Klimaschutz Wedel.

Atom I

Eine "besondere" Art der fossilen Energie­träger ist Uran. Seit den 1950er Jahren wird die Kern­energie (auch Atom­kraft, Kern­kraft oder Nuklear­energie genannt) in großem Maß­stab zur Strom­produktion genutzt. Schon um 1890 wurden erste Experimente zur Radio­aktivität durch­geführt. Das Ziel Antoine Henri Becquerels, Marie und Pierre Curies und anderer war die Erforschung von Kern­reaktionen.

1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Straßmann die induzierte Kern­spaltung von Uran. Mit dem Nach­weis, dass eine Ketten­reaktion möglich ist, weil bei jeder durch ein Neutron ausgelösten Kern­spaltung mehrere weitere Neutronen frei­gesetzt werden, wurden praktische Anwendungs­möglichkeiten der Kern­spaltung klar.

Zuerst wurden diese Erkenntnisse für die militärische Forschung während des Zweiten Welt­krieges genutzt. Das Manhattan-Projekts (unter Leitung von Robert Oppenheimer) mündete in den ersten Atom­bomben-Abwurf am 6. August 1945 über Hiroshima. Deutschen Forschern unter Werner Heisenberg und Carl Friedrich von Weizsäcker gelang es bis zum Kriegs­ende nicht, einen funktionierenden Kern­reaktor zu entwickeln.

Nach dem Zweiten Welt­krieg wurde parallel die zivile Verwendung der Kern­energie entwickelt. Ende 1951 erzeugte ein Versuchs­reaktor in den USA erstmals elektrischen Strom und brachte vier Glüh­lampen zum Leuchten. Das erste Kraft­werk zur groß­technischen Erzeugung von elektrischer Energie wurde 1954 mit dem Kern­kraftwerk Obninsk bei Moskau in Betrieb genommen.

Besonders nach den Reaktor­unfälle von Tschernobyl (26.04.1986) und Fukushima (11.03.2011) wurde die Sicherheit von Kern­kraft­werken zunehmend in Zweifel gezogen.

Ein bisher weltweit ungelöstes Problem ist der radioaktive Abfall. Hoch­radio­aktiver Abfall (High Active Waste) ist erst nach bis zu einigen Hundert­tausend Jahren ausreichend abgeklungen. Zudem sind einige darin enthaltene Elemente auch chemisch sehr giftig. Deshalb müsste ein End­lager so sicher sein, dass der Abfall dauerhaft ein­geschlossen ist. Auch die Kenn­zeichnung eines End­lagers muss so gestaltet werden, dass sie in zehn- oder hundert­tausenden Jahren noch ein­deutig und als Warnung erkennbar ist.

Eine zweite Möglich­keit, Atome zu nutzen ist die Kern­fusion. Hierbei entstehen sehr schnelle Neutronen, deren Energie als Wärme zur Strom­produktion genutzt werden soll, und Helium­ionen, deren Energie die zur Fusion nötige Plasma-Temperatur aufrecht­erhalten kann. Bei der Sicher­heit ist nur die nach außen gelangende (Neutronen- und Gamma-) Strahlung abzu­schirmen. Eine Ketten­reaktion findet nicht statt. Unge­wollte Leistungs­steigerungen sind nicht möglich: Störungen bewirken ein sofortiges Erlöschen des Plasmas. Bei der Kern­fusion entsteht keinerlei radio­aktiver Abfall, sondern nicht-radioaktives Helium. Obwohl bereits seit den 1960er Jahren daran geforscht wird, wird es wegen höchster technischer Anfor­derungen wohl in absehbarer Zukunft kein solches Kraft­werk geben.

Besonders im Sommern tritt bei Atom­kraft­werken ein Problem zutage, welches sich leider in den kommenden Jahren verstärken wird. Kraft­werke müssen gekühlt werden. Darum sind sie oft an Flüssen errichtet worden. Immer wieder -und immer öfter- in den letzten Jahren sorgen allerdings Klima­wandel und z.B.Fahr­rinnen-Anpassungen dafür, dass Flüsse zu wenig Wasser führen.

