Kernenergie: Eine saubere, feste Energieoption zur Dekarbonisierung der Europäischen Union

Das europäische Stromnetz stellt eine dreifache Herausforderung dar:
- Die EU muss ihr Stromnetz dekarbonisieren, um dem Klimawandel zu begegnen;
- Um dies zu erreichen, muss die EU das Tempo und den Umfang der Elektrifizierung erhöhen und gleichzeitig ein Gleichgewicht zwischen Erschwinglichkeit und Zuverlässigkeit für die Bürger und die Industrie herstellen; und
- Gleichzeitig ist ein großer Teil der sauberen, festen Stromerzeugungskapazitäten überaltert und muss vor 2050 ersetzt werden.
This is a complex challenge that is further complicated by increasing international industrial competition. Meeting this moment requires a diverse portfolio of solutions. One option, nuclear energy, has gained renewed attention in the European Union, both at the EU and at the Member States, levels due to its ability to generate clean firm power.
Abbildung 1: Elektrizitätserzeugung nach Quellen, Europäische Union

Was ist sauberer Firmenstrom und warum sollte man ihn in Betracht ziehen?
Die Welt wird mehr Energie brauchen, nicht weniger. Es wird erwartet, dass die weltweite Stromnachfrage bis 2050 um ein Drittel bis drei Viertel ansteigen wird, was Strategien erfordert, die den Anstieg der Emissionen begrenzen und gleichzeitig die zusätzliche Nachfrage decken. Erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie werden weltweit von entscheidender Bedeutung sein, aber saubere feste Energien bieten zusätzliche Vorteile. Saubere feste Optionen wie Erdwärme und Kernenergie können die Dekarbonisierungsanstrengungen in der EU erheblich verbessern.
Der Begriff "saubere feste Stromerzeugung " bezieht sich auf Stromquellen, die unabhängig vom Wetter oder von der Tageszeit bei minimalen Emissionen Strom auf Abruf erzeugen. Technologien für saubere feste Stromerzeugung können einen sehr hohen Kapazitätsfaktor erreichen. Technologien wie Kernspaltung, Kernfusion, Geothermie (einschließlich superheißer Geothermie), Verbrennung mit CO2-abscheidung und Speicherung sowie die kohlenstofffreie Verbrennung von Brennstoffen gelten als saubere feste Stromerzeugung (dies ist keine ausschließliche Liste). Weitere Informationen finden Sie hier.
- Saubere, feste Energie verringert den Bedarf an überdimensionierten Wind- und Solarkapazitäten: Ein System, das sich vollständig auf Wind- und Sonnenenergie stützt, muss saisonale Schwankungen berücksichtigen, die viele mehrtägige oder sogar monatliche Engpässe beinhalten. Derzeit wird im Falle von Engpässen stattdessen ungebremst fossile Energie genutzt. Sauberer, fester Strom trägt dazu bei, diese Schwankungen auszugleichen, ohne dass eine übermäßige Kapazität an erneuerbaren Energien erforderlich ist, was letztlich die Gesamtsystemkosten der Energiewende senkt.
- Sauberer fester Strom reduziert den Bedarf an Übertragungsinfrastruktur: Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist mit mehreren Engpässen konfrontiert, darunter mehrjährige Wartezeiten bei der Anbindung an das Stromnetz und Verzögerungen bei der Erteilung von Genehmigungen. Sauberer fester Strom mit höherer Energiedichte, der geografisch flexibler sein kann, verringert die Abhängigkeit von der umfangreichen neuen Übertragungsinfrastruktur, die für den Anschluss weit entfernter erneuerbarer Projekte erforderlich ist. Dies ist in Europa von entscheidender Bedeutung, wo die begrenzte Verfügbarkeit von Land und der zunehmende Widerstand auf lokaler Ebene die Ansiedlung neuer Projekte für erneuerbare Energien in der Nähe von Übertragungsleitungen zunehmend erschweren.
- Clean firm power reduces the need for fossil fuel back-up generation: To address renewable variability, the current EU energy system often relies on unabated fossil fuels as backup. Clean firm power can replace fossil fuel backups, ensuring reliable electricity even during periods of low wind and solar generation. This is vital for meeting decarbonisation targets without falling back on carbon-intensive solutions.
