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Energiegewinnung: Bill Gates will mit Mini-Meilern die Kernkraft revolutionieren

Microsoft-Gründer Bill Gates treibt seinen Traum von effizienter und sauberer Energie voran. Eine von dem Multimilliardär finanzierte Firma lotet den Bau von Mini-Atomkraftwerken aus. Sie sollen jahrzehntelang ohne Wartung Strom produzieren.

Microsoft-Gründer Gates: Sauberer Strom aus Mini-AKW? Zur Großansicht
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Microsoft-Gründer Gates: Sauberer Strom aus Mini-AKW?

Tokio/New York - Wenn es um klimafreundliche Energieerzeugung geht, kennt Bill Gates keine Tabus: Mit den Milliarden, die er als Microsoft-Gründer verdient hat, unterstützt er unter anderem die Erforschung der Kernenergie. Die von ihm mitfinanzierte Firma Terrapower untersucht derzeit gemeinsam mit Toshiba den Bau von Mini-Atomkraftwerken. Die beiden Seiten befänden sich in Gesprächen über das Projekt, bestätigte Toshiba an diesem Dienstag einen Bericht der Wirtschaftszeitung "Nikkei".

Terrapower will einen Reaktor zur Serienreife bringen, der angeblich die Energieprobleme der Welt lösen soll. Der sogenannte Traveling Wave Reactor (zu deutsch Laufwellenreaktor) soll jahrzehntelang mit einer Ladung Brennelemente auskommen und kaum Wartung benötigen. Damit würde sich die Frage erübrigen, wohin mit den alten Brennstäben. Gegenüber bisherigen Atomkraftwerken soll der neue Typ zudem kompakter und sicherer sein.

Das Konzept des Mini-Meilers zum Eingraben ist freilich nicht neu. Schon in den fünfziger Jahren wurden in Russland und den USA solche Reaktoren gebaut, um abgelegene Gebiete mit Energie zu versorgen. Die Technik basierte auf Reaktoren für Atom-U-Boote.

Jahrzehntelang Strom mit geringer Uranmenge

Das Prinzip des Laufwellenreaktors klingt bestechend: Er braucht nur eine geringe Menge angereicherten Urans und kann ansonsten mit abgereichertem oder natürlich vorkommendem Uran betrieben werden. Beides ist reichlich vorhanden. Während des Betriebs wandert die Kernspaltungszone langsam durch den Brennstoffkern und verwandelt das abgereicherte Uran in Plutonium-239, das dann in seinem Inneren sofort wieder zur Energiegewinnung genutzt wird. Die dabei entstehende Wärme wird mittels konventioneller Dampfturbinen in Elektrizität umgewandelt.

Plutonium entsteht auch in konventionellen Meilern, nur muss man es bei ihnen aus den benutzten Brennstäben herausholen. Das verlangt nicht nur nach einem äußerst aufwendigen chemischen Prozess, sondern ermöglicht auch die Verwendung des Plutoniums für Atomwaffen. Beim Laufwellenreaktor wäre das nicht möglich.

Derzeit verfügen allein die USA über rund 700.000 Tonnen an abgereichertem Uran. Terrapower-Präsident John Gilleland schätzt, dass dieser Vorrat beim Einsatz in Laufwellenreaktoren eine Energiemenge im Gegenwert von 100 Billionen Dollar produzieren könnte. Das Unternehmen will außerdem berechnet haben, dass der gesamte globale Vorrat an abgereichertem Uran, würde man ihn in den neuartigen Reaktoren einsetzen, die Menschheit ein Jahrtausend lang mit Strom versorgen könnte - und zwar bei dem Pro-Kopf-Verbrauch in den USA, der bekanntlich enorm hoch ist.

Reaktor existiert bisher nur in Simulationen

Allerdings gibt es mit dem Laufwellenreaktor ein Problem: Es wurde noch nie einer gebaut. Auch Terrapower hat den Meiler bisher nur mit Supercomputern simuliert - das aber mit enormem Einsatz, wie das Unternehmen betont. Auf diese Weise habe man "neue Beweise dafür gefunden, dass eine Welle der Kernspaltung, die langsam durch den Brennstoffkern wandert, über einen Zeitraum von 50 bis 100 Jahren kontinuierlich eine Milliarde Watt produzieren kann - ohne Anreicherung oder Wiederaufbereitung", heißt es auf der Website der Ideenschmiede Intellectual Ventures, zu der Terrapower gehört.

Der Konzern Toshiba, der nun die Mini-AKW untersuchen soll, gehört zu den größten Anbietern von Reaktoren. Mit der Übernahme des US-Rivalen Westinghouse vor vier Jahren hatten sich die Japaner weiter verstärkt. Die noch junge Energiefirma Terrapower gehört zur Ideenschmiede Intellectual Ventures. An deren Spitze steht mit Nathan Myhrvold der ehemalige Technologiechef von Microsoft. Bill Gates gehört zu den Geldgebern.

