title: Kernkraftwerk

text: Bis Ende der 1980er Jahre stieg die Zahl der Kernkraftwerke weltweit stetig an; im Jahr 1989 erreichte sie einen vorläufigen Höhepunkt mit 423 für Stromproduktion genutzten Reaktoren. Nach Tschernobyl verlangsamte sich das Wachstum stark. Die Zahl der betriebenen Anlagen betrug im Jahr 2002 444, im Jahr 2009 436. Im Jahr 2008 wurde erstmals seit den 1960er Jahren weltweit kein neues Kernkraftwerk in Betrieb genommen. Im März 2011 kam es während der Nuklearkatastrophe von Fukushima zu drei Kernschmelzen; auch die übrigen drei Reaktoren an diesem Standort wurden aufgegeben.


title: Kernkraftwerk

text: Im April 2020 waren weltweit offiziell 442 Reaktorblöcke mit einer Gesamtleistung von 391 Gigawatt in Betrieb, jedoch waren 25 Reaktoren in Japan im Langzeitstillstand, die erst nach und nach wieder in Betrieb gehen. Weitere 53 Reaktorblöcke mit einer Gesamtleistung von 56 Gigawatt befanden sich in Bau, der größte Teil davon in asiatischen Ländern.


title: Kernkraftwerk

text: Die Anzahl der Kernkraftwerke weltweit wächst seit 1989 nur noch langsam. Die Gesamtleistung aller Kernkraftwerke steigt seit 2014 wieder an.


title: Kernkraftwerk

text: Die Umwandlung in elektrische Energie geschieht indirekt wie in herkömmlichen Wärmekraftwerken: Die Wärme, die bei der Kernspaltung im Kernreaktor entsteht (er entspricht dem Kessel in einem Kohlekraftwerk), wird auf einen Wärmeträger – meist Wasser (Standardtyp Leichtwasserreaktor) – übertragen, wodurch dieses erwärmt wird. Direkt im Reaktor oder indirekt in einem Dampferzeuger entsteht Wasserdampf. Der unter Druck stehende Wasserdampf wird einer meist mehrstufigen Dampfturbine zugeführt. Dampfturbinen in Kernkraftwerken gehören zu den größten Dampfturbinen überhaupt. Nachdem die Turbine den Dampf expandiert und teilweise kondensiert hat, wird der restliche Dampf in einem Kondensator niedergeschlagen. Der Kondensator entspricht dabei einem Wärmeaustauscher, welcher auf Sekundärseite etwa mit einem Fluss oder einem Kühlturm verbunden ist. Nach der Kondensation wird das nunmehr flüssige Wasser durch Pumpen auf den Dampfdruck im Kernreaktor oder Dampferzeuger gebracht und in mehreren Schritten nahezu auf Sättigungstemperatur regenerativ vorgewärmt. Das Wasser gelangt danach in den Kernreaktor und der Kreislauf beginnt erneut. Der Wasser-Dampfkreislauf entspricht dabei dem Clausius-Rankine-Kreisprozess.


title: Kernkraftwerk

text: Der Kernreaktor ist das Herz des Kraftwerks. In seinem zentralen Teil befindet sich der Reaktorkern, der aus Brennelementen besteht, in denen Kernenergie durch kontrollierte Kernspaltung und radioaktiven Zerfall freigesetzt und in Wärme umgewandelt wird. Mit dieser Wärme wird ein Kühlmittel erhitzt, das durch den Reaktor gepumpt wird und dadurch die Energie aus dem Reaktor abtransportiert.