- Saubere feste Stromlieferungen können die Geschwindigkeit der Dekarbonisierung erhöhen: Potenzielle Verzögerungen bei der Einführung erneuerbarer Energien - aufgrund von Problemen bei der Anbindung an das Stromnetz und langsamen Genehmigungsverfahren - gefährden die rechtzeitigen Bemühungen um eine Dekarbonisierung. Saubere feste Stromlieferungen können eine sofortige, skalierbare Lösung bieten, um sicherzustellen, dass die Energiesysteme dekarbonisiert werden können, ohne auf langfristige Projekte für erneuerbare Energien und langfristige Energiespeicher oder saubere Wasserstofflieferungen zu warten, die an anderer Stelle besser aufgehoben wären. Dies ermöglicht schnellere und sicherere Fortschritte bei der Erreichung der Klimaziele.
Wert und Rolle sauberer fester Stromtechnologien für eine tiefgreifende Dekarbonisierung
Der vorherrschende Ansatz, der den Einsatz von wetterabhängigen erneuerbaren Technologien vorantreibt, setzt die Mitgliedstaaten potenziell höheren Gesamtkosten für die Energiewende aus. Da sich der Einsatz erneuerbarer Energien aufgrund von Warteschlangen bei den Übertragungsleitungen und anderen Beschränkungen verzögert, steigt das Risiko, dass die Länder die Dekarbonisierungsziele nicht rechtzeitig erreichen können.
One significant challenge with conventional renewable energy is seasonal fluctuation (See Figure 2). Moreover, variations in solar and wind output are often correlated, compounding potential shortfalls. Increased interconnection and energy storage are often proposed as solutions to daily fluctuations. While these can improve the use of renewable resources, they are unlikely to fully resolve the issue on multiday timescale.
Abbildung 2: Zeitliche Variabilität von Solar- und Windressourcen und Stromnachfrage in Deutschland

Um dieser Herausforderung zu begegnen, greift das EU-Energiesystem derzeit auf unverminderte fossile Brennstoffe zurück, was die Treibhausgasemissionen in die Höhe treibt. Der übermäßige Ausbau von Wind- und Solaranlagen ist eine weitere Option, die jedoch kostspielig wäre und mit erheblichen Einschränkungen bei der Flächennutzung verbunden wäre (siehe Abbildung 3). Die Langzeitspeicherung von Energie wird häufig als potenzielle Lösung genannt, aber solche Systeme sind noch nicht in dem Umfang oder zu den Kosten1 verfügbar, die für einen kurz- oder mittelfristigen Einsatz erforderlich sind. Ähnlich verhält es sich mit sauberem Wasserstoff, der zwar technisch geeignet ist, aber wahrscheinlich eine knappe Ressource darstellt, die Sektoren vorbehalten sein sollte, in denen es keine praktikablen Alternativen gibt.
Abbildung 3: Flächennutzungsüberlegungen für die Entwicklung der Stromerzeugungsinfrastruktur

Erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie werfen auch Fragen der Landnutzung auf. In der EU ist die verfügbare Fläche begrenzt und es gibt viele konkurrierende Nutzungen. Die Mitgliedstaaten müssen den Platzbedarf, die Kosten und die Auswirkungen auf das Klima berücksichtigen, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen. Wie aus Abbildung 3 hervorgeht, sind außerdem nicht alle technisch geeigneten Standorte für die Entwicklung sauberer Energie praktisch oder politisch machbar. Es wird immer schwieriger, geeignete Standorte zu finden, da der Widerstand auf lokaler Ebene zunimmt und die Abstände zu bestehenden Übertragungsleitungen größer werden. In dieser kritischen Zeit sollte der Ausbau der erneuerbaren Energien beschleunigt werden, doch Warteschlangen beim Netzanschluss und Verzögerungen bei der Erteilung von Genehmigungen gefährden das Erreichen der Klimaziele. Während Wind- und Solarenergie in einem noch nie dagewesenen Ausmaß und Tempo ausgebaut werden müssen, werden ergänzende Energiequellen benötigt, um Risiken und Einschränkungen auszugleichen und die Übergangsstrategie der EU abzusichern.
