Die Verleihung des 9. Preises der Umweltallianz stand in diesem Jahr unter dem Motto „25 Jahre Umweltallianz – Innovative Umweltideen aus Sachsen- Anhalt“. Er wurde in den Kategorien „Produkte und Technologien“ und „Konzepte und Projekte“ vergeben. Außerdem wurde erneut der „Sonderpreis der Umweltallianz“ verliehen, der ausschließlich Mitgliedern vorbehalten ist. Insgesamt hat die Umweltallianz Sachsen-Anhalt Preisgelder in Höhe von 24.000 Euro ausgelobt. Eine fünfköpfige Jury hatte in einem ersten Bewertungsschritt aus allen Bewerbern zunächst neun Finalisten ausgewählt. Diese konnten sich im September persönlich der Jury präsentieren und erhielten ein professionell produziertes Video für die eigene Öffentlichkeitsarbeit. Die Preisverleihung fand am 13.11.2024 im Palais am Fürstenwall der Staatskanzlei Sachsen-Anhalt statt. Vorsitz: Prof. Dr.-Ing. Daniela Thrän Leiterin Department Bioenergie am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ, in Kooperation mit dem Deutschen Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH – DBFZ Mitglieder: Gesa Kupferschmidt Abteilungsleiterin Technischer Umweltschutz, Bodenschutz, Klimaschutz am Ministerium für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt Klaus Olbricht Präsident der Industrie- und Handelskammer Magdeburg Fabian Hoppe Geschäftsführer Kommunikation, Bildung und Nachhaltigkeit, Pressesprecher beim Verband der Chemischen Industrie e.V., Landesverband Nordost (VCI Nordost) Robert Gruhne Reporter Landesredaktion Magdeburger Volksstimme bei Volksstimme Investigation GmbH Preisträger: Inflotec GmbH aus Magdeburg Preisgeld: 8000 Euro Würdigung für: Energieeffiziente und ressourcenschonende Wasseraufbereitung Die Inflotec GmbH hat eine innovative, ressourcenschonende und energieeffiziente Technologie entwickelt, mit der sich autark überall jegliches Wasser zu Trink- oder Brauchwasser aufbereiten lässt (Kreislaufsystem). Im Vergleich zu herkömmlichen Umkehrosmose-Aufbereitungssystemen wird nur ein Fünftel an Energie benötigt. Durch die Rückspül- und Selbstreinigungsfunktion der Anlagen müssen zudem keine Filter gewechselt werden. Die modularen, autonomen und mobilen Systeme können praktisch überall eingesetzt werden. Die Innovation hierbei ist die Entwicklung eines einzigartigen neuen Membranprozesses zur ressourceneffizienten Wasseraufbereitung. Eine herkömmliche Keramikmembran (Ultrafiltration) wird durch Post-Modifikation mit Polyelektrolyten zu einer Nanofiltrationsmembran mit einzigartigen Trenn- und Materialeigenschaften. Das System ermöglicht in einem Aufbereitungsschritt die sichere Reinigung selbst von schwer behandelbaren Wasserressourcen (z. B. kontaminierten Abwässern). Neben Partikeln (Mikroplastik, Medikamentenrückstände, Schwermetalle, Uran, Arsen, PFAS etc.), Bakterien und Viren können auch gelöste Wasserinhaltsstoffe (Organik, Salze) sowie Öle und Fette zurückgehalten werden. Finalist: IPT-Pergande Gesellschaft für innovative Particle Technology mbH Würdigung für: Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks in der Wirbelschichtgranulation durch Nutzung von Abwärme IPT-Pergande betreibt am Standort Weißandt-Gölzau mehrere Produktionsanlagen zur Herstellung von Produkten für die chemische Industrie. Eine Schlüsseltechnologie ist hierbei die Wirbelschicht-Granulation. Bei diesem Prozess wird eine wässrige Suspension mit einem erwärmten Prozessgas getrocknet und dabei granuliert. Die signifikante Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks des Gesamtverfahrens wurde durch die Nutzung der Abwärme von Kompressoren für die Erzeugung von Druckluft erreicht, indem das Prozessgas vorgewärmt wird, wodurch sich eine Reduzierung des Heizdampfes ergibt. Der reduzierte Dampfbedarf führt wiederum zu einer Verringerung des Erdgasverbrauches. Die resultierende CO 2 -Einsparung pro Jahr liegt bei 400 bis 500 t. Finalist: POLICYCLE Deutschland GmbH Würdigung für: Energieeffizientes Recycling für echte Härtefälle | Kleberbeschichtete Altfolien werden erstmals wieder zu Folie Kleberbeschichtete Schutzfolien, die fast in jeder Industrie Anwendung finden, sind heute nicht recyclingfähig. Auf Grund ihrer Beschichtung werden sie bis dato thermisch verwertet. Beim Recycling führen sie zu einem Verblocken und Verkleben der Anlagen oder der späteren Folie auf Grund von Klebermigration. Gleichzeitig ist die Folienindustrie dazu angehalten, die Verfügbarkeit von Rezyklaten am Markt zu steigern und Kreisläufe zu etablieren. Daher war das Ziel der Entwicklung seitens der POLICYCLE Deutschland GmbH bisher nicht recyclebare Folien erstmals zu recyclen, in eine neue Folie zurückzuführen und dabei das energieintensive Recycling wirtschaftlicher und automatisierter zu gestalten. Mit dem so entstandenen Fluff-to-Film-Prozess werden durch Auslassen eines gesamten Prozessschritts gegenüber dem klassischen Recycling bis zu 40 % Energie und die damit verbundenen CO 2 -Emissionen in der Produktion eingespart. Gleichzeitig ist das entstehende Folienendprodukt „Müllsack“ bis zu dreimal dünner, aber ebenso belastbar wie ein vergleichbarer Standardmüllsack. Der mit dem „Blauen Engel“ zertifizierte Müllsack besteht aus mehr als 95 % post-consumer-Rezyklat, 70 % davon machen die kleberbeschichteten Altfolien aus. Durch den hohen Polyethylen-Anteil wäre der Müllsack, je nach vorliegendem Entsorgungssystem, selbst wieder recyclingfähig. Preisträger: GMBU e.V. Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien, Halle Preisgeld: 8000 Euro Würdigung für: Schäumbare Verbundmaterialien auf Pflanzenbasis Die GMBU e. V. bietet innovative Rezepturen für pflanzenbasierte und rezyklierbare Komposite mit natürlichen Füllstoffen an, die sich für den 3D-Druck, den Spritzguss und hydraulisches Pressen eignen. Als Füllstoffe dienen natürliche Reststoffe, wie Hanf- und Hopfenschäben, Kakao- und Kaffeeschalen sowie Kokos- und Papierfasern. Anbauflächen zur Kultivierung werden nicht benötigt, da die Reststoffe prozessgebunden anfallen. Durch die Zugabe der Füllstoffe können 10 % Basispolymer eingespart werden. Dadurch wird eine Reduktion der CO 2 -Emissionen von 60 % im Vergleich zum Einsatz erdölbasierter Kunststoffe erreicht. Die Filamente und Granulate lassen sich wie herkömmliche Compounds verarbeiten und bieten eine holzähnliche Oberfläche. Durch Einarbeitung von zusätzlichem Treibmittel entsteht ein schäumbares Material für den 3D-Druck, welches beispielsweise als Sandwichmaterial im Leichtbau eingesetzt werden kann. Die Expansion des Treibmittels erfolgt während des Druckprozesses und wird über die Düsentemperatur gesteuert. Dadurch kann eine Gewichtsreduzierung von circa 50 % erzielt werden. Finalist: Agrar Burgscheidungen eG, Laucha an der Unstrut Würdigung für: Wasserrecycling für eine integrierte Symbiose der Algenkultivierung im Weinbau: Wi-Sa-We Die Agrar Burgscheidungen eG hat in Kooperation mit der GMBU e. V. – Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien ein Verfahren zur symbiotischen Aufzucht von Mikroalgen für den Weinbau entwickelt. Durch die Bewässerung von Wein mit aufbereitetem Kulturmedium der Mikroalgen wird Wasser recycelt, die Biodiversität gestärkt, das Pflanzenwachstum verbessert und ein resilientes Mikrobiom geschaffen. Der Nährstoffeintrag aus dem Medium spart Kosten für Düngemittel, was die ökonomische Ressourceneffizienz unterstreicht. Das Verfahren ist vielfältig übertragbar und weist enormes ökologisches Potenzial mit ökonomischen Erfolgsaussichten auf. Finalist: Synthos Schkopau GmbH, Schkopau Würdigung für: Synthesekautschuk für verbesserten Reifenabrieb – ein Beitrag zur Mikroplastikreduktion Die Synthos Schkopau GmbH baut als größter Anbieter von Synthesekautschuk in Europa die Palette nachhaltiger Produkte kontinuierlich aus. In den letzten 15 Jahren wurden am Standort Schkopau erfolgreich SSBR-Typen (Solution Styrene Butadiene Rubber) für energieeffiziente Reifen entwickelt und vermarktet. Dem Synthos-Forscherteam ist es gelungen, zusätzlich den Reifenabrieb zu verringern und damit auch die Mikroplastikbildung aus Reifen zu minimieren. In Hochleistungsreifen verwendete Synthesekautschuke müssen umfangreiche Nachhaltigkeitskriterien erfüllen. Für den ökologischen Fußabdruck von Reifen sind umweltverträgliche Zusatzstoffe sowie der Einfluss neuer Synthesekautschuke, z.B. SSBR, relevant. Leistungseigenschaften des Reifens, die mit dem Fahrverhalten und der Sicherheit des Fahrzeugs verbunden sind, müssen mit einem geringen Rollwiderstand und einem niedrigen Abrieb korreliert werden. Während ein hoher Rollwiderstand den Energieverbrauch der Fahrzeuge erhöht, verursacht ein hoher Abrieb die verstärkte Bildung von Mikroplastik. Die neue Technologie verbessert den Abrieb um ca. 8 %, ohne die Leistungseigenschaften negativ zu beeinträchtigen. Preisträger: MOL Katalysatortechnik GmbH, Merseburg Preisgeld: 8000 Euro Würdigung für: Kühlwasserbehandlung in der Kernfusion In technischen Kühlkreisläufen wird das Kühlwasser mittels Kreiselpumpen in eine turbulente Strömung versetzt. Übersteigt die in das Wasser eingetragene Pumpenergie die Stabilisierungsenergie des Wassers, dann bilden sich Wasserdampfbläschen. Bläschen mit einem Durchmesser um 1 Mikrometer sorgen selektiv für saubere Oberflächen auch auf Schweißnähten. Größere Bläschen begünstigen Bakterien und Korrosion bis hin zur Kavitation. Durch Installation spezieller, von der MOL Katalysatortechnik GmbH entwickelter Mineral-Metall-Folien auf der Saugseite der Kreiselpumpen im turbulenten Strömungsbereich wird die Bildungsgeschwindigkeit der Wasserdampfbläschen beschleunigt, so dass anstelle weniger großer gefährlicher Wasserdampfbläschen viele sehr kleine nützliche gebildet werden. Dadurch ist es möglich, Kühlwasser mit hoher technischer und hygienischer Sicherheit und ohne Einsatz von Chemikalien und Bioziden dauerhaft sicher und wirtschaftlich vorteilhaft zu behandeln. Finalist: LEUNA-Harze GmbH, Leuna Würdigung für: Großtechnische Synthese von biobasierten Epoxidharzen aus pflanzlichen Altölen Die bisher zur Verfügung stehende Rohstoffbasis für Epoxidharze ist Erdöl. Im Zuge der Rückwärtsintegration der Produktion der LEUNA-Harze GmbH wurde eine eigene Synthesevariante für den zur Herstellung von Epoxiden notwendigen Rohstoff Epichlorhydrin entwickelt und in einer großtechnischen Anlage mit einer Kapazität von 15.000 t/a realisiert. Dabei wird nicht Propylen, sondern Glycerin, ein Nebenprodukt der Biodieselherstellung, als Rohstoff eingesetzt. Als Startpunkt der Wertschöpfungskette dienen gebrauchte Speisefette und -öle, die über Glycerin und Epichlorhydrin in einem Upcyclingprozess zu biobasierten Epoxidharzen umgesetzt werden. Eine neue Produktlinie mit reduziertem CO 2 -Fußabdruck und garantiertem biobasierten Anteil auf Basis von wiederverwerteten, pflanzlichen Altölen konnte vom Unternehmen erfolgreich auf dem Markt eingeführt werden. Dies ermöglicht einen biobasierten Kohlenstoffanteil von bis zu 42 % bei gleichzeitiger, signifikanter Reduktion des CO 2 -Fußabdrucks der so hergestellten Produkte. Diese finden Anwendung in der Wind-, Bau- und Automobilindustrie. Finalist: SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH, Lutherstadt Wittenberg Würdigung für: ATMOWELL® – Ammoniakreduzierung im Tierstall Ammoniak (NH 3 ) kann bei übermäßiger Freisetzung negative Effekte auf die Umwelt und die Gesundheit von Mensch und Tier haben. Deutschland hat sich verpflichtet die nationalen NH 3 -Emissionen bis zum Jahr 2030 um 29 % zu senken (im Vergleich zu 2005). Mit ca. einem Drittel stammt ein Großteil der nationalen NH 3 -Emissionen aus Tierställen. Der Einsatz eines Ureaseinhibitors in Rinder- und Schweineställen ist ein innovativer Ansatz, um diese Emissionen deutlich zu mindern. Damit kann u. a. die Versauerung und Eutrophierung von Böden und Ökosystemen, die Verschiebung des Artenspektrums und Bedrohung der Artenvielfalt sowie die Gesundheitsbelastung (Schleimhautirritationen, sekundärer Feinstaub, Atemwegserkrankungen) gemindert werden. ATMOWELL® ist ein von SKW Piesteritz patentierter Ureaseinhibitor, welcher NH 3 -Emissionen in Rinderställen um 58 % reduziert. Die so verbesserte Luftqualität schützt vor negativen Auswirkungen des Ammoniaks auf Umwelt, Klima, sensible Ökosysteme und vor der Versauerung von Böden.
