Kernenergie

Deutschland hat die Stromerzeugung aus Kernenergie beendet. Die letzten drei deutschen Atomkraftwerke Emsland, Isar 2 und Neckarwestheim 2 gingen am 15. April 2023 vom Netz. Gleichzeitig wird Kernenergie in Deutschland und international weiter als möglicher Beitrag zu Klimaschutz und Versorgungssicherheit diskutiert. Die Debatte dreht sich vor allem darum, ob Kernenergie klimapolitisch sinnvoll wäre, ob neue Kernkraftwerke eine Option für die Zeit nach 2030 sein könnten und ob neue Reaktorkonzepte zur Treibhausgasneutralität beitragen können.

Das UBA bewertet diese Fragen nicht allein anhand der CO₂-Emissionen im Kraftwerksbetrieb. Um Kernenergie klimapolitisch zu bewerten, zählen auch die gesamte Realisierungszeit von Planung bis Inbetriebnahme, Kosten, Energiesystemverträglichkeit, Umweltwirkungen, Sicherheitsrisiken, Brennstoffversorgung und die Entsorgung radioaktiver Abfälle.

Auch relevant ist, wann Techniken verfügbar sind. Denn für den Klimaschutz zählen vor allem die nächsten Jahre. Deutschland muss die Emissionen schnell senken und bis 2045 treibhausgasneutral werden. 

Kernenergie verursacht bei der Stromerzeugung nahezu keine direkten CO₂-Emissionen. Eine vollständige Klimabilanz betrachtet jedoch den gesamten Lebenszyklus: Uranabbau, Aufbereitung, Konversion, Anreicherung, Brennelementfertigung, Bau und Betrieb des Kraftwerks, Zwischenlagerung, Rückbau sowie Entsorgung beziehungsweise Endlagerung radioaktiver Abfälle.

Der UBA-Forschungsbericht „Climate and environmental impact of nuclear power“ untersucht die Klima- und Umweltwirkungen der Kernenergie über den gesamten Lebenszyklus.Die zentralen Ergebnisse sind in einer Kurzfassung zusammengefasst. Demnach liegen die Treibhausgasemissionen von Kernenergie für das Basisjahr 2020 durchschnittlich bei 5 bis 15 Gramm CO₂-Äquivalenten je Kilowattstunde Strom. Einzelne Werte liegen niedriger, andere erreichen bis zu 21 Gramm CO₂-Äquivalenten je Kilowattstunde. Für 2030 erwarten die Forschenden im Bericht mit 4,8 bis 14,2 Gramm CO₂-Äquivalenten je Kilowattstunde eine ähnliche Größenordnung.

Damit verursacht Kernenergie deutlich weniger Treibhausgase als jede fossile Stromerzeugung. Daraus folgt aber nicht automatisch, dass sie die beste Klimaschutzoption ist. Entscheidend ist, welche Technologien Emissionen schnell, verlässlich und zu vertretbaren Kosten senken ohne langfristige Lasten auf kommende Generationen zu verlagern.

Nationale und auch globale Klimaszenarien zeigen ein klares Bild: Der Ausbau erneuerbarer Energien trägt die Transformation. Zu diesem Ergebnis kam bereits die UBA-Analyse „Klimaschutz ist auch ohne Kernenergie möglich“. Sie wertet internationale Klimaszenarien aus und zeigt: Nicht der Zubau von Kernenergie entscheidet darüber, ob Klimaziele erreicht werden, sondern der ausreichende Ausbau erneuerbarer Energien. Auch Szenarien mit hoher Kernenergieerzeugung verfehlen Klimaziele, wenn der Anteil erneuerbarer Energien zu niedrig bleibt. In den untersuchten globalen Szenarien zur Treibhausgasneutralität erreichen erneuerbare Energien im Jahr 2050 Anteile von 70 bis 100 Prozent an der Stromerzeugung. Kernenergie bleibt mit 0 bis 9 Prozent deutlich kleiner.

Auch die heutige Entwicklung spricht gegen eine breite Renaissance der Kernenergie: Mitte 2024 betrieben lediglich 32 von rund 200 Ländern weltweit Kernkraftwerke. Die weltweit installierte Kernkraftwerksleistung lag seit rund 25 Jahren weitgehend konstant bei etwa 370 Gigawatt. Der Anteil der Kernenergie an der globalen Stromerzeugung ist seit seinem Höchststand von 17 Prozent im Jahr 1990 gesunken und lag 2024 bei rund 9 Prozent. Erneuerbare Energien lieferten im selben Jahr rund ein Drittel des weltweiten Stroms.

