Kohle, Gas, Öl, Kernenergie? – Teil 1

Wenn man sich über die Zukunft der Energieversorgung einen Überblick verschaffen will, darf man die aktuellen Entwicklungen bei den fossilen Energieträgern nicht außer acht lassen. Insbesondere für die Stromversorgung wird das gegenseitige Wechselspiel dieser Energieträger auch weiterhin bestimmend bleiben.

Am Anfang steht die Kohle

Kohle ist der billigste Energieträger, sofern man

  • billige Arbeitskräfte zur Verfügung hat. Dies war in der Vergangenheit in Europa genauso der Fall, wie heute noch in Indien, China und Afrika. Mit steigendem Lohnniveau steigen auch die Produktionskosten der Kohle. Je höher der Entwicklungsstand einer Industriegesellschaft ist, je geringer ist der Anteil der Kohle an den verbrauchten Primärenergieträgern. Man könnte auch sagen, je einfacher es ist einen Arbeitsplatz außerhalb eines Bergwerkes zu finden.
  • Günstige geologisch Verhältnisse und kostengünstige Transportwege hat. Es lohnt sich sogar in Deutschland (minderwertige) Braunkohle in rationellen Tagebauen zu gewinnen oder Steinkohle über preiswerte Schiffstransporte aus anderen Kontinenten herbeizuschaffen.
  • Kohle umweltbelastend verbrennen kann. Kohle verbrennt nicht rückstandslos, sondern bildet Asche, die Mineralien, Schwermetalle und radioaktive Stoffe enthält. Ferner entstehen z. B. schweflige Säure und Stickoxide. Alles Dinge, die man nicht so gern in der Atemluft oder dem Trinkwasser haben will.

Der letzte Punkt ist entscheidend und wird oft übersehen. In einem armen Land beginnt die wirtschaftliche Entwicklung immer mit Umweltbelastungen. Die Belastung wird gegenüber dem Wohlstandsgewinn nicht als negativ empfunden. Außerdem gilt auch hier wieder die Konzentration: Die wenigen Anlagen mit hohem Schadstoffausstoß können (noch) gut von Mensch und Natur ertragen werden. Ab einem gewissen Punkt schlägt diese Entwicklung ins Gegenteil um. Das war vor etwa 60 Jahren im Ruhrgebiet nicht anders als heute in Peking.

Ein schornsteinloses Kraftwerk nach deutschem Standard (Entstaubung, Entstickung und Rauchgaswäsche) kostet aber bereits heute in China oder Indien mehr als ein Kernkraftwerk. Es setzen Ausweichbewegungen auf breiter Front ein. Der relative Anteil an dem Primärenergieverbrauch sinkt. Wo – zumindest kurzfristig – keine Ersatzbrennstoffe in ausreichender Menge zur Verfügung stehen, wird ein Teil der Kohle bereits an der Grube in Gas und flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Solche Anlagen sind aber sehr teuer und verlagern die Umweltbelastungen oft nur oder erzeugen neue Probleme. Solche Anlagen benötigen z. B. große Mengen Wasser. China plant z. B. gigantische Industrieanlagen zur Produktion von synthetischem Erdgas aus Kohle ausgerechnet in seinen Wüstengebieten, das dann mit Pipelines in die Verbrauchszentren nahe der Millionen-Städte transportiert werden soll. Man hofft, einen Teil der in solchen Anlagen zur Veredelung zusätzlich verbrauchten Energie über Kernreaktoren bereitstellen zu können. Auch kein ganz neuer Gedanke: In Deutschland startete man einst die Entwicklung der Hochtemperaturreaktoren unter dem Slogan Kohle und Kernenergie.

Erdgas als saubere Energiequelle

Vielfach wird die Lösung aller Probleme im Erdgas gesehen. Erdgas ist ein sauberer Brennstoff der keinen Schwefel (mehr) enthält, keine Asche hinterlässt und sich besonders einfach und umweltfreundlich (geringe Stickoxidbildung) verbrennen läßt. Erdgaskraftwerke sind außerdem die Kraftwerke mit den geringsten Investitionskosten und der kürzesten Bauzeit. Auch in der Industrie und der Gebäudeheizung ist Erdgas universell gut einsetzbar.

Erdgas hat nur einen Nachteil, es ist ein teurerer Brennstoff – zumindest in großen Teilen der Welt. Allerdings hat sich durch technologische Sprünge in den letzten Jahren bei der Nutzung von Schiefergas (shale gas), tight gas in schwer durchlässigen Sandsteinschichten und Kohlenflözgas aus unwirtschaftlichen Lagerstätten, eine völlig neue Situation ergeben. Unterstütz wird diese Entwicklung durch die Fortschritte bei der Verflüssigung von Erdgas. Durch sie wird es möglich, einerseits Erdgasvorkommen in entlegensten Regionen nutzbar zu machen und andererseits völlig neue Anwendungen auf der Verbrauchsseite zu erschließen (Antrieb von Schiffen und schweren LKW).

Um diese Entwicklung besser zu verstehen, scheint es nötig, etwas näher auf diese Technologie einzugehen. Genauer gesagt handelt es sich um die neuartige Kombination dreier bekannter Techniken: Die großräumige Erschließung dünner Schichten durch „waagerechte“ Bohrungen, die genaue räumliche Bestimmung solcher Schichten durch neue Meßverfahren und verbesserte Berechnungen und das „aufsprengen“ solcher Schichten durch Flüssigkeiten (hydraulic fracturing oder kurz „fracking“).

  1. Um eine solche Lagerstätte anbohren zu können, muß man sehr genau die Schichtung kennen. Hierzu wird der Untergrund mit Schallwellen durchleuchtet. Neuartig ist die vierdimensionale Auswertung der Meßwerte. Aus den empfangenen Echos kann ein genaues räumliches Bild der Erdschichten erstellt werden. Diese Schichten können auch noch in ihrem zeitlichen Verlauf über die Nutzung simuliert werden. Allerdings sind hierfür unvorstellbar viele Rechenoperationen nötig. In den Rechenzentren dieser Firmen stehen die zur Zeit schnellsten Rechner. Sie werden lediglich (geringfügig) von der Leistung der Rechner in den Kernforschungszentren übertroffen.
  2. Das Bohren bis in die Tiefe der Lagerstätten erfolgt völlig konventionell: Während des eigentlichen Bohrvorganges wird das Loch durch die Spülflüssigkeit (mud) stabilisiert. Sie muß nicht nur das Bohrklein nach oben transportieren, die Wand stützen, absperren gegen eindringende Flüssigkeiten, sondern soll auch kühlen und schmieren. Der „mud man“ ist auf jeder Bohrstelle einer der wichtigsten Spezialisten, der seine Spülflüssigkeit ständig den sich ändernden Verhältnissen anpassen muß. Bei den Herstellern seiner Zutaten handelt es sich um eine milliardenschwere Industrie, die nur eingeweihten vertraut ist. Nach und nach wird das Bohrloch mit Stahlrohren ausgekleidet, die jeweils gegenüber dem Gestein durch Zementinjektionen verankert werden. Bis es überhaupt zum „fracking“ kommt, ist das Bohrloch mit mehreren solchen konzentrischen Schichten ausgekleidet. Nach jeder Schicht wird durch eine Druckprobe deren Dichtigkeit festgestellt. Dieser Arbeitsschritt wird so ausführlich geschildert, um den Schauergeschichten von einer Gefahr für das Grundwasser entgegen zu treten. Bis hierhin handelt es sich um die gleichen Arbeitsschritte, wie bei jeder anderen konventionellen Bohrung auch. Das Risiko einer Verseuchung (von oberflächennahen Trinkwasserschichten) ist mithin genauso groß – oder besser – klein. Die Lagerstätten liegen zudem hunderte Meter unterhalb jeder nutzbaren Grundwasserschicht.
  3. Ist die notwendige Tiefe erreicht, wird die Bohrung in die Horizontale umgelenkt. Hierzu ist es notwendig, auf einen durch einen Motor unmittelbar hinter der Krone angetriebenen Bohrer zu wechseln. Ein solcher Motor ist üblicherweise ein Schneckenantrieb, der einem Fleischwolf ähnelt. Die Spülflüssigkeit treibt die Schnecke vor ihrem Austritt aus der Bohrkrone an. Wegen der sich ständig ändernden geologischen Verhältnisse ist es schon nicht einfach, senkrecht nach unten zu bohren. Einer Schicht im Untergrund auf wenige Dezimeter genau zu folgen, ist eine Kunst. Man muß ständig messen, wo man sich genau in der zu folgenden Schicht (siehe Punkt 1) befindet und dem Verlaufen des Bohrers ständig korrigierend entgegenwirken. Hierzu dienen hydraulisch ausfahrbare Leisten am Bohrgestänge. Durch eine individuelle Ansteuerung können sie sich an der Bohrwand abdrücken.
  4. Ist die Bohrung in einer mehrere Kilometer langen Schicht fertig, beginnt erst das eigentliche „fracking“. Anfangs hat man in einem Schritt auf der ganzen Länge Risse erzeugt. Heute geht man in bis zu 30 einzelnen Abschnitten vor. Hierzu werden mit Sprengladungen kleine Anrisse in der Wand des Lochs erzeugt. Anschließend wird ein Flüssigkeits-Sand-Gemisch unter hohem Druck hinein gepreßt. Die Flüssigkeit bricht das Gestein auf und der Sand soll die entstandenen Risse dauerhaft offen halten. Wichtig zum Verständnis der Gefahren ist dabei, daß hier viele kurze Risse erzeugt werden. Man will ja gerade nicht die dünne gasführende Schicht durchdringen, sondern man will das enthaltene Gas schließlich gewinnen! Kein Mensch gibt für eine solche Bohrung zwischen einer bis zehn Millionen Dollar aus, um „sein Gas“ irgendwo im Untergrund verschwinden zu lassen.
  5. Zum Schluß muß vor dem Beginn der Förderung alle Flüssigkeit wieder raus aus dem System. Es ist nicht vermeidbar, daß während der Arbeiten Salze etc. in der Flüssigkeit gelöst werden. Es ist also eine mehr oder weniger giftige Brühe die da hoch kommt. Anfangs hat man die einfach in den nächsten Fluß gegeben. Auch das war – bei den Anfangs noch kleinen Mengen – kein großes Problem. Heute hat man aber über eine Million Bohrungen durchgeführt. Im Schnitt werden in den USA 100 „fracks“ pro Tag ausgeführt. Deswegen werden die Abwässer heute in dafür vorgesehene unterirdische Schichten verpreßt oder das Wasser wird bei Frischwassermangel wieder (kostspielig) aufbereitet. In manchen Fällen ist es ohnehin sogar günstiger mit Propan-Butan-Gemischen („Feuerzeug-Gas“) zu arbeiten.

