Erneuerbare Kernkraft: Wie lange reichen die Uranvorkommen weltweit?

Immer wieder heißt es die weltweiten Uranvorkommen reichen nur noch 200 Jahre, 100 Jahre oder sogar nur 50 Jahre. Stimmt das?

Wenn man den kompletten Weltenergiebedarf mit aktueller Reaktortechnik versorgen wollte, dann würden die regulären Uranreserven sogar nur 13 Jahre reichen.

Klar, Uran ist eine endliche Ressource. Wenn die Uranvorkommen wirklich in Jahrzehnten aufgebraucht wären, dann wäre Kernkraft keine nachhaltige Energiequelle.

So naiv betrachtet ist allerdings keine einzige Energiequelle nachhaltig. Uran ist schließlich nicht das einzige Metall mit begrenztem Vorkommen.

Wichtiger als große Vorkommen an begrenzten Ressourcen zu haben, ist wie man mit begrenzten Vorkommen umgeht, insbesondere Recycling.

Wenn wir unsere Uranvorkommen nachhaltig nutzen, reichen sie nicht nur 13 Jahre, sondern mehrere Millionen Jahre.

Wie lange reichen die Uranvorkommen weltweit?

Wie lange reichen die Uranvorkommen - Erneuerbare Kernkraft: Wie lange reichen die Uranvorkommen weltweit?

Die nutzbaren Uranvorkommen der Erde reichen mindestens 56 Millionen Jahre um die ganze Welt mit Energie zu versorgen.

Zum Vergleich:

  • Menschen gibt es seit 120.000 Jahren
  • Kohle nutzen wir seit 140 Jahren
  • Zivile Kernkraft nutzen wir seit 70 Jahren

Ja, Uran ist endlich und Kernspaltung ist nur eine Brückentechnologie. Aber in 56 Millionen Jahren haben wir genug Zeit um alternative Energiequellen zu finden, die nicht das Klima erwärmen.

Ohne Recycling gibt es keine nachhaltigen Energiequellen

Auch Windkraft und Photovoltaik verbrauchen Unmengen von begrenzten Ressourcen wie 1

  • Kupfer
  • Zinn
  • Nickel
  • Silber
  • Molybdenum

Auch diese Metallvorkommen würden innerhalb von einigen Jahrzehnten zur Neige gehen, wenn man versuchen würde den kompletten Weltenergieverbrauch mit Wind und Solar zu versorgen.

Wichtig ist bei allen begrenzten Ressourcen ein nachhaltiger Umgang, insbesondere das Recycling.

Recycling in der Kernkraft: Schließen des Brennstoffkreislaufes

In unseren bisherigen Leichtwasserreaktoren nutzen weniger als 1% des Urans. Das ist so als ob du einen kleinen Schluck aus einer Flasche nimmst und den Rest wegwirfst.

Natur-Uran in unserem Zeitalter enthält rund 99,3% vom Isotop Uran-238 und nur 0,7% vom Isotop Uran-235. Leichtwasserreaktoren können aber nur Uran-235 verwenden und auch davon nicht alles.

Durch die Wiederaufbearbeitung kann man das Uran-235 vollständig nutzen. Um auch das Uran-238 und die entstehenden Neutroneneinfangsprodukte vollständig als Brennstoff zu nutzen, braucht man Brüter-Reaktoren.

Brüter-Reaktoren werden auch schnelle Reaktoren genannt, weil sie mit schnellen statt moderierten Neutronen arbeiten. Moderierte Neutronen können nur Schwermetalle mit ungerade Massezahlen spalten.

Durch Neutroneneinfang entsteht in einem Brüter-Reaktor Plutonium-239, welches als Brennstoff in Leichtwasserreaktoren mit moderierten Neutronen verwendet werden kann.

Mit einem durch Brüter-Reaktoren geschlossenen Brennstoff-Kreislauf kann man aus der gleichen Menge Uran 150 mal mehr Energie erzeugen. Das wären dann schon 1.906 Jahre Reichweite.

