Als eine der großen tektonischen Platten der Erde im März 2011 vor der Ostküste Japans unter eine andere stieß, verursachte sie ein heftiges Erdbeben und löste einen Tsunami mit Wellen aus, die eine Höhe von 20 Fuß oder mehr erreichten. Diese verheerende Kombination forderte Zehntausende Tote und löste eine nukleare Krise aus, als Meerwasser den Standort des Kernkraftwerks Fukushima Daiichi überschwemmte, Strom abschaltete und Sicherheitsausrüstung ausschaltete.
Die Besatzungen waren nicht in der Lage, die Reaktoren kühl zu halten, was zum Schmelzen des Brennstoffs, zu Wasserstoffexplosionen und zur Freisetzung von radioaktivem Material führte. Mehr als neun Monate vergingen, bis die Behörden bekannt gaben, dass die Reaktoren in einen stabilen Zustand der Kaltabschaltung gebracht worden waren. Sicherheitsbedenken führten auch dazu, dass fast alle anderen japanischen Atomkraftwerke stillgelegt wurden.
Das Ereignis von Fukushima - der schlimmste Atomunfall seit Tschernobyl im Jahr 1986 - hat die Atomenergie in den Schatten gestellt, und die Industrie hofft auf eine "nukleare Renaissance". Mehr als zwei Jahre später hat Japan nur zwei der 54 Reaktoren des Landes wieder in Betrieb genommen, und in Fukushima bestehen weiterhin Gefahren, da die Arbeiter Schwierigkeiten haben, das Austreten von radioaktivem Abwasser einzudämmen. Deutschland und die Schweiz haben beschlossen, aus der Kernenergie auszusteigen, und viele andere Nationen überdenken ihre nuklearen Ambitionen. Im Juni 2011 lehnten italienische Wähler in einem Referendum das Atomprogramm ihres Landes ab.
Doch für eine zunehmend energiehungrige Welt bleibt Atomkraft eine verlässliche, kohlenstofffreie Energiequelle und eine attraktive Möglichkeit, die Energieversorgung zu diversifizieren und sich von Quellen wie Kohle zu entfernen, die zum Klimawandel beitragen. "Wir brauchen eine Renaissance einer Technologie, die die Kohle ersetzen kann", sagt Per Peterson, Professor für Nukleartechnik an der University of California in Berkeley. Sowohl Kohle- als auch Kernkraftwerke sind teuer in der Errichtung, können aber rund um die Uhr zuverlässigen Strom zu relativ niedrigen Brennstoffkosten liefern. "Es ist schwierig zu erkennen, wie Sie möglicherweise Kohle verdrängen könnten, wenn Sie kein Atomkraftwerk einbeziehen", sagt Peterson.
Weltweit liegt die Zukunft der Atomkraft zunehmend in China und Indien. "Die nukleare Renaissance findet derzeit vor allem außerhalb der USA statt", sagt Dan Lipman, Executive Director für strategische Zulieferprogramme des Nuclear Energy Institute, einer Industriegruppe. Sieben der 66 derzeit im Bau befindlichen Anlagen weltweit befinden sich in Indien. Und China hat im Februar seinen 17. Atomreaktor an das Stromnetz angeschlossen.
In den Vereinigten Staaten ist die Geschichte uneinheitlicher, obwohl das Land bei der Produktion von Atomstrom weltweit führend ist. Bis vor kurzem lieferten 104 Reaktoren in 31 Bundesstaaten rund 19 Prozent des Stroms des Landes. Die US Energy Information Administration geht davon aus, dass mit neuen Reaktoren bis 2025 etwa 5, 5 Gigawatt (vergleichbar mit fast drei Hoover-Staudämmen) Kernkapazität hinzukommen werden. In diesem Frühjahr wurde erstmals seit 30 Jahren mit dem Bau von zwei neuen Reaktoren begonnen.
