key: cord-0044322-d70eoe3o
authors: Völkle, Hansruedi
title: Mit welchen Risiken leben wir?
date: 2020-06-02
journal: Kernenergie
DOI: 10.1007/978-3-662-59301-1_5
sha: e2ebde0902f543ed21e6900541329093321a6af1
doc_id: 44322
cord_uid: d70eoe3o

Jede Technik, sei es zur Energieerzeugung, für die Mobilität, den Warentransport oder für industrielle Prozesse, bringt nicht nur Nutzen, sondern auch Risiken. Wenn der Mensch nicht auf die Vorzüge solcher Technologien verzichten will, muss er lernen, so damit umzugehen, dass er die Kontrolle darüber behält und dass die zusätzlichen Risiken kontrollierbar und so niedrig wie möglich bleiben. Viele Pannen, Unfälle und Katastrophen sind auf menschliches Fehlverhalten oder Versagen zurückzuführen, seltener auch auf kriminelle Absichten. Der Sicherheitskultur kommt daher oberste Priorität zu. Dazu gehört auch die entsprechende Ausbildung und Motivation der verantwortlichen Mitarbeitenden, verbunden mit einer kontinuierlichen sicherheitstechnischen Überprüfung und Nachrüstung aller technischen Anlagen und Einrichtungen während ihrer gesamten Betriebszeit. Eine wichtige Funktion haben hier auch kompetente und unbestechliche Bewilligungs- und Aufsichtsbehörden.

ursacht, sie rechtfertigen denn auch den großen Aufwand in Forschung und Technik, in der Medizin und Pharmaforschung, bei der Katastrophenabwehr und Notfallvorsorge, aber auch bei den Maßnahmen zur Bewältigung der Folgen solcher Ereignisse und bei der Stärkung der Resilienz bei den betroffenen Kollektiven.

Ist die Kernenergie nun gefährlicher als andere Methoden zur Energiegewinnung oder andere technische Prozesse? Ein solcher Vergleich ist nicht einfach, da die Wahrnehmung tödlicher Auswirkungen eines Kernkraftwerkunfalls eine andere ist als die langfristigen, ebenfalls tödlichen Folgen der klassischen Energiegewinnung aus fossilen Brenn-und Treibstoffen, wie etwa der Stromproduktion mit Kohle. An einigen Beispielen soll gezeigt werden, dass letztere wesentliche gravierendere Auswirkungen auf Mensch und Umwelt hat. Unfälle bei großtechnischen Anlagen können verheerende Wirkungen auf die belebte und unbelebte Umwelt haben: Zahlreiche Tankerunfälle 1 oder die Katastrophe mit der Ölplattform "Deepwater Horizon" im Golf von Mexiko im Jahr 2010; Staudammbrüche 2 , die allein im 20. Jahrhundert weltweit eine Viertel Million Tote forderten [23] ; die Chemiekatastrophe von 1984 bei Bhopal in Indien mit zwischen 3800 und 25.000 Toten sowie einer halben Million Verletzten [22] ; auch der Bergbau forderte im 19. Jahrhundert gegen 5000 Tote, im 20. Jahrhundert gar 15.000 [25] .

Die Auswirkungen verschiedener Verfahren der Stromerzeugung wurden in mehreren Studien untersucht; einige Ergebnisse seien hier zusammengefasst. Die meisten Untersuchungen berechnen die Anzahl erwarteter Todesfälle pro Energieeinheit, meist pro erzeugte Kilowattstunde (kWh). Nur wenige Studien befassen sich auch mit den Auswirkungen auf die Natur oder auf die Gesundheit der betroffenen Bevölkerung.

Abb. 5.1 zeigt die Ergebnisse zweier Studien zur Anzahl der Todesfälle pro TWh (Milliarden kWh) erzeugter Energie durch verschiedene Verfahren der Stromgewinnung. Die fossilen Energien stehen dabei an der Spitze, denn fossile Brenn-und Treibstoffe haben durch die freigesetzten Schadstoffe die weitaus gravierendsten Auswirkungen auf Mensch, Umwelt und Klima. Die Kernenergie schneidet bei diesen Studien um zwei bis drei Größenordnungen besser ab. Hierbei sind neben dem Normalbetrieb auch die schweren Unfälle Tschernobyl und Fukushima berücksichtigt. Aber auch die Stromproduktion mittels Biomasse, Sonne und Wind ist nicht risikofrei, so u. a. durch Gefahren bei der Herstellung dieser Anlagen, bei der Beschaffung der Abb. 5.1 Berechnete Anzahl der Todesfälle pro TWh (10 9 kWh) erzeugter elektrischer Energie durch verschiedene Verfahren der Stromproduktion; grau: nach [5] , schwarz: nach [29] hierzu benötigten Rohstoffe und Materialen, bei Transport und Betrieb, bei Pannen, Unterhalt und Rückbau. Letztlich gilt das jedoch für alle Verfahren zur Energiegewinnung.