An dieser Stelle sei ein Einschub gestattet: Kann sich noch jemand an den Medienrummel um die Nutzung von Geothermie vor einigen Jahren erinnern? Der Grüne-Un-Verstand wollte damit die Grundlastversorgung in Deutschland sicherstellen. Die Arbeitsschritte 4 und 5 sind dafür genauso nötig. Nur die Risse müssen für Geothermie hunderte Meter lang sein und das Wasser löst (nach erfolgter Abkühlung) beständig weiter „Schadstoffe“ aus dem Untergrund. Aber Geothermie ist halt politisch korrekt und „fracking“ böse. Zum Glück ist es nach den ausgelösten (und bei jeder Rissbildung unvermeidlichen) Mikrobeben still um die Geothermie in Deutschland geworden.

Die Dauerhaftigkeit der Fracking-Methode

Diskutiert wird die Nutzung solcher Vorkommen. Tatsache ist, daß die Fördermengen einer solchen Bohrung in den ersten Jahren um bis zu 80% abfallen. Das sind gänzlich andere Verhältnisse als bei einer konventionellen Lagerstätte. Allerdings liefert auch eine Fracking-Bohrung über Jahrzehnte Gas. Prinzipiell ist das kein Hindernis: Das Fördergebiet muß nur groß sein und man muß ständig weiter bohren. Solange man mehr für das geförderte Gas bekommt, als das Loch gekostet hat, lohnt sich die Sache. Das ist allerdings der Interessenkonflikt zwischen Verbraucher und Förderer. Sinken die Preise unter ein bestimmtes Niveau ab, wird die Bohrtätigkeit eingestellt. Eine resultierende Explosion der Erdgaspreise wäre die Folge. Deshalb versucht man durch mehrere Verflüssigungsanlagen und Export die Nachfrage zu vergleichmäßigen. Ziel ist eine kalkulierbare Preisstabilität. Sie soll den Anreiz für Investitionen in Großverbraucher (Kraftwerke, Chemieanlagen) schaffen. Besonders wichtig, sind absehbar langfristig günstige Preise, für den weiteren Ausbau der Infrastruktur im Verkehrssektor.

Ein weiterer Aspekt ist, daß man derzeit nur etwa 5% der in einer Schicht enthaltenen Kohlenwasserstoffe fördern kann. Die noch vorhandenen 95% in einem voll erschlossenen Fördergebiet sind ein nicht zu unterschätzender Anreiz. Man arbeitet bereits an sekundären Fördermethoden. Würde es gelingen, nur weitere 5 Prozentpunkte zu gewinnen, würde das den vorhandenen Schatz verdoppeln – wohlgemerkt, bei dann bereits vorhandener Infrastruktur.

Zumindest in den USA dürfte die Gasförderung für Jahrzehnte auf dem heutigen Niveau weiterlaufen. Allen Unkenrufen der „Peak-Oil-Fraktion“ zum Trotz, besteht noch beträchtliches Entwicklungspotential bei bekannt hohen Kohlenwasserstoffgehalten in den Lagerstätten.

Allerdings sind die Erfahrungen nicht ohne weiteres auf andere Regionen übertragbar. Die gesamte „Shale-Revolution“ ist nicht von den großen Ölkonzernen, sondern von mittelständig geprägten Ölfirmen in den USA angetrieben worden. Solche Strukturen gibt es praktisch nicht außerhalb der USA. Deswegen sind die Fortschritte in Argentinien, Polen und China bisher enttäuschend verlaufen. Es wären grundlegende Wirtschaftsreformen in diesen Ländern nötig, um den Erfolg nachvollziehen zu können. Russland ist technologisch und finanziell kaum in der Lage, seine konventionelle Förderung ohne westliche Technik aufrecht zu erhalten. Bei seinem derzeitigen politischen Kurs, dürfte die Entwicklung der dort ebenfalls reichlich vorhandenen Vorkommen für Jahrzehnte auf Eis liegen. Am ehesten dürfte noch China zu Zugeständnissen an US-Firmen bereit sein, da es wegen seiner Luftverschmutzung unter einem enormem Druck steht.

Und nun auch noch Öl

Öl ist in letzter Zeit mehr und mehr aus dem Blickfeld der breiteren Öffentlichkeit geraten. Noch vor wenigen Jahren wurde das baldige Ende der Ölfelder (peak oil) vorausgesagt. Die Welt sollte in Kriege um die letzten Ölfelder untergehen oder der Kapitalismus wegen steigender Ölpreise in sich zusammenbrechen. All diese Katastrophen-Szenarien sind heute unwahrscheinlicher denn je. Leuchtendes Beispiel sind die USA mit ihrem nahen Aufstieg zum größten Ölproduzenten der Welt. Ihr Netto Ölimport fällt beständig und es wird immer lauter über Ölexporte nachgedacht. Aussenpolitisch und weltwirtschaftlich werden die Konsequenzen in Deutschland noch gar nicht richtig wahrgenommen.

Unkonventionelle Ölvorkommen

In einer funktionierenden Marktwirtschaft wie den USA, haben die vor ein paar Jahren steil ansteigenden Ölpreise sofort einen neuen „Goldrausch“ ausgelöst. Jeder wollte sich ein Stück vom Kuchen abschneiden. Außerhalb von Politzirkeln und Konzernzentralen übernahmen die Tüftler die Initiative. Mit ungeheuerlicher Beharrlichkeit und großen persönlichen Risiken wurde die „shale revolution“ geschaffen. Wie war das möglich?