2008 hatte bereits die US-Firma Hyperion Power Generation den Bau von Meilern angekündigt, die 10.000 Haushalte mehrere Jahre lang mit Strom und Wärme versorgen, nahezu wartungsfrei arbeiten und absolut sicher sein sollen. Die Reaktoren werden einfach in der Erde vergraben.

Zuletzt haben mehrere Länder, darunter die USA, den Bau neuer Atomkraftwerke angekündigt. Vor einer Woche haben deutsche Physiker gefordert, alte deutsche Meiler durch modernere zu ersetzen. Dass der Neubau eines AKWs allerdings große finanzielle Risiken birgt, zeigt der Fall des EPR-Reaktors im finnischen Olkiluoto. Nach diversen Pannen sind Auftraggeber und Herstellerfirmen heillos zerstritten, die Fertigstellung verzögert sich um Jahre.

hda/mbe/dpa

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1. ..
tetaro 23.03.2010
Zitat von sysopMicrosoft-Gründer Bill Gates treibt seinen Traum von effizienter und sauberer Energie voran. Eine von dem Multimilliardär finanzierte Firma lotet den Bau von Mini-Atomkraftwerken aus. Sie sollen jahrzehntelang ohne Wartung Strom produzieren. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,685289,00.html
Das wird die Mobilität bei Notebooks aber erheblich steigern...1000 Jahre ohne Steckdose.
2. man kann...
Rockaxe 23.03.2010
ja über Bill Gates sagen was man will und auch von ihm halten was man will aber Visionen hat er. Und er soll ja auch eine gewisse "grüne Ader" haben und PRO-UMWELT orientiert sein. Immerhin gibt er sein Geld für sinnvollere Ding aus als manch anderer Mulimilliardär. Auch wenn die Idee ja nicht neu ist, ist die Technik heutzutage weiter so daß eine vernünftige Verwirklichung eher zu realisieren ist als damals. Bill Gates ist auch als jemand bekannt der sich in solchen Fällen nicht unbedingt an der Dauer eines solchen Projektes stört. (Im PC-Bereich bzw. Software mag es anders aussehen.) So gesehen wünsche ich ihm viel Erfolg.
3. Oh je...
melb00m, 23.03.2010
Dieser Mann hat doch mit seinen "Leistungen" im IT-Bereich wahrlich schon genug Unheil über die Welt gebracht. Jetzt auch noch Atomkraftwerke im Privathaushalt? Na das kann ja heiter werden...
4. Technolgie ist bekannt - offen Entsorgung und Terror
amir2008 23.03.2010
Von der technolgischen Seite sind diese Mini Rektoren möglich und warscheinlich beherrschbar. Ungelöst ist aber die Problematik der Entsorgung und was bei diesen, auf viele Standorte verstreuten Mini Reaktoren besonders problematisch ist, ist die Gefahr von Terroranschlägen. Weiterhin wird es große Akzeptanz - Probleme geben.
5. Friedensnobelpreis besser für Gates statt Obama
Ramsesx, 23.03.2010
Zitat von melb00mDieser Mann hat doch mit seinen "Leistungen" im IT-Bereich wahrlich schon genug Unheil über die Welt gebracht. Jetzt auch noch Atomkraftwerke im Privathaushalt? Na das kann ja heiter werden...
Es sollte mehr Menschen wie ihn geben, oder haben Sie gleiches vollbracht wie er? Zum Beispiel große Teile Ihres Vermögens verwendet um in Afrika zu helfen? Wahrscheinlich nicht.
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Atomkraftwerke in Deutschland

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Kernreaktoren
Thermischer Reaktor
In einem Kernreaktor kommt die Kettenreaktion durch Neutronen zustande, die bei der Kernspaltung entstehen und ihrerseits weitere Urankerne spalten. Dazu müssen sie allerdings abgebremst werden. Dazu ist ein sogenannter Moderator notwendig, bei dem es sich in den meisten thermischen Reaktoren um gewöhnliches Wasser handelt, manchmal auch um sogenanntes schweres Wasser oder Grafit.
Brutreaktor
In Brutreaktoren wird ein Gemisch von Uran- und Plutoniumoxid, der sogenannte Mox-Brennstoff, verwendet. Natürliches Uranerz besteht nur zu 0,7 Prozent aus dem spaltbaren Isotop Uran-235, den Rest macht das nicht spaltbaren Uran-238 aus. In einem Brutreaktor wird aber Uran-238 zu Plutonium-239 umgewandelt. In Wiederaufbereitungsanlagen kann das Plutonium abgetrennt und dann als Kernbrennstoff wiederverwendet werden. Auf diese Weise gewinnen Brutreaktoren aus dem vorhandenen Uran in etwa 30 Mal mehr Energie als Leichtwasserreaktoren.

