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Kernenergie als Heizung?

Veröffentlicht am 16.01.2016

Pünktlich zum Jahresanfang hat sich wieder der Winter eingestellt -- trotz aller Beschwörungen der Medien zur Weihnachtszeit. Es ist deshalb angebracht, sich einmal mehr mit dem Thema Heizung zu beschäftigen

Der Anteil am Energieverbrauch

Der Primärenergieverbrauch in Deutschland – und ähnlichen Regionen auf der Nord- und Südhalbkugel – läßt sich grob in die Bereiche Stromerzeugung, Verkehr und Heizung (Niedertemperaturwärme) unterteilen. Diese Aufteilung ist ein Kompromiß zwischen einer rein energetischen Gruppierung (Kohle, Öl, etc.) und üblichen volkswirtschaftlichen Betrachtungen (Privat, Industrie etc.). Ganz grob kann man sagen, daß in Ländern wie Deutschland jeweils ein Drittel des Primärenergieeinsatzes auf diese drei Sektoren entfallen. Der hohe Anteil der Raumwärme mag auf den ersten Blick manchen verblüffen. Besonders bemerkenswert ist dabei, daß sich dieser Anteil keinesfalls verringert, sondern eher noch zunimmt – trotz aller technischer Fortschritte bei den Gebäuden (Heizungssysteme, Wärmedämmung etc.). Eine wachsende Bevölkerung mit steigenden Komfortansprüchen (Wohnungsgröße und Ausstattung) verbraucht auch immer mehr “Raumwärme”. Hinzu kommt die ständig wachsende Infrastruktur in der Form von Krankenhäusern, Hallenbädern, Sporthallen, Einkaufscentern,Verwaltungsgebäuden usw.
Bemerkenswert ist auch, wie sich auf diesem Gebiet die allgemeine Entwicklung der Energietechnik widerspiegelt: Alles begann mit dem Holz am Lagerfeuer und dieser Brennstoff blieb für Jahrtausende bestimmend. Auch die “Energieeffizienz” ist keine Erfindung heutiger Tage. Die Entwicklung ging von der offenen Feuerstelle bis zum Kachelofen – immer aus den gleichen Gründen: “Komfort” und “Kosteneinsparung”. Nachdem man die Wälder fast abgeholzt hatte und die “Bedarfsdichte” in der Form von großen Städten immer weiter anstieg, ging man zur Kohle über. Nachdem die Luftverschmutzung bedrohliche Ausmaße angenommen hatte, begann das Zeitalter der “Zentralheizung” und der Brennstoffe Öl und Gas. Das ist – auch in Deutschland – nicht einmal eine Generation her!

Das Problem von Leistung und Energie

Wir Menschen streben in unseren Behausungen ganzjährig möglichst gleichmäßige Temperaturen, um die 20 °C an. Das Wetter spielt uns aber einen Streich. Die Außentemperaturen schwanken in unseren Breiten von rund –20 °C bis rund +35 °C. Wir müssen also heizen oder kühlen, um unsere Ansprüche zu erfüllen. Extreme Temperaturen sind aber selten, sodaß wir überwiegend nur wenig heizen oder kühlen müssen. Dies stellt unsere Anlagentechnik vor große technische und wirtschaftliche Probleme. Ist beispielsweise eine Zentralheizung für eine Außentemperatur von –10 °C ausgelegt, so muß sie an Tagen mit 0 °C nur noch 2/3 ihrer Leistung und an Tagen mit +10 °C gar nur noch 1/3 ihrer Leistung bereitstellen. Einzig die Warmwasserbereitung fällt das ganze Jahr über an. Sie kann je nach Geräteausstattung (Geschirrspüler, Waschmaschine) und “Wärmedämmstandard” des Gebäudes, einen beträchtlichen Anteil an den Heizkosten haben. Anders verhält es sich mit der Energie – das ist das Öl oder Gas auf unserer Heizkostenabrechnung – von dem mehr an den häufigen milden Tagen, als an den wenigen Extremen verbraucht wird.
Inzwischen setzt sich auch die Erkenntnis durch, daß alle “Energiesparmaßnahmen” (Wärmedämmung, Zwangslüftung etc.) erhebliche Investitionskosten erforderlich machen. Letztendlich nur eine Frage von “Kaltmiete” und “Heizkosten”. Darüberhinaus stellen sich noch Fragen der Architektur (Bestand, Denkmalschutz etc.) und vor allem der Gesundheit (Schimmelpilz etc.). Die “Nullenergiehäuser” sind nichts weiter, als eine ideologische Kopfgeburt.