Schonende Uranförderung: Uran aus Meerwasser

Uranerz abzubauen ist aber nur eine Möglichkeit an Uran zu kommen. Im ganz normalen Meerwasser ist um Größenordnungen mehr Uran gelöst als in uranreichen Schichten im Gestein.

Meerwasserextraktion lohnt sich ab 80 USD pro Kilogramm. Das ist der aktuelle Uranpreis. 2

Wenn wir nur 10% des Meerwasser-Urans extrahieren, können wir mit schnellen Brütern die Welt 64.978 Jahre komplett versorgen. Ohne Brüter wären es immer noch 433 Jahre.

An diesem Punkt können wir aufhören uns um Uranvorkommen Sorgen zu machen. Es wird aber noch besser. Die Uranvorkommen im Meer wachsen nämlich jedes Jahr durch Erosion.

Ist Kernkraft eine Erneuerbare Energie?

Brüter-Reaktoren sind bereits als als erneuerbare Energie definiert, weil sie mehr Brennmaterial erzeugen können als sie verbrauchen. Das ist aber nur die halbe Wahrheit. Der Ausgangsbrennstoff Uran ist schließlich nicht erneuerbar. Oder etwa doch?

Jedes Jahr fließen rund 32.000 Tonnen Uran in die Weltmeere. Dieses Uran wurde durch Erosion aus der Kontinentalkruste gelöst und über Flüsse ins Meer transportiert. 3

Diese Erosion wird für in menschlichen Maßstäben unermesslich lange Zeiträume anhalten. In der kontinentalen Erdkruste sind schließlich rund 40 Billionen Tonnen Uran vorhanden. 4

Mit Brüter-Reaktoren reicht dieser natürliche Zufluss von Uran um jedes Jahr das 4,5-fache des Weltenergieverbrauchs zu erzeugen.

Wenn das nicht erneuerbar ist, dann ist auch die Gewinnung von Strom aus Sonnenenergie (Windkraft, Solarkraft, Wasserkraft) nicht erneuerbar. Der Brennstoff in der Sonne ist ebenfalls begrenzt. Wenn der aufgebraucht ist, wird die Sonne in rund 5 Milliarden Jahren zum roten Riesen.

Kernkraft mit geschlossenem Brennstoffkreislauf und Uran aus dem Meerwasser ist eine erneuerbare Energie.

Reichweiten der verschiedenen Uranvorkommen & Reaktortechnologien

Es ergeben sich folgende Reichweiten um 100% des globalen Primärenergiebedarfs zu decken:

  • 12,71 Jahre für Leichtwasserreaktoren: nur mit Vorkommen an Uranerz im Gestein
  • 433 Jahre für Leichtwasserreaktoren: zusätzlich 10% der Vorkommen im Meerwasser
  • 1.906 Jahre für Brüter-Reaktoren: nur mit Vorkommen an Uranerz im Gestein
  • 64.978 Jahre für Brüter-Reaktoren: zusätzlich 10% der Vorkommen im Meerwasser
  • 56.128.501 Jahre für Brüter-Reaktoren: zusätzlich 1% der Vorkommen in der kontinentalen Kruste

Zum Vergleich: unsere Sonne wird in ca. 5.000.000.000 Jahren zum roten Riesen und vernichtet dann alles Leben auf der Erde.

Und dann haben wir noch nicht über Thorium als Brennstoff geredet. Thorium ist drei Mal so häufig wie Uran.