Auf der Erde sind Kohlenwasserstoffe gar nicht so selten, wie uns die unverbesserlichen „Malthusianer“ gerne einreden möchten. Die Verfügbarkeit ist variabel und hängt von der technischen Entwicklung und dem Preisniveau (Nachfrage) ab. Die Technik – sofern man sie nicht politisch behindert – schreitet immer weiter voran. So hat die oben beschriebene „neue Technologie“ zur Gasförderung auch unmittelbar Eingang in die Ölproduktion gefunden. Parallel drang man in die Tiefsee vor. Die Robotertechnik erlaubt heute Ölförderung in tausenden Metern Wassertiefe. Durch diese technischen Entwicklungen sind die Landkarten praktisch neu gezeichnet worden. Gehört es noch heute zur Grundüberzeugung in Deutschland, daß die USA den Golfkrieg nur wegen des Öls geführt hätten, sind die USA inzwischen zum führenden Ölproduzenten aufgestiegen und fangen bereits mit den ersten Exporten an (Kondensate nach Asien, Bau von LNG-Terminals an der Golf- und Ostküste).

Ein Grund für die momentan eher sinkenden Ölpreise ist das gemeinsame Auftreten von Öl und Gas: Es gibt kaum reine Ölvorkommen (z. B. Ölsände in Kanada) oder reine Gasvorkommen. Vielmehr kommt bei der Ölförderung praktisch immer auch Erdgas und bei der Gasförderung immer auch Erdöl (Kondensate, wet gas) mit hoch. Bei der Ölförderung kann man sich (anfangs) mit einem Abfackeln an Ort und Stelle helfen. Die Kondensate der Gasförderung hingegen drücken unmittelbar auf die Ölmärkte. Die Mengen sind in den USA inzwischen so groß, daß die Preise ins Bodenlose gefallen sind. Dadurch wird immer weniger leichtes Erdöl (aus z. B. Nigeria) und zukünftig – nach erfolgtem Umbau der Raffinerien – schwerere und saurere Ölqualitäten (aus Venezuela und Saudi Arabien) verbraucht werden. Die Welthandelsströme für Rohöl werden sich innerhalb eines Jahrzehnts völlig umkrempeln. Die drei großen Produzenten USA, Saudi Arabien und Rußland werden sich neue Märkte suchen müssen. Da die USA wegfallen und Europa und Rußland eher stagnieren, wird wohl Asien lachender Dritter sein.

Ausblick auf die laufenden Entwicklungen

Bei den Förderkosten spielen die Kosten für den Bohrplatz und die Bohrung eine wesentliche Rolle. Für die Akzeptanz in der Bevölkerung insbesondere die Anzahl der Bohrplätze. Für jeden „Bohrturm“ muß ein Stück Wald oder landwirtschaftliche Nutzfläche zumindest zeitweise zerstört werden. Diese Bohrplätze müssen noch durch Straßen und Rohrleitungen untereinander verbunden werden. Vereinfachend kann man sagen, je weniger Bohrplätze, desto größer die Akzeptanz. Man versucht deshalb immer mehr Bohrungen von einem Bohrplatz aus abzuteufen („Polypentechnik“). Entwickelt wurde diese Technik für Bohrinseln. Diese Technik bietet auch noch enorme wirtschaftliche Anreize. Jeder Auf- und Abbau und Transport des Bohrgerätes kostet Zeit, in der die Bohrfirma kein Geld verdienen kann.

Egal ob konventionelle oder unkonventionelle Lagerstätten: Nach der Ausbeutung bleiben immer noch über 60% der Kohlenwasserstoffe unerreichbar in den Feldern. Seit Beginn der Ölförderung ist deshalb die mögliche Entölung ein Dauerproblem. Auch hier gilt: Je mehr Öl man fördern will, je anspruchsvoller die erforderliche Technik und damit überproportional steigende Kosten. Je besser man die Lagerstätten versteht und simulieren kann (s. o. Punkt 1.), desto gezielter kann man „chemische Cocktails“ zur Loslösung der Restöle entwickeln. Diese Forschung ist der Forschung in der Pharmaindustrie zur Entwicklung neuer Medikamente sehr verwandt.Momentaner Renner ist die Verwendung von CO2 als Lösungsmittel. Die Ergebnisse sind so vielversprechend, daß sich CO2 bald von einem „Abfallproblem“ in einen (großtechnisch erzeugten und gehandelten) Wertstoff wandeln dürfte. Erste Anlagen zur Gewinnung von CO2. aus Kohlekraftwerken zur Ölförderung sind in den USA im Bau. Studien für „fortschrittliche Kohlekraftwerke“ in der Golfregion mit seinen zahlreichen alternden Feldern in Arbeit.

Insbesondere in China gewinnt die unterirdische Kohlevergasung zunehmendes Interesse. Auch in USA und Zentraleuropa gibt es schier unendliche Kohlevorräte in unwirtschaftlichen Tiefen oder in der Form zu dünner Flöze. Seit je her gab es Pläne, diese Kohle durch Bohrungen und „In-situ-Vergasung“ zu erschließen. Bisher scheiterten diese Versuche an der geringen Durchlässigkeit der Stein-Kohle. Die Methoden des „shale gas“ eröffnen nun ganz neue Möglichkeiten.

In letzter Zeit ist es etwas still um die Methanhydrate geworden. Nichts desto trotz, ist man sich einig, daß ihre Vorräte größer als alle sonstigen Erdgasfelder und Kohlevorräte zusammengenommen sind. Allein dieser Umstand lockt. Es ist nur eine Frage der Zeit, wann die erste kommerzielle Förderung beginnen wird.

Eigenbedarf und Substitution

Alle Energieträger sind irgendwie untereinander verbunden. Die Relationen der Energiepreise sind relativ konstant. Bricht ein Energieträger aus, wie vor ein paar Jahren die Ölpreise, setzt sofort eine Verschiebung unter allen anderen Energieträgern ein.

Eine besonders bemerkenswerte Substitution findet gerade in Saudi Arabien statt. Es hat 9,6 Millionen Barrel Rohöl pro Tag in 2013 produziert. Inzwischen steht es aber mit seinem Primärenergieverbrauch an zwölfter Stelle (Deutschland Rang 7, Frankreich Rang 10, Großbritannien Rang 13) weltweit. Es deckt über 60% seines Eigenverbrauchs mit Erdöl ab. Die Produktion von knapp 300 TWh (Deutschland rund 600 TWh/a) elektrischer Energie jährlich geschieht ausschließlich in Öl und Gaskraftwerken. Man will nun in den nächsten Jahren 0,5 Millionen barrel Öl pro Tag „gewinnen“, indem man die Feuerung in einigen Ölkraftwerken auf Erdgas umstellt. Damit jedoch nicht genug. Da Stromverbrauch und der Energiebedarf für Meerwasserentsalzung auch in den nächsten Jahren stark ansteigen wird, ist der Bau von mindestens 14 Kernkraftwerken in den nächsten zwanzig Jahren geplant. Die Vereinigten Emirate haben bereits vier Reaktoren im Bau und Iran plant ebenfalls weitere Kernkraftwerke.

Ausblick

Teil 2 wird sich mit der Situation der Kernenergie unter diesen Randbedingungen befassen.

Energie als Druckmittel

In den letzten Tagen spitzt sich in den Medien immer mehr die Diskussion um ein „Wirtschaftsembargo“ gegen Russland zu. Neben der grundsätzlichen Frage zum Sinn von Wirtschaftsblockaden ist dabei der Zentrale Punkt die „Energieabhängigkeit“. Es lohnt sich daher, sich etwas näher mit dieser Frage zu beschäftigen. Mag es für manchen nützlich sein, um die wahrscheinlichen Maßnahmen und deren Konsequenzen besser abschätzen zu können.