Klimaschutz braucht Maßnahmen, die schnell wirken. Bei neuen Stromerzeugungsanlagen sind dafür nicht nur die reinen Bauzeiten relevant, sondern der gesamte Zeitraum von Planung, Genehmigung, Finanzierung, Bau und Inbetriebnahme. Als Bauzeit gilt der Zeitraum vom Beginn der physischen Bauarbeiten bis zur kommerziellen Inbetriebnahme. Planungs- und Genehmigungsphasen sind darin noch nicht enthalten und können gerade bei Kernkraftwerken mehrere zusätzliche Jahre beanspruchen.

Schon die reine Bauzeit von Kernkraftwerken ist lang. Der UBA-Forschungsbericht weist eine durchschnittliche Bauzeit von knapp 100 Monaten aus, also rund acht Jahren. Die Bandbreite reicht von weniger als 50 Monaten bis fast 200 Monaten. Einzelne aktuelle Projekte zeigen, wie stark sich Zeitpläne verschieben können: Olkiluoto 3 in Finnland sollte ursprünglich 2009 in Betrieb gehen. Der kommerzielle Betrieb begann 2023. Flamanville 3 in Frankreich war ursprünglich für 2012 vorgesehen. Der Reaktor wurde Ende 2024 erstmals ans Netz angeschlossen und danach schrittweise in Betrieb genommen. Vogtle 3 und 4 in den USA sollten 2016 beziehungsweise 2017 starten. Der kommerzielle Betrieb begann 2023 beziehungsweise 2024. 

Diese langen Gesamtzeiträume erhöhen das Risiko für Kostensteigerungen und Verzögerungen. Gleichzeitig verändert sich das Energiesystem schnell. Eine Entscheidung für ein neues Kernkraftwerk würde heute getroffen, das Kraftwerk würde aber erst in einem künftigen Stromsystem liefern, das bereits deutlich stärker von erneuerbaren Energien geprägt ist.

Wind- und Solarenergie lassen sich schneller ausbauen. Große Photovoltaik- und Onshore-Windprojekte können in der Regel in weniger als fünf Jahren Strom liefern. Für den Zeitraum bis 2030 und 2045 sind solche kürzeren Realisierungszeiten entscheidend für den Klimaschutz und die Zielerreichungen.

Hinzu kommt die rechtliche Ausgangslage in Deutschland: Die Berechtigungen zum Leistungsbetrieb der deutschen Kernkraftwerke sind erloschen. Die Wissenschaftlichen Dienste des Bundestages ordnen ein, dass der Weiterbetrieb bestehender Anlagen und die Genehmigung neuer Kernkraftwerke nach geltender Rechtslage ausgeschlossen sind und Änderungen des Atomgesetzes erfordern würden. In einer weiteren Ausarbeitung zu den zuletzt betriebenen Anlagen Isar 2, Emsland und Neckarwestheim 2 weisen die Wissenschaftlichen Dienste darauf hin, dass die 2019 fällige periodische Sicherheitsüberprüfung wegen des gesetzlich vorgesehenen Betriebsendes nicht mehr vorgelegt wurde. Bei einer Laufzeitverlängerung wäre diese Überprüfung nach geltendem Recht unmittelbar nachzuholen gewesen.

Neue Kernkraftwerke gehören zu den kapitalintensivsten Formen der Stromerzeugung. Sie erfordern hohe Anfangsinvestitionen, lange Finanzierungszeiträume und umfangreiche Sicherheits- und Genehmigungsverfahren. Auch Nachbetrieb, Rückbau und Entsorgung verursachen Kosten.

Hinzu kommt ein Kostenparadox: Während viele Energietechnologien durch Serienfertigung, größere Stückzahlen und technische Lernprozesse mit der Zeit günstiger werden, zeigt sich bei der Kernenergie häufig eine umgekehrte Lernkurve. Erfahrung führt hier nicht automatisch zu sinkenden Kosten. Im Gegenteil: Die Kosten können steigen, weil Anlagen technisch komplexer werden, Sicherheits- und Schutzanforderungen zunehmen und lange Bauzeiten die Finanzierung verteuern. 

Der UBA-Forschungsbericht vergleicht Stromgestehungskosten neuer Kernkraftwerke mit erneuerbaren Energien. Für neue Kernkraftwerke in Europa lagen die Kosten im Basisjahr 2020 bei 15,0 bis 19,2 Cent je Kilowattstunde. Zum Vergleich: Die globalen gewichteten Durchschnittswerte lagen bei 3,6 Cent je Kilowattstunde für Onshore-Windenergie, 7,8 Cent für Offshore-Windenergie und 5,3 Cent für Photovoltaik.