Niedrige Erdgaspreise haben den Anlagenbesitzern jedoch die Einnahmen etwas abgenommen. Die Flotte ist in diesem Frühjahr aufgrund von Werksschließungen auf 102 Reaktoren zurückgegangen. Das jüngste Beispiel ist das Kernkraftwerk Kewaunee in Wisconsin, dessen Gewinne von der Erdgasschwemme aufgezehrt wurden. Die Abschaltung hat Vorhersagen angeheizt, dass mehr Stilllegungen bevorstehen könnten, wenn ältere Kernkraftwerke um den Wettbewerb kämpfen. Duke Energy stellte die Pläne für zwei neue Reaktoren in North Carolina ein und stellte seinen Crystal River-Reaktor nach jahrzehntelangem Betrieb in Florida offiziell außer Betrieb, nachdem er sich für die Abschaltung und nicht für die Reparatur entschieden hatte. EIA-Prognosen gehen davon aus, dass Erdgas und erneuerbare Energien je nach Preisen und Subventionen größere Anteile eines wachsenden US-amerikanischen Energiepakets einnehmen.
Der Atomunfall von 1979 auf Three Mile Island in Zentral-Pennsylvania kam wie Fukushima zu einer ähnlichen Zeit des Atomwachstums. Zum Zeitpunkt der Katastrophe von Tschernobyl begann sich dieses Wachstum jedoch zu verlangsamen. Sie stagnierte nicht nur aufgrund gestiegener Sicherheitsbedenken, sondern auch aufgrund gesunkener Preise für fossile Brennstoffe in Kombination mit langen Verzögerungen, steigenden Budgets und hohen Finanzierungskosten, die in den 1980er und 1990er Jahren für den Neubau von Anlagen charakteristisch waren. Damals wie heute erwies sich die Atomökonomie als entmutigend.
Das Interesse an Nuklearwaffen wurde schließlich wiederbelebt. Ab etwa 2005, so Lipman, hat ein Zusammenfluss von Faktoren den Bau beflügelt. Das Wirtschaftswachstum beflügelte die Stromnachfrage und die historisch volatilen Erdgaspreise befanden sich im Aufschwung. Das Energy Policy Act von 2005 bot Darlehensgarantien und andere Anreize für neue Atomkraftwerke, und der Strombedarf in Wohngebieten in den südöstlichen Bundesstaaten - insbesondere in Florida - wuchs "wie Gangbuster", sagt er. Außerdem schien es für einen Moment möglich, dass die Klimaregulierung den Kohleverbrauch verteuert.
Das Timing war perfekt. "Eine jüngere Generation hatte Three Mile Island und Tschernobyl vergessen oder nicht durchlebt", sagt Edwin Lyman, leitender Wissenschaftler im Global Security Program der Union of Concerned Scientists in Washington, DC
Während sich einige Amerikaner auf die Idee der Erhöhung der Kernenergie eingestellt haben, ist die Öffentlichkeit in dieser Frage gespalten. Fünf Monate vor der Katastrophe von Fukushima sprachen sich 47 Prozent der vom Pew Research Center befragten Amerikaner für eine zunehmende Nutzung der Kernenergie aus. Unmittelbar nach der Krise sank die Unterstützung auf 39 Prozent, aber die Meinungen haben sich seitdem etwas gemildert.
Eine aufgeschlossenere Öffentlichkeit kann die Tür für Atomkraftwerke nur so weit öffnen. "Sie konnten die wirtschaftlichen Probleme der Kernenergie nicht umgehen, noch bevor es zu Fukushima kam", sagt Lyman. Die Krise 2011 in Japan "warf einen weiteren Schraubenschlüssel in die Werke."
Atomkraft wurde manchmal als eine wichtige Waffe im Kampf gegen den Klimawandel beworben, aber "das Ausmaß des Ausbaus von Atomkraft, das Sie in den nächsten Jahrzehnten benötigen würden, um die Emissionen der globalen Erwärmung einzudämmen, wäre so enorm, dass es einfach nicht machbar ist ", Sagt Lyman.