Sachsen-Anhalts Energieminister Prof. Dr. Armin Willingmann sieht die Versorgungssicherheit im kommenden Winter auch ohne Atomkraft gesichert. „Wir brauchen keine nochmalige Laufzeitverlängerung über Mitte April 2023 hinaus“, betonte Willingmann am heutigen Mittwoch. Der Minister verwies weiter auf die geringe Bedeutung von Atomenergie im aktuellen Energiemix: „Die letzten drei verbliebenen Kernkraftwerke tragen in diesem Winter nur rund fünf Prozent zur deutschen Stromerzeugung bei. Gleichzeitig exportiert Deutschland derzeit besonders viel Strom in andere europäische Länder, vor allem nach Frankreich. Diese Sondersituation, insbesondere aufgrund von technischen Problemen in zahlreichen französischen Kraftwerken, entspannt sich zusehends. Auch aus diesem Grunde können die deutschen Atommeiler in Kürze problemlos in Rente gehen.“ Wie Willingmann sehen auch die Bundesnetzagentur sowie mehrere wissenschaftliche Institute durch den 2011 mit breiter Mehrheit im Bundestag beschlossenen Atomausstieg keine Gefahr für einen Blackout, also einen großflächigen, andauernden Stromausfall. Der maximale Stromverbrauch liegt in Deutschland bei rund 80 Gigawatt (GW). Gleichzeitig befinden sich 107 GW gesicherte Leistung am Netz – also ohne Wind- und Solarenergie. Das heißt: Auch an Wintertagen mit wenig Sonne und Wind sind die Atomkraftwerke mit insgesamt vier GW Leistung nicht für die Versorgungssicherheit notwendig. Mehr noch: Bei einer ausgeglichenen Stromaustauschbilanz mit den europäischen Nachbarn könnte nicht nur auf Kernenergie verzichtet werden, sondern zusätzlich sogar noch auf ein Drittel der Gasverstromung. Unabhängig von der Frage nach der Beschaffung geeigneter Brennstäbe lassen die drei deutschen AKW-Betreiber derzeit auch keine Bereitschaft erkennen, die Atommeiler über den nun finalen Termin hinaus weiter am Netz zu lassen. Zuletzt wurde seitens der Betreiber betont, dass es für den AKW-Betrieb längerer Planung und Sicherheit bedarf und diese daher auch für einen Reservebetrieb ungeeignet seien. Ein Weiterbetrieb der allesamt über dreißig Jahre alten Atommeiler hätte keinen nennenswerten positiven Effekt auf die Versorgungssicherheit, sondern würde im Gegenteil die Energiewende unnötig verschleppen und verteuern. Auch die Auswirkungen auf den Strompreis wären nur sehr gering: Das Ifo-Institut München etwa rechnet für 2023 bei einer nochmaligen Laufzeitverlängerung mit vier Prozent niedrigeren Preisen und für 2024 mit 1,2 Prozent. Aufgrund der zuletzt deutlich gesunkenen Marktpreise für Strom und Gas dürfte dieser Effekt sogar noch geringer ausfallen. Auch auf den Gaspreis würde sich eine Laufzeitverlängerung kaum auswirken, weil dadurch laut Schätzungen nur rund ein Prozent des Gasverbrauchs eingespart wird. „Wir brauchen Atomkraft also weder für die Versorgungssicherheit noch für die Bezahlbarkeit“, betont Willingmann. „Schließlich spricht auch die noch immer nicht geklärte Endlagerfrage für einen endgültigen deutschen Abschied von dieser Hochrisiko-Technologie. Nachdem die Ampel-Koalition im Herbst 2022 die Laufzeit aufgrund der Energiekrise bis Mitte April 2023 verlängert hatte, sollte das Kapitel Energieversorgung durch Kernspaltung in Deutschland danach tatsächlich enden.“ Zuletzt wurde auch über Kernfusion als mögliche Zukunftstechnologie zur Energiegewinnung diskutiert. „Ich begrüße es, dass die Bundesregierung mehr als 140 Millionen Euro pro Jahr in die Kernfusionsforschung der Max-Planck-Institute in Greifswald und Garching investiert und dass sich die EU mit mehr als 20 Milliarden Euro am ‚ITER‘-Forschungsprojekt engagiert“, erklärte Willingmann. „Bis allerdings Kernfusion eine ausgereifte Technologie für die Energieversorgung und wirtschaftlich nutzbar sein könnte, werden aller Voraussicht nach jedoch noch sehr viele Jahre vergehen. Unabhängig von der Notwendigkeit weiterer Forschung nach dem jetzt erzielten ersten Erfolg unter Laborbedingungen kann Kernfusion in der aktuellen Energiepolitik keine Rolle spielen.“ Aktuelle Informationen zu interessanten Themen aus Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt gibt es auch auf den Social-Media-Kanäle n des Ministeriums bei Facebook , Instagram , LinkedIn , Mastodon und Twitter .
