2011 beschloss Deutschland nach der Katastrophe von Fukushima, die gesamte Atomenergie einzustellen. Der Prozess sollte im vergangenen Jahr enden, wurde aber aufgrund von Energieunsicherheiten, die durch den Krieg in der Ukraine verursacht wurden, verlängert. Infolgedessen sind die CO2-Emissionen des Landes nur langsam zurückgegangen, obwohl die Produktion erneuerbarer Energien in Deutschland weiter zunimmt.

Obwohl es keine Anzeichen dafür gibt, dass die Vereinigten Staaten Deutschland auf diesem Weg folgen werden – die Biden-Regierung subventioniert aktiv Kernkraftwerke, um sie am Laufen zu halten – hat die Wirtschaftlichkeit der Kernenergie zu einer Reihe von Kraftwerksstilllegungen geführt. Sie ist derzeit die zweitteuerste Energiequelle, knapp vor Offshore-Wind, da die Windkosten weiter sinken. Es besteht daher eine gute Chance, dass der Beitrag der Kernkraft zum amerikanischen Netz zurückgeht.

Eine neue Analyse zeigt, dass ein Rückgang der Atomkraft im derzeitigen US-Netz genug zusätzliche Umweltverschmutzung bedeutet, um jedes Jahr mehr als 5.000 Todesfälle zu verursachen, und die Last dieser Todesfälle wird überproportional auf schwarzen Amerikanern lasten. Aber in einem zukünftigen Netz, in dem erneuerbare Energien in ausreichendem Maße vorhanden sind, um den Verlust der Kernenergie auszugleichen, können fast alle diese zusätzlichen Todesfälle vermieden werden.

Keine Atomkraft?

Die neue Arbeit zielte darauf ab, zu projizieren, was passieren würde, wenn die Vereinigten Staaten alle ihre Kernkraftwerke abschalten und ihre Energie durch eine Reihe verschiedener Optionen ersetzen würden. Die erste bestand einfach darin, vorhandene Erzeugungsquellen zu nutzen, die hauptsächlich in Zeiten außergewöhnlich hoher Nachfrage genutzt werden – dies sind hauptsächlich Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen. In anderen Szenarien werden Atom- und Kohlekraftwerke gleichzeitig abgeschaltet, oder erwartete Ergänzungen erneuerbarer Energiequellen ersetzen einen Teil der verlorenen Kernenergieerzeugung.

Diese Szenarien sind eindeutig unrealistisch. Das Netz ist ständig in Bewegung, da jedes Jahr Anlagen außer Betrieb genommen und neue Erzeugungskapazitäten ans Netz gehen, aber es vollzieht keine plötzlichen Alles-oder-Nichts-Übergänge wie diese. Die Einfachheit der Änderungen hilft den Forschern jedoch, Änderungen der Umweltverschmutzung zu verfolgen, wenn der Verbrauch fossiler Brennstoffe zunimmt, um den Verlust von Kernenergie auszugleichen. Dies wiederum ermöglicht es ihnen, die Auswirkungen dieser Verschmutzung zu verfolgen: Änderungen der Feinstaub- und Ozonbelastung und die damit verbundenen gesundheitlichen Auswirkungen. Und weil wir wissen, wo sich bestehende Produktionsanlagen befinden, können Forscher wissen, wer von Änderungen der Verschmutzung betroffen sein wird.

Die Atomkraft abzuschaffen bedeutet, viele ältere, weniger genutzte Kraftwerke anzuschalten, und das bedeutet vor allem Kohle. Trotz dieser Änderungen verfügen die Vereinigten Staaten derzeit nicht über genügend freie Erzeugungskapazitäten, um ihren gesamten Bedarf zu decken. Die größten Probleme treten in Texas auf, wo das Netz bereits unter extremen Wetterbedingungen zu kämpfen hat. Forscher haben herausgefunden, dass der Lone Star State ohne Atomkraft Schwierigkeiten haben wird, die Nachfrage während der normalen Sommerhitze zu decken. Die Abschaltung der Kernenergie würde daher den Bau zusätzlicher Produktionsmittel erfordern.

Offensichtlich würde ein Stopp sowohl der Atomkraft als auch der Kohle noch mehr Baumaßnahmen erfordern. Mehr als die Hälfte der Vereinigten Staaten würde in diesem Szenario Schwierigkeiten haben, die aktuelle Nachfrage ohne Neubauten zu decken.

Umweltverschmutzung bewegen

Das Basisszenario reicht einige Jahre zurück, als Gas 32 % der Stromerzeugung und Kohle 31 % lieferte (Kohle lag letztes Jahr unter 20 %). Während Erdgas leicht auf 39 % des Energiemixes ansteigt, erreicht der Einsatz von Kohle in diesem Szenario 45 % der US-Produktion. Dadurch erhöht sich der Ausstoß von Schadstoffen, die zu Partikeln führen: 42 % mehr Stickoxide und 45 % mehr Schwefeldioxid werden emittiert. Die starke Abhängigkeit von Kohle erhöht auch die Kohlendioxidemissionen um mehr als 40 %. Auch die Ozonbelastung nimmt zu.