Zur Kernspaltung werden nicht abgebremste, sondern schnelle Neutronen verwendet, weshalb auch vom "schnellen Reaktor" die Rede ist. Da sie allerdings mit geringerer Wahrscheinlichkeit neue Kernspaltungen auslösen, muss das Spaltmaterial im Vergleich zum thermischen Reaktor höher konzentriert werden - was wiederum dazu führt, dass es im Inneren von Brutreaktoren heißer wird als etwa in Leichtwasserreaktoren. Deshalb wird als Kühlmittel auch nicht Wasser, sondern in der Regel flüssiges Natrium verwendet.

Dies führt gemeinsam mit der enorm hohen Giftigkeit von Plutonium zu großen Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von Brutreaktoren. Hinzu kommt das zusätzliche Risiko der Transporte von strahlendem Material zwischen den Schnellen Brütern, Aufbereitungsanlagen und thermischen Reaktoren.
Uran und Plutonium in Atomwaffen
Bei einer Uranbombe, wie sie die Amerikaner im Zweiten Weltkrieg über Hiroshima gezündet haben, reichte es bereits, eine Halbkugel des spaltbaren Materials auf einen Dorn zu schießen, die zusammen die kritische Masse für eine Atomexplosion erreichten. Mit Plutonium aber funktioniert dieses sogenannte Kanonenprinzip nicht.

Terroristen müssten stattdessen zum technisch weit anspruchsvolleren Implosionsprinzip greifen: Um eine Kugel aus spaltbarem Material sind mehrere Schichten Sprengstoff angeordnet. Die Explosionsenergie komprimiert das Plutonium so stark, dass die erforderliche Dichte erreicht und die Kettenreaktion eingeleitet wird.

Ob Plutoniumdioxid aus einem Kernreaktor für eine solche Bombe geeignet wäre, hängt von mehreren Faktoren ab. "Für die Qualität für die Waffennutzung ist es zum Beispiel wichtig, wie lange der Brennstoff im Reaktor war", sagt der deutsche Atomexperte Egbert Kankeleit. Im Grunde müssten die Terroristen in der Lage sein, das Pulver in Plutoniummetall umzuwandeln. "Wer die entsprechenden chemischen Kenntnisse hat, kann das schaffen." Die größere technische Hürde sieht Kankeleit in der Konstruktion einer Implosionsbombe. "Aber wenn man Hilfe von der richtigen Seite bekommt, etwa aus Pakistan, wäre auch das kein Problem.

Uran und Atomwaffen
Uran
Uran eignet sich sowohl für die Energiegewinnung als auch für den Einsatz in Atomwaffen. Entscheidend ist der Grad der Anreicherung. Der Ausgangsstoff Uranerz besteht zu rund 99,3 Prozent aus Uran 238; das spaltbare Uran 235 macht nur etwa 0,7 Prozent aus. Für die Nutzung in Kernreaktoren muss der Anteil von Uran 235 auf drei bis fünf Prozent gesteigert werden, für eine Atombombe ist ein Anreicherungsgrad von mindestens 85 Prozent notwendig.
Anreicherung
Uranerz wird nach dem Abbau zunächst zu einem gelblichen Pulver verarbeitet, dem sogenannten Yellowcake. Es dient zur Herstellung von Brennelementen für Reaktoren, kann aber zwecks Anreicherung auch in Uran-Hexafluorid (UF6) umgewandelt werden, das bis 56 Grad Celsius in kristalliner Form vorliegt und darüber gasförmig ist.

Die meisten Anreicherungsanlagen weltweit basieren auf der Gasdiffusion: Gasförmiges Uran-Hexafluorid wird durch halbdurchlässige Membrane gepresst, wobei sich das Uran 235 vom Rest trennt. Das Verfahren gilt inzwischen jedoch aufgrund seines hohen Energiebedarfs als veraltet.

Eine modernere Methode ist die Gaszentrifuge, an der auch in Iran experimentiert wird. Bei ihr macht man sich den Massenunterschied zwischen beiden Uran-Isotopen zunutze: Wird Uran-Hexafluorid in die Zentrifugen gegeben, sammeln sich die schwereren Uran-238-Moleküle bei bis zu 70.000 Umdrehungen pro Minute außen in den Zylindern, die Uran-235-Moleküle bleiben innen.
Einsatz in Atomwaffen
Für den Einsatz in Kernreaktoren genügt es bereits, wenn Uran 235 zu drei bis fünf Prozent in den Brennelementen angereichert ist. Ab 20 Prozent ist von hochangereichertem Uran die Rede. Für eine Atombombe ist ein Anreicherungsgrad von mindestens 80 Prozent erforderlich, da sonst eine zu große Uranmenge notwendig wäre.

Uran 235 kam in der ersten jemals eingesetzten Atombombe, die am 6. August 1945 Hiroshima zerstörte, als Sprengstoff zum Einsatz. Die Sprengkraft lag bei rund 13 Kilotonnen TNT. Die Bombe, die drei Tage später auf Nagasaki abgeworfen wurde, erreichte 20 Kilotonnen TNT. In ihr kam allerdings nicht Uran zum Einsatz, sondern Plutonium 239, das per Neutronenbeschuss in Brutreaktoren aus Uran 238 gewonnen wird.

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