Uran aus dem Meer: Atombrennstoff für die Ewigkeit

Uran aus dem Meer: Atombrennstoff für die Ewigkeit

Uran aus Meerwasser könnte die AKW dieser Welt für schier endlose Zeit antreiben. Noch aber sind die Verfahren, um Brennstoff aus dem Ozean zu ziehen, zu wenig effizient. China unternimmt nun einen neuen Anlauf, um die Gewinnung des radioaktiven Elements zu verbessern.

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von Alex Reichmuth am 16.6.2021, 09:00 Uhr
Geschätzte vier Milliarden Tonnen Uran sind in den Weltmeeren enthalten. Bild: Shutterstock
Geschätzte vier Milliarden Tonnen Uran sind in den Weltmeeren enthalten. Bild: Shutterstock
Die begrenzten Vorräte des Kernbrennstoffs Uran sind eines der wichtigsten Argumente, das Kritiker gegen einen Ausbau der Atomtechnologie vorbringen. Wenn man im grossen Stil neue AKW aufstellen würde, sagen sie, seien die Uranvorräte schon in ein paar Jahren bis Jahrzehnten erschöpft.
Das Argument verfängt nicht. Zum einen reichen die bekannten Uran-Vorräte in den Minen, um die Kernenergie beim jetzigen Ausbaustand für weitere 130 Jahre anzutreiben, wie Experten der OECD und der Uno geschätzt haben. Zum anderen könnte man auch Erze mit einer geringeren Urandichte nutzen, die bei heutigen Marktpreisen nicht rentabel abbaubar sind. Das wäre finanziell verkraftbar, denn die Brennstoffkosten machen nur einen geringen Teil der Gesamtkosten beim Betrieb von Atomkraftwerken aus.
Dennoch haben viele Länder ein Interesse, neue Brennstoff-Ressourcen zu erschliessen, um sich von Importen aus Ländern wie Kasachstan, Russland oder Niger unabhängig zu machen. Hier bietet sich Uran an, das im Meerwasser gelöst ist. Geschätzte vier Milliarden Tonnen der radioaktiven Elements befinden sich – enthalten in spezifischen Uranverbindungen – in den Ozeanen der Welt. Das ist 500 bis 1000 Mal so viel wie alle bekannten Vorräte in Erzlagerstätten. Allerdings ist die Konzentration von Uran im Wasser mit durchschnittlich drei Mikrogramm pro Liter äusserst gering. Die Schwierigkeit besteht darin, trotz solch kleiner Konzentrationen relevante Mengen des Atombrennstoffs aus dem Wasser zu ziehen.

Der grosse Durchbruch lässt noch auf sich warten

Versuche, das zu schaffen, gibt es seit den 1980er-Jahren. Es geht darum, Substanzen zu entwickeln, an die sich Uranverbindungen besonders gut binden. Das ist nicht leicht, denn Uranverbindungen sind sehr stabil und binden sich nur selten mit anderen Materialien. Vor allem die USA, Japan und China tüfteln an entsprechenden Verfahren. Die Effizienz konnte zwar schon erheblich gesteigert werden, aber der grosse Durchbruch lässt noch auf sich warten.
Nun hat China eine neue Initiative punkto Urangewinnung aus Meerwasser angekündigt. Wie die «South China Morning Post» kürzlich berichtete, plant das Land eine Einrichtung, die in der Lage ist, jährlich viele Tonnen an Uran aus dem Ozean zu gewinnen. Die Produktionsstätte soll etwa in zehn Jahren in Betrieb gehen. Die Chinesische Akademie für technische Physik leitet das Projekt, unterstützt von der Chinesischen Akademie für Wissenschaft.

Die Nuklearindustrie gilt in China als strategisch wichtige Industrie und als Stütze der nationalen Sicherheit.