Rückbau des Atomkraftwerks Mülheim-Kärlich, Nutzung von Atomstrom in Rheinland-Pfalz, Bewertung der Initiative "Nuclear Pride Coalition", Nutzung von Kernfusion, Suche nach einem Endlager für Atommüll; Berichterstattung der Landesregierung im Ausschuss für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten
Wasserstoff ist ein vielseitiges Element, das eine Schlüsselrolle in verschiedenen Bereichen wie Energie, Industrie und Transport spielt. Um ein grundlegendes Verständnis für Wasserstoff und seine Anwendungen zu entwickeln, ist es wichtig, einige häufig gestellte Fragen (FAQ) zu klären und auf weiterführende Informationen hinzuweisen. Wasserstoff ist ein chemisches Element. Als das leichteste und kleinste chemische Element steht es im Periodensystem mit der Ordnungszahl 1 an erster Stelle und wird mit dem chemischen Symbol H (lateinisch für Hydrogenium „Wassererzeuger“) dargestellt. Es ist das häufigste Element im Universum. Mehr als 90 % aller Atome im Universum sind Wasserstoff-Atome, die insgesamt rund 75 % der Masse des Universums bilden. Wasserstoff wird der Gruppe der Nichtmetalle zugeordnet und tritt als farb-, geruch- und geschmackloses Gas auf. Unter Normalbedingungen (25°C, 1 bar) besteht Wasserstoff-Gas aus einem Molekül mit zwei Wasserstoff-Atomen (H 2 ). Wasserstoff kommt auf der Erde fast ausschließlich in gebundener Form vor. Das chemische Element erhielt seinen Namen, da Wasserstoff (H 2 ) mit Sauerstoff (O 2 ) reagiert und sich dabei Wasser (H 2 O) bildet. Wasserstoff ist also ein wesentlicher Bestandsteil unseres Wassers auf der Erde und in diesem gebunden. Weiterhin ist das Element Bestandteil aller lebenden Organismen auf der Erde sowie der meisten organischen Verbindungen wie z.B. fossile Rohstoffe wie Erdöl und Erdgas. [1], [2], [3], [4], [5] Reiner Wasserstoff (H 2 ) kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden. Grundsätzlich wird zwischen der Herstellung aus fossilen Brennstoffen (Kohlenwasserstoffverbindungen) und der Herstellung aus Wasser (H 2 O) unterschieden. Die wichtigsten Prozesse sind hierbei: Dampfreformierung von Methan: Dies ist der gängigste industrielle Prozess, um Wasserstoff herzustellen. Erdgas (Methan, CH 4 ) wird mit Wasserdampf (H 2 O) bei hohen Temperaturen (700 - 1000 °C) und in Gegenwart eines Katalysators chemisch umgewandelt. Dieser Prozess erzeugt Wasserstoff (H 2 ) und Kohlendioxid (CO 2 ) als Nebenprodukt. Elektrolyse von Wasser: Bei der Elektrolyse wird Wasser (H 2 O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H 2 ) und Sauerstoff (O 2 ) aufgespalten, indem elektrischer Strom über eine Kathode und Anode durch das Wasser geleitet wird. Dies kann mithilfe von Elektrolysegeräten oder Elektrolysezellen erfolgen. Wasserstoff sammelt sich an der Kathode und Sauerstoff an der Anode. Wenn erneuerbare Energiequellen wie Sonnen- oder Windenergie zur Stromerzeugung verwendet werden, spricht man von „grüner Wasserstoffproduktion“, da sie keine Treibhausgasemissionen verursacht. Es werden zurzeit weltweit rund 96 % des Wasserstoffs durch Dampfreformierung und rund 4 % durch Elektrolyse hergestellt. [6] Wasserstoff besitzt mit einem Brennwert von rund 142 MJ/kg die höchste gravimetrische Energiedichte von allen Brennstoffen. Verglichen mit Methan mit rund 55 MJ/kg ist die Energiedichte von Wasserstoff etwa 3-mal höher. Aufgrund der sehr geringen Dichte und des dadurch großen Volumens ist die volumetrische Energiedichte mit rund 13 MJ/m 3 jedoch deutlich geringer. Methan besitzt mit einem Brennwert von rund 40 MJ/m 3 eine etwa 3-mal höhere volumetrische Energiedichte als Wasserstoff. Die Energiedichte ist ein Maß für die Verteilung von Energie E [Joule, J] auf eine bestimmte Größe X. Es wird unterschieden zwischen der volumetrischen und der gravimetrischen Energiedichte: Volumetrische Energiedichte = Energie pro Volumen [Joule pro Kubikmeter, J/m 3 ] Gravimetrische Energiedichte = Energie pro Masse [Joule pro Kilogramm, J/kg] [7], [8] Wasserstoff wird in der Regel in verschiedene Kategorien oder Typen eingeteilt, je nachdem, wie er produziert wird. Für eine schnelle Unterscheidung sind Farbcodes dienlich. Die wichtigsten sind: Grauer Wasserstoff: Grauer Wasserstoff wird in der Regel durch Dampfreformierung aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Bei der Produktion von grauem Wasserstoff fallen klimaschädliche CO 2 -Emissionen an, die in die Atmosphäre gelangen. Blauer Wasserstoff: Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff mit dem Unterschied, dass hier die CO 2 -Emissionen abgeschieden und gespeichert werden. Durch die Speicherung des anfallenden CO 2 (CCS, engl. Carbon Capture and Storage; dt. Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) kann blauer Wasserstoff prinzipiell als CO 2 -neutral betrachtet werden. Eine großtechnische Anwendung von blauem Wasserstoff steht bislang jedoch noch aus. Grüner Wasserstoff: Grüner Wasserstoff wird ausschließlich unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen wie z.B. Wind- oder Solarenergie und der Elektrolyse von Wasser hergestellt. Es fallen während der Herstellung keine klimaschädlichen CO 2 -Emissionen an, jedoch ist die Erzeugung aktuell kostenintensiv aufgrund des hohen Einflusses des Strompreises auf die Gesamtkosten zur Herstellung von Wasserstoff. Auch die gewählte Elektrolysetechnologie hat Einfluss auf die Kosten. [9], [10] Das Universum besteht zu mehr als 90 % aus Wasserstoffatomen, die damit das häufigste Element darstellen. Sterne leuchten nur deshalb, weil sie konstant durch den Prozess der Kernfusion Wasserstoff zu Helium umwandeln und dabei enorme Energiemengen freisetzen. Wasserstoff kommt auf der Erde fast ausschließlich in gebundener Form vor, aber es gibt auch natürlich gebildeten freien Wasserstoff. Er wird entsprechend der eingeführten Farbcodes als weißer Wasserstoff bezeichnet. 1888 wurde erstmals von einem Gasaustritt in einer Kohlenmine in der Region Donezk (Ukraine) berichtet. Die entweichende Gasmischung bestand zu weniger als 10 % aus Wasserstoff. Seit Anfang des 20. Jahrhunderts wurden natürliche Wasserstoff-Vorkommen in der Literatur erwähnt, die teilweise hohe Wasserstoff-Konzentrationen aufweisen. Vor kurzem entdeckten zwei französische Wissenschaftler zufällig ein unterirdisches Wasserstoffvorkommen im Gebiet der Ortschaft Folschviller im ostfranzösischen Lothringen nahe der deutschen Grenze, welches sich in einem sedimentären Becken befindet (siehe auch Kategorie 3 natürliche Wasserstoffvorkommen). Eine Bohrung nach Methan zeigte in 1.100 m Tiefe eine Wasserstoff-Konzentration von 14 % und in 1.250 m Tiefe von 20 % an. Erste Berechnungen gehen von bis zu 46 Mio. Tonnen weißen Wasserstoff aus. Bestätigt sich dieser Fund durch weitere Untersuchungen, wäre es das bis jetzt größte Vorkommen der Erde. Zur Einordnung: Je nach verwendeter Quelle liegt die weltweite Jahresproduktion von Wasserstoff bei ca. 70 bis 75 Mio. Tonnen. Das bedeutet, das Vorkommen in Lothringen entspräche ca. 61 - 65 % der Jahresproduktion. Für die angestrebte Energiewende, in der Wasserstoff ein Schlüsselelement sein wird, bleibt die industrielle Herstellung von Wasserstoff unerlässlich, da sie die ansteigenden Mengen skalierbar erzeugen kann und eine sichere Versorgung darstellt. Natürliche Wasserstoffvorkommen wurden in drei geologischen Regionen entdeckt: Am Mittelozeanischen Rücken - in Extensionszonen, wo Ozeanböden auseinanderdriften. Beispiel: Hydrothermale Schlote Ehemaliger Ozeanboden (Ophiolit), der in Kompressionszonen auf das Festland geschoben wurde. Beispiele: Semail (Oman), Luzon (Philippinen), Sonoma (USA) Sedimentäre innerkontinentale (intrakratonische) Becken oberhalb von präkambrischem (ca. 4 – 0,54 Milliarden Jahre) Grundgebirge. Beispiele: Sudbury (Kanada), Bourakebougou (Mali), Tartarstan (Russland) Folgende Mechanismen zur Entstehung von natürlichem Wasserstoff werden diskutiert: Radiolyse: Wassermoleküle werden in der Gegenwart von natürlicher Strahlung im Gestein (Uran, Thorium und Kalium) aufgespalten. Dieser Prozess setzt Wasserstoff frei. Serpentinisierung: Wasser reagiert unter hohen Temperaturen und Drücken mit eisenreichen Mineralen unter Freisetzung von Wasserstoff. Bildung von Pyrit (Katzengold): Unter sauerstofffreien Bedingungen wird aus Eisen(II)-Sulfid (FeS) Pyrit (FeS 2 ) gebildet. Tiefsitzende Wasserstoffströme: Es wird in Erwägung gezogen, dass ursprünglicher Wasserstoff aus dem Erdinneren entlang von Verwerfungen und in Beckenstrukturen aufsteigen könnte. Weiterhin ist nicht auszuschließen, dass durch Erdbeben verursachte Reibung an silikatischen mineralischen Oberflächen Wasserstoff erzeugt. Austritte von natürlichem Wasserstoff können an der Erdoberfläche durch kreisförmige, meist vegetationslose Flächen, sogenannte Feenkreise, beobachtet werden. Zunehmend rückt die Frage einer wirtschaftlichen Erschließung dieser Vorkommen in den Fokus, da natürliche Wasserstoff-Vorkommen weltweit verbreitet sind. Schwierigkeiten bestehen darin, dass es natürliche Abbauprozesse gibt (Verflüchtigung, Mikroorganismen, mineralogische Reaktionen), die die Bildung von natürlichem Wasserstoff limitieren und weiterhin muss Wasserstoff sich in förderwürdigen Strukturen ansammeln ähnlich wie Erdgas/-öl . Verschiedene Forschungs- und Industrieprojekte versuchen, das System „natürlicher Wasserstoff“ besser zu verstehen. [11], [12], [13] Nein. Das Einatmen von großen Mengen Wasserstoff (H 2 ) verdrängt jedoch Sauerstoff (O 2 ) in der Lunge und kann zur Erstickung führen. Akut gefährlich wird es erst bei einer Konzentration größer als 30 Volumen-% in der Atemluft. Ja, aber nur unter bestimmten Bedingungen. Entscheidend ist die Anwesenheit eines Oxidationsmittels (u.a. reiner Sauerstoff oder allgemein Luft), ein bestimmtes Volumenverhältnis des Oxidationsmittels zum Wasserstoff und eine Zündquelle. D.h. reiner Wasserstoff ohne ein Zutun dieser Faktoren ist weder brennbar noch explosiv. Ab einem Volumenverhältnis von ca. 4 bis 75 % Wasserstoff in der Luft ist das Gemisch explosiv. Ab einem Volumenverhältnis von kleiner als 4 % und größer als 75 % Wasserstoff ist das Gemisch nicht explosiv. [14] Wasserstoff (H 2 ) verbrennt mit Sauerstoff (O 2 ) unter Freisetzung von Energie