Manche Probleme tauchen in der gleichen Form immer wieder auf. Darunter auch die Frage, ob uns nicht irgendwann irgendein wichtiger Stoff für irgendetwas ausgeht. Die Frage habe ich schon einmal hier im Blog besprochen, jetzt möchte ich das gleiche einmal hier für Uran tun.

Die Befürchtung, dass eines Tages das Uran ausgehen wird, ist so alt wie die Kernkraft selbst. Tatsächlich waren diese Befürchtungen am Anfang sehr viel stärker, als man in den USA der 50er und 60er Jahren noch von einem exponentiellen Anstieg des Energiebedarfs in allen Formen ausging. Seit den 70er Jahren gibt es diesen Anstieg nicht mehr. Damit änderte sich natürlich auch die Einschätzung der Lage. Die bekannten Vorkommen würden nach der neuen Einschätzung über 100 Jahre reichen. Mit dem Ende des kalten Krieges in den 90er Jahren kam noch dazu sehr viel ehemals sowjetisches Uran aus der Waffenproduktion auf den Markt. Parallel dazu wurden auch die Forschungsgelder für die Entwicklung neuer Kernreaktoren zusammengestrichen, die eine viel effizientere Nutzung des Urans ermöglicht hätten.

Konservativen Abschätzungen gehen davon aus, dass Kernreaktoren nur etwa 0,5% der gesamten Uranmasse für die Energieerzeugung nutzen. Das gilt aber nur, wenn man keinerlei Anstrengungen unternimmt das Uran möglichst gut auszunutzen. Durch die Benutzung besserer Reaktoren wie dem EPR und Aufarbeitung der Brennstäbe kann man die 4-5 fache Menge Energie erzeugen. (Der EPR ist ein Druckwasserreaktor, aber mit einigen Optimierungen hat man die Brutquote von 50-60% auf 80% steigern können. Das heißt, dass dort nur noch 20% des gespaltenen Materials U-235 sind, statt der üblichen 40-50%.)

Die bekannten Vorkommen werden von den Berichten der OECD beim Uran unterteilt in Gruppen, je nach Kosten für den Abbau. Die höchste Gruppe hat Kosten von $50-100 pro Pfund, oder $130-260 pro kg. Je nach Wechselkurs sind das im langjährigen Schnitt etwa 200 Euro/kg. Das ist aber schon weit über dem Marktpreis, der mit wenigen Ausreißern weit unter $100/kg schwankt. Entsprechend wenig enthusiastisch geht man bei der Suche nach weiteren Vorkommen der hohen Preiskategorie vor.

Aus Sicht der Energieerzeugung ist der Preis für das Uran damit völlig unerheblich. Mit der Spaltung von 1kg Uran kann man etwa 8 Millionen kWh Strom erzeugen. (Bei einer Effizienz von ~38%, je nach konkretem Kraftwerk ist es etwas mehr oder weniger.) Selbst wenn man nur 0,5% des Urans benutzt, reicht das immer noch für 40.000 kWh pro kg. Mit aktuellen Druckwasserreaktoren und Aufarbeitung der Brennstäbe könnte man den Wert bis auf 200.000kWh steigern, mit optimierter Anreicherung auch noch mehr.

Je nach Marktpreis wird das Uran heute von 0,7% bis auf 0,2% oder 0,3% abgereichert. Bei höherem Preis könnte man auch noch weiter abreichern. Inzwischen werden teilweise auch die übriggebliebenen “Tailings” aus den 90er Jahren wieder angereichert, als der Uranpreis wegen Uran aus dem russischen Kernwaffenprogramm extrem niedrig und die Kosten für die Anreicherung in den veralteten amerikanischen Anlagen sehr hoch war. Bei höheren Preisen würde man die Ausbeute wohl weiter optimieren.


Aber auch ohne all das würde das Uran am oberen Ende der $260/kg Kategorie nur Kosten von einem halben Cent pro kWh verursachen. Mit Aufarbeitung der Brennstäbe wären es nur noch 0,1 ct/kWh. Bevor der Uranpreis mehrere Cent zum Strompreis eines konventionellen Kernkraftwerken beitragen würde, müsste er auf weit über $1000/kg steigen. Dann würde man aber anfangen schnelle Brüter zu bauen oder verstärkt auf Thorium zu setzen.