Energie als Handelsware

Prinzipiell sind alle Energieträger ganz normale Handelsgüter. Sie liegen in unterschiedlichen Formen vor: Als Rohstoffe (Erdöl, Kohle, Uran usw.), als Halbfertigprodukte (Diesel, Benzin, „Erdgas“ etc.) und als spezielle Endprodukte (Wechselstrom 50 Hz, Super Benzin, usw.). Analog z. B. zu Kupferbarren, Kupferdraht und einer Spule. Die simple Tatsache, daß Energieträger nicht gleich Energieträger ist, ist bereits eine sehr wichtige Erkenntnis. Je spezieller der Stoff ist, je schwieriger ist er zu ersetzen und je enger werden die möglichen Bezugsquellen. Ein Motor, der für Dieselkraftstoff gebaut ist, braucht auch Dieselkraftstoff. Selbst wenn Benzin im Überfluß vorhanden ist, nützt dies dem Betreiber gar nichts. Anders sieht es z. B. in der Elektrizitätswirtschaft aus. Besitzt man – wie in Deutschland – noch einen Kraftwerkspark aus Steinkohle-, Braunkohle- Gas- und Kernkraftwerken etc., sieht die Lage völlig anders aus. Selbst wenn ein Brennstoff nahezu vollständig ausfällt, muß dies noch lange nicht zu Einschränkung führen. Geht man noch eine Ebene höher, ergibt sich noch mehr Flexibilität. Verringert sich z. B. das Angebot an Erdgas, kann man bewußt den Verbrauch in Kraftwerken einstellen um genug Heizgas zur Verfügung zu haben. Ein ganz normaler Vorgang, wie er jeden Winter üblich ist. Es gibt sogar Kraftwerke, die für mehrere Brennstoffe geeignet sind. Da der Anteil vom Erdgas am Primärenergieverbrauch in Deutschland nur rund 21 % beträgt und allein der Lagervorrat etwa 1/6 des Jahresverbrauches beträgt, braucht keine Panik vor einem „Erdgasboykott“ zu bestehen. Da Russland ohnehin nur etwa ⅓ des Verbrauches liefert, könnten sie gern ihre Lieferungen vollständig einstellen. Deswegen würde hier keine Wohnung kalt bleiben oder eine Fabrik stillstehen. Selbst die Auswirkungen auf die Erdgaspreise dürften gering bleiben, weil viele Verbraucher (vor allem Kraftwerke) auf andere Energieträger ausweichen könnten bzw. andere Lieferanten gern die russischen Marktanteile übernehmen würden.

Der Faktor Zeit

Die Frage, ob man einen Energieträger durch einen anderen ersetzen kann, ist nicht so entscheidend, wie die Zeitdauer die hierfür erforderlich ist. Wobei die Zeitdauer weniger technisch bedingt, als eine Frage der Kosten ist. Besonders unflexibel sind Gaspipelines. Bis man neue Leitungen verlegt hat oder einen angeschlossenen Verbraucher umgestellt hat, können Jahre vergehen. Geht man auf die volkswirtschaftliche Ebene, wird man eher in Jahrzehnten denken müssen. Ein Beispiel hierfür, ist der massive Ausbau der Kernkraftwerke als Ersatz für Ölkraftwerke infolge der sog. Ölkriesen (1973 und 1976).

Für kurzfristige Versorgungslücken ist die Lagerung von Brennstoff ein probates Mittel. Auch hier ist Erdgas die technisch schwierigste und damit kostspieligste Lösung. Brennstäbe für Kernkraftwerke nehmen nur wenig Platz ein und ein Kernkraftwerk läuft ohnehin viele Monate, bis eine Nachladung nötig wird. Steinkohle hat auch eine recht hohe Energiedichte und ist relativ einfach zu lagern. Es war nicht zufällig im alten West-Berlin der Brennstoff der Wahl zur Absicherung gegen „Berlin-Blockaden“.

Ein weiterer wichtiger Aspekt sind Transportwege und Transportmittel. Öltanker und Massengutfrachter kann man noch auf hoher See umleiten. Bei der heute weltweiten Verteilung von Öl und Kohle ist der Lieferboykott eines Landes oder einer Gruppe von Ländern (OPEC) ein völlig stumpfes Schwert. Im Gegenteil, man weitet diesen Zustand auch immer weiter auf Erdgas aus. Überall auf der Welt entstehen Anlagen zur Verflüssigung und Rückvergasung von Erdgas. Der neuste Trend dabei ist, solche Anlagen komplett auf Spezialschiffen zu installieren, die gegebenenfalls auch noch flexibel verlagert werden können. Nicht zuletzt Russland, hat diesen Trend schon vor der aktuellen Krise durch seine Preispolitik und seine Lieferunterbrechungen an die Ukraine enorm beschleunigt. Nur Deutschland hat konsequent auf Pipelines nach Russland gesetzt. All unsere Nachbarn haben bereits Flüssiggasterminals in Betrieb oder im Bau. Es geht halt nichts über wahre Männerfreundschaften, nicht wahr, Gerhard und Vladimir?

Der Faktor Geographie

Energieträger sind – mit Ausnahme von Uran und Thorium – Massengüter. Transportmittel der Wahl, ist deshalb das Schiff. Pipelinenetze lohnen sich wegen der enormen Kapitalkosten nur in Verbrauchsschwerpunkten oder bei sehr großen Feldern. Zumindest übergangsweise, dient auch die Eisenbahn als Transportmittel. Rußland ist zur Zeit (noch) der größte Ölproduzent vor den USA und Saudi Arabien. Anders als diese beiden, verfügt es aber über keine bedeutenden Häfen. Die längste Zeit des Jahres liegen seine Küsten und Flüsse unter einem Eispanzer. Für Rußland sind seine Pipelines in den Westen lebenswichtige Adern. Selbst mit seinem Eisenbahnnetz (Breitspur) hat es sich bewußt vom Rest der Welt abgegrenzt. Verglichen z. B. mit dem Iran, eine fatale Situation bei einem Abnahmeboykott.

Der Faktor Wirtschaft

Russland ist kein Industrieland, sondern spielt eher in der Liga von Nigeria, Venezuela etc. Geschätzt zwischen 70 bis 90 % aller Staatseinnahmen stammen aus dem Export von Öl und Gas. Es gibt praktisch keine russischen Produkte, die auf dem Weltmarkt verkäuflich sind. Die Situation ist noch desolater, als in der ehemaligen „DDR“. Die konnte wenigstens einen Teil ihrer Erzeugnisse über Dumpingpreise auf dem Weltmarkt verschleudern um an Devisen zu gelangen. Selbst der einstige Exportschlager Waffen, ist wegen seiner erwiesenen schlechten Qualität, immer unverkäuflicher. Klassische Importeure sind entweder bereits untergegangen (Irak, Lybien, etc.) oder wenden sich mit grausen ab (Indien, Vietnam usw.).

Rußland hat seine „fetten Jahre“ vergeudet. Während im kommunistischen Bruderland China eine Auto-, Computer- und Mobilfunkfabrik nach der nächsten gebaut wurde, hat man sich in der „Putinkratie“ lieber Fußballvereine im Ausland gekauft. Die Angst vor und die Verachtung für das eigene Volk, scheint unvergleichlich höher. Selbst in den Staaten der Arabischen Halbinsel hat man schon vor Jahrzehnten realisiert, daß die Öleinnahmen mal nicht mehr so sprudeln werden und man deshalb einen Sprung in die industriealisierte Welt schaffen muß. Gerade, wenn man die dort – praktisch in wenigen Jahrzehnten aus dem Wüstensand heraus – geschaffene Infrastruktur und Industrie betrachtet, kann man die ganze Erbärmlichkeit der russischen Oberschicht ermessen.

Was dies für die internationalen Energiemärkte bedeuten könnte

Die Selbstisolation durch militärische Bedrohung der Nachbarn, erinnert an das Verhalten von Potentaten in Entwicklungsländern kurz vor deren Untergang. Wenn Putin nicht einlenkt, wird man ihn stoppen müssen. Er täuscht sich gewaltig, wenn er glaubt, er könne Teile Europas in den gleichen Abgrund, wie Syrien stürzen. Gerade sein Syrienabenteuer wird ihm in der nächsten Zeit auf die Füße fallen. Er hat sich bei allen Staaten – die zufällig zu den größten Gas- und Ölproduzenten zählen – äußerst unbeliebt gemacht. Für die dürfte es alles andere als ein Zufall sein, daß gerade die muslimischen Tataren auf der Krim am meisten unter seiner „Ukrainepolitik“ leiden. Es könnte sein, daß dies der berühmte Tropfen ist, der das Fass zum überlaufen bringt. Zumindest in Saudi Arabien ist die Erinnerung an die „brüderliche Waffenhilfe der Sowjets“ in Afghanistan und Putins Vorgehen in Tschetschenien noch sehr lebendig.

