Man spricht wieder über Kernenergie – auch in der Schweiz! Allerdings herrscht oft Verwirrung: Was ist der Unterschied zwischen den Generationen eins, zwei, drei und vier? Wie lange muss man auf die nächste Generation warten? Gibt es überhaupt sichere Kernkraftwerke, die man bauen kann?
Die erste Generation
Die Generation I von Kernkraftwerken ging vor über 70 Jahren ans Netz. Es begann im Juni 1954 mit 5 Megawatt (MW) in der sowjetischen Stadt Obninsk, gefolgt vom ersten kommerziellen Kernkraftwerk Calder Hall in England, das am 1. Oktober 1956 den Betrieb aufgenommen hat. Mit dem ersten Druckwasserreaktor in Shippingport (Pennsylvania) und dem Siedewasserreaktor in Dresden (Illinois), begann die Ära der Kernkraftwerke mit Leichtwasserreaktoren. Das waren damals Erstanlagen mit nur wenigen sicherheitstechnischen Systemen. Anlagen der Generation I sind keine mehr in Betrieb.
Die zweite Generation
Die Schweizer Kernkraftwerke, die sich im industriellen Alltag bewährt haben, gehören zur Generation II. Zur Verhinderung einer Kernschmelze haben sie unter anderem eine fehlertolerante Schnellabschaltung sowie mehrere, voneinander unabhängige Notkühlsysteme. Diese Systeme sind auf eine zuverlässige Stromversorgung angewiesen, bei Netzausfall durch Notstrom-Dieselgeneratoren. Den Reaktor umgibt eine massive, dichte Schutzhülle (Containment), die verhindert, dass radioaktive Stoffe austreten, die aber die Anlage auch vor Einwirkungen von aussen schützt.
Zunächst galt dieser Sicherheitsstandard als ausreichend und nach diesem Prinzip wurden weltweit viele Reaktoren gebaut.
Beim Störfall von Three Mile Island bei Harrisburg 1979 zeigte sich, dass die Sicherheitsphilosophie auf dem richtigen Kurs war. Die Operateure hatten dort immer Mittel zur Hand, um anfängliche Fehler zu korrigieren und eine drastische Ausweitung der Störfallfolgen auf die Umgebung zu verhindern. Dazu trug auch das Containment bei. Der Vorfall wurde gründlich untersucht. Mit den Lehren aus dem Störfall in Harrisburg ist eine Welle von Nachrüstmassnahmen angelaufen, allerdings nicht überall gleich gründlich.
Der Unfall 1986 in Tschernobyl fusste auf einem speziellen Reaktortyp (RBMK). Dort konnte während des Betriebs Brennstoff gewonnen werden, um Plutonium für Bomben zu gewinnen. Das war eigentlich eine Plutoniumfabrik und nur nebenbei ein Stromproduzent. Dies wurde ausserhalb der Sowjetunion nirgends erlaubt. Zudem verstiessen die Reaktoroperateure bewusst gegen Betriebsvorschriften und führten am 26. April 1986 ein riskantes Experiment durch, was zu einer Explosion führte. Der Reaktor besass keine ausreichenden Sicherheitsmassnahmen und auch kein Containment, keine Schutzhülle. So konnten wir klar entgegnen, dass ein solcher Unfall in der Schweiz nicht passieren kann.
Die Unfälle nach dem schweren Erdbeben und Tsunami 2011 in Fukushima Dai-itchi sind auf die Missachtung von Erkenntnissen aus Harrisburg zurückzuführen.
Harrisburg hat gezeigt, dass eine Kernschmelze nicht als hypothetisch abgetan werden darf. Die Nachrüstungen der bestehenden Anlagen dienten der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Notkühlsysteme, dem Schutz der Sicherheitssysteme vor Fehlbedienungen durch die Operateure und dem Schutz gegen Einwirkungen von aussen (Erdbeben, Flugzeugabstürze, Überflutung, Terrorismus). So hat man die Steuerungen der Notkühlsysteme verbessert, sodass sie in den entscheidenden ersten 30 Minuten nach Beginn des Störfallablaufs ohne Massnahmen der Operateure funktionieren.
