Atomenergie: Wie es funktioniert, Vorteile, Nachteile, Auswirkungen

Die Vereinigten Staaten sind der weltweit größte Atomkraftproduzent. Im Jahr 2016 wurden 805 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom erzeugt. Das sind mehr als 30 Prozent der weltweit produzierten Atomkraft von 2,4 Billionen Kilowattstunden. Frankreich ist der zweitgrößte Produzent (418 Mrd. kWh), gefolgt von Russland (169,1 Mrd. kWh), Südkorea (149,2 Mrd. kWh), China (123,8 Mrd. kWh) und Kanada (98,6 Mrd. kWh). ..

(Nicht-U. S.-Zahlen stammen aus dem Jahr 2014. Neueste Zahlen sind nicht verfügbar.)

Die Führung des Vereinigten Königreichs kam aus seiner historischen Rolle als Pionier der Kernenergieentwicklung. Der erste kommerzielle Druckwasserreaktor, Yankee Rowe, wurde 1960 in Betrieb genommen und war bis 1992 in Betrieb. (Quelle: "Nuclear Power in the USA", World Nuclear Association, April 2017)

Atomkraftwerke

In dreißig Staaten gibt es 99 Kernkraftwerke. Die meisten befinden sich östlich des Mississippi (siehe Karte). Sie erzeugen jeweils etwa 40 - 50 Milliarden US-Dollar an Stromverkäufen und schaffen über 100 000 Arbeitsplätze. Jeder ausgegebene Dollar des durchschnittlichen Reaktors erzeugt 1 $. 87 in der US-Wirtschaft. (Quelle: "Kernenergiewirtschaftliche Vorteile", Kernenergieinstitut, April 2014)

U. S.-Kernkraftwerke erzeugten 19,7 Prozent der insgesamt 4,779 Billionen Kilowattstunden der gesamten US-Elektrizitätsproduktion im Jahr 2016. An zweiter Stelle standen Kohle (30 Prozent) und Erdgas (34 Prozent).

Es ist größer als Wasserkraft (6,5 Prozent) und andere alternative Quellen einschließlich Windkraft (8,4 Prozent).

Es gibt auch 36 Testreaktoren an Forschungsuniversitäten (siehe Karte). Sie werden verwendet, um kleine Mengen an Strahlung für Experimente zu erzeugen. Hier untersuchen Wissenschaftler Neutronen und andere subatomare Teilchen, untersuchen Automobil- und medizinische Komponenten und lernen, wie Krebs besser behandelt werden kann.

(Quelle: "Hintergrundwissen über Forschungs- und Testreaktoren", NRC, 18. August 2011)

Wie funktioniert die Kernkraft?

Alle Kraftwerke erhitzen Wasser, um Dampf zu erzeugen, der einen Generator zur Stromerzeugung macht. In Kernkraftwerken wird dieser Dampf durch die bei der Kernspaltung erzeugte Wärme erzeugt. Es ist, wenn ein Atom gespalten wird und enorme Mengen an Energie in Form von Wärme freisetzt.

Uran 235 wird als Brennstoff verwendet, weil es leicht zerbricht, wenn es mit einem Neutron kollidiert. Sobald dies geschieht, stoßen die Neutronen des Urans selbst mit ihren anderen Atomen zusammen. Dies startet eine Kettenreaktion. Deswegen sind Atombomben so mächtig.

In einem Atomgenerator wird die Kettenreaktion durch spezielle Stäbe kontrolliert, die überschüssige Neutronen harmlos absorbieren. Diese Steuerstäbe befinden sich neben den Brennstäben, die Uranbrennstoffpellets enthalten.Über 200 dieser Stäbe sind in einem sogenannten Brennelement zusammengefasst. Wenn die Ingenieure den Prozess verlangsamen wollen, senken sie mehr Steuerstäbe in die Baugruppe. Wenn sie mehr Wärme wollen, heben sie die Stäbe an. (Quelle: "Wie arbeiten Kernkraftwerke?", Duke Energy.)

In den Vereinigten Staaten gibt es zwei Arten von Kernkraftwerken. Es gibt 65 Druckwasserreaktoren und 34 Siedewasserreaktoren.