Wenn Putin nicht einlenkt, wird man ihn wirtschaftlich unter Druck setzen (müssen). Das kann sehr schnell und sehr schmerzhaft geschehen, ohne daß man überhaupt wirtschaftliche Sanktionen beschließen muß. Man muß nur die russischen Preise für Energieträger unterbieten. Jeder Kontrakt, der Rußland vollkommen verloren geht, reißt ein tiefes Loch, jeder gesenkte Preis, ein etwas kleineres Loch, in die Kassen des Kreml. Jeder Verfall des Rubel verteuert darüber hinaus die lebenswichtigen Importe. Ein faktisches Entwicklungsland wie Rußland, hat dem nichts entgegen zu setzen. Eigentlich sollte gerade Rußland aus dem Kollaps des Sowjetreichs seine Lehren gezogen haben: Als es glaubte, die Welt mit Waffengewalt beherrschen zu können (Einmarsch in das sozialistische Bruderland Afghanistan) nahm Ronald Reagen die Herausforderung an und erschuf den „Krieg der Sterne“. Putin mag als guter Schachspieler gelten, aber die USA sind immer noch die Nation der Poker-Spieler. Putin wird noch lernen müssen, wenn man kein gutes Blatt in den Händen hält und nichts in der Tasche hat, sollte man besser nicht, die wirklich großen Jungs reizen.

Kohle

Die russische Kohleindustrie ist durch und durch marode. Das gilt auch und gerade für das Revier im Osten der Ukraine. Die Produktionskosten sind teilweise so hoch, daß jetzt schon mit Verlusten produziert wird. Demgegenüber hat allein die USA schier unerschöpfliche Kohlenmengen verfügbar. Dies betrifft sogar die Transport- und Hafenkapazitäten. Es ist ein leichtes, den Vertrieb zu intensivieren und sich um jeden russischen Kunden zu bemühen. Man muß nur jeweils etwas unter den russischen Preisen anbieten. Dies wird nicht einmal an den Weltmärkten zu Verwerfungen führen. Der Exportanteil Russlands ist einfach zu gering. Für Russland andererseits, ist jede nicht verkaufte Schiffsladung ein Problem.

Öl

Russland, USA und Saudi Arabien sind die drei größten Ölförderländer. Die USA werden in den nächsten Jahren zur absoluten Nummer eins aufsteigen. Schon jetzt liegen die Preise in den USA (WTI) rund zehn Dollar unter den Preisen in Europa (Brent). Es schwelt schon lange ein Konflikt um die Aufhebung des Exportverbotes. Ein denkbarer Kompromiß, wäre eine Aufhebung für „befreundete Nationen“ in Europa. Geschieht das, rächt sich die Vernachlässigung der russischen Transportkapazitäten. Die USA können zusammen mit Saudi Arabien die Ölpreise in den klassischen Abnehmerländern Russlands in beliebige Tiefen treiben. Dies gilt vor allem für die hochwertigen Rohöl-Qualitäten. Zusätzlich noch ein bischen Konjunkturabschwächung in China und der russische Staatshaushalt gerät aus den Fugen.

Erdgas

Russland besitzt nach wie vor die größten konventionellen Erdgasreserven. Danach folgen Qatar und Iran. Alle drei sind tief im Syrienkonflikt verstrickt. Alle drei aus dem gleichen Grund, wenn auch auf verschiedenen Seiten. Syrien ist das potentielle Transitland für Erdgas aus dem Golf-Gebiet. Rußland schürt mit allen Mitteln den Krieg, um einen geplanten Ausbau des Pipelinenetzes aus Süd-Irak zu verhindern. Ist das Gas erstmal im Irak angekommen, ist der Anschluß an die südeuropäischen Netze nicht mehr weit. Qatar kann die gemeinsamen Gasfelder mit Iran weiterhin günstig ausbeuten, solange dem Iran mangels Transportkapazität der Absatzmarkt fehlt. Iran verfügt genauso wenig wie Russland über die Technologie für eine LNG-Kette. Iran bekommt keine Unterstützung solange es an einer Atombombe bastelt. Russland kann sich (noch) mit Importen der Anlagentechnik aus dem Westen im bescheidenen Maße behelfen.

Allein in den USA befinden sich zwanzig Anlagen zur Verflüssigung und anschließendem Export in der Genehmigung. Der Weltmarkt für Erdgas wird sich in den nächsten Jahren völlig verändern. Deutliches Zeichen sind die Verwerfungen in den Preisen. In Europa sind die Preise derzeit etwa doppelt so hoch, wie in den USA. In Asien sogar drei bis vier mal so hoch. Hauptursache in Asien sind die enormen Importe durch Japan als Ersatz für die abgeschalteten Kernkraftwerke. Sobald Japan wieder seine Kernkraftwerke in Betrieb nimmt – was technisch innerhalb weniger Wochen möglich wäre – werden die Erdgaspreise in Asien mangels Nachfrage deutlich sinken. Es bietet sich dann an, diese Ströme nach Europa umzuleiten. Ausgerechnet die Golfstaaten verfügen über die größten Verflüssigungsanlagen und Transportflotten. Ganz schlecht für Putin, wenn er weiterhin den Krieg in Syrien schüren will und die muslimischen Krim-Tataren erneut vertreiben will. Putin wird sich mit den Gaspreisen zufrieden geben müssen, die ihm die USA und die arabische Welt zugestehen werden. Ein Ausweichen auf andere Kunden ist praktisch nicht möglich. Pipelines lassen sich im Gegensatz zu Tankerflotten zwar abschalten, nicht aber umleiten.

Fazit

Energie ist immer auch Politik. Eine Tatsache, die nach den Erfahrungen der 1970er Jahre mit den sog. „Ölkrisen“ gern wieder verdrängt wurde. In den vergangenen Jahrzehnten gehörte es für jeden Linken (Schröder, Fischer etc.) zu den festen Glaubensgrundsätzen, daß die USA nur „Kriege wegen Öl“ führen. Stets von Schule bis Medien in diesem Glauben geschult, hat man in Deutschland einfach nicht wahrnehmen wollen, welche Veränderungen (gerade) durch Präsident Bush in den USA stattgefunden haben. In einer gigantischen Kraftanstrengung wurde das gesamte Öl- und Gasgeschäft praktisch neu erfunden.

Heute, gilt mehr denn je, der „Fluch der Rohstoffe“. Länder, die über billige Energievorkommen verfügen, aber nicht verstehen, etwas vernünftiges mit den daraus resultierenden Devisenströmen an zu fangen, drohen durch zu viel Geld weiter zu verarmen. Nigeria, Venezuela und Russland sind hierfür typische Beispiele.

Länder, die durchaus energieautark sein könnten (Deutschland z. B. gehört zu den zehn Ländern mit den größten Kohlevorkommen weltweit), können es sich erlauben, „hochwertige Waren“ gegen „billigere Energie“ (volkswirtschaftlich) gewinnbringend zu tauschen. Man – meint zumindest – sogar auf neuere Fördermethoden verzichten zu können (sog. Fracking-Verbot in Deutschland und Frankreich).

Stellvertretend für die Energieversorgung (im Sinne von Energiepolitik) des 21. Jahrhunderts ist die Kernenergie: Der Brennstoff Uran ist überall, preiswert und in beliebigen Mengen erhältlich. Er ist einfach zu lagern. Kernkraftwerke können über Jahre mit einer Brennstoffladung betrieben werden. Die „Kunst“ besteht in der Beherrschung der Technik. Die Ersatzteile, das Fachpersonal und der allgemeine industrielle Hintergrund bestimmen die Versorgungssicherheit. Insofern dürfte sich Rußland durch seine Abenteuer in der Ukraine auch aus diesem Geschäftsbereich selbst herauskatapultiert haben.