Abbildung 4: Relative Größe der für verschiedene Energiequellen genutzten Fläche zur Deckung des Gesamtenergiebedarfs Italiens

Damit die EU ein vollständig dekarbonisiertes Energiesystem mit zuverlässiger, erschwinglicher und nachhaltiger Energie erreichen kann, werden mehrere Energiequellen benötigt. Hier kann saubere feste Stromerzeugung eine wichtige Rolle spielen. Saubere feste Stromerzeugung kann dazu beitragen, die saisonale Zuverlässigkeit zu geringeren Kosten zu gewährleisten, indem sie eine stets verfügbare und von Wetterschwankungen weitgehend unabhängige Erzeugung bietet. Europa sollte sich auf mindestens zwei vielversprechende saubere feste Optionen konzentrieren: Geothermie und Kernenergie, und eine unterstützende Politik entwickeln, die den Einsatz dieser Lösungen beschleunigt, um seine Klimaziele zu erreichen.
Welche Rolle kann die EU bei der Nutzung der Kernenergie spielen?
While the EU should not dictate the makeup of its Member State’s energy systems, it can play a critical role in coordinating the deployment of nuclear energy within the bloc by providing enabling structures to accelerate nuclear energy deployment across the whole value chain. Key actions the EU should take include:
Entwicklung einer EU-Strategie für kleine modulare Reaktoren (SMR)
Obwohl mehrere Mitgliedstaaten die Absicht bekundet haben, SMR zu entwickeln und einzusetzen, gibt es noch erhebliche Herausforderungen, die den Fortschritt solcher Projekte in Europa behindern könnten.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, sollte die EU eine umfassende Strategie für die Entwicklung und den Einsatz von Kernkraftwerken mit mittlerem Reaktorpotenzial erarbeiten, wie vom Europäischen Parlament im Dezember 2023 gefordert. Diese Strategie sollte auf der Arbeit der EU-Allianz der SMR-Industrie aufbauen und sich mit den Herausforderungen und Lösungen für die Einführung von SMR in Europa befassen. Zu den wichtigsten Bereichen, auf die man sich konzentrieren sollte, gehören die Harmonisierung der Genehmigungen, die Standardisierung der Konstruktion, die Akzeptanz in der Öffentlichkeit, die Ermittlung der vielversprechendsten Konstruktionen, die Entwicklung einer robusten Lieferkette, die Herausforderungen bei den Investitionen, der Bedarf an Forschung und Entwicklung, die Humanressourcen und die Strategien für die Entsorgung abgebrannter Brennstoffe.
Koordinierung von Technologieentscheidungen, die zu gesamteuropäischen Auftragsbüchern führen
Im Bereich der Kernenergie befinden sich derzeit über 80 Konzepte in der Entwicklung, wobei es sich bei der überwiegenden Mehrheit um so genannte "Papierreaktoren" und unterentwickelte, aber innovative Konzepte handelt, für die es kaum feste Perspektiven gibt. Dieser Markt muss eine Konsolidierungsphase durchlaufen, die dazu führt, dass eine kleinere Anzahl der attraktivsten Konzepte in die Entwicklung geht. Dies würde zu einer effizienteren Zuteilung der Entwicklungsmittel und zu einer Beschleunigung der Lieferfristen führen.
Die Kernenergietechnologien müssen die Kostenkurve senken (ähnlich wie es die Solar- und Windkrafttechnologien in den letzten zehn oder zwei Jahren geschafft haben). Dies lässt sich am besten durch den wiederholten Bau desselben standardisierten Konzepts erreichen, was zu "Learning by doing" beim Bau führen und die Entwicklung der Lieferketten fördern wird. Es liegt auf der Hand, dass die ersten Anlagen mit einem hohen Preis verbunden sein werden, wie dies bei den ersten Solar- und Windprojekten Anfang der 2000er Jahre der Fall war. Die nachfolgenden Anlagen werden jedoch zu einer Kostensenkung führen, so dass die Kosten nach etwa 5-10 ersten Anlagen auf ein Nth-of-a-kind (NOAK) sinken.
