Genug Kernbrennstoff für Jahrtausende

Der Originalbeitrag ist als „Schlumpfs Grafik 66“ im Online-Nebelspalter vom 20. Februar 2023 zu lesen.

Uran ist der Rohstoff, mit dem unsere Kernkraftwerke betrieben werden. Weil aber Rohstoffe endlich sind, stellt sich die Frage, wie lange dieser Kernbrennstoff ausreicht.

Uran ist in der Natur weit verbreitet. Eine Tonne Gestein enthält im Schnitt zwei bis vier Gramm Uran. Wie viele andere Metalle findet man Uran aber nicht in reiner Form, sondern als Uranerz, also als Verbindung mit anderen Elementen. Solche Erzlagerstätten sind über die ganze Erde verteilt. Auch in den Ozeanen finden sich grosse Mengen dieses Elements.

Eine detaillierte Übersicht über Vorkommen und Verwendung von Uran in allen Ländern liefert der Bericht «Uranium 2020 – Resources, Production and Demand», den die Internationale Atomenergie Agentur (IAEA) und die Nuklearenergie Agentur (NEA) herausgeben (siehe hier).

Was wichtig ist:

– Mit den bekannten und wirtschaftlich abbaubaren Uranreserven können die heutigen Kernkraftwerke noch 80 Jahre weiter laufen.
– Wenn man alle vermuteten Uranressourcen im Boden dazu rechnet, können sie 140 Jahre in Betrieb bleiben.
– Wenn zusätzlich Thorium als Kernbrennstoff verwendet wird, erhöht sich die Reichweite auf 500 Jahre.
– Wenn mit neuen Kernkraftwerk-Konzepten die Effizienz der Stromgewinnung gesteigert wird, reicht der Kernbrennstoff für Jahrtausende.

Uran-Reserven und Uran-Ressourcen

Die aktuellste Version dieses Reports von 2020, der auch als «Red Book» bekannt ist, bezieht sich auf den Stichtag 1. Januar 2019. Im Kapitel über die Uranvorkommen unterscheiden die Forscher zwischen den Reserven und den Ressourcen: Die Reserven sind die Mengen, die bekannt sind, und die man unter wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen abbauen kann. Die Ressourcen sind die vermuteten Mengen an Uran,  das in den Böden vorkommt.

Die folgende Grafik, die vom Nuklearforum Schweiz (siehe hier) aufgrund der Daten aus dem «Red Book» erstellt wurde (siehe hier), zeigt den Stand der Uranreserven in allen Ländern für das Jahr 2019.

Die Grafik zeigt die gesicherten Mengen an Uran, die nach der Extraktion aus dem Boden und der Weiterverarbeitung für den Kernkraftwerk-Betrieb zur Verfügung stehen – und zwar unter der Bedingung, dass der Preis eines Kilogramms Uran nicht mehr als 260 US-Dollar kostet. Das liegt weit über dem heutigen Preis. Die Reserven sind in Tausend Tonnen Uran angegeben.

Mit den bekannten Reserven können die heutigen KKW 80 Jahre laufen

Es fällt auf, dass die wichtigsten Fundstätten über alle Kontinente ziemlich gleichmässig verteilt sind. Den Löwenanteil an den gesamten Uranreserven der Welt von 4724 Tausend Tonnen hat Australien mit 1285 Tausend Tonnen, was 27 Prozent entspricht. Danach folgen Kanada mit 14 Prozent, Kasachstan mit 10 Prozent, Namibia und Niger mit je 7 Prozent sowie Südafrika und Russland mit je 5 Prozent.

Pro Jahr verbraucht die Welt laut Bericht 59 Tausend Tonnen Uran. Mit den gesicherten Reserven von 4724 Tausend Tonnen kann der aktuelle Kraftwerkspark also noch 80 Jahre versorgt werden. Weil die Bergbau-Unternehmen, die die Lagerstätten betreiben, aber nur dort investieren, wo sich langfristige Renditen ergeben, wird an vielen möglichen Fundorten noch kein Uran abgebaut.

Mit allen Ressourcen würde es für 180 Jahre reichen

Wenn alle heute noch ungenutzten Lagerstätten, wo sich der Abbau grundsätzlich lohnt, und der Urangehalt aller Gesteinsformationen, wo dieses Element vermutet wird, zu den Reserven hinzugezählt werden, wären gemäss «Red Book» 10’585 Tausend Tonnen Uran verfügbar. Mit diesen Ressourcen könnte man den Betrieb der heutigen Kernkraftwerke für 180 Jahre sichern.

Dazu kommt, dass im Meerwasser einige Milliarden Tonnen Uran gelöst sind. Es wäre denkbar, dass dieses Uran bei gesteigerter Nachfrage und höheren Preisen eine Option für zukünftige Generationen ist – unter Anwendung spezieller Abbaumethoden.

Letztlich bestimmt also der Preis von Uran was wo, wie und wann abgebaut wird. Selbst wenn Uran viel teurer würde – weil man auf weniger zugängliche Fundorte zurückgreifen müsste – spielt das für den Betrieb eines Kernkraftwerkes nur eine untergeordnete Rolle, da die Brennstoffkosten lediglich drei Prozent der Stromgestehungskosten ausmachen.