Neuer Temperaturrekord für Brennstoffe gemeldet

Forscher am Idaho National Laboratory (INL) und beim Oak Ridge National Laboratory (ORNL) meldeten einen neuen Meilenstein bei der Entwicklung von Brennstoffen für einen Reaktor der sog. vierten Generation. Sie erreichten einen neuen Rekord von 1800 °C . „Ein sicherer und effizienterer Kernbrennstoff zeichnet sich am Horizont ab“ war die Meldung betitelt. Der weiterentwickelte TRISO-Brennstoff (tristructural-isotropic, Bilderstrecke hierzu) hätte sich als noch robuster als gedacht erwiesen. Die Entwicklung dieses Brennstoffes ist Bestandteil einer Reaktorentwicklung für besonders hohe Betriebstemperaturen (Very High Temperature Reactor Technology Development Office). Es ist die Wiederaufnahme einer Entwicklungsschiene zur Nutzung von Kernenergie in der Chemie. Insbesondere zur Umwandlung von Kohle in umweltfreundlichere Produkte oder zur großtechnischen (chemischen) Wasserstoffgewinnung. Am konsequentesten und weitesten wurde diese Schiene einst in Deutschland (THTR) entwickelt. Mußte aber – wie so vieles andere – aus politischen Gründen aufgegeben werden. Inzwischen wurde auch die Entwicklung in Südafrika mangels finanzieller Möglichkeiten fast vollständig eingestellt. Nur das andere „Kohleland“ China, verfolgt noch mit merklichem Einsatz die Weiterentwicklung. Die USA – auch das Saudi Arabien der Kohle genannt – betreiben mit allen eine enge Kooperation, insbesondere auf dem Sektor der Brennstoffentwicklung.

Der heutige Stand, ist das Ergebnis von 11 Jahren Entwicklung am INL und ORNL. Wobei diese Forschung, schon auf den deutschen Ergebnissen aus den 1980er Jahren aufbauen konnte. Dies nur mal so am Rande, wie lang Entwicklungszeiträumen in der Kerntechnik dauern. Dabei handelt es sich hier nur um ein Teil – dem Brennelement – eines neuen, gasgekühlten Hochtemperaturreaktors. Alle Teile koppeln aber später im Betrieb gegenseitig aufeinander zurück. Erinnert sei nur, an das Einfahren der Steuerstäbe in den Kugelhaufenreaktor in Hamm-Üntrop, welches zu unerwartetem Verschleiß geführt hatte. Die hier beschriebenen TRISO-Elemente waren drei Jahre zur Bestrahlung in einem Testreaktor (im Advanced Test Reactor des INL). Ziel war ein Abbrand von etwa 20%. Dies entspricht etwa dem doppelten Wert, der damals in Deutschland verwendeten Brennelemente. Je höher der Abbrand ist, um so mehr Spaltprodukte sind in den Brennelementen vorhanden und um so höher war die Strahlenbelastung.

Nach der Bestrahlung wurden sie in einem Ofen auf die Testtemperatur erhitzt. Hauptzweck eines solchen Versuches ist, zu messen, wieviel Spaltprodukte, von welcher Sorte, „ausgeschwitzt“ werden und wie stark die anderen Eigenschaften (Festigkeit, Korrosion etc.) nachlassen. Aus solchen Versuchen kann man wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung des Herstellungsprozesses ableiten. Die Meßergebnisse sind so positiv, daß man sogar Tests bei noch höheren Temperaturen erwägt. Wichtig für die Sicherheitstechnik ist, daß bereits die jetzigen Temperaturen etwa 200 Grad über den möglichen Höchsttemperaturen bei einem Störfall liegen.

Unterschiede zu konventionellen Brennelementen

Ein Brennelement enthält den Spaltstoff (Uran, Plutonium) und soll später die bei der Kernspaltung entstehenden Produkte möglichst gut festhalten. Das Brennelement muß gekühlt werden. Bei einem Leichtwasserreaktor ist das Kühlmittel auch das Arbeitsmedium (Dampfturbine). Bei einem klassischen Hochtemperaturreaktor, dient Helium als Wärmeübertrager zwischen den Brennelementen und dem eigentlichen Dampfkreislauf. Verwendet man Helium als Kühlmittel und wünscht trotzdem ein thermisches Neutronenspektrum, benötigt man noch einen zusätzlichen Moderator. Diese Funktion übernimmt der Kohlenstoff in den TRISO-Elementen.

Ein Brennelement eines Druck- oder Siedewasserreaktors besteht aus vielen einzelnen Brennstäben (üblich 14 x 14 und 17 x 17). Jeder Brennstab ist mit Tabletten (kleine Zylinder mit etwa 1 cm Durchmesser und Höhe) aus Uranoxid gefüllt. Die Hülle besteht aus einem beidseitig verschlossenen Rohr aus einer Zirkonlegierung. Uranoxid ist in Wasser praktisch unlöslich und hat einen hohen Schmelzpunkt von über 2800 °C. Dies erscheint sehr hoch, kann aber relativ schnell im Innern eines Brennstabs erreicht werden, da Uranoxid ein schlechter Wärmeleiter ist. Es kommt deshalb bei einem Verlust des Kühlwassers – wie in Harrisburg und Fukushima – partiell zur „Kernschmelze“. Infolgedessen reagiert die Brennstabhülle mit Wasserdampf bei hoher Temperatur und es bilden sich beträchtliche Mengen Wasserstoff, die in Verbindung mit Luft explodieren können. Die ursprünglich im Brennstab zurückgehaltenen Spaltprodukte können freigesetzt werden. Dabei ist zu beachten, daß viele Spaltprodukte bei den hohen Temperaturen gasförmig sind. Sie breiten sich deshalb zumindest im Reaktor aus. Dies führt zu einer erheblichen Strahlenbelastung, die menschliche Eingriffe für lange Zeit unmöglich macht. Man muß also längere Zeit warten, bis man mit den Aufräumarbeiten beginnen kann. Dies war das Problem in Harrisburg und ist heute das Problem in Fukushima.

Die Kombination Uranoxid, eingeschweißt in einer Hülle aus einer Zirkonlegierung (Zirkalloy) ist für den „normalen“ Betrieb eine sehr gute Lösung. Solche Brennelemente sind sogar für Jahrzehnte problemlos in Wasserbecken oder Spezialbehältern (trocken) lagerbar. Anders verhält es sich, wenn sie – insbesondere aus dem vollen Betrieb heraus – „trocken fallen“: Die Temperatur des Brennstabs steigt sofort über den gesamten Querschnitt an. Dies liegt an der relativ gleichmäßigen Verteilung der Spaltprodukte (Nachzerfallswärme) und der schlechten Wärmeleitung von Uranoxid. Der Brennstab fängt regelrecht an zu glühen und kann in seinem Inneren bereits aufschmelzen. Ohne den Phasenübergang von Wasser zu Dampf (Verdampfungsenthalpie) ist der gewaltige Wärmestrom (dafür reicht schon die Nachzerfallswärme kurz nach Abschaltung) nicht aus dem Brennstab zu transportieren. Mit anderen Worten: Ist der Brennstab erst einmal von Dampf umgeben, heizt er sich immer weiter auf. Nun setzen zwei fatale Prozesse ein: Infolge der steigenden Temperatur verliert das Brennelement seine mechanische Festigkeit und das Material der Brennstoffhülle „verbrennt“ im heißen Wasserdampf und produziert dadurch beträchtliche Mengen Wasserstoff. In diesem Moment wird ein Teil der vorher eingeschlossenen radioaktiven Stoffe zumindest im Reaktordruckgefäß (Unfall in Harrisburg) oder sogar im Sicherheitsbehälter (Fukushima) freigesetzt. Die produzierte Menge Wasserstoff kann so groß sein, daß sie ein ganzes Kraftwerk zerstört. Die Bilder von der Explosion in Fukushima sind hinlänglich bekannt. Ist das passiert, wird auch eine beträchtliche Menge radioaktiver Stoffe in die Umwelt freigesetzt.

Man kann also zusammenfassend sagen: Die Konstruktion der Brennelemente eines Leichtwasserreaktors funktioniert nur so lange, wie sie ständig von flüssigem Wasser umgeben sind. Sind sie nicht mehr vollständig von Wasser benetzt, nimmt die Katastrophe innerhalb von Sekunden ihren Lauf und endet – zumindest – im Totalschaden des Reaktors. Die Sicherheit steht und fällt mit der Aufrechterhaltung einer „Notkühlung“. Ein „trocken fallen“ muß sicher verhindert werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob dies von außen ausgelöst wird (Tsunami), durch technisches Versagen im Kraftwerk (Rohrbruch) oder auch durch menschliches Versagen (Bedienungsfehler). In diesen Zusammenhängen liegt die Begründung für die passiven Sicherheitseinrichtungen bei Reaktoren der sog. Generation III+.