Zentral oder dezentral

Bei jeder Verbrennung entstehen auch Schadstoffe. Bei Einzelfeuerungen sind sie technisch praktisch nicht in den Griff zu bekommen und noch weniger zu überwachen. Wer Öfen fordert, braucht sich um Feinstaub und krebserregende Stoffe in seiner Umwelt keine Gedanken mehr zu machen. Passives Rauchen und Autofahren wird heute von grünen Gesinnungstätern mit Körperverletzung gleichgesetzt. Demgegenüber wird der Gestank und das Gift aus Holzheizungen romantisiert und als “klimafreundlich” verkauft.
Nicht zuletzt die Brennstoffver- und Ascheentsorgung stellte in dichtbesiedelten Gegenden ein Problem dar. Ende des 19. Jahrhunderts installierte man dafür z. B. in Chicago spezielle U-Bahn-Systeme. Nachdem sich Zentralheizungen in modernen Gebäuden durchgesetzt hatten, boten sich Fernwärmesysteme (Dampf oder Heißwasser bzw. Kaltwasser zur Klimatisierung) an. Interessanterweise hat man von Anfang an Abwärme aus Kraftwerken (sog. Kraft-Wärme-Kopplung) für die Heizungen verwendet. Eine wesentlich bessere Auslastung konnte man erreichen, indem man im Sommer die Fernwärme für die Klimaanlagen nutzte (Absorptionskälteanlagen).
Ein Vorteil der zentralen Versorgung ist die umweltfreundliche Erzeugung. Nur Anlagen ab einer gewissen Größe kann man mit Filteranlagen, Betriebspersonal, einer ständigen Abgasanalyse usw. ausstatten. Dezentral (Gas- oder Ölkessel) muß leider passen, denn die jährliche Kontrolle durch den Schornsteinfeger kann damit nie mithalten.

Direkte oder indirekte Nutzung der Kernenergie?

Es gibt grundsätzlich drei Wege, die Kernenergie für die Gebäudeklimatisierung (Heizung und/oder Kühlung) zu nutzen:

  1. Einsatz der in einem Kernkraftwerk erzeugten elektrischen Energie um damit direkte elektrische Heizungen (z. B. Nachtspeicher oder Radiatoren) oder indirekte Systeme (Wärmepumpen und Kältemaschinen) zu betreiben. Dies ist ein sehr flexibler Weg, der besonders einfach ausbaubar ist. Bevorzugt wird er in Gegenden angewendet, in denen nicht so extreme Temperaturen (z. B. Südfrankreich) vorherrschen oder extrem unterschiedliche Nutzungen der Gebäude in Verbindung mit Leichtbau und Wärmedämmung (Schweden) vorliegen.
  2. Kraft-Wärme-Kopplung. Man koppelt aus der Turbine eines Kernkraftwerks Dampf – der bereits zum Teil Arbeit zur Stromerzeugung geleistet hat – aus und nutzt ihn über ein vorhandenes Rohrnetz. Einst wurde dies sogar in Deutschland gemacht (stillgelegtes Kernkraftwerk Stade) und seit Jahrzehnten bis heute in der Schweiz (KKW Beznau für die “Regionale Fernwärme Unteres Aaretal”). Allerdings erfordert dies Kernkraftwerke, die sich möglichst nahe an Ballungsgebieten befinden.
  3. Man würde reine “Heizreaktoren” bauen, die nur Wärme – wie ein konventioneller Heizkessel – für ein Fernwärmenetz liefern. Der Sicherheitsgewinn wäre so entscheidend (siehe nächster Abschnitt), daß man sie in den Städten bauen könnte. Eine Optimierung mit Wärmespeichern oder Spitzenlastkesseln könnte zu optimalen Ergebnissen bezüglich Kosten, Versorgungssicherheit und Umweltbelastungen führen.

Der nukleare Heizkessel

Gebäudeheizungen benötigen nur Vorlauftemperaturen unterhalb 90 °C. Will man auch noch Kälte für Klimaanlagen mit Hilfe von Absorptionskälteanlagen (üblich Ammoniak und Lithiumbromid) erzeugen, empfiehlt sich eine Temperatur von 130 °C bis 150 °C im Vorlauf des Fernwärmenetzes. Dabei gilt: Je höher die Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf ist, um so größer ist die transportierte Leistung und damit werden die erforderlichen Rohrdurchmesser um so kleiner. Bei sehr großen Leistungen (Hochhäuser und beengte Rohrleitungstrassen) muß man sogar auf ein Dampfnetz mit seinen spezifischen Nachteilen übergehen.
Für wirtschaftliche und sicherheitstechnische Bewertungen ist es ausschlaggebend, sich einen Überblick über das erforderliche Druckniveau zu verschaffen. Will man Wasser bei 90 °C verdampfen, benötigt man einen Druck von 0,7 bar, bei 130 °C von 2,7 bar und bei 150 °C von 4,8 bar. Umgekehrt gilt, man muß mindestens diese Drücke aufrecht erhalten, wenn man eine Verdampfung verhindern will. Alles meilenweit entfernt von den Zuständen, wie sie in jedem Kernkraftwerk herrschen.
Bei dem erforderlichen Druck- und Temperaturniveau könnte man also einen preiswerten “nuklearen Heizkessel” zum Anschluß an Fernheizungssysteme bauen ohne irgendwelche Abstriche an der Sicherheitstechnik machen zu müssen. Damit man möglichst viele Gebiete erschließen kann, empfiehlt sich ohnehin: Je kleiner, je lieber. Man könnte diese “nuklearen Heizkessel” als “nukleare Batterien” bauen, die komplett und betriebsbereit zur Baustelle geliefert werden und erst nach Jahrzehnten wieder komplett zum Hersteller zurück transportiert werden. Dort könnten sie überarbeitet und der Brennstoff nachgeladen werden. Es bietet sich damit ein interessantes Leasingmodell für Gemeinden an: Für Jahrzehnte billige Heizkosten zu garantierten Festpreisen.