Thorium ist viel häufiger als Uran

Vor allem aber bietet sich der Rohstoff Thorium als Ergänzung in der Brennstoff-Palette für Kernkraftwerke an. Denn Thorium kommt in der Natur zwei- bis viermal häufiger vor als Uran. Dass Reaktoren auf Thorium-Basis funktionieren, hat man schon in den 1950er- bis 1970er-Jahren in verschiedenen Ländern gezeigt.

Danach ist Thorium aber für Jahrzehnte vom billigen Uran verdrängt worden. Erst seit einigen Jahren gibt es wieder Projekte für Thorium-Reaktoren. Eine besondere Bedeutung haben dabei Hochtemperatur-Reaktoren, für die sich dieser Brennstoff besonders gut eignet. Vor allem in China und Indien, die beide über grosse natürliche Thorium-Vorkommen verfügen, werden langfristige Reaktor-Entwicklungsprogramme verfolgt. Dabei soll die enorme Energiemenge, die in diesem Element steckt, genutzt werden.

Das Genfer Startup «Transmutex» arbeitet an einem Thorium-Reaktor

Die Ergänzung der Uran-Reaktoren durch Thorium-Reaktoren würde zu einer substanziellen Vergrösserung der Brennstoff-Ressourcen führen: Wenn wir von einer verglichen mit Uran dreifachen Menge des natürlich vorhandenen Thoriums ausgehen, würde der Kernbrennstoff folglich für über 500 Jahre ausreichen.

Interessanterweise gibt es ein Schweizer Startup, das sich der Entwicklung eines neuen Reaktortyps auf Thorium-Basis widmet: die Genfer Firma «Transmutex» (siehe hier). Unter anderem soll es mit diesem Reaktor möglich sein, nicht nur Thorium als Brennstoff zu verwenden, sondern auch das nicht genutzte Energiepotenzial des radioaktiven Abfalls aus den bisherigen Kernkraftwerken für die Stromerzeugung zu nutzen.

Damit ist ein letzter und entscheidender Punkt angesprochen: In den bisherigen Reaktoren wird der Kernbrennstoff Uran nur zu einem sehr geringen Teil genutzt. Der weitaus grösste Teil der Energie, der im Uran steckt, verbleibt bisher in den Abfällen.

Ein «Dual Fluid»-Reaktor macht aus radioaktivem Abfall Strom

Diese Energie nutzbar zu machen, ist darum eine der vielversprechendsten Optionen, die wir zugunsten einer wirklich nachhaltigen Stromversorgung verfolgen sollten. Als Beispiel, welche Lösungsansätze sich bieten, gehe ich auf die kanadisch-deutsche Firma «Dual Fluid» ein (siehe hier).

Der erste «Dual Fluid»-Prototyp soll 2025 realisiert werden. Nach einem Standort wird noch gesucht.

Das Prinzip «Dual Fluid» besagt, dass anstelle von Brennstäben zwei Flüssigkeiten im Reaktorkern verwendet werden: Mit der einen wird der Brennstoff zugeführt, die andere führt die Wärme ab. So kann der Reaktor, zusammen mit einer speziellen Recyclinganlage, jedes spaltbare Material vollständig verwerten, sei es Natur-Uran, Thorium oder aufbereiteter Atommüll. Zudem arbeitet der Reaktor mit Temperaturen um 1000 Grad Celsius viel effektiver als heutige Leichtwasser-Reaktoren, die nur 350 Grad Celsius erreichen.

Kernkraftwerke können Tausende von Jahren laufen

Das Projektteam von «Dual Fluid» schätzt, dass mit ihren Reaktoren etwa zehnmal weniger Ressourcen gebraucht würden, um eine bestimmte Menge Energie zu erzeugen. Wenn man noch bedenkt, dass auch der bereits bestehende radioaktive Abfall wiederverwertet werden könnte, also bis auf Weiteres keine neuen Ressourcen benötigt werden, steigt die Brennstoff-Reichweite für einen zukünftigen Kernkraftwerkspark in den Bereich von Tausenden von Jahren.

Aber noch sind diese Pläne Zukunftsmusik: Der erste «Dual Fluid»-Prototyp DF300 soll 2025 realisiert werden. Nach einem Standort wird noch gesucht. Die Entwicklungskosten, die sich im niedrigen zweistelligen Milliardenbereich bewegen sollen, erscheinen zwar hoch. Aber man darf nicht vergessen, was wir auf diese Weise erreichen könnten: eine Stromproduktion, die zuverlässig, sicher, emissionsarm und kostengünstig ist.

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«Atomkraft – Das Tabu. Brauchen wir Kernkraftwerke?»

Mein Buch mit diesem Titel ist vor kurzem im Buchhandel erschienen (Edition Königstuhl). Es enthält zwölf meiner früheren Nebelspalter-Grafik-Kolumnen, in denen alle wichtigen Argumente im Wettstreit «Kernenergie versus Solar» zur Sprache kommen – mit dem besseren Ende für die Atomtechnologie. Ergänzt werden diese Kapitel durch spezifische Fachbeiträge ausgewiesener Experten: Simon Aegerter, Johannis Nöggerath, Alex Reichmuth, Hans Rentsch, Walter Rüegg und Markus Saurer.