Das TRISO-Konzept

Beim Tristructural-isotropic (TRISO) Brennstoff geht man nicht von einer Tablette mit einem Durchmesser von etwa 1 cm als Baustein aus, sondern von winzigen Körnern, im Bereich von zehntel Millimetern. Diese Körnchen werden mit vier Schichten umhüllt und besitzen anschließend einen Durchmesser von etwa einem Millimeter. Die erste Schicht besteht aus porösem Kohlenstoff. Sie kann wie ein Schwamm die Ausdehnungen des Brennstoffkerns ausgleichen und kann aus ihm entwichene Spaltprodukte (Gase) aufnehmen. Diese Schicht ist von einer weiteren Schicht aus dichtem pyrolitischem Kohlenstoff (PyC) umgeben. Nun folgt eine Schutzschicht aus Siliziumkarbid (SiC). Dieses Material ist sehr hart und chemisch widerstandsfähig. Außen folgt eine weitere Schicht Kohlenstoff. Ein solches Korn „Verbundwerkstoff“ ist gleichzeitig nahezu unzerbrechlich und äußerst temperaturbeständig. In diesem „Tresor“ sind Spaltstoff und Spaltprodukte für Jahrzehnte fest eingeschlossen. In Deutschland plante man die „abgebrannten“ Kugeln in Edelstahlbehälter einzuschweißen und diese dann in ein Endlager zu bringen.

Aus diesen kleinen TRISO-Körnern kann man in einem weiteren Verfahrensschritt handhabbare Brennelemente „backen“. Bei einem Kugelhaufenreaktor sind das etwa Tennisball große Kugeln aus solchen TRISO-Körnern, die durch weiteren Kohlenstoff miteinander verbunden sind. Das erforderliche Verhältnis, ist durch die Neutronenphysik vorgegeben, da bei diesem Reaktortyp der Kohlenstoff auch die Funktion des Moderators übernehmen muß. Das durch den Kugelhaufen strömende Helium dient nur dem Wärmetransport. Da weder Zirkalloy, noch Wasser vorhanden ist, kann bei einem Störfall auch keine größere Menge Wasserstoff gebildet werden. Eine Explosion, wie im Kraftwerk Fukushima, wäre ausgeschlossen.

Wie diverse Versuche mit Kugelhaufenreaktoren eindrucksvoll gezeigt haben, sind sie „inhärent sicher“. In China hat man beispielsweise in einem öffentlichen Versuch dem Reaktor bei voller Leistung die Wärmesenke entzogen. Der Reaktor „ging von alleine aus“ und verharrte in einem stabilen Zustand. Die Kettenreaktion wurde durch den extrem negativen Temperaturkoeffizienten des Reaktorgraphit und dem Dopplereffekt des Brennstoffs augenblicklich unterbrochen. Durch die Nachzerfallswärme verharrt der Reaktor in diesem „überhitzten Zustand“ für viele Stunden, ohne jedoch eine für den Brennstoff kritische Temperatur zu überschreiten (Eine maximale Brennstofftemperatur von 1600 °C wurde nach drei Tagen erreicht). Der Reaktor blieb unbeschädigt und konnte nach dem Versuch wieder in Betrieb gesetzt werden. Diese Demonstration war wichtig, da dieser Reaktortyp unmittelbar in Raffinerien als Wärmequelle eingesetzt werden soll.

Ein Reaktor mit TRISO-Brennstoff und Helium als Kühlmittel macht hauptsächlich zur Erzeugung von Hochtemperatur-Prozeßwärme Sinn. Der gegenüber Leichtwasserreaktoren höhere Kapitalaufwand, wiegt die Brennstoffeinsparung durch höhere Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung nicht auf. Bei kleinen Reaktoren dieses Typs, ist wegen des günstigen Verhältnisses von Volumen zu Oberfläche, eine „Notkühlung“ nicht notwendig. Die geringe Leistung (einige Hundert Megawatt) ist für die Anwendung „Prozeßwärme“ kein Nachteil, da der Bedarf von Hochtemperaturwärme an einem Standort ohnehin begrenzt ist. Wegen der relativ geringen Stückzahlen ist eine Wiederaufbereitung eher unwirtschaftlich. Die Stabilität der TRISO-Elemente kommt einer direkten „Endlagerung“ entgegen. Geschieht diese rückholbar, kann das irgendwann bei Bedarf geschehen.

Wie in Deutschland eindrucksvoll gezeigt wurde, eignet sich dieses Reaktorkonzept hervorragend, um Thorium nutzbar zu machen. Bei Kugelhaufen ist eine Anreicherung von 8 bis 10% Spaltmaterial und für das US-Konzept der Prismenanordnung von 14 bis 19% erforderlich. Es wäre sogar eine Verwendung von „teilaufgearbeitetem“ Leichtwasserbrennstoff möglich. Wegen des hohen Abbrandes wären hiermit etwa 70% des vorhandenen „Atommülls“ nutzbar. Ein Konzept, ähnlich dem koreanischen DUPIC-Verfahren (Nachnutzung in Schwerwasserreaktoren).

Indien, das schwarze Loch der Energie?

Indien ist (noch) das zweitbevölkerungsreichste Land der Erde. Jedes Jahr wächst die Bevölkerung um 15 Millionen. Will man die Energieproblematik verstehen, muß man sich diese Zahl in aller Deutlichkeit anschaulich machen: Etwa alle fünf Jahre kommt einmal Deutschland hinzu! Selbst wenn man diese Menschen nur mit dem Existenzminimum (Nahrung, Kleidung, Wohnen) versorgen will, ergibt das mehr, als wir mit Wind und Sonne erzeugen. Das übliche Geschwurbel vom „Energiesparen“ hilft auch nicht weiter, wenn man bereits am Existenzminimum lebt. Viel eher sollte man sich vielleicht mal der eigenen Geschichte erinnern: Nach dem Krieg war eine Schule in einer Baracke besser als gar keine Schule, in den 1960er Jahren eine Turnhalle mit Einfachverglasung ein riesiger Fortschritt und das Gesamtschulzentrum mit Asbest das „Bildungsideal“ des ausgehenden zwanzigsten Jahrhunderts. Die Inder, Chinesen und Afrikaner sollen demgegenüber doch bitte gleich mit „Erneuerbaren“ starten, schließlich geht es doch um unser aller Klima! Die können doch glücklich sein, daß sie unsere „Fehler“ nicht noch einmal machen müssen und gleich die Welt retten dürfen. Es ist schon putzig, wenn man die Töchter der Generation Gesamtschule vom „smart grid“ schwärmen hört, mit dem man doch die Waschmaschine nur bei Wind laufen lassen könnte. In den Ohren einer Inderin aus der (indischen) Mittelschicht, die sich über ihren neuen Kohleherd freut und von heißem Wasser aus der Wand zur Unterstützung der Handwäsche träumt, wahrlich märchenhafte Dinge. Interessant wird nur sein, ob die indischen Frauen nach der Befreiung durch elektrische Haushaltsgeräte auch ihre gewonnene Zeit in irgendwelchen „grün/alternativen“ Seminaren vergeuden werden.

Manch einer mag sich an dieser Stelle fragen, was dies alles mit Kernenergie zu tun hat. Nun, die Antwort findet man sowohl in der eigenen Geschichte („Der Himmel über der Ruhr muß wieder blau werden“, Wahlkampfslogan der SPD aus deren „Kohle und Kernenergie“ Phase) als auch im aktuellen China:

  • Wohlstand und Pro-Kopf-Energieverbrauch sind die zwei Seiten ein und derselben Medaille.
  • Jede Form der Energieumwandlung (auch Wind, Sonne, Biomasse etc.) erzeugt Belastungen für die Umwelt. Man kann diese Belastungen durch den Einsatz von Technik und Kapital sehr stark mildern – niemals aber völlig ausschließen.
  • Durch die Nutzung verschiedener Energieträger kann man deren jeweilige Belastung unterhalb von akzeptablen Grenzwerten halten.
  • Man kann jeden Euro nur einmal ausgeben! Den Gewinn aus „billiger Energie“ kann man für andere Zwecke einsetzen. Umgekehrt gilt aber auch, daß man die Beträge, die man für (vermeintlich) umweltfreundlichere Energieformen aufwendet, nicht noch einmal ausgeben kann. Hier ist eine eigene politische Abwägung in jeder Gesellschaft erforderlich.