zu Wasser (H 2 O). Dieser Vorgang wird durch die folgende Reaktionsgleichung beschrieben: 2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O Wasserstoff kann auf verschiedene Arten transportiert werden. Der unter Normalbedingungen gasförmige Wasserstoff besitzt ein großes Volumen (ca. 11 m 3 /kg). Als leichtestes und kleinstes Element ist er sehr viel flüchtiger als andere Gase wie z.B. Erdgas. Während des Transports müssen das Volumen sowie die Dichtigkeit des Transportmittels berücksichtigt werden. Um das Volumen zu verringern und dadurch den Transport ökonomischer zu gestalten, wird reiner Wasserstoff entweder unter hohen Drücken komprimiert (bis zu 700 bar) oder alternativ bei Normaldruck und Temperaturen unter - 252,9 °C verflüssigt. Verflüssigter Wasserstoff nimmt ein deutlich geringeres Volumen als Wasserstoffgas ein. Jedoch gilt die Faustformel, dass die benötigte Energie zur Abkühlung ca. 40 % des Energiegehalts von Wasserstoff selbst entspricht. Gleichzeitig muss die Temperatur konstant beibehalten werden. Damit Wasserstoff möglichst nicht entweicht, haben sich teure rostfreie Stahlwerkstoffe etabliert, die nahtlos miteinander verbunden bzw. verschweißt werden müssen. Mittlerweile werden hochdichte Metall-Kunststoff-Verbundrohre (Composit-Material) und Polyethylen-Rohre erfolgreich getestet, welche im Vergleich zu Stahlrohren preiswerter sind. Weiterhin werden Möglichkeiten untersucht, Wasserstoff für den Transport in ein Trägermedium wie Ammoniak (NH 3 ) oder Methanol (CH 3 OH) umzuwandeln. Diese Verbindungen bieten für den Transport günstigere physikalische Eigenschaften. Die Rückumwandlung nach dem Transport ist dafür sehr energieintensiv. LKW oder Bahn: Wasserstoff wird auf der Straße und der Schiene in komprimierter als auch flüssiger Form transportiert. Letztere Variante bietet sich v.a. bei längeren Strecken an. LKW oder Zug sind gut geeignet, kleine Mengen Wasserstoff zielgenau dorthin zu transportieren, wo sie benötigt werden. Schiffe: Der Transport auf Schiffen findet aufgrund des volumetrischen Vorteils in flüssiger Form statt. Hier wird die Möglichkeit zur Umwandlung in ein Trägermedium diskutiert. Die Variante per Schiff wird zukünftig besonders wichtig, da Deutschland zur Erreichung der nationalen Wasserstoffstrategie auf Wasserstoff-Importe angewiesen sein wird. Entsprechende Kooperationen gibt es z.B. mit Australien. Pipeline: Wasserstoff wird in Pipelines im gasförmigen Zustand transportiert. Während die Kosten für den Neubau von Pipelines hoch sind, sind die laufenden Kosten eher gering. Der klare Vorteil besteht darin, dass über diesen Weg die größten Mengen Wasserstoff transportiert werden können. Bisher gibt es in Deutschland zwei bestehende Wasserstoff-Netze. Ein ca. 240 km langes Pipeline-System verbindet im Ruhrgebiet die Städte Köln, Leverkusen und Düsseldorf und ein ca. 100 km langes Pipeline-System verbindet im mitteldeutschen Chemiedreieck die Städte Merseburg, Leuna, Bohlen, Bitterfeld und Rodleben. Europäische Gasunternehmen planen ein Pipeline-System, das als „Wasserstoff-Rückgrat“ mehrere europäische Länder miteinander verbinden soll. Um Kosten zu sparen, sollen bestehende und nicht mehr benötigte Erdgasleitungen für den Einsatz von Wasserstoff genutzt werden. Grundsätzlich können Erdgas-Pipelines auch für Wasserstoff genutzt werden. Sie sollten jedoch für Wasserstoff optimiert werden. Der Wasserstoffrat der Bundesrepublik Deutschland stellt fest, dass „vorhandene Erdgasfernleitungen, bestätigt durch ein Gutachten des TÜV Nord, grundsätzlich für den sicheren Transport von Wasserstoff geeignet sind und von Erdgas auf Wasserstoff umgestellt werden können. Ein solcher Vorgang wurde praktisch bei der Umstellung einer Erdgasfernleitung im Südwesten der Niederlande demonstriert. Dabei werden einzelne, nicht für die Verwendung in Wasserstoffnetzen geeignete Komponenten, wie z. B. Mess- und Regelanlagen oder auch Verdichter, ausgetauscht und die umzustellende Leitung auf ihre Integrität überprüft. Weitergehende technische Maßnahmen, wie z. B. das Anbringen einer Innenauskleidung, sind für die Transportanwendung nicht erforderlich. Für die auszutauschenden Komponenten, insbesondere die Verdichter, sind bereits heute etablierte Lösungen vorhanden und werden kontinuierlich weiterentwickelt.“ (Zitat: Nationaler Wasserstoffrat: Wasserstofftransport ) [15], [16], [17] Wasserstoff und Wasser reagieren chemisch nicht miteinander. Auch die Löslichkeit in Grundwasser ist sehr gering: Sie beträgt nur ca. 1,6 Milligramm Wasserstoff (bei Raumtemperatur 25 °C und normalem Druck ca. 0,019 Liter) pro 1 Liter Wasser. Sauerstoff im Vergleich dazu hat eine Löslichkeit von 40 mg pro Liter Wasser unter denselben Bedingungen. Es gibt bisher keine fundierten Untersuchungsergebnisse, ob große Mengen Wasserstoff z.B. bei einer Leckage des Untergrundspeichers durch Reaktionen mit Sauerstoff in der Bodenluft und Mikroorganismen indirekt negative Auswirkungen auf Grundwasser haben. Es ist daher davon auszugehen, dass Grundwasser unbeeinflusst bleibt. Bei der Untergrundspeicherung von Wasserstoff, wie bei jeder Technologie, bestehen potenzielle Risiken, die sorgfältig bewertet, überwacht und berücksichtigt werden müssen. Hauptursachen für diese Risiken sind mögliche Undichtigkeiten in den Speicherstätten sowie Leckagen in der Infrastruktur, die durch eine unzureichende geologische Eignung, Materialermüdung, Korrosion oder menschliches Versagen verursacht werden können. Dadurch besteht die Gefahr von Bränden und Explosionen, wenn austretender Wasserstoff in ausreichender Konzentration mit Luft vermischt wird und eine Zündquelle vorhanden ist. Studien legen nahe, dass bei einem großflächigen Austritt von Wasserstoff in die Atmosphäre eine indirekte Treibhausgaswirkung auftreten kann. Trotzdem wird angenommen, dass die Vorteile in Bezug auf die Klimawirkung die Nachteile überwiegen (Umweltbundesamt). Die Kontrolle des Drucks ist entscheidend, wenn ein Gas oder eine Flüssigkeit in den Untergrund injiziert wird, um das Risiko von Brüchen in der gasundurchlässigen Deckschicht und möglichen Erdbeben zu minimieren. Bewährte Injektionsverfahren können dies verhindern (BGR). Um potenziell negative Auswirkungen zu minimieren und eine sichere Anwendung der Untergrundspeicherung von Wasserstoff zu gewährleisten, sind ausgereifte Monitoring-Konzepte unerlässlich. [18], [19] Die Bundesregierung: Wasserstoff – Energieträger der Zukunft Bundesministerium für Bildung und Forschung: Wissenswertes zu Wasserstoff - BMBF Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz: BMWK - FAQ zum Wasserstoff-Kernnetz Umweltbundesamt: Wasserstoff – Schlüssel im künftigen Energiesystem | Umweltbundesamt Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Nationaler Wasserstoffrat Deutscher Wasserstoff-Verband NOW-GmbH Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie: Wasserstoff und Brennstoffzellen: Antworten auf wichtige Fragen National Renewable Energy Laboratory (NREL), USA. Hydrogen 101: Frequently Asked Questions About Hydrogen for Decarbonization [1] Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 [2] https://www.webelements.com/hydrogen/ [3] https://www.chemie.de/lexikon/Wasserstoff.html [4] https://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/10/0.html [5] https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Abundance_of_the_chemical_elements.html [6] Roy, S. (2023): Literature Review - Underground Hydrogen Storage. Technische Universität Darmstadt. [7] https://www.geothermie.de/bibliothek/lexikon-der-geothermie/e/energiedichte [8] https://gammel.de/de/lexikon/Heizwert---Brennwert/4838 [9] https://www.geothermie.de/bibliothek/lexikon-der-geothermie/w/wasserstoff [10] https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/wissenswertes [11] Zgonnik, V., “The occurrence and geoscience of natural hydrogen: A comprehensive review,” Earth-Science Reviews, vol. 203, no. 8, p. 103 140, 2020, issn: 0012-8252. doi: 10.1016/j.earscirev.2020.103140. [12] Franke, Dieter, Martin Blumenberg und Martin Pein, Wasserstoffvorkommen im geologischen Untergrund, Commodity TopNews 63, 2023 [13] Prinzhofer, A. and Deville, E., Hydrogène naturel: La prochaine révolution énergétique ? : [une énergie inépuisable et non polluante, ça existe !] Paris: Belin, 2015, isbn: 978-2-7011-8384-8. 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safe ND 2025: Forschungssymposium des BASE Vom 17. bis 19. September 2025 veranstaltet das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung ( BASE ) zum dritten Mal das internationale Forschungssymposium für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung safe ND . Zum Inhalt springen Ausblenden Einblenden Time as a safety factor: opportunities and challenges of timely nuclear waste disposal Datum Veranstaltungsort Über das Symposium Call for Contributions Wissenschaftliches Komitee Anmeldung Time as a safety factor: opportunities and challenges of timely nuclear waste disposal Der Call for Contributions läuft vom 06.01.-31.03.2025. safeND 2025: Overview (PDF, 820KB, barrierefrei⁄barrierearm) Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung ( BASE ) lädt zum dritten interdisziplinären Forschungssymposiums für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (Interdisciplinary Research Symposium on the Safety of Nuclear Disposal Practices) – der safe ND 2025 – ein. Die safeND 2025 wird vom 17. bis 19. September in Berlin mit folgendem Schwerpunktthema stattfinden: „Time as a safety factor: opportunities and challenges of timely nuclear waste disposal” . Die Entwicklung und Umsetzung von Konzepten für die Entsorgung von nuklearen Abfällen, die eine langfristige Sicherheit gewährleisten, ist eine komplexe soziotechnische Herausforderung, die insbesondere eine umfangreiche geologische Erkundung, ingenieurtechnische Forschung, numerische Simulation und eine langfristige Bewusstseinsbildung erfordert. Die technischen Schwachstellen eines solchen Entsorgungskonzepts sind jedoch nicht die einzigen Gefahren für die Gesellschaft. Es ist essentiell, dass auch die rechtzeitige Umsetzung als zentraler Sicherheitsfaktor berücksichtigt wird. Die Dringlichkeit des Sicherheitsfaktors Zeit ergibt sich nicht nur aus der Tatsache, dass die Radioaktivität des Atommülls derzeit am höchsten ist und mit der Zeit abklingt, sondern auch aus der Tatsache, dass hochradioaktive Abfälle derzeit in den meisten Teilen der Welt oberirdisch gelagert werden. Diese oberirdische Lagerung macht diese Abfälle anfällig für verschiedene geopolitische Bedrohungen, darunter militärische Konflikte, radikale Veränderungen der bestehenden politischen Institutionen und die Folgen des Klimawandels. Wie können wir also den Faktor Zeit bei der Bewertung der Sicherheit von nuklearen Entsorgungsprogrammen angemessen berücksichtigen? Das Symposium wird sowohl Vortrags- und Poster-Sessions, als auch Workshops und offene Diskussionsrunden beinhalten. Datum Die safe ND findet vom 17.