Für 2030 vergrößert sich der Unterschied in der Projektion noch einmal: Konventionelle neue Kernkraftwerke erreichen dann 26,1 bis 36,2 Cent je Kilowattstunde. Für Onshore-Windenergie liegt die Bandbreite bei 2,0 bis 6,2 Cent, für Offshore-Windenergie bei 3,7 bis 11,8 Cent und für Photovoltaik bei 2,6 bis 10,8 Cent je Kilowattstunde.

Auch die Treibhausgas-Vermeidungskosten fallen bei Kernenergie höher aus als bei erneuerbaren Energien: Treibhausgase durch Kernenergie zu vermeiden, kostete in Europa im Jahr 2020 zwischen 102 und 158 Euro je Tonne CO₂-Äquivalent. Für 2030 steigen die Kosten in der Projektion auf 196 bis 527 Euro je Tonne CO₂-Äquivalent. Erneuerbare Energien schneiden deutlich günstiger ab und vermeiden Emissionen häufig zu negativen oder niedrigeren Kosten.

Das deutsche Stromsystem richtet sich zunehmend auf Wind- und Solarenergie aus, auch um unabhängiger von Brennstofflieferungen zu werden. Diese Anlagen erzeugen Strom abhängig von Wetter und Tageszeit. Deshalb braucht das Stromsystem flexible Lösungen: Netze, Speicher, Lastmanagement, europäische Strommärkte und steuerbare Kraftwerke. Der Bedarf an klassischen Grundlastkraftwerken sinkt.

Kernkraftwerke können technisch in begrenztem Umfang lastfolgend betrieben werden. Das heißt: Sie können ihre Leistung anpassen. Dieser Betrieb senkt jedoch die Auslastung und verschlechtert die Wirtschaftlichkeit. Gerade Kernkraftwerke sind wegen ihrer hohen Fix- und Kapitalkosten auf viele Volllaststunden angewiesen.

Auch ergänzende Nutzungen, also über Strombereitstellung hinaus, ändern die Bewertung kaum. Kernenergie kann theoretisch Wärme, Wasserstoff oder Entsalzungsenergie bereitstellen. Diese Anwendungen bleiben aber begrenzt, standortabhängig oder wirtschaftlich unsicher. Für Deutschland ersetzen sie nicht den Bedarf an erneuerbaren Energien, Netzen, Speichern und Flexibilität.

Für ein robustes Stromsystem zählt neben der installierten Leistung auch die tatsächliche Verfügbarkeit der Anlagen. Das Beispiel Frankreich zeigt: Hohe Kernenergieanteile können das Stromsystem verwundbar machen, wenn viele Reaktoren gleichzeitig nicht oder nur eingeschränkt Strom produzieren. 2022 trafen mehrere Faktoren zusammen: technische Probleme an Reaktoren, Wartungen sowie Hitze und Trockenheit. Niedrige Wasserstände und hohe Gewässertemperaturen können die Kühlung einschränken und Leistungsminderungen erforderlich machen. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes (Destatis) war 2022 das erste Jahr seit Beginn der Statistik 1990, in dem Deutschland mehr Strom nach Frankreich exportierte als von dort importierte. Destatis führt diese Entwicklung vor allem auf technische Probleme in französischen Kernkraftwerken zurück. 

Mit häufiger auftretenden Hitze- und Dürreperioden im Zuge des Klimawandels können solche Einschränkungen an Bedeutung gewinnen. Nach Einschätzung der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH sind längere Hitzeperioden in der Regel kein ernstes sicherheitstechnisches Problem, können aber zu Leistungseinbußen führen. Denn bei hohen Wassertemperaturen und niedrigen Flusspegeln müssen Umweltauflagen eingehalten werden, damit Flüsse durch Kühlwassereinleitungen nicht zusätzlich zu stark erwärmt und Ökosysteme geschützt werden.

Kernenergie verursacht Umweltwirkungen entlang der gesamten Prozesskette. Der Uranabbau greift in Böden, Landschaften und Wasserhaushalte ein. Je nach Abbauverfahren können Rückstände, chemische Belastungen und radiologische Belastungen entstehen. Diese Umweltwirkungen treten häufig nicht dort auf, wo der Strom genutzt wird, sondern in den Abbauregionen.