Und nach Fukushima ist die Sicherheit wieder ein Problem. Zu den Lehren, die aus der Katastrophe gezogen werden müssen, gehört die Notwendigkeit, sich auf unwahrscheinliche Abläufe von Ereignissen vorzubereiten, sagt Peterson von Berkeley. Nach dem 11. September begann die für die Regulierung der US-Atomindustrie zuständige Nuklearregulierungskommission, übersehene, wenn nicht unwahrscheinliche Bedrohungen durch weitverbreitete Schäden zu untersuchen - Themen wie "Was würden wir tun, wenn Terroristen ein Flugzeug entführen und beschließen, es zu fliegen?" in ein US-Atomkraftwerk ", sagt Peterson. Das NRC untersuchte die Schäden, die in einem solchen Szenario an den Sicherheitssystemen eines Werks auftreten würden, und fordert nun, dass Anlagen tragbare Notfallausrüstung als Backup erwerben.
Was nicht berücksichtigt wurde, war die Möglichkeit, dass ein Ereignis oder eine Kombination von Naturgefahren mehrere Reaktoren in einer Anlage zum Absturz brachte, wobei jeder einzelne eine Notfallreaktion und den Einsatz von geschultem Personal erforderte. Mehr als ein Drittel der Atomkraftwerke in den USA haben derzeit zwei oder mehr Reaktoren. Notfallpläne erlaubten jedoch nur einen Ausfall. "In den USA haben wir uns immer darauf vorbereitet, dass es einer der Einheiten passieren würde", sagt Joe Pollock, Vizepräsident für nukleare Operationen beim Nuclear Energy Institute. "Wir müssen in all unseren Plänen und Vorbereitungen in der Lage sein, mit allen Einheiten gleichzeitig umzugehen."
Laut Pollock sind Atomkraftwerke in den USA jetzt besser für Notfälle gerüstet, doch Kritiker sagen, die Reformen seien nicht weit genug gegangen. Die Union of Concerned Scientists hat gewarnt, dass viele Reaktoren in den USA bei einem Ausfall des Kühlsystems weitaus schlimmer ausgefallen sein könnten als Fukushima Daiichi, da ihre Pools für abgebrannte Brennelemente dichter gepackt und im Notfall schwieriger zu kühlen sind. Die Gruppe ist der Ansicht, dass Anlagen einem 24-Stunden-Ausfall der Station standhalten sollten, ohne auf tragbare Geräte zurückgreifen zu müssen, und nicht auf die acht Stunden, die von einer NRC-Task Force, die als Reaktion auf Fukushima organisiert wurde, empfohlen werden, obwohl dies nicht erforderlich ist Funktion für eine ganze Woche ohne Support vor Ort, im Gegensatz zu nur drei Tagen.
Neuere Reaktoren mit passiven Kühlsystemen, wie der AP1000 von Westinghouse, weisen Schritte auf, um die Sicherheit zu verbessern. Anstelle von Pumpen und Dieselgeneratoren nutzt der AP1000 natürliche Konvektion, Schwerkraft und Wasserverdunstung, um eine Überhitzung und einen Druckaufbau zu verhindern, ohne dass eine externe Stromversorgung oder ein Bedienereingriff erforderlich ist. Es ist für 72 Stunden Vollstationsausfall ausgelegt. In China werden derzeit vier AP1000-Reaktoren gebaut, und für das Kernkraftwerk VC Summer in South Carolina sind zwei Einheiten geplant.
Auch in diesem fortschrittlichen Modell konnte Westinghouse nach dem Unfall in Fukushima Verbesserungspotenziale identifizieren. Laut Lipman ging das Unternehmen "zurück und untersuchte das Design sehr genau, um festzustellen, welche Art von Änderungen vorgenommen werden mussten." AP1000 könnte ein Ereignis ertragen, das demjenigen ähnelt, das Fukushima Daiichi verkrüppelt hat.