Das sollte man im Hinterkopf haben, wenn man den OECD Bericht liest. Der gibt die aktuellen Reserven für Preise bis $260/kg mit über 7,5mio Tonnen an (S.22 des pdf, die Seitenzahl auf der Seite ignoriere ich). Aber wenn man sich die Aufstellung der Mengen nach Preisen auf S. 28 anschaut, dann findet man der oberen Preiskategorie erstaunlich wenige Vorkommen.

Das liegt nicht daran, dass Uran nur billig oder gar nicht vorkommt. Es liegt daran, dass man Uran nur dort sucht, wo man auf billig abbaubare Vorkommen hofft. Nach teuren Vorkommen sucht man hauptsächlich in Ländern, die danach aus strategischen Gründen suchen. Indien ist so ein Fall. Dort gibt es nur kleine, teuer abzubauende Vorkommen von Uran. Dafür hat Indien große Vorkommen an Thorium, das dort heute schon in den Kernreaktoren benutzt wird. (Angereichertes Uran wird dort benutzt um die Kettenreaktion in Gang zu bringen, das aus Thorium erbrütete Uran trägt aber einen großen Teil dazu bei, sie länger in Gang zu halten.)

Die 7,5mio Tonnen Uran reichen beim derzeitigen Verbrauch für weit mehr als 100 Jahre. Aber selbst diese Zahlen sind nicht fix. Beim Report davor waren es noch über 10mio Tonnen, weil beim aktuellen Report keine Zahlen von den USA gemeldet wurden. Die betrugen zuletzt etwa 3mio Tonnen, werden aber gerade neu eingeschätzt und damit fielen die Vorkommen ganz heraus. Sie hätte auf die aktuelle Situation ohnehin keinen Einfluss.

Der niedrige Marktpreis und die großen Reserven relativ billig zu förderndes Uran führen dazu, dass weder nach teuren Vorkommen noch nach billigeren Abbaumethoden gesucht wird. Es ist wie beim Erdöl. Über Jahrzehnte waren dort Vorkommen von Ölsanden und Schieferöl bekannt, aber sie wurden nicht gesucht, nicht zu den Reserven gezählt und auch kaum Anstrengungen für den Abbau unternommen. Wegen der großen Vorkommen anderswo und den niedrigen Preisen gab es dafür sehr lange Zeit keinen Grund. Inzwischen hat man die Technik so weit entwickelt, dass man Schieferöl teilweise profitabel für unter $30/Barrel fördern kann.

Allein die im Bericht genannten Vorkommen von Uran in phosphorhaltigem Gestein und Schiefer liegen im Bereich einiger zig Millionen Tonnen. Die gesamte Menge von Uran in solchen und ähnlichen Vorkommen sind nach Schätzungen von Geologen (S.10) etwa 100-1000 mal so groß wie die zur Zeit für den Abbau untersuchten Vorkommen. Dazu kommen noch etwa 4,5 Milliarden Tonnen Uran im Meerwasser. Für die Gewinnungskosten gibt es verschiedene Abschätzungen. Die niedrigen liegen bei etwa $300/kg, die höheren bei etwas über $1000/kg. Bei aktuellen Marktpreisen ist das nicht im Ansatz profitabel. Es wird entsprechend in den einschlägigen Abschätzungen der Vorkommen kaum angesprochen. Aber die Kosten sind nur zu hoch für den Uran-Weltmarkt, nicht für die Energieerzeugung. Selbst bei relativ pessimistischen 100.000kWh/kg würde Uran aus Meerwasser für 1000 Euro/kg nur ein Cent pro kWh zum Preis beitragen.

Wenn heute gesagt wird, dass die Vorkommen eine Reichweite von 120 Jahren haben (oder was auch immer), dann heißt das nicht, dass es dann kein Uran mehr in der Erde gibt. Ganz abgesehen davon ist das heute verschwenderisch “verbrauchte” Uran nicht weg. Es ist immer noch in den gebrauchten Brennstäben und abgereichertem Uran, dem sogenannten Atommüll, enthalten. Mit passenden Reaktoren könnte man es jederzeit wieder verwenden und das 200fache der Energiemenge erzeugen, die man bereits erzeugt hat, ohne auch nur eine Tonne Erz fördern zu müssen.