-19.09.2025 statt. Call for Sessions: 27.08 bis 05.11.2024 Call for Contributions: 06.01. bis 31.03.2025 Veranstaltungsort © Phil Dera Die safe ND 2025 findet im Radialsystem in Berlin, Deutschland (Holzmarktstraße 33, 10243 Berlin) statt. Das ehemalige Pumpwerk ist heute ein vielseitiges Kultur- und Veranstaltungszentrum am Spreeufer in Berlin. Anfahrt zum Radialsystem Hilfreiche Informationen zur Reise nach Berlin finden Sie unter visitberlin.de . Über das Symposium safe ND steht für „Interdiziplinäres Forschungssymposium für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung“ ( Interdisciplinary Research Symposium on the Saf ety of N uclear D isposal Practices ). Wissenschaftler:innen wird die Möglichkeit gegeben, in intra- und interdisziplinären Diskussionen ihre aktuellen Forschungsergebnisse und Projekte zu präsentieren. Dabei werden unter anderem folgende Themenkomplexe abgedeckt: Stilllegung von kerntechnischen Anlagen Zwischenlagerung , Konditionierung und Transport von radioaktiven Abfällen Standortauswahl und Endlagerung von hochradioaktiven sowie schwach- und mittelradioaktiven Abfällen Potentielle alternative Entsorgungsmethoden Beteiligungs- und Kommunikationsprozesse bei Projekten der nuklearen Sicherheit und Entsorgung Sicherheitskultur bei der nuklearen Entsorgung und Wissenserhalt Sozial- und geisteswissenschaftliche Perspektiven auf Kernenergie und radioaktive Abfälle (einschließlich historischer, wirtschaftlicher und rechtlicher Analysen) Safeguards und Non-Proliferation bei der nuklearen Abfallentsorgung Fragen der nuklearen Entsorgung in Bezug auf alternative Reaktorkonzepte und Kernfusion Call for Contributions Am 06.01.2025 startete der Call for Contributions. Sie sind herzlich eingeladen Vorschläge für folgende Formate einzureichen: Vortrag (Oral): Ein 15-minütiger Vortrag, gefolgt von 5 Minuten für Rückfragen aus dem Publikum Poster: Ausstellung eines A0-Posters plus eine zweistündigen Poster-Präsentation Panel-Diskussion: Eine von Ihnen organisierte Panel-Diskussion (circa 1-2 Stunden) Workshop: Ein von Ihnen organisierter Workshop (circa 2-3 Stunden) Bitte nutzen Sie die folgenden Links um Vorschläge für Vorträge und Poster und Vorschläge für Panel-Diskussionen und Workshops einzureichen. Bitte geben Sie dabei auch an, welcher der vorgeschlagenen Sessions Sie ihren Vorschlag zuordnen wollen. Der Call for Contributions schließt am 31.03.2025. Wissenschaftliches Komitee © bildkraftwerk/kurc Ein wissenschaftliches Komitee berät das BASE bei der Auswahl der Einreichungen aus dem Call for Contributions und bei der Zusammenstellung des Programms. Die Mitglieder des wissenschaftlichen Komitees sind: Dr. Carla-Olivia Krauß, Institute of Technology and Management in Construction, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Germany Dr. Petra Tjitske Kalshoven, Department of Social Anthropology, University of Manchester, UK Dr. Florence-Nathalie Sentuc, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH, Germany Dr. Holger Völzke, Safety of Storage Containers Division, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung ( BAM ), Germany Prof. Dr. Barbara Reichert, Institute for Geosciences, University of Bonn, Germany; Chair of Nuclear Waste Management Commission ( ESK ), Germany Dr. Jens Birkholzer, Energy Geosciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, USA Dr. Tim Vietor, Safety, Geology & Radioactive Materials Division, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (NAGRA), Switzerland Dr. Bo Strömberg, Unit for plant safety assessment, Swedish Radiation Safety Authority (SSM), Sweden Prof. Dr. Ulrike Felt, Department of Science and Technology Studies, University of Vienna, Austria Dr. Catrinel Turcanu, Science, Technology and Society, Belgian Nuclear Research Centre (SCK CEN), Belgium Prof. Dr. Anna Storm, Department of Thematic Studies, Linköping University, Sweden Dr. Luca Abele Piciaccia, Norwegian Radiation and Nuclear Safety Authority (DSA), Norway Dr. Markku Lehtonen, Department of Humanities, University Pompeu Fabra Barcelona, Spain Prof. Susan Molyneux-Hodgson, Department of Sociology, Philosophy and Anthropology, University of Exeter, UK Prof. Dr. Dörte Fouquet, Sustainability Law – Energy, Resources, Environment, Leuphana University Lüneburg, Germany Dr. Nikolaus Müllner, Institute of Safety and Risk Sciences, University of Natural Resources and Life Sciences (BOKU), Vienna Prof. Allison M. Macfarlane, School of Public Policy and Global Affairs, The University of British Columbia, Vancouver Anmeldung Die Anmeldung zur Teilnahme erfolgt unabhängig von der Teilnahme am Call for Sessions oder dem Call for Contributions. Diese wird voraussichtlich ab dem Frühjahr 2025 möglich sein. Die Teilnahmegebühr beträgt 450 Euro (225 Euro ermäßigt). Bei Fragen zum Symposium helfen wir Ihnen unter folgender E-Mail-Adresse weiter: symposium@base.bund.de Broschüre zur safeND 2025 (englisch) safeND 2025: Overview Herunterladen (PDF, 820KB, barrierefrei⁄barrierearm)
BASE-Talk: Demokratie braucht verlässlichen Konsens zum AKW-Ausstieg Meldung Stand: 24.01.2024 „Nukleare Sicherheit als Teil der Energietransformation in Zeiten des abnehmenden Konsenses“ Die nukleare Sicherheit nehme aktuell zu wenig Raum in der öffentlichen Debatte zur Energietransformation ein. Dies stellte Bundesministerin für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz Steffi Lemke anlässlich des BASE -Talk am 22.1.2024 zum Thema „Nukleare Sicherheit als Teil der Energietransformation in Zeiten des abnehmenden Konsenses“ fest. Insgesamt nahmen 150 Personen am BASE -Standort in Berlin und ca. 165 Personen online teil. Neben der Keynote von Bundesumweltministerin Steffi Lemke, gab es per Livestream einen wissenschaftlichen Impuls des Astrophysik-Professors und Wissenschaftsjournalisten Harald Lesch. Es folgte eine Podiumsdiskussion mit anschließender offener Fragerunde. Am Podium vertreten waren BASE -Präsident Wolfram König, der Parlamentarische Staatssekretär Stefan Wenzel vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und Martin Kaiser, Geschäftsführer von Greenpeace Deutschland. Gesprächsthemen waren neben der nuklearen Sicherheit, die aktuelle Atomkraft-Debatte und die Herausforderungen der deutschen Endlagersuche. Moderiert hat die Veranstaltung Journalist Thorsten Hapke. Impressionen der Veranstaltung Teilnehmer der Podiumsdiskussion (von links): BASE-Präsident Wolfram König, Moderator Thorsten Hapke, Parlamentarische Staatssekretär Stefan Wenzel (BMWK) und Martin Kaiser, Geschäftsführer Greenpeace Deutschland. © BASE Die Keynote hat Bundesumweltministerin Steffi Lemke gehalten. © BASE Einen Impulsvortrag per Livestream gab es von dem Wissenschaftsjournalisten Harald Lesch. © BASE 150 Teilnehmende vor Ort und ca. 165 Online-Teilnehmer verfolgten die Veranstaltung. © BASE Im Gespräch (von links): BASE-Präsident Wolfram König, Bundesumweltministerin Steffi Lemke und Martin Kaiser, Geschäftsführer Greenpeace Deutschland. © BASE „Die Zeit ist in Anbetracht der langen Suche nach einem Endlager selbst ein Sicherheitsfaktor“, so BASE-Präsident Wolfram König. © BASE BMWK-Staatssekretär Stefan Wetzel erinnerte auch an den langwierigen Rückbau der AKW. © BASE „Wir haben uns auf den Atom-Konsens verlassen“, so Martin Kaiser, Geschäftsführer von Greenpeace Deutschland. © BASE Sicherheitslage europäischer AKW hat sich verschlechtert Zur aktuellen Atomkraft-Debatte machte Bundesumweltministerin Lemke klar: „Der Konsens zum AKW -Ausstieg und zur Endlagersuche ist von Teilen der bisherigen Konsenspartnern ohne Not aufgekündigt worden. Ich erwarte, dass der Konsens aufrechterhalten wird, denn ich halte ihn für sehr wertvoll“. Die Bürgerinnen und Bürger in Deutschland sollten sich auf eine demokratische Entscheidung wie den Atom -Konsens verlassen können. Im April 2023 wurden in Deutschland die letzten drei Atomkraftwerke abgeschaltet. Dieser Schritt basierte auf einem breiten gesellschaftlichen und politischen Konsens für den Atomausstieg und für eine klare Zielstellung zum Ausbau erneuerbarer Energien aus dem Jahr 2011. Frau Lemke betonte in ihrer Rede, dass Klimaziele nicht mit Atomkraft erreicht werden können. Atomkraftwerke seien zu risikoreich, zu teuer und hinterließen nachfolgenden Generationen gefährliche radioaktive Abfälle. Nicht zu vergessen, dass sich die Sicherheitslage europäischer AKW verschlechtert habe, vor allem angesichts der Ereignisse rund um das AKW Saporischschja. Investitionen in die Atomkraft würden für den notwendigen Ausbau Erneuerbarer Energien entsprechend fehlen, so Lemke. Auch Versprechen zu SMR -Technologien würden im Wesentlichen dazu genutzt, um vom Ausbau der Erneuerbaren abzulenken: „In der Summe werden die Probleme größer, auch wenn die Reaktoren kleiner werden.“ Lesch setzt auf verstärkte Kommunikation Wissenschaftsjournalist Harald Lesch forderte in seinem Impuls dazu auf, das Thema nukleare Sicherheit wieder stärker in die Öffentlichkeit zu bringen. „Die Naivität im Umgang mit Atomabfällen ist legendär.“, sagte Lesch, weshalb die BASE -Arbeit sehr wichtig sei. Um dem schwindenden Atom -Konsens entgegenzuwirken, wünscht sich Lesch eine verstärkte und offensivere Kommunikation, vor allem auch im Internet, und darüber hinaus eine bessere öffentliche und wissenschaftliche Vernetzung zu dem Thema. Alle sollten wissen und verstehen, so Lesch, wie teuer und risikoreich Atomkraft ist. „Macht es Sinn, die stärkste Kraft der Welt [Atomspaltung] einzusetzen, um Wasser heiß zu machen? Das können wir billiger.