Sie unterscheiden sich darin, wie die Wärme vom Reaktor zum Generator übertragen wird.

Druckwasserreaktoren verwenden hohen Druck, um das Wasser im Reaktor am Kochen zu hindern. Dies ermöglicht es, auf sehr hohe Niveaus zu erhitzen. Die Wärme wird dann durch Rohre in einen separaten Behälter mit Wasser im Generator übertragen. Es erzeugt den Dampf, der die Elektrizitätsturbine antreibt. Das Wasser aus dem Reaktor kehrt dann zurück, um erneut erwärmt zu werden. Der Dampf aus der Turbine wird in einem Kondensator gekühlt. Das resultierende Wasser wird zurück zum Dampferzeuger geschickt. Hier ist eine animierte Version eines Druckwasserreaktors.

Kochende Wasserreaktoren auf der anderen Seite, verwenden Sie kochendes Wasser, um direkt den Dampf zu erzeugen, um den Generator anzutreiben. Hier ist eine animierte Version des Siedewasserreaktors.

Das Wichtigste ist, dass der gesamte Prozess in einer geschlossenen Umgebung stattfindet, um die Außenwelt vor jeglicher Verunreinigung zu schützen.

Die Kraftwerke können gekühlt und sogar schnell gestoppt werden. (Quelle: "Wie funktioniert Kernenergie?", UNAE.)

Vorteile

Kernkraftwerke emittieren im Gegensatz zu Kohle und Erdgas keine Treibhausgase.

Sie schaffen für jede erzeugte Megawattstunde (MWh) 0,15 Arbeitsplätze. Das ist im Vergleich zu 0. 19 Arbeitsplätze in Kohle, 0, 05 Arbeitsplätze in Gaskraftwerken und 0, 05 in Windkraft. Die einzige andere Stromquelle, die mehr Arbeitsplätze schafft, ist Photovoltaik mit 1.06 Jobs / mWh. (Quelle: "Kernenergiewirtschaftliche Vorteile", Kernenergieinstitut, April 2014. )

Atomkraft hat seit Jahrzehnten die günstigsten Betriebskosten. Mit 87 Cent / kWh (2008) sind es 68 Prozent der Kohlekosten. Und bis vor kurzem waren es nur 25 Prozent der Kosten für Erdgas.

Ängste vor der globalen Erwärmung hemmten den Neubau von Kohlekraftwerken. Infolgedessen wurden von 1992 bis 2005 rund 270 000 Megawatt neuer Gas-Kraftwerke gebaut. Zu dieser Zeit schienen diese Pflanzen das geringste Investitionsrisiko zu haben. Infolgedessen wurden nur 14 000 MWe neue nukleare und kohlebefeuerte Kapazitäten in Betrieb genommen. Sie trug dazu bei, die Erdgaspreise in die Höhe zu treiben, zwang große industrielle Nutzer ins Ausland und drückte die Kosten für gasbefeuerte Elektrizität auf 10 Cent / kWh.

Nachteile

Die Kernenergie hat zwei große Nachteile, dank der radioaktiven Natur ihrer Brennstoffquelle.

1. Bei einem Unfall in der Anlage konnte radioaktives Material als Wolke (wolkenähnliche Formation) von radioaktiven Gasen und Partikeln in die Umwelt gelangen. Diese Partikel werden dann von Menschen und Tieren eingeatmet oder eingenommen oder auf dem Boden abgelagert.Die Teilchen bestehen aus instabilen Atomen, die überschüssige Energie abgeben, genannt Strahlung, bis sie stabil werden. In geringen Dosen ist die Strahlung harmlos. Nach einer Kernschmelze zerstören die großen Dosen jedoch lebende Zellen und können Mutationen, Krankheiten und Tod verursachen.

Die potenziellen Auswirkungen einer nuklearen Kernschmelze können katastrophal sein, wie in Tschernobyl und Fukushima zu sehen ist, auch wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Vorfall geschieht, selten ist. Die einzige US-Atomkatastrophe ereignete sich 1979 auf Three Mile Island, als die radioaktiven Brennstäbe teilweise schmolzen. Nur eine kleine Menge radioaktiven Gases wurde freigesetzt. Es gab keine messbaren gesundheitlichen Auswirkungen. Trotzdem wurden 30 Jahre lang keine neuen Kernkraftwerke gebaut.