Zukünftige Kernreaktoren könnten einige der Kosten- und Sicherheitsprobleme umgehen, die mit den heutigen Riesen von über 1.000 Megawatt verbunden sind, indem sie verkleinert werden. Das US-Energieministerium hat sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, dass innerhalb des nächsten Jahrzehnts Technologien für kleinere, in sich geschlossene und größtenteils werkseitig gebaute Reaktoren zum Einsatz kommen. Diese Mini-Kernkraftwerke, die als kleine modulare Reaktoren oder SMRs bekannt sind, haben eine elektrische Leistung von weniger als 300 Megawatt und sind kompakt genug, um per Bahn oder LKW verschifft zu werden. Bereits heute arbeiten Forscher weltweit an Dutzenden verschiedener Konzepte.
Ein vielversprechender Typ ist als integraler Druckwasserreaktor bekannt. Dieses Modell des Nuklearausrüstungsunternehmens Babcock & Wilcox mit dem Namen mPower benötigt ein Paar Module mit 180 Megawatt-Äquivalent, die vier Jahre lang ohne Betankung betrieben werden können - doppelt so lang wie die heutigen Reaktoren. Und sie sind klein genug, um möglicherweise die vorhandene Infrastruktur in alternden Kohlekraftwerken zu nutzen, was die Möglichkeit eröffnet, Kohlekraftwerken aus den 1950er Jahren nach ihrem Ruhestand neues Leben mit Kernbrennstoffen zu geben. Die geschätzten Kosten für die Bereitstellung von SMRs liegen zwischen 800 Millionen und 2 Milliarden US-Dollar pro Einheit - etwa ein Fünftel der Kosten für große Reaktoren.
"Es ist wirklich viel einfacher, sichere kleine Reaktoren zu konstruieren", sagt Peterson. Bei großen Reaktoren besteht die Gefahr der Entstehung von "Hot Spots" im Brennstoff. "Sobald der Kraftstoff beschädigt ist, wird die Kühlung schwieriger und der Schaden kann sich ausbreiten", erklärt Peterson. Gut konzipierte kleinere Reaktoren, die dieses Problem vermeiden und in Krisenzeiten möglicherweise sogar die Notwendigkeit externer Geräte und fehlbarer menschlicher Entscheidungen zunichte machen, können „an sich sicherer sein“, sagt er. Es bleibt jedoch ungewiss, inwieweit kleine modulare Reaktoren die Sicherheit in der Praxis verbessern können.
Auch die Kostenvorteile sind nicht garantiert. "Die Geschichte der Kernenergie hat dazu geführt, dass Reaktoren immer größer wurden", sagt Lyman. "Wenn Sie kleine Reaktoren mit großen Reaktoren konkurrenzfähig machen wollen, müssen Sie die Betriebskosten senken", sagt er. "Sie müssen die Arbeitskosten auf unverantwortliche Weise senken. Es ist unbewiesen, dass es sicher ist, die Anzahl der Reaktoren zu reduzieren." das Sicherheitspersonal der Bediener [und] und sorgen dennoch für Sicherheit. " Es ist möglich, einen kleinen Reaktor sicherer zu machen als einen größeren Reaktor, fügt er hinzu, "aber es wird nicht automatisch passieren."
Für jede innovative Technologie, die die heutigen Reaktoren ersetzen oder ersetzen könnte, liegt ein langer Weg vor uns. "Sogar die am besten untersuchten Pflanzen haben eine Menge Rätsel", sagt Lyman. Der Drang nach Fukushima, diese Unbekannten zu untersuchen und unnötige Risiken zu eliminieren, ist möglicherweise zu kurz, um dauerhafte Veränderungen herbeizuführen. Diesmal sagt Lyman: "Das wäre es schön, wenn sich etwas ändert, bevor eine Katastrophe eintritt. "