“, so Lesch in Bezug zur Nutzung der Kernkraft sowie Hoffnungen auf das Forschungsfeld Kernfusion. Die Energiewende ist für ihn nur über die Erneuerbaren Energien zu schaffen. Podiumsdiskussion: Endlagersuche dauert viel zu lange Dass die atomaren Hinterlassenschaften in Vergessenheit geraten, stellte BASE -Präsident Wolfram König auf dem Podium fest: „Mit dem Erfolg des deutschen Atom -Konsenses scheint für viele Menschen das Thema Atomkraft vermeintlich erledigt.“ Jedoch ist das Kapitel Atomkraft und damit auch die nukleare Sicherheit in Bezug auf die angefallenen atomaren Abfälle noch längst nicht abgeschlossen. Die Suche für ein deutsches Endlager laufe noch sehr lange. Die Zeit sei, so Herr König, in Anbetracht der langen Suche selbst ein Sicherheitsfaktor. Darin waren sich alle Podiumsteilnehmer einig: Die deutsche Endlagersuche dauert zu lange. Stefan Wenzel, Parlamentarischer Staatssekretär, dazu: „Wir müssen schneller werden“. In Anbetracht der atomaren Hinterlassenschaften erwähnte Wenzel auch den rund zwanzig Jahre lang dauernden, herausfordernden Rückbau eines Atomkraftwerkes, der noch bevorsteht. Atomkraft könne nicht Teil der Klimawende sein, sie berge „Ewigkeitslasten“, so die Aussage von Martin Kaiser, Geschäftsführer von Greenpeace Deutschland in der anschließenden Podiumsdiskussion. BASE -Präsident König wünscht sich auch in Anbetracht des schwindenden Konsens ein Kompetenzzentrum für die Öffentlichkeit und die Politik. Dort solle über Risiken und Möglichkeiten der Atomkraft informiert werden: „Auch wenn diese Aufgabe niemanden mehr interessieren sollte, so bleibt es unsere Aufgabe für Sicherheit zu sorgen.“ Und Martin Kaiser von Greenpeace machte deutlich: „Es ist in Deutschland jahrzehntelang eine Diskussion zur Atomkraft geführt worden und wir haben uns darauf verlassen, dass der Konsens eingehalten wird.“ Er ließ nicht unerwähnt, dass Staaten, welche weiter auf Atomkraft setzen, Nuklear(waffen)staaten sind. Abschließend folgten Fragen aus dem Publikum an die Podiumsteilnehmer. Mehr Informationen zur Endlagersuche Endlagersuche-Infoplattform
Kernfusion Bei der Kernfusion wird die Energie nicht durch Spaltung sondern durch Verschmelzung zweier Atomkerne gewonnen. Derzeit ist die Kernfusion ein Zukunftsprojekt. Wann ein erstes kommerzielles Kraftwerk zur Stromerzeugung realisiert werden könnte, lässt sich nicht prognostizieren. Die Kernfusion befindet sich seit Jahrzehnten im Stadium der Erforschung. Wissenschaftler:innen weltweit forschen mehrheitlich an der sogenannten Deuterium- Tritium -Fusion (D-T Fusion), auf Basis der Magnetfusion. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Blick auf „ITER“, den weltweit fortgeschrittensten Prototyp eines Fusionsreaktors in Frankreich © pa/dpa/MAXPPP | Gilles Bader / Le Pictorium Es existieren weltweit eine Handvoll Experimentiereinrichtungen, die mit Hilfe der Kernfusion versuchen, Energie zu erzeugen. Weltweit existiert bis heute jedoch keine Versuchsanlage, die mittels Kernfusion mehr Energie erzeugt als freisetzt als sie für ihren Betrieb benötigt, oder die gar Strom erzeugen könnte. Mit „ITER“ ist weltweit der fortgeschrittenste Prototyp eines Fusionsreaktors im Bau: „ITER“ soll die technische Machbarkeit eines Kernfusionskraftwerks demonstrieren, wobei eine Stromerzeugung nicht geplant ist. Von dem Prototyp eines Fusionsreaktors „ITER“ hin zu einem stromerzeugenden Versuchsreaktor muss noch viel Forschung und Entwicklung stattfinden. Jüngst öffentlich vermeldete Fortschritte beim Thema Kernfusion, zum Beispiel in den USA , betreffen Ergebnisse aus der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Kernfusion auf Basis der Laserfusion. Hierbei wird die Fusion nicht mittels eines Magnetfeldes, sondern mittels hochenergetischer Laser realisiert. Es ist derzeit nicht prognostizierbar, ob oder wann ein erstes kommerzielles Fusionskraftwerk zur Stromerzeugung realisiert werden könnte. Im Folgenden finden Sie exemplarische Kernfusions-Forschungsprojekte und deren anvisierte Zeithorizonte: Im Plasmagefäß der Experimentieranlage Wendelstein 7-X: Das erste Plasma wurde dort am 10. Dezember 2015 erzeugt. © picture alliance/dpa | Stefan Sauer Seit 2010 wird durch ein internationales Konsortium (China, EU , Indien, Japan, Korea, Russland und USA ) im französischen Cadarache der Versuchsreaktor „ITER“ errichtet. Der Versuchsreaktor soll die prinzipielle Machbarkeit eines Fusionskraftwerks, basierend auf der Magnetfusion, demonstrieren. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Ziel ist, 500 Megawatt Fusionsleistung für länger als 300 Sekunden (5 Min.) erzeugen zu können. Geplant war dieses Ziel ursprünglich bis 2035-2040 zu realisieren, das Projekt ist jedoch mit erheblichen Zeit- und Kostensteigerungen konfrontiert. Für 2024 ist ein neuer Zeitplan angekündigt. Bei „ITER“ geht es rein um Fusionsleistung und nicht darum, Strom zu erzeugen. Begleitend zu dem „ITER“-Versuchsreaktor wird durch das Konsortium EUROfusion die Entwicklung des Fusionsreaktor-Prototyps „DEMO“ (Magnetfusion) vorangetrieben. Geplant ist ein solcher Prototyp in Europa ab 2050. Er soll jährlich rund 500 Megawatt Strom produzieren (zum Vergleich: AKW ca. 1400 MW ). Das Konsortium EUROfusion wurde 2014 gegründet. Es besteht aus staatlichen Forschungseinrichtungen aus EU -Mitgliedsstaaten ( u.a. mehrere deutsche) und der Schweiz. EUROfusion forscht mit dem Projekt „DEMO“ an einer möglichen kommerziellen Nutzung der Kernfusion. In Greifswald wird mit dem Wendelstein 7-X die weltweit größte Experimentieranlage vom Typ Stellarator betrieben. Ihre Aufgabe ist es, die Eignung dieses speziellen Bautyps für ein Fusionskraftwerk zu untersuchen. Die Hauptmontage von Wendelstein 7-X wurde 2014 abgeschlossen, das erste Plasma wurde am 10. Dezember 2015 erzeugt. Der Wendelstein 7-X ist eine reine Experimentalanlage zur Erforschung von Kernfusion. Die Anlage ist noch weit von einem Prototyp -Kraftwerk entfernt. Aktuell verfolgen weltweit zahlreiche private Unternehmen das Thema Kernfusion. Diese Unternehmen nehmen sich vielfach vor, Versuchsreaktoren schon bis 2030-2035 zu realisieren. Diese Angaben sind meist reine Absichtserklärungen und nicht unabhängig überprüfbar. Hinweise: Die IAEA hat den „ IAEA W orld Fusion Outlook“ veröffentlicht. In Deutschland liegt die Förderung der Kernfusion im Verantwortungsbereich des Ministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) . Das BMBF hat am 23.06.2023 ein „Positionspapier Fusionsforschung“ veröffentlicht. Fragen und Antworten zur Kernfusion Wie funktioniert die Kernfusion? Ein Computerbild zeigt das erste Plasma aus der Experimentieranlage Wendelstein 7-X. © picture alliance / dpa | Stefan Sauer Vor etwa hundert Jahren wurde die Kernfusion als Energiequelle der Sonne entdeckt. Bei der Kernfusion werden zwei Atomkerne verschmolzen, im Gegensatz dazu werden bei der Kernspaltung ( AKW ) Atomkerne gespalten. Durch die Verschmelzung zweier Atomkerne kann Energie freigesetzt werden, bei der pro Reaktion im Vergleich zur Verbrennung fossiler Brennstoffe eine millionenfach höhere Energiefreisetzung stattfindet. Um den Kernfusionsprozess in einem Fusionsreaktor in Gang setzen zu können, muss das sogenannte Fusionsplasma, ein geeignetes Stoffgemisch auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, für z.B. Deuterium- Tritium auf Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius. Bisher ist es noch nicht gelungen, aus dem Kernfusionsprozess nutzbare Energie zu gewinnen. Wissenschaftler:innen weltweit forschen mehrheitlich an der sogenannten Deuterium-Tritium-Fusion (D-T Fusion), auf Basis der Magnetfusion. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Bei der D-T Fusion werden die chemischen Elemente Deuterium (nicht radioaktiv) und das radioaktive Tritium als Brennstoffe verwendet. Deuterium und Tritium sind Isotope des Elements Wasserstoff. Zunehmend werden alternative Konzepte wie z.B. die Laserfusion für die Energieerzeugung verfolgt. Hierbei wird die Fusion nicht mittels eines Magnetfeldes, sondern mittels energiereicher Laser realisiert. Bei der Fusion eines D- und T-Kerns entsteht ein Helium-Kern und ein Neutron . Das Neutron trägt die freigewordene Energie in Form von Bewegungsenergie (Neutronenstrahlung). Die Energie des Helium-Kerns wird dazu verwendet, die Plasmatemperatur aufrecht zu erhalten, jedoch ist zusätzlich noch Heizenergie nötig. Zudem muss das Plasma durch ein Magnetfeld – im Fall der Magnetfusion - eingeschlossen werden. Die Fusionsreaktion verläuft dann im Plasma des erhitzten D- T -Gemischs, welches sich in einer Vakuumkammer befindet. Um dann Strom erzeugen zu können, soll die Energie des Neutrons bzw. der Neutronenstrahlung in speziellen Bauteilen, sogenannten Blanket, in Wärme umgewandelt werden. Die Wärme soll dann mittels eines Kühlmediums und durch Wärmetauscher eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben – ähnlich wie in einem konventionellen AKW oder konventionellen fossilen Kraftwerken. Für ein mögliches Kraftwerk mit 1000 Megawatt elektrischer Leistung werden für die D- T Fusion die Brennstoffe Deuterium und Tritium jeweils in einer kleinen dreistelligen Kilogrammmenge pro Jahr veranschlagt; jedoch sind dies bislang nur Annahmen. (Quelle: „DEMO“-Projekt, Gianfranco Federici von EUROfusion; FEC 2023; 16.