Mit einer Tonne Uran kann man etwa ein Jahr lang ein GW Strom erzeugen. Die ganze Welt verbraucht derzeit knapp 2500GW Strom. Die vorhandene Menge von Uran geht in die zig Milliarden von Tonnen, entsprechend wird uns das Uran auch in hunderttausenden Jahren nicht ausgehen, selbst wenn man Strom aus nichts anderem erzeugt (was ich nicht empfehlen würde).

Damit sollte diese Frage entgültig beantwortet sein.

Kommentare (11)

  1. #1 Chemiker
    8. September 2015

    Notfalls kann man es ja auch durch kata­lyti­sche Hydrie­rung von Urin in beliebigen Mengen gewinnen. ☺

  2. #2 Johannes
    8. September 2015

    Wieder mal ein wasgeht-Artikel, wie ich sie liebe: Eine Frage, über die man immer wieder stolpert, wird mit Zahlen fundiert beantwortet und es kommt heraus, dass die ganze Panikmache völlig umsonst ist.

    Danke!

  3. #3 sowhat
    8. September 2015
  4. #4 dgbrt
    8. September 2015

    Ich habe vor kurzem hier gesagt, dass das Uran noch für ca. 200-300 Jahre ausreicht. Etwa gleichbleibenden Verbrauch habe ich natürlich unterstellt.

    Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe ging im Jahr 2010 übrigends nur von 2,5 Millionen Tonnen Reserven aus: Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen.

    Nur damit keine Verwechslungen passieren: Reserven sind wirtschaftlich sinnvoll abbaubare Vorkommen. Ressourcen sind alle bekannten Vorkommen, auch die, bei denen sich ein Abbau nicht lohnt.

    Und das Beispiel Ölsand ist wohl das beste Beispiel, wie man zukünftige Ressourcen nicht erschließen sollte. Da werden Regionen, so groß wie das Saarland, komplett zerstört. Die Natur braucht Jahrzehnte, um sich davon zu erholen. Und das alles für Mengen, die bei der weltweiten Ölförderung verschwindend gering sind.

    Noch mal zum Uran: Es gibt 4,5 Milliarden Tonnen Uran im Meerwasser. Das bei 1.332 Milliarden Kubikkilometern Wasser in den Weltmeeren. Das sind ca. 1.300.000.000.000.000 Milliarden Tonnen Wasser. In industriellen Maßstäben da Salz herauszufiltern ist ja schon nicht einfach, aber Uran?

  5. #5 Stefan Hippler
    9. September 2015

    “Die ganze Welt verbraucht derzeit knapp 2500GW Strom.”

    GW ist eine Leistung, Energie pro Sekunde. Die gängige Einheit für elektrische Energie ist kWh. Es ist schwer eine Leistung zu verbrauchen. Lt. Wikipedia wurden in 2011 weltweit ca. 20000 Terawattstunden verbraucht, oder ca. 2E13 kWh, oder 20 Billionen kWh.

    • #6 wasgeht
      9. September 2015

      Lass mich diesen Satz in SI Einheiten umformulieren. “Die ganze Welt verbraucht derzeit knapp 2500GJ Strom pro Sekunde.”

      Merkst du etwas? Richtig. Das ist ein Verbrauch pro Sekunde und du hast an der falschen Stelle das Klugscheißerorgan angeworfen.

  6. #7 Struppi
    9. September 2015

    Genau!

    Das Uran holt man – für 300 Dollar die Tonne – aus dem Meerwasser. Damit spart man sich dann die Propeller die den Wind über der Nordsee bremsen und verhindert damit gravierende Klimaauswirkungen.

    Chapeau, das ist die Lösung!

    Irgendwie habe ich das Gefühl, dass hier im Blog mit unterschiedlichen Maßstäben argumentiert wird, aber das geht vermutlich nur mir so …

    Früher habe ich auch immer gerne das PM Magazin geelesen

    • #8 wasgeht
      9. September 2015

      Es ging um die Frage, ob uns das Uran ausgeht oder nicht. Noch dazu habe ich völlig unzweideutige in den Artikel geschrieben, dass ich nicht im Ansatz dafür bin, die gesamte Energieversorgung durch Kernkraft zu bewerkstelligen. Das tat ich, weil ich dieser Überzeugung bin und weil ich genau solche Kommentare erwartet habe, wenn ich es nicht explizit dazu schreibe.

