The Paris climate agreement and new nuclear power concepts Der Pariser Klimaabkommen und neue Kernenergiekonzepte Aliki van Heek Loreta Stankeviciute Frederik Reitsma Stefano Monti IAEA Department of Nuclear Energy PESS - Planning and Economic Studies Section, Unit 3E Analysis NPTDS – Nuclear Power Technology Development Section

IEWT 2017 TU Wien 15.-17. Februar 2017

Überblick • Das Pariser Klimaabkommen • Emissionen im Energie- und Stromsektor • Rolle der Kernenergie heute und in der Zukunft • Innovative Kernenergiekonzepte • Schlußfolgerungen

Das Pariser Abkommen (1)

• Ab 1995 jährlich: United Nations Climate Change Conferences: Conference of Parties (COP) - UN-Klimakonferenzen • United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) - Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen •

3. in Kyoto 1997

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21. in Paris 2015 (COP-21)

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Langfristiges Ziel: den durchschnittlichen globalen Temperaturanstieg auf weit unter 2°C über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen (und auf 1,5°C anstreben)

Das Pariser Abkommen (2) • Länderpläne zur Eindämmung der Emissionen: Vorgesehene staatlich festgelegte Beiträge (INDC) • INDC noch nicht ausreichend zum 2°C Ziel → mehr Ambition aus Ländern erforderlich

Source: Derived from Climate Action Tracker, UNEP and IEA

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Das Pariser Abkommen (3) Dynamischer Mechanismus zur Bestandsaufnahme und Verstärkung der Klimaschutzzusagen

2018: Spezieller IPCC-Bericht: - Auswirkungen von 1,5 °C - entsprechende globale Treibhausgasszenarien

Energie- und strombezogene Emissionen  Energie – größte Quelle der globalen anthropogenen Treibhausgasemissionen  Davon 37% Elektrizität – am schnellsten wachsende Anteil 2014 → 2040: 24 → 34 - 43 PWh  → Schlüssel zur Erreichung des Ziels des Pariser Abkommens (2°C Ziel): Dekarbonisierung des Stromsektors

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Vergleich der Treibhausgasemissionen der Elektrizitätserzeugungstechnologien Lebenszyklusanalyse: Berechnung der Treibhausgasemissionen aus allen Phasen des Lebenszyklus einer Technologie, pro erzeugter Elektrizitätseinheit

Source: IAEA with data from Ecoinvent 7

Fokus auf Kernenergie - IAEA • • • •

IAEA = International Atomic Energy Agency IAEA: Organisation der Vereinten Nationen IAEA: Zentrum für die Zusammenarbeit im Nuklearbereich IAEA setzt sich für eine sichere und friedliche Kernenergienutzung ein • 3 Bereiche: Energie, Sicherheit, Anwendungen • → informiert ihre Mitgliedsstaaten, wie die Kernenergie zur Bekämpfung des Klimawandels beiträgt und in Zukunft beitragen kann.

Dekarbonisierung des Stromsektors: Anteile der Erzeugungstechnologien Basierend auf dem IEA-Szenario für das 2°C-Ziel

Anteil der Kernenergie wächst im 2°C Szenario auf 16%

Energiepolitische Szenarien der OECD IEA: Berücksichtigung der von den Staaten angekündigten politischen Pläne und Verpflichtungen: • nationale Zusagen zur Unterstützung erneuerbarer Energien, • Entscheidungen über die Erweiterung oder den Ausstieg aus der Kernenergie, • Verpflichtungen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen, 9 • Pläne zur Abschaffung der Subventionen für fossile Energie.

Pariser Abkommen betont Innovation Innovation ist absolut kritisch für: - eine wirksame, langfristige Reaktion auf den Klimawandel, - die Förderung von Wirtschaftswachstum, - nachhaltige Entwicklung → Unterstützt öffentliche und private F+E und Demonstration Kernenergie: eine der Energiequellen mit den niedrigsten Emissionen (auf Lebenszyklusbasis). Aber demgenüber stehen Herausforderungen, wie: - Auswirkungen von Unfällen mit langzeitigen Konsequenzen außerhalb des Kraftwerksgeländes - Entsorgung radioaktiver Abfälle → berücksichtigt in fortschrittlichen Reaktorkonzepten 10

Fortschrittliche Reaktorkonzepte: fundamentale Änderungen • Brennstoff fundamental anders gestalten: • Heutige Technologie: keramische Uranhaltige Pellets in metallischen Hüllen

• Alternativen: – Vollkeramischer temperaturbeständiger Brennnstoff – Flüssiger Brennstoff: Uran gelöst im flüssigem Salz

Fortschrittliche Reaktorkonzepte: zwei Beispiele • Hochtemperaturreaktor: HTR-PM – China Nuclear Engineering Corporation – Deutsches Design-Prinzip – Im Bau in China, Betriebsbeginn 2018

• Flüssigsalzreaktor: IMSR400 – Terrestrial Energy Inc. – In Entwicklung in Kanada – Genehmigungsantrag in den USA vorgesehen in 2019

HTR-PM (1) • • • •

HochTemperaturReaktor – Pebble-bed Module Leistung pro Modul 210 MWe Kugelförmige Brennelemente Reaktorkerngestaltung für Sicherheit: so daß die Wärme jedes Brennelement auf natürliche Weise abgeführt werden kann – Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung

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HTR-PM (2) • Maximale Brennelementtemperatur bei Kühlmittelverlust: 1620°C → Brennstoffintegrität erhalten

• Nach Benutzung: keine Wiederaufarbeitung → Brennstoffpartikel gewähren eine langfristige Isolierung des radioaktiven Abfalls aus der Umgebung • Spezifische Kapitalkosten eines Moduls um 1020% höher als für konventionellen Kernkraftwerke → economy of scale überwiegt Ersparnisse durch weniger benötigten Sicherheitsmaßnahmen → economy by numbers noch nachzuweisen

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IMSR-400 (1) • Integral Molten Salt Reactor • Leistung pro Reaktor ca. 185 MWe • Geschmolzenes Fluoridsalz enthält spaltbares Material • → Keine Grenzen an Brennstoffabbrand • → Brennstoffauslastung bis zu 80% höher • Spaltprodukte werden aus dem Brennstoffsalz chemisch entfernt, getrennt und purifiziert 15

IMSR-400 (2) • Design-Ansatz: Zurückhaltung radioaktiver Stoffe ohne jegliche – Bedienerwirkung, – Verfügbarkeit von Elektrizität, – Abhängigkeit von extern betriebenen Systemen, Ventilen oder Pumpen.

• Ausführung: – Nie mehr spaltbares Material im Reaktor als unmittelbar benötigt – Wärmeabfuhr durch inhärente Wärmesenken – Zurückhaltung radioaktiver Produkte durch Bindung an das Fluoridsalz

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Schlußfolgerungen • Pariser Abkommen enthält einen dynamischen Mechanismus zur Bestandsaufnahme und Verstärkung der Klimaschutzzusagen • Lebenszyklusanalyse: Kernenergie ist eine der kohlenstoffarmsten Energiequellen • → Aber: Herausforderungen (Sicherheit, Abfälle..) • → berücksichtigt in innovativen Reaktorkonzepten könnten in Zukunft bei ausreichend positiven Erfahrungen von Mitgliedstaaten als Teil des staatlich festgelegten Beitrags (NDC) zum Pariser Abkommen betrachtet werden 17

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!