title: Kernkraftwerk

text: Da die Kernspaltung mit für Lebewesen gefährlicher Radioaktivität verbunden ist, ist der Reaktorkern von einem Schutzschild umgeben. Dieser sogenannte biologische Schild absorbiert die aus dem Reaktordruckbehälter austretende Strahlung. Die äußere Hülle um den Reaktor und die radioaktiven Nebenkreisläufe, zu denen auch das Brennelementlagerbecken gehört, bildet der Sicherheitsbehälter (Containment), der bei Störfällen verhindert, dass radioaktives Material in die Umwelt gelangt. Der Sicherheitsbehälter wird bei einem Bruch des Primärkreises automatisch hermetisch abgeschlossen (sog. Durchdringungsabschluss) und ist so ausgelegt, dass er dem dabei sich aufbauenden Druck standhält. Zusätzlich sind viele Reaktorgebäude mit einer Kuppel aus Beton ausgestattet, um den Reaktor vor Einwirkungen von außen zu schützen.


title: Kernkraftwerk

text: In Kernkraftwerken werden unterschiedliche Reaktortypen eingesetzt, die sich im Wesentlichen durch die verwendeten Kernbrennstoffe, Kühlkreisläufe und Moderatoren unterscheiden.


title: Kernkraftwerk

text: Die Aufgabe der Dampfturbine ist es, die im Dampf enthaltene Wärme in Rotationsenergie umzuwandeln. An die Turbinenwelle ist die Welle des Generators gekuppelt. In Kernkraftwerken finden zumeist Sattdampfturbinen Anwendung. Die Turbine hat einen Hochdruckteil und – meist zwei oder drei – Niederdruckstufen. Aufgrund der hohen Dampffeuchte nach dem Hochdruckteil wird der Dampf vor Eintritt in den Niederdruckteil mittels Frischdampfüberhitzung und Hochgeschwindigkeitsabscheidung getrocknet. Am Ende der letzten Schaufelreihe des Niederdruckteils hat der Dampf etwa eine Feuchtigkeit von 15 %. Die Entspannung bis in das Nassdampfgebiet führt zu einer hohen Arbeitsausbeute, allerdings mit den Nachteilen, die mit feuchtem Wasserdampf verbunden sind.


title: Kernkraftwerk

text: Wenn der Generator durch eine Störung die erzeugte elektrische Energie nicht mehr abgeben kann, nimmt er entsprechend wenig mechanische Energie auf. Als Reaktion auf diesen Lastabfall würde sich die Drehzahl der Turbine bis über die zulässige Betriebsgrenze erhöhen, mit der Gefahr der Selbstzerstörung durch zu hohe Zentrifugalkräfte. Um diesen Ablauf zu vermeiden, sind kurz vor dem Turbineneintritt Ventile in der Frischdampfleitung montiert. Wenn diese Schnellschlussventile betätigt werden, leiten sie den Dampf unter Umgehung der Turbine direkt in den Kondensator. Parallel dazu wird der Reaktor heruntergefahren, da der Kondensator die volle Reaktorleistung nur begrenzte Zeit aufnehmen kann. Diese Turbinenschnellabschaltung (TUSA) ist, wie jeder unplanmäßige sicherheitsrelevante Vorfall in deutschen Kernkraftwerken, gemäß AtSMV meldepflichtig.


title: Kernkraftwerk

text: Das Maschinenhaus mit der Dampfturbine ist baulich meist vom eigentlichen Reaktorgebäude getrennt. Es ist so orientiert, dass bei einer Zerstörung einer Turbine im laufenden Betrieb möglichst keine Trümmerteile in Richtung des Reaktors fliegen.


title: Kernkraftwerk

text: Im Falle eines Druckwasserreaktors ist die Dampfturbine hermetisch vom nuklearen System getrennt. Um eine Leckage im Dampferzeuger und damit den Übertritt von radioaktivem Wasser frühzeitig zu erkennen, ist am Dampfaustritt des Dampferzeugers ein Aktivitätsmessgerät angebracht. Bei Siedewasserreaktoren ist dagegen auch die Dampfturbine mit radioaktivem Wasser beaufschlagt und deshalb Teil des Kontrollbereichs des Kernkraftwerks.