      Und nun kommt trotzdem wieder ein Kommentar, in dem man mir unterstellt, ich wäre für eine völlig idiotische, einseitige Energieversorgung.

      Die deutsche Grammatik gibt uns den Konjunktiv um über Dinge in der Möglichkeitsform zu sprechen. Das habe ich hier getan. Ich habe ein absolutes Extremszenario aufgestellt um zu zeigen, dass die Behauptung, dass uns das Uran ausgeht, Unsinn ist.

      Gebunden war das alles an wissenschaftliche Erkenntnisse über die Größe und Art von Uranvorkommen. Genauso wie der Artikel über die Grenzen der Windkraft an wissenschaftliche Erkenntnisse über die Natur von Luftstörmungen gebunden war. Hätte ich den nicht schreiben sollen? Wäre die Welt ein besserer Ort, wenn niemand darüber schriebe, dass Windkraft die Windgeschwindigkeiten verlangsamt? Würde das nicht passieren, wenn niemand darüber schriebe?

      Ich argumentiere in beiden Fällen mit dem gleichen Maßstab. Nämlich der Frage, was geht oder was nicht geht.

      Es geht hier nicht um die Frage, was man tun soll und was nicht. Es geht um die Frage der Möglichkeiten. Was würde es bedeuten, wenn ich hier die von ihnen implizit geforderten moralischen Maßstäbe der deutschen Gesellschaft in der Argumentation anlegen würde?

      Dann müsste ich moralische Maßstäbe für die Argumentation anlegen, was in der Natur möglich ist und was nicht. Wie dumm wäre das?

      Es fällt ihnen offenbar sehr schwer zu akzeptieren, dass uns das Uran nicht im Ansatz so schnell ausgehen kann, wie es behauptet wird. Denn außer einem sarkastischen Kommentar sehe ich hier keine sachlichen Argumente. Schon die sachliche Tatsache, dass uns das Uran so schnell nicht ausgehen wird, können sie nicht akzeptieren. Warum sollte sie das stören? Ist ihre Position so schwach, dass jedes Argument gegen Kernkraft unbedingt verteidigt werden muss, selbst wenn es den Tatsachen widerspricht? Wenn es viele Gründe gibt, gegen Kernkraft zu sein, dann gibt es keinen Grund einem Argument hinterher zu trauern, wenn es sich als sachlich falsch erwiesen hat.

      Einen Grund dafür gibt es nur, wenn man andere Leute durch die Zahl der Argumente beeindrucken will und sich nicht daran stört, ob die Argumente stimmen oder nicht.

  7. #9 Physiker
    9. September 2015

    Ich wundere mich grade, dass bisher noch gar nicht der “EROEI” (energy returned on energy invested) erwähnt wurde. Dieser Faktor ist zwar bei der Nuklear-Energie irrelevant, wird aber heftig beim Erdöl und Ersatzkraftstoffen diskutiert (der andere Thread ist ja leider bereits geschlossen). Dürfen wir dazu noch einen Blog-Artikel erwarten?

    • #10 wasgeht
      9. September 2015

      Ich habe die alten Diskussionen (jetzt) wieder geöffnet.

      Mag sein, dass ich die Kommentare irgendwann wieder nach einem längeren Zeitraum schließe, aber vorerst nicht.

      Ob zum EROEI ein Artikel kommt oder nicht, werde ich sehen. Ich habe bisher zu selten Diskussionen gesehen, die den Begriff sinnvoll, mit Erkenntnisgewinn *und* mit guten Daten belegt verwendet hätten.

      Gerade bei nachwachsenden Rohstoffe gleitet es sehr leicht in esoterische Diskussionen ab, in denen den Diskutanten selbst nicht klar ist, welche Annahmen sie gerade treffen und welche Faktoren sie in den Energieverbrauch einbeziehen und welche nicht.

  8. #11 Stefan Hippler
    11. September 2015

    “Lass mich diesen Satz in SI Einheiten umformulieren. “Die ganze Welt verbraucht derzeit knapp 2500GJ Strom pro Sekunde.”
    Merkst du etwas? Richtig. Das ist ein Verbrauch pro Sekunde und du hast an der falschen Stelle das Klugscheißerorgan angeworfen.”
    Warum so aggressiv?
    Oder ist das hier gar kein Science Blog?
    Ich bleibe dabei, die gängige Einheit für elektrische Energie ist kWh und nicht J/s.