Kernkraftwerke benötigen außerdem Kühlung. An Flussstandorten können Niedrigwasser und hohe Wassertemperaturen den Betrieb einschränken. An Küstenstandorten können Meeresspiegelanstieg, Sturmfluten oder biologische Verstopfungen von Kühlwassereinläufen Risiken erhöhen. Der Klimawandel verschärft diese Probleme: Hitze, Dürre, Starkregen, Hochwasser und Meeresspiegelanstieg können die Stromerzeugung aus Kernkraftwerken beeinträchtigen.

Bei der Kernenergienutzung entstehen radioaktive Abfälle. Hochradioaktive Abfälle müssen über sehr lange Zeiträume sicher vom Menschen und von der Umwelt abgeschirmt werden. Nach Angaben des Bundesamtes für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) sollen radioaktive Stoffe in einem Endlager für hochradioaktive Abfälle für eine Million Jahre sicher eingeschlossen bleiben. Deutschland sucht dafür einen Standort für ein Endlager in tiefen geologischen Formationen. Die Suche ist komplex und wird voraussichtlich noch Jahrzehnte dauern.

Auch schwere Unfälle müssen in die Bewertung einfließen. Solche Ereignisse sind selten, können aber sehr große und langfristige Folgen haben. Der UBA-Forschungsbericht betrachtet Unfallfolgen ergänzend zur Lebenszyklusanalyse. Demnach können nach schweren Unfällen Hunderttausende Menschen von Evakuierung oder Umsiedlung betroffen sein. Radioaktive Kontamination kann Flächenverluste deutlich erhöhen und große Mengen schwachradioaktiver Abfälle verursachen.

Gesundheitliche Aspekte betreffen vor allem den Schutz vor ionisierender Strahlung, etwa beim Uranbergbau, beim Umgang mit radioaktiven Stoffen, bei Unfällen und bei der Entsorgung. Beim heutigen Uranbergbau hängen mögliche Expositionen stark von Lagerstätte, Abbauverfahren und Strahlenschutzstandards ab. Relevant sind insbesondere Radon und seine Zerfallsprodukte, radioaktive Stäube sowie Rückstände aus der Erzaufbereitung. Diese Expositionen müssen überwacht und begrenzt werden. Für Strahlenschutz und radiologische Gesundheitsfragen ist in Deutschland insbesondere das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zuständig. Die vom Bundesamt für Strahlenschutz beauftragte KiKK-Studie zeigte ein erhöhtes Leukämierisiko bei Kindern unter fünf Jahren in der näheren Umgebung von Kernkraftwerken. Die Ursache konnte nicht geklärt werden, die Strahlenexposition aus dem Normalbetrieb gilt nach heutigem Wissen nicht als plausible Erklärung.

Deutschland nutzt Kernenergie nicht mehr zur Stromerzeugung. Eine erneute Nutzung würde Deutschland wieder in internationale Lieferketten einbinden. Diese reichen von Uranförderung, Konversion, Anreicherung und Brennelementfertigung bis zu spezialisierten Komponenten, Dienstleistungen und Know-how.

Diese Lieferketten sind nur begrenzt europäisch abgesichert. Nach Angaben der Euratom Supply Agency deckt die EU ihre gesamte Nachfrage nach Frischuran ausschließlich durch Importe aus Drittstaaten. 15,6 Prozent der Uranlieferungen an EU-Versorger, 22,4 Prozent der Konversionsdienstleistungen und 23,55 Prozent der Anreicherungsleistungen stammen aus Russland. Die Nutzung von Kernenergie würde zwangsläufig zu einer neuen Abhängigkeit Deutschlands in der Energieversorgung führen.

Bei einem Neubau von Kernkraftwerken kämen weitere Abhängigkeiten hinzu. Weltweit setzen nur wenige Anbieter große Kernkraftwerksprojekte im Ausland um. Auch Betrieb, Wartung, Ersatzteile, Rückbau und Abfallbehandlung erfordern spezialisiertes Know-how und geeignete Anbieterstrukturen. Kernenergie kann daher neue Import-, Technologie- und Lieferkettenabhängigkeiten schaffen. Bei russisch konstruierten Reaktoren erhöhen spezifische Brennstoffdesigns und begrenzte Ausweichmöglichkeiten die Verwundbarkeit. Diese Abhängigkeiten müssen in die Bewertung der Versorgungssicherheit einfließen.

Kleine modulare Reaktoren, häufig SMR für „Small Modular Reactors“ genannt, sollen kleiner, serienfertigbar und flexibler sein als heutige große Kernkraftwerke. Ein zentrales Versprechen lautet: Viele baugleiche Reaktormodule könnten industriell vorgefertigt werden und dadurch günstiger werden.