-21.10.2023, London, UK) Zum Vergleich: AKW benötigen jährlich rund 170 Tonnen Uran (= rund 80.000 Tonnen Gestein). Der Rohstoff Deuterium wird aus Wasser gewonnen. Das radioaktive und leicht flüchtige Wasserstoffisotop Tritium mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren muss im Blanket erbrütet (=kernphysikalische Reaktion) werden. Wie das Erbrüten des Tritiums realisiert werden soll, dazu gibt es noch viele ungelöste technische Fragen. Welche radioaktiven Abfälle entstehen bei der Kernfusion? Obwohl es bei der Kernfusion auch darum geht, langlebige Abfälle zu vermeiden, werden dennoch radioaktive Stoffe mit längerlebigen Nukliden entstehen, vor allem dadurch, dass Neutronen auf bestimmte Legierungsbestandteile in den Bauteilen treffen. Deshalb fällt auch bei der Kernfusion schwach- ( LAW ) und zu einem geringen Anteil auch mittelradioaktiver Abfall ( MAW ) an. Hochradioaktiver Abfall entstünde nicht, was ein klarer Vorteil dieser Energieerzeugung gegenüber heutigen Atomkraftwerken wäre. Allein schon aufgrund seiner Größe ist bei Fusionsreaktoren insgesamt – sowohl im Betrieb, als auch im Rückbau - mit größeren Mengen dieser schwach- und mittelradioaktiven Reststoffen zu rechnen, als bei einem konventionellen Atomkraftwerk (Beispiel: Vakuumbehälter Fusionsreaktor „ITER“ ca. 5000t (ohne Einbauten); AKW -Reaktordruckbehälter ca. 500t). Unter anderem der radioaktive Brennstoff Tritium trägt zu einer größeren Abfallmenge bei, da sich Tritium leicht in Baumaterialien einlagert und dadurch mehr radioaktive Abfälle entstünden. Zu der großen Abfallmenge trägt zudem bei, dass wegen dem Verschleiß der Materialien damit gerechnet wird, dass manche Anlagenkomponenten teilweise oder ganz alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden müssen. Gemäß Studien würden z.B. für den Versuchsreaktor „DEMO“ von EUROfusion bei einer Lebensdauer von 20 Jahren potentiell bis zu 50.000 Tonnen radioaktive Abfälle anfallen, die zwischen- oder endgelagert werden müssten (Quelle: Committee on Radioactive Waste Management (CoRWM), November 2021, London, UK). Diese radioaktiven Reststoffe müssten abklingen und sicher verwahrt werden. Wiederum ein Teil davon müsste möglicherweise auch über einen längeren Zeitraum (>100 Jahre) hinaus sicher eingelagert werden. Klar ist also, dass bei der Kernfusion größere Mengen schwach- und zum Teil auch mittelradioaktive Abfälle entstehen werden, die sicher verwahrt werden müssen. In welchem Umfang Abfälle entstehen die dauerhaft sicher einlagert werden müssen, wird abhängig von den im Fusionsreaktor eingesetzten Materialien sein und ist Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Welche Sicherheitsrisiken gibt es bei der Kernfusion? Das radioaktive Tritium , Bestandteil des Brennstoffs bei der D- T Fusion, ist ein radiologisches Risiko für das Personal eines möglichen Fusionsreaktors. Das Personal wäre zudem auch durch aktivierte Bauteile in einem solchen Reaktor belastet. Da bei der Kernfusion radioaktive Stoffe entstehen, bestehen also grundsätzlich radiologische Risiken für das Personal bei Betrieb, Wartung und Demontage von Anlagen. Im Vergleich zur Kernspaltung entstehen bei der Kernfusion jedoch wesentlich geringere Aktivitätsinventare bei Bauteilen und Materialien im Reaktor und auch keine hochradioaktiven Abfälle . Ein katastrophales Reaktorunglück, mit Folgen wie bei einem AKW , ist zudem praktisch nicht möglich, da das Fusionsplasma in einem Störfall selbstständig erlischt und im Gegensatz zu KKW keine Nennenswerte Nachwärmeproduktion erfolgt. Da bei der Kernfusion kein Spaltmaterial eingesetzt wird, ist das diesbezügliche von Anlagen zur Kernspaltung - beispielsweise Kernkraftwerken - unmittelbar ausgehende Proliferationsrisiko nicht gegeben. Jedoch stellt der Brennstoff Tritium eine wesentliche Komponente in modernen Kernwaffen dar. Zudem könnte ein Fusionsreaktor missbräuchlich für das Erbrüten von spaltbaren Materialien für den Kernwaffenbau verwendet werden. Mögliche Proliferationspotentiale gilt es somit zu beobachten und unter ein wirksames internationales Kontrollregime zu stellen. Welche Regeln könnten für künftige Fusionsreaktoren gelten? Fällt die Kernfusion unter Atomrecht? Stellaratorspule Wendelstein 7-AS im Zukunftsmuseum in München: Auch ein rechtlich bindendes Reglement für die Kernfusion ist Aufgabe für die Zukunft. © picture alliance/dpa | Daniel Karmann Ob zukünftige Fusionsreaktoren nach Atomrecht behandelt werden, ist noch offen. Der Versuchsreaktor „ITER“ in Frankreich ist bislang das einzige Projekt weltweit mit einem Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung. Jedoch geht es auch bei „ITER“ bislang rein um Fusionsleistung und nicht darum, Strom zu erzeugen. Alle anderen Fusionsprojekte haben noch keinen Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung, die Frage nach einem fusionsspezifischen Regelwerk hat sich bisher noch nicht gestellt. Großbritannien und die USA beabsichtigen jedoch, künftige Versuchsfusionsreaktoren nicht unter Atomrecht zu stellen. Aus regulatorischer Sicht sind bei der Kernfusion im Vergleich zur Kernspaltung die maximalen radiologischen Folgen eines Unfalls zwar erheblich kleiner anzusetzen, jedoch würden die Unterschiede zwischen einem Fusionsreaktor und einem Atomkraftwerk erfordern, dass das Regelwerk für den sicheren Bau, Betrieb, Stilllegung und Abbau für Fusionskraftwerke erheblich angepasst oder neu aufgesetzt wird. Zu diesem Schluss kommt die Gesellschaft für Reaktorsicherheit in einer 2022 veröffentlichten Studie, die von der Europäischen Atomgemeinschaft ( EURATOM ) in Auftrag gegeben wurde. Ein solches Regelwerk für die Kernfusion existiert bislang nicht. Die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) beabsichtigt für die Kernfusion Sicherheitsstandards zu entwickeln. Auch hinsichtlich eines Proliferationsrisikos, das heißt dem Missbrauch von Kernfusionsanlagen für den Erwerb von Kernwaffen, diskutieren u.a. die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) und wissenschaftliche Organisationen derzeit Konzepte zum Umgang hiermit. Es gibt bislang kein rechtlich bindendes Reglement. Was sind die Charakteristika der Kernfusion? Bei einem Fusionsprozess entstünden wesentlich geringere Aktivitätsinventare als bei der Kernspaltung ( AKW ). Es entstünde gemäß der Klassifikation der Internationalen Atomenergie-Organisation ( IAEO ) kein hochradioaktiver Abfall. Der radioaktive Brennstoff Tritium ( Halbwertszeit 12,3 Jahre) würde sich in Materialien einlagern. Auch die bei der Kernfusion stattfindende Neutronenstrahlung würde Bauteile des Reaktors aktivieren (materialunabhängige Halbwertszeiten). Somit entstünden also weiterhin Radionuklide und somit schwach- und mittelradioaktive Reststoffe, zuerst in Form von Bauteilen des Fusionsreaktors. Bei der Kernfusion ist mit großen Mengen an schwach- und mittelradioaktiven Reststoffen zu rechnen, die weiterverarbeitet, zwischen- und teilweise dauerhaft sicher endgelagert werden müssten. Das Fusionsplasma erlischt selbstständig, sobald die Energiezufuhr unterbrochen ist und im Gegensatz zur Kernspaltung erfolgt keine nennenswerte Nachwärmeproduktion. Ein katastrophales Reaktorunglück mit Folgen wie bei einem AKW ist daher praktisch nicht möglich. Ein grundsätzliches radiologisches Risiko der Kernfusion wäre der verwendete radioaktive Brennstoff Tritium ( Halbwertszeit 12,3 Jahre). Und da bei der Kernfusion radioaktive Stoffe entstünden, würden grundsätzliche radiologische Risiken bei Betrieb, Wartung und Demontage von Anlagen bestehen sowie bei möglichen Stör- und Unfallszenarien. Bei der Kernfusion wird voraussichtlich eine kleine dreistellige Kilogrammmenge je Brennstoff (Deuterium und Tritium ) pro Jahr und Gigawatt elektrischer Kraftwerksleistung verbraucht; jedoch sind dies bislang nur Annahmen. (Quelle: „DEMO“-Projekt, Gianfranco Federici von EUROfusion; FEC 2023; 16.-21.10.2023, London, UK). Zum Vergleich: AKW benötigen jährlich rund 170 Tonnen Uran (= rund 80.000 Tonnen Gestein). Die Kernfusion würde die Rohstoffabhängigkeit verringern, da der Brennstoff Tritium im Fusionskraftwerk aus geringen Mengen von Lithium selbst erzeugt werden könnte. Zur Erbrütung von Tritium gibt es jedoch noch viele ungelöste Fragen. Fragen und Antworten zur Kernfusion Wie funktioniert die Kernfusion? Ein Computerbild zeigt das erste Plasma aus der Experimentieranlage Wendelstein 7-X. © picture alliance / dpa | Stefan Sauer Vor etwa hundert Jahren wurde die Kernfusion als Energiequelle der Sonne entdeckt. Bei der Kernfusion werden zwei Atomkerne verschmolzen, im Gegensatz dazu werden bei der Kernspaltung ( AKW ) Atomkerne gespalten. Durch die Verschmelzung zweier Atomkerne kann Energie freigesetzt werden, bei der pro Reaktion im Vergleich zur Verbrennung fossiler Brennstoffe eine millionenfach höhere Energiefreisetzung stattfindet. Um den Kernfusionsprozess in einem Fusionsreaktor in Gang setzen zu können, muss das sogenannte Fusionsplasma, ein geeignetes Stoffgemisch auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, für z.B. Deuterium- Tritium auf Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius. Bisher ist es noch nicht gelungen, aus dem Kernfusionsprozess nutzbare Energie zu gewinnen. Wissenschaftler:innen weltweit forschen mehrheitlich an der sogenannten Deuterium-Tritium-Fusion (D-T Fusion), auf Basis der Magnetfusion. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Bei der D-T Fusion werden die chemischen Elemente Deuterium (nicht radioaktiv) und das radioaktive Tritium als Brennstoffe verwendet. Deuterium und Tritium sind Isotope des Elements Wasserstoff. Zunehmend werden alternative Konzepte wie z.B. die Laserfusion für die Energieerzeugung verfolgt. Hierbei wird die Fusion nicht mittels eines Magnetfeldes, sondern mittels energiereicher Laser realisiert. Bei der Fusion eines D- und T-Kerns entsteht ein Helium-Kern und ein Neutron . Das Neutron trägt die freigewordene Energie in Form von Bewegungsenergie (Neutronenstrahlung). Die Energie des Helium-Kerns wird dazu verwendet, die Plasmatemperatur aufrecht zu erhalten, jedoch ist zusätzlich noch Heizenergie nötig. Zudem muss das Plasma durch ein Magnetfeld – im Fall der Magnetfusion - eingeschlossen werden. Die Fusionsreaktion verläuft dann im Plasma des erhitzten D- T -Gemischs, welches sich in einer Vakuumkammer befindet. Um dann Strom erzeugen zu können, soll die Energie des Neutrons bzw. der Neutronenstrahlung in speziellen Bauteilen, sogenannten Blanket, in Wärme umgewandelt werden. Die Wärme soll dann mittels eines Kühlmediums und durch Wärmetauscher eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben – ähnlich wie in einem konventionellen AKW oder konventionellen fossilen Kraftwerken. Für ein mögliches Kraftwerk mit 1000 Megawatt elektrischer Leistung werden für die D- T Fusion die Brennstoffe Deuterium und Tritium jeweils in einer kleinen dreistelligen Kilogrammmenge pro Jahr veranschlagt; jedoch sind dies bislang nur Annahmen. (Quelle: „DEMO“-Projekt, Gianfranco Federici von EUROfusion; FEC 2023; 16.