Die Ergebnisse solcher Studien hängen wesentlich von den verwendeten Rohdaten und Randbedingungen ab, sowie der Art der Anlagen und dem Land, wo diese betrieben werden. Deshalb sollten die Resultate eher verwendet werden, um die Größenordnung aufzuzeigen und einen relativen Vergleich zu ermöglichen. [33] . Eine Besteuerung des Kerosins sowie eine umweltgerechte CO 2 -Abgabe der Zivilluftfahrt ist jetzt in Diskussion und wird hoffentlich auch bald eingeführt.

Im Ländervergleich betragen die CO 2 -Emissionen (ebenfalls in Mt CO 2 pro Jahr, sowie in Klammern in Tonnen CO 2 pro Einwohner und Jahr): Australien: 400 (16, 6) ; China: 10.357 (7, 5) ; Deutschland: 798 (9, 9) ; Frankreich: 340 (5,3); Indien: 2.274 (1,73); Italien: 361 (6,0); Japan: 237 (9, 8) ; Kanada: 557 (15, 5) ; Österreich: 67 (7, 9) ; Polen: 316 (8,2); Russland: 617 (11, 3) ; Schweiz: 40 (4, 8) und USA: 414 (16, 9) [11] . Im Vergleich zu den übrigen Industrienationen schneidet hier die Schweiz, da sie fast keinen Strom aus fossilen Energieträgern bezieht, relativ gut ab. Die rasch Abb. 5.2 Treibhausgasemissionen der Schweiz in Mt CO 2 -Äquivalent nach Quellen (a) und nach Treibhausgasen (b): für die Jahre 1990 (b) und 2015 (a) [33] wachsenden Volkswirtschaften in China und Indien haben bei diesen beiden Staaten zu einem deutlichen Anstieg des CO 2 -Ausstoßes um über 400 % zwischen 1990 und 2017 geführt [33] . Abb. 5.3 zeigt die CO 2 -Freisetzung bei verschiedenen Verfahren der Stromerzeugung, angegeben in g CO 2 -Äquivalent pro kWh. Im Hinblick auf den Klimawandel ist hier der Vorteil der Kernenergie gegenüber den fossilen Energien deutlich zu erkennen. Würden die Schweizer den Kernenergieanteil von 36 % an ihrer derzeitigen Stromproduktion (2016) durch GuD, beziehungsweise durch Kohle-Kraftwerke ersetzen, ergäben sich zusätzliche CO 2 -Emissionen von rund 20 respektive von über 50 Mt CO 2 pro Jahr.

Bei der Wahrnehmung der Risiken ist der Mensch leider nicht sehr objektiv. Ein Beispiel möge dies erläutern: In einen Großbetrieb mit 100.000 Mitarbeitenden ereigneten sich jedes Jahr einige kleine Unfälle mit jeweils wenigen Verletzten und pro Jahr einem Todesfall. Das ergibt für Mitarbeitenden 

Ein im Sommer 2016 erschienener Bericht befasst sich mit den gesundheitlichen Auswirkungen der Kohlekraftwerke in Europa [7, 8] sich um Kalium sowie Uran, Thorium und Radium sowie, bei Uran und Thorium, deren radioaktive Folgeprodukte, die als Verunreinigungen in der Kohle enthalten sind. Steinkohle enthält pro kg rund 30 bis 40 Bq Uran, 20 bis 30 Bq Thorium und 40 bis 120 Bq Kalium-40 [21] . Bei der Verbrennung bleibt zwar der größere Teil dieser Radioaktivität in den festen Rückständen wie Asche und Schlacke zurück oder wird von den Abgasfiltern zurückgehalten. Ein kleiner Anteil gelangt in die Umwelt und trägt zur Strahlenexposition der in der Nähe lebenden Bevölkerung bei. Diese erhält dadurch zusätzliche Strahlendosen im Bereich einiger μSv pro Jahr (Tausendstel mSv). Dies entspricht der zusätzlichen Exposition durch ein Kernkraftwerk. schneiden jene in Nicht-OECD-Ländern deutlich schlechter ab, und dies gleich um mehrere Größenordnungen. Bei Kohle und Öl ist der Unterschied kleiner; beim Erdgas besteht hingegen kein Unterschied zwischen Anlagen in OECD-und Nicht-OECD-Ländern [12] . Für Anlagen in OECD-Ländern ergibt sich folgendes Bild bezüglich der Anzahl Todesfälle pro GWh nach einem schweren Unfall: Am besten schneiden westliche Kernreaktoren der Generation III+ (z. B. der EPR) ab, gefolgt von Photovoltaik (kristallin) und solarthermischen Anlagen. An nächster Stelle stehen Geothermie, Wind Onshore (D), Wasserkraft und westliche Kernreaktoren der Generation II (PWR), gefolgt von Biogas und Wind Offshore (UK). Am höchsten ist das Risiko bei Anlagen, die mit Erdgas, Öl oder Kohle betrieben werden. Betrachtete man die hypothetischen Höchstwerte von Todesfällen nach schweren Unfällen, dann schneiden nach der PSI-Studie die erneuerbaren Energien (jedoch ohne Wasserkraft) am besten ab, gefolgt von Erdgas, Öl und Kohle; die größten Auswirkungen haben Wasserkraft (Staudammbruch) und Kernenergie [12] .