title: Kernkraftwerk

text: Der Generator wandelt die durch die Turbine bereitgestellte kinetische Energie in elektrische Energie. Es kommen niederpolige Drehstrom-Synchrongeneratoren mit hoher Bemessungsleistung zum Einsatz. Generatoren dieses Typs werden auch Turbogenerator genannt und bilden in Einheit mit der Dampfturbine einen Turbosatz. Für die EPR-Reaktorblöcke im Kernkraftwerk Taishan wurden die bisher größten Synchrongeneratoren gefertigt. Diese haben eine Bemessungsscheinleistung von 2000 MVA und sind vom Typ GIGATOP-4. Über den Generatorleistungsschalter ist die Generatorableitung mit den Maschinen- und Eigenbedarfstransformatoren verbunden.


title: Kernkraftwerk

text: Zur Anpassung der Generatorausgangsspannung an die Netzspannung dienen Maschinentransformatoren. Außerdem kann dem Netz beim Anfahren mit Hilfe dieser Transformatoren Energie entnommen werden. Während des Betriebs dienen Eigenbedarfstransformatoren zur Deckung des elektrischen Eigenbedarfs. Die Eigenbedarfstransformatoren nehmen die Leistung ebenfalls direkt vom Generator ab.


title: Kernkraftwerk

text: Die Hauptkühlmittelpumpe eines Druckwasserreaktors (DWR) hat die Aufgabe, das Kühlmittel zwischen Reaktor und Dampferzeuger umzuwälzen. Die meisten westlichen Kernkraftwerke verfügen über vier Hauptkühlmittelpumpen (entsprechend der Anzahl der Loops), die aus Sicherheitsgründen jeweils voneinander getrennt im Reaktorgebäude untergebracht sind. Die Pumpe ist eine Zentrifugalpumpe mit einteilig geschmiedetem Gehäuse. Der Durchsatz beträgt bis zu 10.000 l/s bei einem Druck von bis zu 175 bar und einer zulässigen maximalen Temperatur von 350 °C. Die Druckerhöhung durch die Hauptkühlmittelpumpe beim DWR entspricht dem Druckverlust im Loop (Reaktor, Dampferzeuger und Rohrleitungssystem). Auch nach Ausfall der Hauptkühlmittelpumpen (der eine Reaktorschnellabschaltung zur Folge hat) ist die Umwälzung und somit die Wärmeabfuhr durch sog. Naturumlauf gewährleistet.


title: Kernkraftwerk

text: Beim Siedewasserreaktor sind im Reaktordruckbehälter Zwangsumwälzpumpen angebracht, deren Auslegung etwa denen in einem gleich großen DWR entspricht. Sie stabilisieren den Durchfluss und sind über die Drehzahlregelung in die Leistungsregelung des Reaktors eingebunden. Bei größerem Durchsatz sinkt der Dampfblasengehalt im Kühlmittel, wodurch die Reaktivität steigt. Für die Nachwärmeabfuhr nach der Abschaltung sind die Pumpen nicht erforderlich, der Naturumlauf ist dann ausreichend.


title: Kernkraftwerk

text: Neben diesen Hauptkühlmittelpumpen verfügt ein Kernkraftwerk üblicherweise noch über mehrere Notfalleinspeisungen auf unterschiedlichen Druckniveaus, die bei Störungen (siehe Auslegungsstörfall) die Kühlung des Reaktorkerns aufrechterhalten.


title: Kernkraftwerk

text: Um den Druck im Reaktordruckbehälter bei einem Störfall nach oben zu begrenzen, sind zwei voneinander unabhängige Sicherheitsventile vorhanden. In Kernkraftwerken sind für die Erfüllung einer Sicherheitsfunktion stets mehr Einrichtungen vorhanden, als man zur Erfüllung des Schutzziels benötigt; dieses Prinzip heißt Redundanz. Arbeiten diese Einrichtungen (zur Erfüllung derselben Aufgabe) nach verschiedenen Prinzipien, spricht man von Diversität. Ein Kraftwerksreaktor hat redundante und diversitäre Sicherheitsventile.