Annahmen zur Berechnung der Reichweite von Uranvorkommen

  1. Alle förderbaren Uranvorkommen in Gesteinen belaufen sich aktuell auf 13.600.000 Tonnen Uranerz: 5
    • 8.000.000 Tonnen bekannte Uranvorkommen
    • 5.600.000 Tonnen vermutete Uranvorkommen
  2. Im Meerwasser sind 4.500.000.000 Tonnen Uran gelöst. 6
  3. In der kontinentalen Erdkruste befinden sich 40.000.000.000.000 Tonnen Uran. 7
  4. 32.000 Tonnen davon werden pro Jahr durch Erosion ausgelöst und ins Meer gespült. 8
  5. Unsere Leichtwasserreaktoren erzeugen 1,44 GWh elektrische Energie pro Kilogramm Brennstoff mit 4,8% Anreicherung. 9
  6. Um ein Kilogramm Brennstoff auf 4,8% anzureichern, braucht man 9,5 Kilogramm Uranerz. 10
  7. Der Abbrand von Uran in schnellen Reaktoren ist um den Faktor 150 größer als in Leichtwasserreaktoren. 11
  8. Der komplette Primärenergiebedarf der Welt 2019 liegt bei 584 EJ, also 162.222 TWh. 12

Diese Berechnung basiert auf der von Nick Touran auf der empfehlenswerten Webseite What is Nuclear.

Ich empfand seine Annahmen aber als viel zu optimistisch (50% des Urans in der Erdkruste, echt jetzt?). Deshalb ist hier eine pessimistische Berechnung.

Quellen

  1. Renewable Energy’s Hidden Costs Scientific American (2013)
  2. Ultrahigh and economical uranium extraction from seawater via interconnected open-pore architecture poly(amidoxime) fiber Xu et al (2020)
  3. Breeder reactors: A renewable energy source Cohen (1983)
  4. Energiequelle Uran – Ressourcen, Gewinnung und Reichweiten im Blickwinkel der technologischen Entwicklung Lersow & Märten (2008)
  5. Red Book OECD (2020)
  6. There’s Uranium in Seawater. And it’s Renewable. CNA (2016)
  7. Revisiting Duration of Nuclear Power Wang (2009)
  8. Breeder reactors: A renewable energy source Cohen (1983)
  9. Advanced Passive 1000 Westinghouse (2011)
  10. SWU Calculator Urenco (2021)
  11. Energy density calculations of nuclear fuel What is Nuclear (2021)
  12. Statistical Review of World Energy BP (2019)

Dieser Beitrag hat 4 Kommentare

  1. Roland K.

    Absolut nicht glaubwürdig!
    .
    “In der kontinentalen Erdkruste befinden sich 40.000.000.000.000 Tonnen Uran.”
    .
    Diesen Wert kann man mit den Zahlen von Gold ins Verhältnis setzen: Beide Metalle stammen ursprünglich aus einer oder mehrerer Supernovae – sind also ziemlich rar; da Gold im PSE deutlich vor dem Uran steht, sollte bei einer Supernova mehr Gold entstehen als Uran. Darüber hinaus sind beide Metalle ziemlich schwer, so dass in der Abkühlungsphase der Erde ein nicht geringer Teil in Richtung Erdinneres verschwunden ist.
    .
    Bis heute sind ungefähr 201.300 Tonnen Gold gefördert worden (www.gold.de). Wenn das 1% der Gesamtvorkommen in der Erdkruste ist, hat man die Aussicht, irgendwann einmal 20.130.000 Tonnen ausgebuddelt zu haben.
    .
    Die 40 Billionen Tonnen Uran gehören also ins Reich der Phantasie.

  2. Alexej Michailovski

    “da Gold im PSE deutlich vor dem Uran steht, sollte bei einer Supernova mehr Gold entstehen als Uran”

    Das ist weitgehend irrelevant für den gehalt in der ERDKRUSTE. Bei einer Planetenbildung trennt sich die Schmelze in die schwerere Metall- und die leichtere Oxidschicht. Das Gold bildet kaum stabile Oxidverbindungen und wird sich hauptsächlich als Zulegierung im Eisenkern finden, Uran fühlt sich in oxidischer Matrix pudelwohl und findet sich daher hauptsächlich im Mantel und der Kruste.

    Und wie wir gerade dieses Jahr in Island gesehen haben, kommt teilweise Material aus dem Mantel immer wieder an der Oberfläche an. Aber nicht aus dem Kern.

Schreibe einen Kommentar

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.