Doch die Nachrüstungen der Kernkraftwerke schliessen technische Systeme ein, welche die Auswirkungen einer Kernschmelze ausserhalb der Anlage stark begrenzen können. Alle Schweizer Kernkraftwerke haben eine gefilterte Druckentlastung des Containments. Die Filter erlauben, einen allfälligen Überdruck abzulassen, ohne dass dabei grosse Mengen radioaktiver Stoffe in die Umgebung gelangen. Man hat chemische Wasserstoff-Rekombinatoren eingebaut, da bei einer Überhitzung der Brennstäbe Wasserstoff entsteht, der zu den Explosionen in Fukushima geführt hat. Zudem hat man die Notstromdiesel gebunkert. Alle diese Sicherheitseinrichtungen haben in Fukushima gefehlt. Trotzdem ist dort niemand durch Strahlung zu Tode gekommen.
Durch diese Nachrüstungen haben die Schweizer Kernkraftwerke heute ein sehr hohes sicherheitstechnisches Niveau erreicht. Durch sorgfältige Wartung und fortlaufende Anpassung an den Stand der Technik ist Beznau 1 das älteste noch in Betrieb stehende Kernkraftwerk der Welt. Nach 64 Jahren soll es 2033 ausser Betrieb genommen werden. Im Fall der beiden neueren Anlagen Gösgen und Leibstadt sind gegen 80 Jahre Betrieb möglich. Allerdings muss man aufpassen, dass Ersatzteile noch lieferbar sind, und nicht wie in Gösgen die Ersatzklappe neu produziert werden musste. Deshalb ist es besser neue, sichere Ersatz-Kernkraftwerke zu bauen.
Die dritte Generation
Bei der Generation III oder III+ heisst das Konzept: Der Reaktor ist so auszulegen, dass die Anlagen über passive Sicherheitssysteme oder inhärente Sicherheitseigenschaften verfügen, die in der Lage sind, die radiologischen Auswirkungen aller denkbaren Störfälle auf das Werksgelände zu begrenzen, selbst bei einer Kernschmelze. Damit erfüllen diese Reaktoren eine der wichtigsten Forderungen des Generation IV International Forum (GIF).
Kernkraft-Reaktoren der dritten Generation
Passive Sicherheitssysteme kommen ganz ohne externe Energiequellen aus. Sie machen Notstromgeneratoren überflüssig, die als Schwachstelle innerhalb der Kette der Sicherheitssysteme gelten. Solche Systeme nutzen die Schwerkraft oder Druckluftspeicher, um den Reaktor abzuschalten, ihn mit Kühlmittel zu versorgen und die Nachzerfallswärme per Naturumlauf abzuführen.
Bei beiden Ansätzen ist die Zeitspanne, während der die Operateure nach Eintreten eines Störfalls nicht aktiv eingreifen müssen und automatische Sicherheits-Aktionen nicht unterbrechen können, von 30 Minuten auf typischerweise 72 Stunden ausgedehnt worden. Beide Varianten und auch Kombinationen beider Ansätze werden bei den zurzeit in 19 Ländern in Bau befindlichen 54 Anlagen installiert. In Fukushima Dai-ichi hatten sie gefehlt, diese Reaktoren sind nicht nachgerüstet worden.
Ein Beispiel für einen Generation 3+ Reaktor
Der vollständig mit passiven Sicherheitssystemen ausgestattete AP-1000 von Westinghouse ist in zwei Exemplaren in den USA in Betrieb, ausserdem laufen 4 vergleichbare CAP-1000 in China. Die Kosten der chinesischen CAP-1000 sind nicht bekannt, die in den USA sind ähnlich wie in Finnland beim Bau des EPR 1600 aus dem Ruder gelaufen, was bei einem Erstbau nicht überrascht. Die Kosten pro kWh betragen trotz der hohen Baukosten nur ca. 6 US-Cents.
Die «vierte Generation» ist kein neuer Reaktortyp
Die «vierte Generation» von Kernkraftwerken ist gar kein Reaktortyp – das Generation IV International Forum (GIF) ist ein internationaler Verbund von Ländern, der 2001 gegründet worden ist (die Schweiz ist 2002 beigetreten), wo Nuklearforscher Überlegungen zur Entwicklung zukünftiger Kernkraftwerke anstellen. Die Sicherheitsverbesserungen mit passiven Massnahmen der Generation 3+, die ohne Eingriff der Operateure und ohne externe Stromversorgung erfolgen (Schwerkraft und Konvektion statt Pumpen), erfüllen die Sicherheitsanforderungen der Nuklearforscher des GIF.
Seit 20 Jahren gelten Reaktoren der Generation 3+ weltweit als sichere Kernkraftwerke. Sie sind vielerorts in Betrieb oder im Bau. Bald womöglich auch in der Schweiz.