Interessant ist der Vergleich zwischen Normalbetrieb und schweren Unfällen anhand der YOLL/GWh-Werte. Bei Kohle und Erdgas, aber auch bei den erneuerbaren Energien sind die Auswirkungen von schweren Unfällen um etwa zwei Größenordnungen kleiner als bei Normalbetrieb. Bei Wasserkraft gilt dies nur für die OECD-Länder; in den Nicht-OECD-Ländern sind die Auswirkungen eines schweren Unfalles, z. B. eines Staudammbruchs, größer als im Normalbetrieb. Bei der Kernenergie sind bei westlichen Generation-II-Reaktoren die Auswirkungen schwerer Unfälle um zwei Größenordnungen geringer als bei Normalbetrieb, bei Kernreaktoren der Generation III+ (z. B. EPR) sind sie gar um fünf Größenordnungen kleiner [12] .

Für hypothetische Terroranschläge sind die Berechnungen aus den bereits genannten Gründen ungenau. Hier wurden nur Kernenergie und Wasserkraft betrachtet und bei der ersteren der Vergleich von OECD-und Nicht-OECD-Ländern geführt. Bei der Kernenergie wird das Risiko durch eine Terrorattacke, angegeben in YOLL/GWh, um 3 bis 4 Größenordnungen tiefer eingestuft als bei Normalbetrieb. Bei der Wasserkraft, hier am Beispiel USA und China, liegt das Risiko eines Terroranschlags auf einen großen Staudamm um eine Größenordnung höher als beim Normalbetrieb. Dieser Unterschied wird darauf zurückgeführt, dass großtechnische Anlagen (wie Kernkraftwerke) relativ gut geschützt werden können. Aus Sicht von Terroristen sind große Ansammlungen von Menschen, aber auch Staudammanlagen leichter zu attackierende Ziele als großtechnische Einrichtungen wie ein Kernkraftwerk [12] .

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Normalbetrieb die Wasserkraft das geringste Risiko aufweist und die Kernenergie verhältnismäßig gut abschneidet. Ein interessanter Unterschied besteht zwischen OECD-und Nicht-OECD-Ländern: Kohlekraftwerke und Staudammanlagen schneiden z. B. in Asien weniger gut ab, weil sowohl Sicherheitskultur als auch Wartung, Kontrollen und Nachrüstung der Anlagen noch nicht so weit entwickelt sind wie in den OECD-Ländern. Eine weitere Folgerung ist, dass die Auswirkungen insgesamt (bezogen auf die Anzahl der Todesfälle) bei Normalbetrieb größer sind als bei schweren Unfällen; bei Unfällen liegen sie in derselben Größenordnung wie bei Terror-Attacken [12] . 

Die Auswirkungen des Klimawandels werden immer deutlicher spürbar und können zu einer globalen Bedrohung für die Menschheit werden [17, 19, 20] . Zwar wirken sich die natürlicherweise in der Atmosphäre vorhandenen Treibhausgase positiv aus für das Leben auf der Erde, denn ohne diese läge die durchschnittliche Temperatur der Atmosphäre um 33 Global warming could result in rapidly rising costs of weather-related hazards to human beings in Europe unless adequate adaptation measures are taken. Our results could aid in prioritisation of regional investments to address the unequal burden of effects on human beings of weather-related hazards and differences in adaptation capacities.» [10] Zunehmende Waldbrandgefahr in Südeuropa 

Die auf der Erde direkt messbare Größe ist die Energie der Sonneneinstrahlung, angegeben in Watt pro m 2 senkrecht zur Strahlrichtung. Sie wird Solarkonstante genannt und beträgt S = 1367 W/m 2 . Mit dem Abstandsgesetz und der Annahme, dass die Sonne nach allen Seiten gleichmäßig strahlt, lässt sich die Leuchtstärke der Sonne berechnen (L ʘ = 3,846 · 10 26 W) sowie die Intensität der Strahlung an der Sonnenoberfläche (I ʘ = 6,49 · 10 7 W/m 2 ). Mithilfe des Stefan-Bolzmann-Gesetzes (I = σ · T 4 ) kann die Temperatur der Sonnenoberfläche, der Photosphäre, bestimmt werden: T Phʘ = 5780 K ≈ 5500 °C. Hier ist σ die Stefan-Boltzmann-Konstante und T die absolute Temperatur in Kelvin.

