschafter an Atomkraftwerken der vierten Generation für die Welt von übermorgen. Zusammen mit den erneuerbaren Energien bilden diese völlig neuartigen Kraftwerke den Schlüssel zur Sicherung der Lebensgrundlagen der Menschheit in der zweiten Hälfte unseres Jahrhunderts.

Bei ganzheitlicher Betrachtung aller heute zur Verfügung stehenden Energiequellen ist eine Stromversorgung mit Einschluss der Atomenergie umweltschonender und klimafreundlicher als ohne, heute wie in Zukunft. Das zeigen die Ökobilanzen, die von Wissenschaftern erarbeitet worden sind.

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Eine Reihe von Industrieländern, darunter auch die Schweiz, hat sich deshalb auf Initiative der USA zum «Generation IV International Forum» (GIF) zusammengeschlossen (siehe Randspalte rechts). Ziel ist, für die Zeit nach 2030/40 grundlegend neue Reaktoren und Kernbrennstoffe zu entwickeln, die

• höchste Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bieten
• den Uranverbrauch drastisch reduzieren
• die Menge und Lebensdauer des radioaktiven Abfalls erheblich vermindern
• den Missbrauch der friedlichen Kerntechnik für Kernwaffen noch weiter erschweren.

Aus über 130 Vorschlägen aus der ganzen Welt haben die Fachleute des GIF sechs innovative Reaktorsysteme ausgewählt, die das Potenzial haben, diese Ziele zu erreichen.

Beteiligt am GIF sind zurzeit 13 Partner: Argentinien, Brasilien, China, Frankreich, Grossbritannien, Japan, Kanada, Russland, die Schweiz, Südafrika, Südkorea, die USA und die Europäische Atomgemeinschaft Euratom.

Die Schweiz ist unter anderem durch das am PSI angesiedelte Projekt FAST vertreten. Dieses Projekt befasst sich mit der Computersimulation der wichtigsten GIF-Systeme mit schnellen Neutronenspektren in Kombination mit offenen und geschlossenen Brennstoffkreisläufen. Die Aufgabe besteht darin, die verschiedenen Systeme zu vergleichen und unter den Gesichtspunkten Sicherheit, Ressourcenmanagement und Abfallreduzierung zu optimieren. Die Aktivitäten sind in verschiedene Programme von EURATOM und IAEA integriert.

Fünf der vom GIF ausgewählten sechs Reaktorsysteme sind dazu in der Lage, das nur schwer spaltbare Uran-238 in leicht spaltbares Plutonium umzuwandeln. Die Fachleute sprechen hierbei von «brüten». Solche Brutreaktoren oder «Schnellen Brüter» haben den grossen Vorteil, dass sie bei der Energieproduktion mehr nutzbaren Kernbrennstoff erzeugen, als sie selber verbrauchen. Somit lässt sich das beim Betrieb «erbrütete» überschüssige Plutonium anschliessend als Kernbrennstoff in herkömmlichen Atomkraftwerken zur Stromproduktion verwenden. Damit wird der Energieinhalt von Natururan, das zu über 99% aus Uran-238 besteht, sehr viel besser ausgenutzt als heute.

Auf diese Weise reichen die Uranreserven der Erde beim heutigen Verbrauch für zehntausende von Jahren. Zudem erzeugen schnelle Brüter weniger radioaktive Abfälle als herkömmliche Kernkraftwerke. Diese Abfälle haben darüber hinaus den Vorteil, dass ihre Radioaktivität vergleichsweise rasch abklingt.

Schnelle Brüter gibt es seit Jahrzehnten. Sie habe ihre grosstechnische Machbarkeit nachgewiesen, sind aber noch nicht kommerziell einsetzbar.

Unter vom GIF geförderten Reaktorsystemen befindet sich auch ein Hochtemperatur-Reaktor, der sich neben der Stromproduktion auch für die effiziente Produktion von Wasserstoff eignet.

Im Wasserstoff steckt ein grosses Potenzial für eine künftige Energiewirtschaft, da er – anders als Strom – lagerbar ist. Wasserstoff ist aber keine Energiequelle, sondern muss erst unter Energieeinsatz aus Wasser oder Erdgas gewonnen werden. Der Vorteil: Bei der Verbrennung von Wasserstoff – beispielsweise für den Antrieb von Automotoren oder in einer Hausheizung – entsteht kein CO₂, sondern nur Wasser.

Ein Hochtemperatur-Reaktor der Generation IV von der Grösse der Kernkraftwerks Leibstadt könnte zusätzlich zur Stromproduktion in einem Jahr soviel Wasserstoff liefern, dass über eine Million Brennstoffzellen-Autos damit je rund 15'000 Kilometer fahren könnten.

Offen ist heute, ob sich solche Wasserstoffsysteme durchsetzen werden, oder eher Autos mit Batterien, die direkt mit Strom aufgeladen werden.

Vor diem Hintergrund hat die EU am 21. September 2007 die «Sustainable Nuclear Energy Technology Platform» lanciert (siehe rechte Randspalte). Die vorgeschlagenen Forschungsthemen umfassen

• die weitere Optimierung der heutigen Kernkraftwerke
• die Entwicklung fortgeschrittener Rezyklierungstechnologien zur Minimierung der radioaktiven Abfälle
• die Inbetriebnahme zweier Schneller Brüter unterschiedlichen Typs bis 2020 sowie eines Hochtemperaturreaktors, mit dem neben Strom auch alternative Treibstoffe produziert werden können.