(ENT2 05) – Reststoffe bei Kraftwerken [Kernkraftwerk, Steinkohlekraftwerk – Vergleich]

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Die Reststoffe entstehen immer dann, wenn ein Kraftwerk aktiv arbeitet und elektrischen Strom erzeugt. Warum überhaupt Reststoffe entstehen und welches Ausmaß sie annehmen, zeigen wir dir als angehenden Ingenieur / Techniker in diesem Kurstext. Dabei nehmen wir eine Unterscheidung zwischen einem Kernkraftwerk und einem Steinkohlekraftwerk vor. 

Für ein optimales Verständnis helfen dir zahlreiche, ausführliche Videoclips und viele anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Energietechnik findest du im Kurs: ENT2-Kraftwerkstechnik

 

Reststoffe im Kraftwerk (Vergleich von Kraftwerkstypen)
Reststoffe im Kraftwerk (Vergleich von Kraftwerkstypen)

 

Kernkraftwerk – Grundlagen

Was geht denn da so ab?…

Ein Kernkraftwerk ist eine Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie durch Kernspaltung. In diesem Kraftwerk wird die Wärmeenergie freigesetzt, indem schwere Atomkerne, in der Regel Uran oder Plutonium, gespalten werden.

  • Diese Spaltung erzeugt Wärme, die Wasser erhitzt und in Dampf umwandelt.
  • Der entstehende Dampf treibt dann Turbinen an, die Generatoren antreiben, um Strom zu erzeugen.

Der Prozess der Stromerzeugung klingt für dich bestimmt viel weniger spektakulär als gedacht, oder?

Kernkraftwerke gelten als emissionsarme Energiequellen, produzieren jedoch radioaktiven Abfall und bergen potenzielle Risiken, wie Unfälle und die Verbreitung von radioaktiven Materialien. Sie erfordern strenge Sicherheitsvorkehrungen und regelmäßige Überwachung.

 

Die nächste Abbildung zeigt dir die groben Bestandteile eines Kernkraftwerks:

  • Reaktorraum

sowie

  • Umspannwerk

sowie

  • Kühlturm

sowie

  • Turbinenraum (nicht sichtbar)

 

Reststoffe in Kraftwerken - Bestandteile von Atomkraftwerken
Reststoffe in Kraftwerken – Bestandteile von Atomkraftwerken

 

Kernkraftwerke in Deutschland

Atomkraft, nein danke..

Die Bundesregierung hat sich entschieden, dass seine Energieversorgung in Zukunft weitestgehend aus erneuerbaren Quellen zu decken ist.

Diese Entscheidung hat auch dazu geführt, dass die Atomkraft seit 2023 keine Rolle mehr im Strommix spielt. Seit Beginn des Jahres 2024 wurde jedoch erneut über eine Wiedereinsetzung der drei noch intakten Atommeilern diskutiert um den Stromerzeugungskosten zu senken.

 

In Deutschland waren bis 2022 noch sieben Kernkraftwerke (KKW) mit einer elektrischen Leistung von ca. 10.000 MW in Betrieb. Heute (2023) ist Kernenergie keine Bestandteil mehr im Energiemix.

Die Ära der Atomkraft in Deutschland näherte sich dem Ende, denn die Kraftwerke wurden seit Ende 2022 nacheinander abgeschaltet.

 

Kernkraftwerke – Ehemalige Standorte Deutschland

In der nächsten Abbildung entdeckst du sowohl die bis Ende 2022 aktiven Kraftwerke als auch die vor 2022 bereits abgeschalteten Kraftwerke in Deutschland. 

Übersicht Kraftwerke in Deutschland
Übersicht Kraftwerke in Deutschland

 

Kernkraftwerke in Europa

In Europa gibt es derzeit etwa 120 Atomkraftwerke in Betrieb, die eine bedeutende Rolle bei der Energieerzeugung spielen. Einige Besonderheiten von Kernkraftwerken in Europa sind:

  1. Technologische Vielfalt: Europa verfügt über eine Vielzahl von Kernkraftwerkstypen, darunter Druckwasserreaktoren (PWR), Siedewasserreaktoren (BWR) und Schwerwasserreaktoren. Diese Vielfalt spiegelt sich in unterschiedlichen Bau- und Betriebsweisen wider.

  2. Altersstruktur: Viele der europäischen Kernkraftwerke wurden in den 1970er und 1980er Jahren gebaut und nähern sich nun dem Ende ihrer ursprünglich geplanten Betriebsdauer. Einige Betreiber entscheiden sich für den Rückbau älterer Anlagen, während andere für die Laufzeitverlängerung und Modernisierung ihrer Anlagen eintreten.

  3. Sicherheitsstandards: Europa hat sehr strenge Sicherheitsstandards und Vorschriften für den Betrieb von Kernkraftwerken, die regelmäßig überprüft und aktualisiert werden. Die Betreiber sind verpflichtet, Maßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit von Anlagen und zur Minimierung von Risiken zu ergreifen.