Kernkraftwerke sind stark im Osten der Vereinigten Staaten konzentriert, so dass dort die meisten Verschmutzungszunahmen zu finden sind. Die Anlagen, die den Verlust der nuklearen Produktion kompensieren, befinden sich jedoch möglicherweise nicht im selben Gebiet (oder im selben Staat) wie das Kernkraftwerk, sodass es zu einer geografischen Verschiebung der Verschmutzung kommt.

Mit der Abschaltung von Atomkraft und Kohle dominiert Erdgas die Stromerzeugung und liefert drei Viertel des gesamten Stroms in den Vereinigten Staaten. In diesem Szenario sind wir sogar abhängig von der Produktion von Öl und Diesel, die etwa 2 % des Stroms liefern. Erdgas ist schwefeldioxidarm, daher sinken diese Emissionen um etwa ein Viertel. Die Stilllegung der Kohleproduktion gleicht den Verlust der Kernenergie in Bezug auf die CO2-Emissionen mehr als aus, die nur um 5 % steigen. Auf der anderen Seite produziert Erdgas immer noch Stickoxide, diese steigen also um 194 %.

Der erwartete Zubau erneuerbarer Energien hingegen gleicht den Wegfall der Kernenergie mehr als aus. Die Verwendung von Erdgas ändert sich kaum und steigt von 32 % auf 33 % der Produktion, während Kohle von 31 auf 34 % steigt. Die Emissionsprofile bleiben weitgehend ähnlich, aber es gibt regionale Veränderungen, wobei die Verschmutzung im Westen abnimmt, im Osten jedoch zunimmt.

Zählen Sie die Gebühren

Die Auswirkungen der Feinstaub- und Ozonbelastung wurden umfassend untersucht, und es ist möglich, die gesundheitlichen Auswirkungen abzuschätzen, die diese Veränderungen auslösen werden. Für diese Studie rechnen die Forscher dies jedes Jahr in zusätzliche Todesfälle durch erhöhte Umweltverschmutzung um. Für den Klimawandel schätzten die Forscher die kumulierten Todesfälle, die bis zum Ende des Jahrhunderts aufgrund zusätzlicher Kohlenstoffemissionen jedes Jahr auftreten würden.

Im nicht-nuklearen Szenario würde Feinstaub jedes Jahr 3.600 zusätzliche Todesfälle verursachen, und Ozon würde weitere 1.600 verursachen, also insgesamt etwas mehr als 5.000. Auch dies wiederum hauptsächlich in den östlichen Bundesstaaten. Abhängig von den Standorten der Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen, die aktiviert würden, würden die Auswirkungen die schwarzen Amerikaner am härtesten treffen. Je nach Klimasensitivität würden Kohlendioxidemissionen bis zum Ende des Jahrhunderts zwischen 78.000 und 170.000 vorzeitige Todesfälle verursachen.

Das hat natürlich einen finanziellen Aufwand. Basierend auf Sterblichkeitsschätzungen der US-Regierung beziffern Forscher die jährlichen Kosten der Umweltverschmutzung auf 40 Milliarden US-Dollar. Unter Verwendung verschiedener Schätzungen der sozialen Kosten von Kohlenstoffemissionen im Bereich von 11 bis 180 Milliarden US-Dollar. Der Ausstieg aus der Kernenergie ohne emissionsarmen Ersatz ist also ziemlich teuer – denken Sie daran, dies sind nur die Kosten eines Jahres.

Das hier untersuchte Szenario ist das No-Nucleos/High-Renewables-Szenario. Und das erreicht ziemlich genau das, was Sie erwarten würden, nämlich eine Nettoveränderung von nur 260 zusätzlichen Todesfällen pro Jahr aufgrund geringfügiger Änderungen beim Verbrauch fossiler Brennstoffe. (Der Partikeltod nimmt um etwa 1.000 pro Jahr zu, während der Ozontod um 720 gegenüber dem Ausgangswert zurückgeht.)

Auch dies ist ein unrealistisch einfaches Szenario. Selbst wenn die Vereinigten Staaten die Atomkraft aufgeben würden, würden sie dies schrittweise tun. Und ohne Speicherung und fortschrittliches Netzmanagement werden erneuerbare Energien nicht in der Lage sein, die gesamte Kernkraft, die wir derzeit produzieren, direkt zu ersetzen.

Gleichzeitig ermöglicht die Einfachheit der Studie den Forschern, alle Einsparungen durch Kernenergie abzuschätzen, die sich nicht im Wert des von ihnen erzeugten Stroms widerspiegeln, was dazu beitragen kann, die höheren Betriebskosten von Kraftwerken auszugleichen. Darüber hinaus zeigt die Analyse, dass selbst ein relativ schnelles Wachstum der erneuerbaren Energien es uns nur ermöglichen würde, bei Verschmutzung und Emissionen auf der Stelle zu treten, wenn wir keine Möglichkeiten finden, die Lebensdauer bestehender Kernkraftwerke zu verlängern. Und diese Informationen können bei der Festlegung der Energiepolitik sehr wertvoll sein.

Naturenergie, 2023. DOI: 10.1038/s41560-023-01241-8 (Über DOIs).