Diese Logik setzt jedoch sehr große Stückzahlen voraus. Kleine Reaktoren verlieren zunächst Größenvorteile großer Kraftwerke: Pro Kilowatt Leistung fallen viele Bauteile, Sicherheits- und Genehmigungsanforderungen sowie Betriebsstrukturen weiterhin an. Kostenvorteile durch Serienfertigung entstehen deshalb erst, wenn sehr viele nahezu baugleiche Module gebaut werden. Das BASE verweist auf ein Gutachten des Öko-Instituts, nach dem im Mittel etwa 3.000 SMR produziert werden müssten, bevor sich der Einstieg in eine SMR-Produktion rechnerisch lohnen würde.

Bislang ist nicht belegt, dass solche Stückzahlen erreicht werden oder dass SMR die zentralen Herausforderungen der Kernenergie lösen: hohe Kosten, lange Entwicklungs- und Genehmigungszeiten, Entsorgung radioaktiver Abfälle, Sicherheitsanforderungen und Proliferationsrisiken.

Auf Basis realer Projektdaten erwartet der UBA-Forschungsbericht für SMR im Jahr 2030 Stromgestehungskosten von 19,3 bis 43,9 Cent je Kilowattstunde. Damit liegen sie deutlich über den Kosten von Windenergie und Photovoltaik. Viele Konzepte befinden sich zudem noch in Entwicklung oder Erprobung. Für die deutschen Klimaziele bis 2045 sind SMR daher keine belastbare Option.

Auch neuartige Reaktorkonzepte verfolgen das Ziel, sicherer, effizienter oder abfallärmer zu werden. Viele dieser Konzepte sind jedoch noch nicht kommerziell verfügbar. Sie können deshalb keinen kurzfristigen Beitrag zur Emissionsminderung leisten.

Das Umweltbundesamt befasst sich mit Kernenergie vor allem im Rahmen seiner Arbeiten zu Klimaschutz hin zu einem nachhaltigen Energiesystem und hinsichtlich der Umweltwirkungen. Aus Sicht des UBA ist Kernenergie keine geeignete Grundlage für eine umweltverträgliche, sichere und nachhaltige Energieversorgung in Deutschland.

Die Bewertung geht daher über die Treibhausgasemissionen hinaus: Entscheidend sind auch Realisierungszeiten, Kosten, die Eignung für ein erneuerbares Stromsystem, Umwelt- und Gesundheitsaspekte sowie Abhängigkeiten in nuklearen Lieferketten und sicherheitspolitisch relevante Technologien des Brennstoffkreislaufs.

Für die aktuelle klimapolitische Bewertung ist deshalb wichtig: Kernenergie verursacht zwar vergleichsweise geringe Treibhausgasemissionen. Sie ist für den Klimaschutz aber nicht erforderlich, wenn erneuerbare Energien konsequent ausgebaut werden. Internationale Szenarien zeigen, dass erneuerbare Energien den zentralen Beitrag zur Treibhausgasneutralität leisten, während Kernenergie eine begrenzte Rolle behält.

Auch Kosten und Zeit sprechen gegen einen Wiedereinstieg. Neue Kernkraftwerke sind deutlich teurer als Windenergie und Photovoltaik und benötigen lange Planungs-, Genehmigungs-, Bau- und Inbetriebnahmezeiten. Damit kommen sie für die kurzfristig notwendigen Emissionsminderungen zu spät.

Hinzu kommen Umwelt- und Sicherheitsfragen: Uranabbau, Kühlwasserbedarf, radioaktive Abfälle, Endlagerung, mögliche Unfallfolgen und die Frage, ob Technologien des nuklearen Brennstoffkreislaufs auch für militärische Zwecke genutzt werden könnten. Der Klimawandel verschärft zudem einzelne Risiken für Kernkraftwerke, etwa durch Hitze, Dürre, Hochwasser und Meeresspiegelanstieg.

Aus Sicht des Umweltbundesamtes liegt der tragfähige Pfad für Klimaschutz und Versorgungssicherheit daher im schnellen Ausbau erneuerbarer Energien, in Energieeffizienz, leistungsfähigen Netzen, Speichern, Lastmanagement und flexiblen steuerbaren Kapazitäten. Diese Bausteine sind schneller verfügbar, senken Emissionen kosteneffizient und ergänzen sich in einem treibhausgasneutralen Energiesystem.