China hat angekündigt, bis 2060 CO2-neutral zu werden. Der Ausbau der Atomkraft soll helfen, dieses Ziel zu erreichen. Derzeit stellt das Land jährlich sechs bis acht neue Reaktoren auf. Die Nuklearindustrie gilt in China als strategisch wichtige Industrie und als Stütze der nationalen Sicherheit. Bis 2030 will das Land die weltweit grösste Macht punkto Atomenergie werden.

Eher knappe Uranvorräte in China

China hat ein hohes Interesse an neuen Uranquellen, da die verfügbaren Vorräte eher knapp sind. Die heute bekannten Reserven im eigenen Land betragen laut «South China Morning Post» nur 170’000 Tonnen. Angesichts der derzeitigen Ausbaugeschwindigkeit benötigen die chinesische Atomreaktoren aber ab 2035 jährlich 35’000 Tonnen Uran – das heisst, die Reserven würden dann nur fünf Jahre reichen.
Welche Methode China bei der Uran-Extraktion aus dem Meer anwenden will, ist bisher nicht bekannt. Wie es funktionieren könnte, hat das Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) im US-Bundesstaat Washington vor drei Jahren gezeigt. Dem PNNL ist es damals gelungen, das strahlende Element mit viel geringerem Aufwand als bisher aus dem Ozean zu ziehen.

Die Wissenschaftler tauchten eine Reihe von Faserbündeln für einen Monat in einen Tank, der von frischem Meerwasser aus dem nahen Pazifik durchspült war.


Dabei setzte das Labor sogenannte Uran-Fänger ein: Bündel aus Acrylfasern, die chemisch modifiziert waren. Die Fasern enthielten bestimmt Amidoxim-Moleküle, die die Forscher zuvor in jahrelanger Arbeit entwickelt hatten. An diesen Molekülen lagern sich gelöste Uranverbindungen besonders gut ab.
Die Wissenschaftler tauchten nun eine Reihe solcher Faserbündel je für einen Monat in einen Tank, der von frischem Meerwasser aus dem nahen Pazifik durchspült war. Nach einem Monat legten sie die Bündel in ein Säurebad, um das darin abgelagerte Uran abzuscheiden. Die Bündel standen anschliessend für den nächsten Einsatz bereit.

Kosten von mehreren hundert Dollar pro Pfund

Nach dreimaligem Wiederholen dieses Vorgangs resultierte eine Ausbeute von fünf Gramm an sogenanntem Yellowcake – einem Pulver aus Uranverbindungen, das Ausgangsprodukt für die Herstellung von Brennstäben ist. Fünf Gramm tönt zwar nach wenig. Aber Uran hat eine Energiedichte, die 10’000 mal höher ist als die von Erdöl und 14’000 mal höher als von Steinkohle. Das PNNL ist derzeit daran, die Tests im Golf von Mexiko zu wiederholen, wo das Wasser wärmebedingt drei- bis fünfmal mehr Uran als im Pazifik enthält.
Dennoch sind die Verfahren zur Gewinnung von Uran aus Meerwasser derzeit unwirtschaftlich. Auch bei weiteren wissenschaftlichen Erfolgen ist im besten Fall von Kosten von mehreren hundert Dollar pro Pfund zu rechnen. Der Marktpreis von Uran liegt im Moment aber bei rund 30 Dollar pro Pfund. Weltweit ist ein Überangebot des Kernbrennstoffs zu verzeichnen, weshalb die Preise im Keller sind.

Uran hat eine Energiedichte, die 10’000 mal höher ist als die von Erdöl und 14’000 mal höher als von Steinkohle.


Sollte die Urangewinnung aus dem Ozean technisch aber deutlich verbessert werden, könnte die Methode zu einer Option für die Atomindustrie werden. In diesem Fall stünden Energiemengen bereit, die den Bedarf der Menschheit für Zehntausende Jahren abdecken. Zudem löst sich bei sinkendem Gehalt im Ozean neues Uran aus dem umliegenden Gestein, sodass der Vorrat schier unendlich ist. Atomkraft wäre dann definitiv eine erneuerbare Energiequelle.
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