Ein regionales, von der EU koordiniertes Auftragsbuch für Reaktoren dürfte Investitionen in regionale Lieferketten ankurbeln, das Wirtschaftswachstum steigern und Europas Beitrag zum Bau neuer Anlagen erhöhen. Dieser Vorteil dürfte bei einer großen Vielfalt an Technologien nicht zum Tragen kommen, da dies zu fragmentierten Lieferketten und weniger Lernen von Einheit zu Einheit führen würde. Mit einem regionalen Auftragsbuch, das auf EU-Ebene koordiniert wird, könnten sich die Mitgliedstaaten in der Frühphase ihrer SMR-Pläne abstimmen und gemeinsam beschließen, eine kleine Untergruppe von Nukleartechnologien zu verfolgen, was dazu führen würde, dass nur eine geringe Anzahl von Konzepten entwickelt wird und die damit verbundenen Kostenvorteile zum Tragen kommen.
Einrichtung einer gemeinsamen Beschaffungsplattform für den Bau neuer Kernkraftwerke
Ein entscheidender Schritt zur Skalierung und Replizierung von Kernenergieprojekten, insbesondere von SMR, wäre die Einrichtung einer gemeinsamen Beschaffungsplattform. Diese Plattform würde die Beschaffungsbemühungen der Mitgliedstaaten, die neue Kernenergie entwickeln, zentralisieren und koordinieren, sie mit dem Angebot verbinden und die Durchführung der Projekte erleichtern. Sie könnte auf bestimmte Regionen, Länderkoalitionen, Industriecluster oder öffentlich-private Konsortien ausgerichtet sein und die kollektive Kaufkraft nutzen, um mehrere Reaktorblöcke, Anlagenkomponenten oder Bauarbeiten im Rahmen von Rahmenverträgen in Auftrag zu geben. Ein solcher Ansatz würde nicht nur die Kaufkraft der Käufer stärken, sondern auch die regionalen und lokalen Signale in der Lieferkette verbessern, die zu Einsparungen bei den Stückzahlen führen und die Kernreaktoren durch Standardisierung der Konstruktion, gestraffte Prozesse und die Vorteile des "Learning by doing" zu einem Standardprodukt machen.
Schlussfolgerung
Die Kernenergie ist eine saubere, stabile Energiequelle, die einen wertvollen Beitrag zu einem vollständig dekarbonisierten, zuverlässigen, bezahlbaren und sicheren Energiesystem in der EU leisten kann. Indem sie die Beschränkungen der wetterabhängigen erneuerbaren Energien ergänzt, schafft sie die Grundlage für eine widerstandsfähige Energiewende, die es der EU ermöglicht, ihre Klimaziele zu erreichen, ohne die Energiesicherheit oder Kosteneffizienz zu gefährden.
Häufig gestellte Fragen
1. Warum sollte man Kernenergie in Betracht ziehen, und wie funktioniert sie?
Die Kernenergie ist eine kohlenstofffreie, energiedichte Technologie, die mit geringem Flächenbedarf kohlenstoffarme Energie (Strom und Wärme) erzeugen kann, was sie zu einer potenziell nützlichen sauberen Ergänzung zu erneuerbaren Energien oder zu einer nützlichen kohlenstofffreien Energiealternative für sich allein macht. Obwohl sie an vielen Orten eingesetzt werden kann, sind Standorte in der Nähe von großen Gewässern für eine optimale Wirtschaftlichkeit vorzuziehen.
Bei der Kernenergieerzeugung wird die durch Kernspaltungsreaktionen in Uranbrennstoff (oder anderem spaltbarem Material) erzeugte Wärme genutzt, um Dampf zu erzeugen. Dieser Dampf treibt dann einen Turbinen-Generator-Satz zur Stromerzeugung an oder wird direkt für industrielle Anwendungen genutzt. Der größte Teil der derzeitigen weltweiten Kernkraftwerksflotte besteht aus Leichtwasserreaktoren der Generationen II und III (LWR). Modernere Technologien, die derzeit eingesetzt werden, können als Generation III/III+ eingestuft werden, die im Vergleich zu ihren Vorgängern eine höhere Leistung, Flexibilität und Sicherheit aufweisen. Andere Kernenergietechnologien sind:
- Small Modular Reactors: Small Modular Reactors (SMRs) are often defined as LWRs under 300MWe. They suit smaller grids and industrial applications and could also benefit from factory construction of units, easier access to financing due to smaller absolute investment size, and the ability to add more units as demand grows. SMRs are being developed in 18 countries, with the deployment of the first SMRs in the EU targeted for the early 2030s.