Notwendige Entwicklungen

Eigentlich nicht viel, nimmt man Reaktoren für Schiffe als Ausgangspunkt. So hatte der Reaktor der Otto Hahn eine thermische Leistung von 38 MW. Sein Auslegungsdruck betrug 85 bar bei einer Temperatur von 300 °C. Für einen “nuklearen Heizkessel” schon viel zu viel. Trotzdem kam man mit Wandstärken von rund 50 mm aus. Er hatte eine Höhe von 8,6 m und einen Durchmesser von 2,6 m. Schon klein genug, um die ganze Fernwärmestation in einem mittleren Gebäude unterzubringen.
Wichtig ist, daß man bei den notwendigen Drücken und Temperaturen mit handelsüblichen Werkstoffen auskommt und nur (relativ) geringe Wandstärken benötigt. Dies vereinfacht die Fertigung und verringert die laufenden Kosten. Ausgehend von Leichtwasserreaktoren sind auch alle Berechnungsverfahren bekannt, erprobt und zugelassen. Die Konstruktion und das Zulassungsverfahren könnten sofort beginnen. Ein Bau wäre in wenigen Jahren realisierbar.

Wirtschaftliche Einflüsse

Die Investitionskosten sind natürlich höher als bei einem konventionellen Heizkessel. Dafür sind die Brennstoffkosten vernachlässigbar, sodaß sich trotzdem sehr attraktive Heizkosten ergeben würden. Betriebswirtschaftlich ist immer die Anzahl der “Vollbenutzungsstunden” ausschlaggebend. Zumindest in der Anfangsphase sollte daher nur die Grundlast (Warmwasser, Klimatisierung und Heizlast in der Übergangszeit) eines Fernwärmenetzes abgedeckt werden. Die Spitzenlast könnte – wie heute – weiterhin durch Öl- oder Gaskessel bereitgestellt werden.
Der nächste Schritt könnte eine Wärmespeicherung sein. Das Wetter (Außentemperatur, Wind und Sonne in ihrem Zusammenwirken) ändert sich ständig. Tagelange Kälteperioden mit satten Minusgraden sind in Deutschland eher selten. Gebäude und das Fernwärmenetz selbst, besitzen bereits eine erhebliche Speicherfähigkeit. Die Anforderung der Heizleistung wird bereits dadurch gedämpft. Mit relativ kleinen Zusatzspeichern kann man daher die Auslastung erheblich verbessern. Beispiel hierfür sind die handelsüblichen Brauchwasserspeicher in unseren Gebäuden. Großtechnische Speicher mit mehreren GWh sind bereits in bestehenden Fernwärmenetzen installiert. Wie gesagt, alles kann schrittweise erfolgen. Je nach Entwicklung der Brennstoffpreise und verordneten Nebenkosten (Luftverschmutzung etc.).
Heute wird immer weniger Kohle zur Heizung eingesetzt. Der Trend zu Öl und insbesondere Gas, hält unvermittelt an. Durch die Verwendung von Kernenergie für die Gebäudeheizung kann man sofort beträchtliche Mengen davon für Industrie und Verkehr zusätzlich verfügbar machen. Eine wesentlich wirksamere Maßnahme als z. B. das “Elektroauto”. Wo und wann wird denn die Luftverschmutzung unerträglich: In den Großstädten und (in unseren Breiten) im Winter. Eine abgasfreie Heizung würde eine durchschlagende Verbesserung bewirken. Holzheizungen und Faulgas sind Wege in die falsche Richtung, die die Belastung für Natur und Menschen nur unnötig erhöhen. Feinstaub z. B. kommt nicht nur aus dem Auspuff, sondern vor allem aus den unzähligen Kaminen.