Die Rolle der Kohle

Mit dem letzten Punkt, sind wir unmittelbar bei der bevorzugten Nutzung von Kohle in Indien und vergleichbaren Ländern angekommen. Kohle ist relativ gleich verteilt. Anders als Öl und Gas. So gibt es auf dem gesamten indischen Subkontinent reiche Kohlevorkommen in unterschiedlicher Qualität. Sie reichen von Kokskohle im (nordöstlichen) Bundesstaat Jharkhand bis zu Braunkohle im pakistanischen Thar-Gebiet. Alles riesige Vorkommen, relativ dicht unter der Oberfläche. Einerseits ein Vorteil, andererseits ein Fluch für die Umwelt. Kohle läßt sich einfach lagern und transportieren – notfalls auf dem Esel. Sie wird deshalb nicht nur in Kraftwerken verfeuert, sondern überall in Industrie und Haushalt. Gerade diese unzähligen Kleinfeuerstätten verpesten die Luft in unerträglichem Maße. Ganz ähnlich, wie im London der 1950er Jahre. Noch ist in Indien der Entwicklungsstand – in China beginnt diese Phase gerade – nicht erreicht, große Gasnetze aufzubauen und systematisch die Kohleherde aus den Städten zu vertreiben. Die knappen Mittel müssen halt auch für Abwasser- und Trinkwassernetze etc. herhalten!

Bergbau in Indien

Indien liegt nach China und den USA bei der Förderung auf Platz drei. Gleichzeitig aber bei den Importen schon auf Platz vier. Schon diese Tatsache deutet auf einige Probleme hin. Die Probleme der indischen Kohlewirtschaft lassen sich bestens durch die drei Begriffe: Armut, Sozialismus und kriminelle Energie umschreiben. Stellvertretend steht die Entwicklung im Gebiet um Jharia. Einst ein Naturparadies, gleicht es heute eher Dantes Hölle. Hier lagern Milliarden Tonnen leicht abbaubarer Kokskohle (beste Qualität). Seit 1896 wird sie abgebaut. Das Elend begann mit der Verstaatlichung 1971. Ab 1973 begann die Bharat Coking Coal Limited (BCCL) mit einem Raubbau durch großangelegte Tagebaue. Seitdem brennt die Landschaft. Die angeschnittenen Kohlenflöze haben sich entzündet und brennen unterirdisch weiter. (siehe z. B.: http://www.bbc.co.uk/news/world-asia-india-23422068 oder http://www.youtube.com/watch?v=kYNLerVxUiA) Ganze Dörfer, Eisenbahnlinien und Straßen sind inzwischen eingestürzt. Nicht unwillkommen für die Minengesellschaft, da es sich entweder um Staatsbesitz (Eisenbahn) oder ungesicherte Eigentumsverhältnisse (Ureinwohner) handelt. Nach Vertreibung kann man billig baggern. Zusätzlich graben tausende entwurzelter Menschen in dickem Qualm illegal nach Kohle. Diese „dem Staat geklaute“ Kohle wird anschließend von (teilweise staatlichen) Firmen für wenige Cent aufgekauft. Alles unter den Augen und dem Mitverdienst von lokalen Politikern.

Inzwischen sind die Zustände in ganz Indien unhaltbar geworden. Es gibt einen stetig steigenden Bedarf an Kohle zur Stromerzeugung. Der Energieverbrauch pro Kopf ist in Indien einer der geringsten weltweit. Weniger als 60% der Haushalte sind überhaupt an das Stromnetz angeschlossen. Wollte man den pro Kopf Verbrauch in Indien nur auf die Hälfte des Wertes der industrialisierten Ländern anheben, müßte man die Stromproduktion versechsfachen!

Die Rolle der Kernenergie

Die Annahme eines halb so hohen Energieverbrauches, wie in den Industrieländern ist ein realistisches Ziel. Indien wäre dann etwa auf dem heutigen Niveau von seinem Nachbarn China angekommen. Es erscheint kaum vorstellbar, daß die Entwicklung des Wohlstandes in Indien wesentlich hinter dem von China zurückbleiben kann. Eine soziale Explosion wäre die wahrscheinliche Folge. Jede indische Regierung ist gezwungen – wenn sie politisch überleben will – die vorgelebte Entwicklung nachzuvollziehen.

Wenn aber Entwicklung sein muß, woher kann die dafür notwendige Energie kommen? Öl- und Gasvorkommen sind (jedenfalls bis jetzt) kaum vorhanden. Als Hauptenergieträger wird weiterhin die Kohle bleiben. Sie ist durchaus vorhanden, kann aber nur bedingt zur Verstromung eingesetzt werden. Genau, wie vor einem halben Jahrhundert in Europa und heute in China, setzt der Umweltschutz klare Grenzen. Einfache Kohlekraftwerke sind extreme Luftverschmutzer. Baut man sie hingegen auf dem Standard deutscher Kraftwerksneubauten (Rauchgaswäsche, Entstickung, Ascheverwertung, Abwasseraufbereitung, etc.) bewegt man sich mit den Investitionskosten rasch in die Nähe von (indischen) Kernkraftwerken, bei wesentlich höheren Betriebskosten. Entscheidend ist jedoch, daß man die Kohle, die man in Kraftwerken verbrennt, nicht noch einmal in der Industrie verwenden kann. Dies mag sich trivial anhören, ist aber die Haupttriebfeder für das chinesische Ausbauprogramm. So ist in China beispielsweise der gesamte Transportsektor durch die Energietransporte ständig überlastet. Kernkraftwerke können an den Verbrauchsschwerpunkten gebaut werden und benötigen praktisch keine Transportkapazitäten. Die „freiwerdende“ Kohle soll nahe der Gruben vergast werden und das Gas über Pipelines in die Industriegebiete verteilt werden. Auch Indien wird kaum ein anderer Weg bleiben.

Bisher hat Indien 20 Kernkraftwerke mit einer Nettoleistung von 4385 MWe in Betrieb (Produktion in 2012 rund 30 TWh) und sieben weitere mit 4890 MWe in Bau. Geplant ist ein Ausbau auf 60 GWe bis 2032.

Das Uranproblem

Indien verfügt (bisher) nur über geringe Uranvorkommen. Es setzt daher konsequent auf die Entwicklung schneller Brüter. Die Entwicklung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit Rußland.

Indien besitzt aber gigantische Vorkommen an Thorium. Diese sind teilweise sehr leicht abbaubar (Monazidsande). Es setzt daher in den letzten Jahren auch auf Entwicklungen zur Verwendung von Thorium als Brennstoff. Indien besitzt große Erfahrungen mit Schwerwasserreaktoren. Ursprünglich in Lizenz gebaut, gibt es inzwischen eine eigene Weiterentwicklung. Man beschreitet daher konsequenterweise eine weltweit einzigartige Entwicklungsschiene: Die Nutzung von Thorium in Schwerwasserreaktoren.

Man sollte die Fähigkeiten Indiens auf dem Gebiet der Kerntechnik nicht unterschätzen. Schließlich hat es ein umfangreiches nukleares Rüstungsprogramm, von der Bombe bis zum Atom-U-Boot. Wegen seiner Rüstungspolitik, war es bisher als internationaler Partner nicht besonders geschätzt. Dies scheint sich aber in den letzten Jahren massiv zu verändern. Die Ausbauprogramme sind einfach zu verlockend. Das Beispiel China hat gezeigt, wie schnell sich Lizenzgeber, Lieferanten und Kooperationspartner aus aller Welt finden lassen. Wenn überhaupt, dürfte eher der Kapitalbedarf ein Problem darstellen.