-21.10.2023, London, UK) Zum Vergleich: AKW benötigen jährlich rund 170 Tonnen Uran (= rund 80.000 Tonnen Gestein). Der Rohstoff Deuterium wird aus Wasser gewonnen. Das radioaktive und leicht flüchtige Wasserstoffisotop Tritium mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren muss im Blanket erbrütet (=kernphysikalische Reaktion) werden. Wie das Erbrüten des Tritiums realisiert werden soll, dazu gibt es noch viele ungelöste technische Fragen. Welche radioaktiven Abfälle entstehen bei der Kernfusion? Obwohl es bei der Kernfusion auch darum geht, langlebige Abfälle zu vermeiden, werden dennoch radioaktive Stoffe mit längerlebigen Nukliden entstehen, vor allem dadurch, dass Neutronen auf bestimmte Legierungsbestandteile in den Bauteilen treffen. Deshalb fällt auch bei der Kernfusion schwach- ( LAW ) und zu einem geringen Anteil auch mittelradioaktiver Abfall ( MAW ) an. Hochradioaktiver Abfall entstünde nicht, was ein klarer Vorteil dieser Energieerzeugung gegenüber heutigen Atomkraftwerken wäre. Allein schon aufgrund seiner Größe ist bei Fusionsreaktoren insgesamt – sowohl im Betrieb, als auch im Rückbau - mit größeren Mengen dieser schwach- und mittelradioaktiven Reststoffen zu rechnen, als bei einem konventionellen Atomkraftwerk (Beispiel: Vakuumbehälter Fusionsreaktor „ITER“ ca. 5000t (ohne Einbauten); AKW -Reaktordruckbehälter ca. 500t). Unter anderem der radioaktive Brennstoff Tritium trägt zu einer größeren Abfallmenge bei, da sich Tritium leicht in Baumaterialien einlagert und dadurch mehr radioaktive Abfälle entstünden. Zu der großen Abfallmenge trägt zudem bei, dass wegen dem Verschleiß der Materialien damit gerechnet wird, dass manche Anlagenkomponenten teilweise oder ganz alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden müssen. Gemäß Studien würden z.B. für den Versuchsreaktor „DEMO“ von EUROfusion bei einer Lebensdauer von 20 Jahren potentiell bis zu 50.000 Tonnen radioaktive Abfälle anfallen, die zwischen- oder endgelagert werden müssten (Quelle: Committee on Radioactive Waste Management (CoRWM), November 2021, London, UK). Diese radioaktiven Reststoffe müssten abklingen und sicher verwahrt werden. Wiederum ein Teil davon müsste möglicherweise auch über einen längeren Zeitraum (>100 Jahre) hinaus sicher eingelagert werden. Klar ist also, dass bei der Kernfusion größere Mengen schwach- und zum Teil auch mittelradioaktive Abfälle entstehen werden, die sicher verwahrt werden müssen. In welchem Umfang Abfälle entstehen die dauerhaft sicher einlagert werden müssen, wird abhängig von den im Fusionsreaktor eingesetzten Materialien sein und ist Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Welche Sicherheitsrisiken gibt es bei der Kernfusion? Das radioaktive Tritium , Bestandteil des Brennstoffs bei der D- T Fusion, ist ein radiologisches Risiko für das Personal eines möglichen Fusionsreaktors. Das Personal wäre zudem auch durch aktivierte Bauteile in einem solchen Reaktor belastet. Da bei der Kernfusion radioaktive Stoffe entstehen, bestehen also grundsätzlich radiologische Risiken für das Personal bei Betrieb, Wartung und Demontage von Anlagen. Im Vergleich zur Kernspaltung entstehen bei der Kernfusion jedoch wesentlich geringere Aktivitätsinventare bei Bauteilen und Materialien im Reaktor und auch keine hochradioaktiven Abfälle . Ein katastrophales Reaktorunglück, mit Folgen wie bei einem AKW , ist zudem praktisch nicht möglich, da das Fusionsplasma in einem Störfall selbstständig erlischt und im Gegensatz zu KKW keine Nennenswerte Nachwärmeproduktion erfolgt. Da bei der Kernfusion kein Spaltmaterial eingesetzt wird, ist das diesbezügliche von Anlagen zur Kernspaltung - beispielsweise Kernkraftwerken - unmittelbar ausgehende Proliferationsrisiko nicht gegeben. Jedoch stellt der Brennstoff Tritium eine wesentliche Komponente in modernen Kernwaffen dar. Zudem könnte ein Fusionsreaktor missbräuchlich für das Erbrüten von spaltbaren Materialien für den Kernwaffenbau verwendet werden. Mögliche Proliferationspotentiale gilt es somit zu beobachten und unter ein wirksames internationales Kontrollregime zu stellen. Welche Regeln könnten für künftige Fusionsreaktoren gelten? Fällt die Kernfusion unter Atomrecht? Stellaratorspule Wendelstein 7-AS im Zukunftsmuseum in München: Auch ein rechtlich bindendes Reglement für die Kernfusion ist Aufgabe für die Zukunft. © picture alliance/dpa | Daniel Karmann Ob zukünftige Fusionsreaktoren nach Atomrecht behandelt werden, ist noch offen. Der Versuchsreaktor „ITER“ in Frankreich ist bislang das einzige Projekt weltweit mit einem Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung. Jedoch geht es auch bei „ITER“ bislang rein um Fusionsleistung und nicht darum, Strom zu erzeugen. Alle anderen Fusionsprojekte haben noch keinen Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung, die Frage nach einem fusionsspezifischen Regelwerk hat sich bisher noch nicht gestellt. Großbritannien und die USA beabsichtigen jedoch, künftige Versuchsfusionsreaktoren nicht unter Atomrecht zu stellen. Aus regulatorischer Sicht sind bei der Kernfusion im Vergleich zur Kernspaltung die maximalen radiologischen Folgen eines Unfalls zwar erheblich kleiner anzusetzen, jedoch würden die Unterschiede zwischen einem Fusionsreaktor und einem Atomkraftwerk erfordern, dass das Regelwerk für den sicheren Bau, Betrieb, Stilllegung und Abbau für Fusionskraftwerke erheblich angepasst oder neu aufgesetzt wird. Zu diesem Schluss kommt die Gesellschaft für Reaktorsicherheit in einer 2022 veröffentlichten Studie, die von der Europäischen Atomgemeinschaft ( EURATOM ) in Auftrag gegeben wurde. Ein solches Regelwerk für die Kernfusion existiert bislang nicht. Die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) beabsichtigt für die Kernfusion Sicherheitsstandards zu entwickeln. Auch hinsichtlich eines Proliferationsrisikos, das heißt dem Missbrauch von Kernfusionsanlagen für den Erwerb von Kernwaffen, diskutieren u.a. die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) und wissenschaftliche Organisationen derzeit Konzepte zum Umgang hiermit. Es gibt bislang kein rechtlich bindendes Reglement.
Kerntechnik Wird Kerntechnik in Deutschland auch nach dem Atomausstieg noch genutzt? An welchen Technologien wird weltweit geforscht? Neben dem Status der deutschen kerntechnischen Anlagen verfolgt das BASE auch internationale Entwicklungen im Bereich der Kerntechnik. Kernenergienutzung in Deutschland Kerntechnik umfasst die Nutzung von Kernreaktionen und Radioaktivität für verschiedene Zwecke. Die größte Bedeutung innerhalb der Kerntechnik hat die zivile Nutzung von Kernspaltungsprozessen für die Gewinnung von Elektrizität in Atomkraftwerken. Nach der Abschaltung der letzten Atomkraftwerke in Deutschland im April 2023 sind andere kerntechnische Anlagen weiterhin in Betrieb. Das BASE verfolgt daher den Status von deutschen Atomkraftwerken und deren Stilllegung nach erfolgter Abschaltung Forschungsreaktoren Anlagen der Kernbrennstoffver- und -entsorgung Weltweit sind im Bereich der Kerntechnik zahlreiche Entwicklungen zu beobachten. Viele Länder ziehen den Einsatz folgender Technologien in Betracht: Small Modular Reactors ( SMR ) Alternative Reaktorkonzepte Partitionierung und Transmutation (P&T) Kernfusion Kenntnisse über diese Technologien sind für das BASE essentiell, um national und international bei Diskussionen zur nuklearen Sicherheit Stellung nehmen zu können. Kerntechnische Anlagen und neue Technologien Atomkraftwerke in Deutschland Forschungsreaktoren Anlagen der Kernbrennstoffversorgung und -entsorgung Alternative Reaktorkonzepte Was sind "Small Modular Reactors"? Was ist "Partitionierung und Transmutation"? Kernfusion Berichte und Übersichten zu kerntechnischen Anlagen in Deutschland Zu den Berichten
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Fusionstechnologie und Reaktortechnik (IFRT), Bereich Innovative Reaktorsysteme durchgeführt. Das Verbundprojekt CPC-HD hat zwei Vorhabenziele: - Untersuchung des CHF und des Post-CHF Wärmeübergangs im hohen Druckbereich und - Kompetenzerhalt und Nachwuchsförderung in der Kerntechnik. Im Rahmen des Teilprojekts EPOCH werden die physikalischen Vorgänge des Wärmeübergangs nach der Siedekrise (Post-CHF) unter hohen Druckwerten untersucht und modelliert. Dafür werden experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen durchgeführt. Experimente mit R134a zur Messung des CHF, des Post-CHF Wärmeübergangs sowie zur Visualisierung der Tropfenbewegung liefern einerseits eine umfangreiche Datenbasis und ermöglichen andererseits eine Einsicht in die physikalischen Vorgänge. Zur Entwicklung neuer Modelle des Post-CHF-Wärmeübergangs wird die im Rahmen des Verbundprojekts aufgestellte Datenbank herangezogen. Gleichzeitig leistet das Teilprojekt EPOCH einen Beitrag zum Aufbau der gemeinsamen Datenbank des Verbundprojekts. Die experimentellen Ergebnisse zum CHF mit R134a unter hohen Drücken werden aufbereitet, in die gemeinsame Datenbank implementiert und für das gesamte Verbundprojekt zur Verfügung gestellt. Die Entwicklung von Fluid-zu-Fluid Skalierungsmodellen ermöglicht die direkte Übertragung der Versuchsdaten des Post-CHF Wärmeübergangs von drei unterschiedlichen Fluiden (Wasser, CO2 und R134a) und erweitert daher die Parameterbereiche der experimentellen Datenbasis. Durch Implementierung und Validierung der neu entwickelten Modelle wird die Aussagekraft des thermohydraulischen Systemprogramms (STH-Programm) ATHLET für innovative Reaktorsysteme erhöht. Die anspruchsvollen wissenschaftlichen Aufgaben werden hauptsächlich von zwei Promovierenden durchgeführt, wodurch ein wichtiger Beitrag zum Kompetenzerhalt der Kerntechnik und zur Ausbildung des kerntechnischen Nachwuchses geleistet wird.
Das Projekt "Physikalische Vorgänge des Wärmeübergangs nach der Siedekrise (Post-CHF) unter hohen Druckparametern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Fusionstechnologie und Reaktortechnik (IFRT), Bereich Innovative Reaktorsysteme durchgeführt. Das Verbundprojekt CPC-HD hat zwei Vorhabenziele: - Untersuchung des CHF und des Post-CHF Wärmeübergangs im hohen Druckbereich und - Kompetenzerhalt und Nachwuchsförderung in der Kerntechnik.
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