- Fortgeschrittene Reaktortechnologien: Fortgeschrittene Reaktortechnologien (AR-Technologien) beziehen sich in der Regel auf Technologien der vierten Generation, die neuartige Kernbrennstoffe und andere Kühlmittel als Wasser verwenden, um deutlich verbesserte Eigenschaften wie passive Sicherheit, Betriebsflexibilität und lange Betriebszeiten zwischen den Brennelementwechselzyklen zu erreichen. Diese Technologien befinden sich noch in der Entwicklungs- und Demonstrationsphase, und obwohl sie derzeit noch nicht kommerziell genutzt werden, haben sie das Potenzial, in Zukunft zu den Klimazielen beizutragen.
Die nachstehende interaktive Karte zeigt die Standorte und Einzelheiten der weltweit laufenden Projekte. Diese Details können auch in dieser Tabelle eingesehen werden.
2. Ist die Kernenergie sicher?
Nuclear energy technologies are subject to intense regulation and high levels of scrutiny by national regulatory authorities and international organisations, such as the International Atomic Energy Agency (IAEA). The nuclear industry has experienced three major accidents: Three Mile Island, Chernobyl, and Fukushima. These accidents occurred within 20,000 reactor-years of operational experience worldwide, and therefore, nuclear power is classified as one of the safest power generation technologies in the world (93 times safer than natural gas, 153 times safer than biomass, and 820 times safer than coal – based on data from ‘Our World in Data’). Conventional reactors being built today, as well as more advanced designs, typically also include passive safety features. This means their safety systems are not dependent on additional external power or operators’ actions but rather on natural phenomena such as gravity to shut down reactors safely in case of an issue.
3. Was ist mit dem Atommüll?
Nukleare Abfälle sind ein häufiges Umweltproblem beim Ausbau der Kernenergie. Derzeit werden abgebrannte Brennelemente meist in Kernkraftwerken gelagert. Zunächst werden sie für etwa fünf Jahre in Becken für abgebrannte Brennelemente in der Nähe der Reaktoren gelagert, wo Wasser den Brennstoff kühlt und die Zerfallswärme abführt. Nach dieser Zeit werden die abgebrannten Brennelemente in Trockenbehälter verlagert, die mit Luft gekühlt werden. Dieses Lager benötigt nur wenig Platz und befindet sich in der Regel innerhalb des Kraftwerksgeländes.
Der letzte Schritt ist entweder die Wiederaufbereitung zur Wiederverwertung von Materialien oder die Endlagerung, wobei die Endlagerung aus Gründen der Proliferation häufiger angestrebt wird. Obwohl die Entsorgung abgebrannter Brennelemente als dringend und ungelöst angesehen wird, gibt es bereits wirksame technische Lösungen. So ist die finnische Onkalo-Anlage ein erfolgreiches Beispiel für eine zustimmungspflichtige Standortwahl, die eine unbefristete Lagerung von hochradioaktivem Atommüll ermöglicht. Die Regierungen sollten Wege für die Endlagerung einschlagen und sich dabei auf rücksichtsvolle und transparente Verfahren konzentrieren, die auf der Grundlage von Genehmigungen potenzielle Lagerstandorte weltweit ermitteln. In der Zwischenzeit bleibt die Lagerung in Trockenbehältern eine sichere, nachhaltige Option, während endgültige Lösungen entwickelt werden.
4. Was kostet die Kernenergie?
Nuclear energy has a high upfront construction cost (CAPEX), and relatively low operational (OPEX) and decommissioning costs. CAPEX for recent builds notably ranges from $4000 per kilowatt of installed capacity in the UAE to $12000 per kilowatt in the USA. These costs escalated in recent decades, especially in the western world, as projects struggled with number of difficulties and were completed at multiple of the original schedule and budget. Majority of those difficulties can be ascribed to loss of nuclear know-how after a multidecade break in nuclear construction resulting in atrophy of the industrial capabilities. However, as supply chains and industry regain competence costs are expected to decrease. This can be already seen in recent builds in UEA and U.S. where learning between consecutive units allowed for circa 30% cost reduction.
1 Die Kosten für die Langzeitspeicherung sind derzeit um eine Größenordnung höher, als sie sein müssten, um eine kostengünstige Lösung für dieses Problem zu sein.