So mussten im Hitze­sommer 2022 die Hälfte aller AKWs in Frank­reich herunter gefahren werden - Und Fran­kreich importierte von Deutschland "erneuer­baren" Strom!

Atom II

Die andere Art, Energie aus Atomen zu gewinnen, ist, es der Sonne gleich­zumachen: Kernfusion.Darus Energie zu gewinnen ist ein Traum, den viele Wissen­schaftler­innen und Wissen­schaftler seit Jahr­zehnten träumen. Denn die Vorteile wären immens:
Klima­neutral soll sie sein, jeder­zeit verfügbar, sauber. Im Gegen­satz zur Atom­kraft, die Energie durch die Spaltung von Atom­kernen erzeugt, funktio­niert Kern­fusion anders­herum: Zwei Atom­kerne verschmelzen zu einem. Die Radio­aktivität, die dabei frei wird, zerfällt binnen vergleichs­weise kurzer Zeit.

Doch es gibt ein Problem. Denn Atom­kerne verschmelzen nur höchst ungern mitein­ander. Auf der Sonne zwingen sie die Hitze und der Druck dazu, die im Inneren des Sternes herrschen. Um ähnliche Bedingungen auf der Erde herzu­stellen, existieren bislang zwei Verfahren: Magnet- und Laser­fusion.

Bei der Magnet­fusion werden Wasser­stoff­isotope auf mehr als 100 Millionen Grad erhitzt, sodass ein Plasma entsteht. Damit dieses nicht abkühlt, wird es durch ein Magnet­feld einge­schlossen. Fusionieren nun zwei Wasser­stoff­isotope, ent­stehen daraus ein Helium­kern – und Energie.

2007 wurde in der französischen Provence begonnenen, einen Versuchs­reaktors zu bauen, der bereits Milliarden an Euro verschlungen hat und dessen Fertig­stellung auf sich warten lässt.

Dahingegen waren es Laser, welche die Kern­fusion im Dezember 2022 weltweit in die Schlag­zeilen brachten, als es im US-amerikanischen Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) erst­mals gelang, durch das Ver­schmelzen von Atom­kernen mehr Energie freizu­setzen, als dazu an Laser­energie aufgewendet worden war. Dabei war die Gesamt­energie­bilanz jedoch immer noch negativ: Zwei Mega­joule an Laser­energie hatten drei Mega­joule an Fusions­energie frei­gesetzt - in den Betrieb der 192 Laser sind insge­samt aber rund 300 Mega­joule an Energie geflossen.

Bei Laser­fusion steht die Energie­gewinnung bislang eher im Hinter­grund, es ist primär Militär­forschung, im Prinzip an einer Mini-Wasser­stoff­bombe.

Nicht nur Umwelt­organi­sationen wie der BUND und Green­peace warnen vor über­zogenen Hoff­nungen und davor, in Erwartung einer Energie­quelle, die derzeit noch Science-Fiction ist, den Umstieg auf erneuer­bare Energien aufzu­schieben.
Der Text basiert auf einem Artikel von Jakob Milzner / Redaktions­netz­werk Deutsch­land

Wasserstoff

Wasserstoff ist ungiftig, lässt sich speichern, über Pipe­lines verteilen und enthält pro Kilo­gramm fast dreimal so viel Energie wie Benzin oder Diesel. Und wenn in Brenn­stoff­zellen Wasser­stoff mit dem Sauer­stoff aus der Luft reagiert und Strom erzeugt, entsteht als "Abfall" nur reines Wasser (H2O). Wasser­stoff als Energie­träger ist bisher noch selten, auch weil das flüchtige Gas hoch­explosiv ist. Doch wird Wasser­stoff immer wichtige. Über die Funktionen informiert ein Video.