Das Sonneninnere ist noch wesentlich heißer, nämlich rund 15,6 · 10 6 K. Dort erzeugt die Sonne ihre Energie durch Fusion von je vier Protonen zu einem Helium-Kern. Man nennt dies die pp-Reaktion. Bei der Umwandlung von Wasserstoff zu Helium dient das schwere Wasserstoff Deuterium ( 2 H) als Zwischenstufe, indem zwei Protonen durch die Reaktion p + e − → n + ν e und p + n → 2 H in Neutronen umgewandelt werden. Die Energiebilanz der pp-Reaktion beträgt 26,35 MeV. Dabei entstehen auch die Sonnenneutrinos (ν e ), von denen jede Sekunde rund 65 Mrd. pro cm 2 auf der Erdoberfläche auftreffen.

Die Sonne als Fusionsreaktor verliert durch diesen Energieerzeugungsprozess jede Sekunde 4,3 Mio. Tonnen ihrer Masse sowie eine weitere Million Tonnen durch den Sonnenwind. Diese Massenabnahme macht allerdings, bezogen auf die ganze «Lebensdauer» der Sonne, also das rund 11 Mrd. Jahren andauernde Wasserstoffbrennen, nur gerade mal ein Promille der gewaltigen Sonnenmassen von M ʘ = 1,988 · 10 30 kg aus.

Hier ist S ist die Solarkonstante, R E der Erdradius und r der Anteil der von Erdoberfläche und Atmosphäre reflektierten Strahlung (Albedo) von rund 30 %. Die von der Sonne erwärmte Erde strahlt wiederum nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz Energie ab, aber jetzt im IR-Bereich:

Hier ist e der «Wirkungsgrad» dieser Rückstrahlung mit e ≈ 0,6. Er berücksichtigt jenen Anteil der Erdstrahlung, der nicht von den Treibhausgasen in der Atmosphäre zurückgehalten wird.

Im Gleichgewichtszustand gilt P a = P E sowie denn die Erdoberfläche emittiert in diesem Fall genauso viel Energie wie sie von der Sonne erhält, allerdings nicht im gleichen Wellenlängenbereich. Hieraus ergibt sich für die Erdoberfläche eine durchschnittliche Temperatur von T E = 289 K = + 15 °C. Würde dieselbe Rechnung für e = 1 gemacht, dann wäre die Atmosphäre für die IR-Strahlung der Erde völlig durchlässig und es ergäbe sich eine deutlich tiefere Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche mit T E = 256 K = −18 °C. Die natürlichen Treibhausgase, zu denen neben CO 2 auch Wasserdampf, Methan und Ozon gehören, bewirken somit, dass es auf der Erde rund 33 °C wärmer ist. Mit diesem Wissen lässt sich erahnen, was passiert, wenn der Mensch dieses natürliche Gleichgewicht durch die Emission zusätzlicher Treibhausgase nachhaltig verändert. 

Estimates of the cancer burden in Europe from radioactive fallout from the Chernobyl accident

How deadly is your Kilowatt? We Rank Killer Energy Sources. Forbes, 10

EPR European Pressurized Water Reactor

Europe's dark cloud -how coal-burning countries are making their neighbours sick. Autoren

WWF | Climate action network Europe | Health and environment alliance | sandbag

Hrsg) European environmental Bureau |Clean action network Europe | HEAL | Sandbag and WWF

Increasing risk over time of weather-related hazards ot he European population: a data-driven prognostic study

Global Carbon Atlas (2019) CO2 emissions

Health effects of technologies for power generation: contributions from normal operation, severe accidents and terrorist threat health effects

The 2007 recommendations of the International Commission on Radiological Protection

Davos/CH, Organised by GRF Davos in close cooperation with the United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNISDR)

IPCC The Intergovernmental Panel on Climate Change

Contribution of working group III to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change

Klimaänderung 2013/2014: Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger, Herausgeber: Deutsche IPCC-Koordinationsstelle/DLR Projektträger, mit dem Österreichische Umweltbundesamt und ProClim (von ScNat) für die Schweiz

Berichte zum Klimawandel und dessen Auswirkungen

Liste von Flugunfällen

Liste von Unglücken im Bergbau

Mapping regional patterns of large forest fires in wildland-urban interface areas in Europe

The full costs of electricity provision. NEA Nr. 2798

Das Risikoparadox -Warum wir uns vor dem Falschen fürchten

Noch nie war das Fliegen so sicher wie

Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK: Kenngrössen zur Entwicklung der Treibhausgasemissionen in der Schweiz

Die Sonne -unser Stern

Energy from nuclear fission