Fast drei Millionen Amerikaner leben innerhalb von 10 Meilen von einem Betriebswerk. Sie riskieren im Falle eines Unfalls eine direkte Strahlenbelastung. Wenn Sie zu diesen Menschen gehören, können Sie sich auf einen Unfall vorbereiten.

2. Die Entsorgung von Atommüll ist ein großer Nachteil. Niedrigerer Abfall kommt im täglichen Betrieb aus dem Kontakt mit dem Kernbrennstoff. Es wird vor Ort entsorgt oder an eine untergeordnete Abfallentsorgungseinrichtung in einem von 37 Staaten geschickt. (Quelle: "Low-Level Waste", Nukleare Aufsichtsbehörde der USA.)

Hochaktive Abfälle bestehen aus abgebrannten Brennelementen. Es dauert Hunderttausende von Jahren, um es zu deaktivieren. Derzeit werden 70.000 Tonnen dieses Brennstoffs in den Kraftwerken selbst gespeichert. (Quelle: "Faff and Fallout", The Economist, 29. August 2015.)

In der Nuclear Waste Policy Act von 1982 sagte der Kongress der US Nuclear Regulatory Commission, dass sie eine permanente Stilllegung planen, durchführen, betreiben und schließlich stilllegen soll. geologisches Endlager für die Entsorgung von hochradioaktiven Abfällen in Yucca Mountain, Nevada.

Lokale Beamte wollen die Gefahr in ihrem Staat nicht. Sie verzögerten ihre Entwicklung bis 2013, als der NRC seinen Fall im US-Berufungsgericht gewann. Im Jahr 2015 hat der NRC eine Sicherheitsbewertung durchgeführt und mit der Arbeit an einer Umweltverträglichkeitsprüfung begonnen. (Quelle: "Hochrangige Abfallentsorgung", US Nuclear Regulatory Commission.)

Die Zukunft der US-Atomkraft

Die jährliche Stromnachfrage in den USA soll bis 2040 um 28 Prozent steigen. Mit steigenden Öl- und Gaspreisen und Sorgen Über die globale Erwärmung hat die Atomkraft wieder an Attraktivität gewonnen. In den späten 1990er Jahren wurde die Atomenergie als Möglichkeit gesehen, die Abhängigkeit von importiertem Öl und Gas zu verringern. Dieser Politikwechsel ebnete den Weg für ein signifikantes Wachstum der nuklearen Kapazität.

Mit dem Energy Policy Act von 2005 wurden finanzielle Anreize für den Bau von fortgeschrittenen Kernkraftwerken geschaffen. Es gab auch drei regulatorische Initiativen, die den Weg ebneten:

• Ein rationalisierter Design-Zertifizierungsprozess.
• Die Bestimmung für frühzeitige Standortgenehmigungen.
• Die Kombination des Bau- und Betriebslizenzprozesses.

Seit 2007 haben Unternehmen 24 Lizenzen für neue Kernreaktoren beantragt. Es gibt vier neue Anlagen im Bau. Westinghouse baut zwei in Georgia und zwei in South Carolina.(Quelle: "Westinghouse Buys CB & I's Nukleareinheit", The Wall Street Journal, 29. Oktober 2015)

Auf der anderen Seite hat das Fracking von inländischem Schieferöl und Erdgas das Gas zu einer erschwinglichen Alternative zur Modernisierung alter Kernkraftwerke gemacht. Infolgedessen wurden in den letzten zwei Jahren vier Werke geschlossen. Die alten Kernkraftwerke bleiben länger in Betrieb als der Bau neuer gasbefeuerter Anlagen. Es ist sogar teurer als alte Kohlekraftwerke mit Erdgas zu überholen.

Daher hängt die Zukunft der Ausweitung der Atomkraft in Amerika von den Erdgaspreisen ab. Wenn sie wieder steigen und hoch bleiben, erwarten Sie, dass Sie wieder auf die Atomenergie zurückgreifen. (Quelle: "Ein weiterer Reaktor schließt, die neue Realität für die US-Atomkraft unterbringend", National Geographic, 1. Januar 2015)