Anhand der "Herstellung" unterscheidet man zwischen:
Grauer Wasserstoff wird in der chemischen Industrie aus Erd­gas hergestellt. Das Ver­fahren ist seit Jahr­zehnten im Einsatz, weit über 90 Prozent des weltweit verbrauchten Wasserstoffs werden so produziert. Hierbei wird Kohlen­stoff aus dem Erdgas als CO2 in die Luft geblasen. Beim Verbrennen des grauen Wasser­stoff entsteht ein wesent­lich größeren Klima­schaden als bei direkter Nutzung des Erdgas.

Für Grüner Wasserstoff spalten Elektro­lyseure Wasser mit Strom (ausschließlich aus erneuer­baren Quellen!) in die Bestand­teile Sauer­stoff und Wasser­stoff. Besonders effizient könnte Wasser­stoff in Off­shore-Wind­parks produziert und dann mit Tank­schiffen oder Pipe­lines ab­transpor­tiert werden, bisher gibt es allerdings dort noch keine Groß­anlagen. Grüner Wasser­stoff ist so umwelt­freundlich wie der Strom, mit dem er hergestellt wurde.

Schon bei der Her­stellung (Elektro­lyse) geht rund ein Viertel der einge­setzten elektrischen Energie verloren. Anschließend wird das Gas komprimiert, transpor­tiert und in einer Brenn­stoff­zelle in Strom zurück­verwandelt. Am Ende können nur noch 20 Prozent der ursprünglich aufgewendeten elektrischen Energie genutzt werden. Hätte man den Strom in Batterien gespeichert, wäre die Aus­beute 80 Prozent. Man erwartet, dass sich der Wirkungs­grad bei Erzeugung, Speicherung, Transport und Verwendung mit verbesserter Technik verdoppeln lässt.

Blauer Wasserstoff wird wie der graue mit Dampf­reformierung aus Erdgas herge­stellt. Das dabei ent­stehende CO2 wird allerdings aufgefangen und in geeignete geologische Formationen tief unter der Erde verpresst, zum Beispiel in erschöpfte Offshore-Erdgas­felder. Bleibt es lang­fristig dort, ist blauer Wasser­stoff ähnlich klima­schonend wie grüner Wasser­stoff. Damit könnte blauer Wasser­stoff eine Rolle in der (jahr­zehnte­langen) Über­gangs­phase zur Kohlen­stoff­freien Energie­wirtschaft spielen.

Auch Türkiser Wasserstoff wird aus Erdgas gewonnen, aller­dings mit einem anderen chemischen Verfahren, der Hoch­temperatur-Methan­pyrolyse. Dabei entsteht kein CO2, sondern fester Kohlen­stoff, der in der Chemie- und Elek­tronik­industrie weiter­verwendet werden kann. Auch hierbei richtet sich die Klima­bilanz danach, wie die benötige Prozess­wärme erzeugt wird. Ist diese Wärme bereits vorhanden, wäre die Öko­bilanz ähnlich gut wie bei grünem oder blauem Wasser­stoff. Müsste die Wärme dagegen eigens erzeugt werden, wäre türkiser Wasser­stoff so umwelt­schädlich wie grauer. Lässt sich die Her­stellung des türkisen Wasser­stoffes in industrielle Prozesse sinnvoll integrieren, ist er zudem billiger als grüner oder grauer Wasser­stoff. Das Potential für die Energie­wende dürfte aller­dings eher gering sein.

Es gibt viele weitere Verfahren (Bunter Wasser­stoff): Als weißer Wasserstoff wir das sehr selten natürlich vorkommende Element bezeichnet, gelber oder roter wird unter Einsatz von Atomstrom gewonnen.

Zukünftig könnten neue Techniken entdeckt oder bestehende weiter­entwickelt werden. Perspek­tivisch gute Chancen werden derzeit der sogenannten künst­lichen Photo­synthese eingeräumt. Dabei werden aus Wasser und CO2 mittels Solar­energie Wasser­stoff oder kohlen­stoff­basierte Treib­stoffe wie Ethanol erzeugt. Der Wirkungs­grad liegt bis jetzt jedoch erst bei deut­lich unter einem Prozent. Keines der bekannten Verfahren ist bisher industrie­tauglich.