  4. Politische Debatte: Die Nutzung von Kernenergie ist in Europa Gegenstand intensiver politischer Debatten. Einige Länder setzen weiterhin stark auf Kernkraft als Teil ihrer Energiemixes, während andere sich für einen Ausstieg aus der Kernenergie zugunsten erneuerbarer Energien entschieden haben.

  5. Internationale Zusammenarbeit: Es gibt eine beträchtliche internationale Zusammenarbeit und Koordination im Bereich der nuklearen Sicherheit und Regulierung in Europa, insbesondere durch Organisationen wie die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO) und die Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM).

Die Zukunft der Kernenergie in Europa bleibt Gegenstand kontinuierlicher Diskussionen und hängt von Faktoren wie wirtschaftlicher Rentabilität, Sicherheitsbedenken, öffentlicher Akzeptanz und politischen Entscheidungen ab.

 

Kernkraftwerken – Reststoffe, Radioaktivität

Reststoffe und Abfälle aus Kraftwerken sind nicht selten gefährlich. Dass das besonders für Kernkraftwerke gilt, ist offensichtlich, denn hier sind die Reststoffe sowohl toxisch als auch radioaktiv. In der allgemeinen Medienlandschaft spricht man immer von Atommüll. Obwohl dies auch radioaktive Abfälle beispielsweise aus der Medizin oder der Materialprüfung umfasst. 

Merk’s dir!

Dieser sehr ungünstige Mix verlangt eine besondere Lagerung der abgebrannten Brennstäbe.

 

Abfälle als Umweltrisiko - Wohin mit dem Atommüll?
Abfälle als Umweltrisiko – Wohin mit dem Atommüll?

 

Als Reststoffe fallen für das Kernkraftwerk

  • hochaktiver,

sowie

  • niedrigaktiver

sowie

  • mittelaktiver

Abfall an.

 

Reststoffe in Steinkohlekraftwerken

Für das Steinkohlekraftwerk ergeben sich als mengenmäßig wichtigste Reststoffe

  • Asche 

sowie

  • REA-Gips (REA = Rauchgasentschwefelungsanlage).

 

Reststoffe – Grundwissen

Die Menge selbst und das Verhältnis der Mengen zueinander sagen nichts darüber aus, ob mit der Entsorgung Probleme verbunden sind oder nicht.

Auch gilt es immer zu klären, ob die zu entsorgende Stoffmenge für Mensch und Umwelt Gefahrenpotentiale aufweist.

So verlangt die Entsorgung von 30 t hochaktivem Abfall (im Falle des Kernenergiebeispiels kommen noch 150 t Behältermaterial hinzu) einen größeren Aufwand als die Entsorgung von 220.000 t Asche.

Gorleben - Atomkraft - Atombehälter mit klarer Botschaft
Gorleben – Atomkraft – Atombehälter mit klarer Botschaft

 

Filterung von Reststoffen in Kraftwerken – Auswirkungen

In der nachfolgenden Abbildung findest du  einen Vergleich zwischen einem Kohlekraftwerk ohne Filterung und einem Kohlekraftwerk mit Reststofffilterung (REA, Filtern, DeNOx) hinsichtlich Eingangsstoffen und Reststoffen:

 

Kohlekraftwerke mit und ohne Filterung
Kohlekraftwerke mit und ohne Filterung

 

Es lohnt sich!!

Durch die Realisierung von REA, DENOx und den Einbau von weiteren Filtern können gegenüber einem Kohlekraftwerk ohne Filtermaßnahmen massiv Oxide und Reststoffe eingespart werden:

  • SO_2 \rightarrow 92 Prozent

sowie

  • NO_x \rightarrow 78Prozent

sowie

  • Staub \rightarrow 99Prozent 

 

Maßnahmen zur Optimierung, Nachnutzung

Wer A sagt, muss auch Abwasser sagen!

  • Maßnahmen zur Minderung der Emissionen von Luftschadstoffen, wie beispielsweise die Entschwefelung und die Entstickung von Kohlekraftwerken, führen ihrerseits wieder zu einer Vervielfachung der Stoffströme, so dass zusätzlich Gips, Abwasser, Salze und Prozesswasser anfallen.

sowie

  • Ein Teil der Produkte kann weiter verwertet werden, wie beispielsweise

    \rightarrow Gips in der Bauwirtschaft und
    \rightarrow Flugasche als Untermaterial im Straßenbau.

 

Merk’s dir!

Braunkohle-Gips” wird derzeit gemeinsam mit der Schlacke zu einer nicht auslaugbaren Masse vermischt und zur Auffüllung von ausgekohlten Tagebauen eingesetzt.

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir in diesem Kurstext die Reststoffe in Kraftwerken angeschaut haben, macht es Sinn, dass wir im nächsten Abschnitt die sie verursachenden Stoffströme untersuchen. 

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“Wusstest du, dass unter jedem Kursabschnitt eine Vielzahl von verschiedenen interaktiven Übungsaufgaben bereitsteht, mit denen du deinen aktuellen Wissensstand überprüfen kannst?”  

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