title: Kernkraftwerk

text: Beim Druckwasserreaktor sind Sicherheitsventile und Abblaseventile im Primärkreis in der Nähe des Druckhalters angeordnet. Die Druckbegrenzung soll ein Bersten von Rohrleitungen oder Reaktordruckbehälter verhindern. Die Ventile sind in ihrer Kapazität so ausgelegt, dass sie die zugeführten Volumenströme bei nur geringem Druckanstieg ableiten können.


title: Kernkraftwerk

text: Im Siedewasserreaktor wird der Dampf in die Kondensatkammer geleitet und dort kondensiert. Die Kammern sind über Wärmetauscher mit dem Zwischenkühlkreislauf verbunden. Werden Gas-Dampfgemische (ggf. nach Filterung) in die Umgebung außerhalb der Sicherheitsbehälter geblasen, spricht man von Venting (siehe auch Wallmann-Ventil).


title: Kernkraftwerk

text: Die Sicherheitsventile im DWR sind nicht absperrbar, um ihre sicherheitstechnische Funktion nicht zu gefährden. Den Sicherheitsventilen im Ansprechdruck vorgelagert existieren jedoch unabhängige Abblaseventile zur Druckbegrenzung im RKL. Ein solches Ventil kann im Bedarfsfall mit einem vor- oder nachgelagertem weiteren Ventil abgesperrt werden und so einen Kühlmittelstörfall wegen Nichtschließens des Abblaseventils vermeiden. Das Nichtschließen eines Abblaseventils führte 1979 (zusammen mit dem erst später erfolgtem Schließen der Absperrarmatur) zu einem folgenschweren Unfall mit Kernschmelze im Kernkraftwerk Three Mile Island.


title: Kernkraftwerk

text: Die Speisewasserpumpen haben die Aufgabe, das Wasser aus dem Speisewasserbehälter auf den Dampfdruck im Reaktor und im Dampferzeuger zu bringen und das Wasser mit ca. 2200 kg/s zu fördern. Die benötigte Leistung ist beispielsweise 20 MW pro Pumpe. Über das Speisewassersystem wird der Wasserstand im Dampferzeuger und Kernreaktor geregelt.


title: Kernkraftwerk

text: Bei den meisten Kernkraftwerken, insbesondere bei Leichtwasserreaktoren, ist eine schnelle Lastanpassung im Bereich 40–100 % möglich bei einer Rate von 2 %/Minute. Eine Senkung auf 30 % Leistung und eine Rate von 5 %/Minute sind möglich, falls die Kontrollstäbe speziell dafür ausgelegt sind. Das Anfahren vom ausgeschalteten Kraftwerk dauert mehrere Stunden und, aufgrund der Xenonvergiftung, bis zu einer Woche nach einer Notausschaltung.


title: Kernkraftwerk

text: Die Lastanpassung bei Druckwasserreaktoren erfolgt mithilfe der Konzentration an Borsäure im Kühlmittel (Bor ist ein Neutronengift) und mit den Steuerstäben. Falls der Reaktor für einen häufigen Betrieb bei Teillast geplant ist, wie zur Anpassung zu erneuerbaren Energiequellen, dann werden "graue Steuerstäbe", teilweise neutronenabsorbierende Steuerstäbe, eingebaut. Dies ermöglicht eine homogenere Neutronenverteilung im Kern bei niedriger Leistung.


title: Kernkraftwerk

text: Die Lastanpassung bei Siedewasserreaktoren erfolgt vor allem durch die Regelung der Kühlungspumpen: Je langsamer die Pumpen arbeiten, desto höher die Temperatur des Wassers im Kern und der Dampfanteil, desto geringer die Moderatorwirkung und somit die Leistung.


title: Kernkraftwerk

text: Obwohl die Lastanpassung technisch möglich ist, werden Kernkraftwerke vorzüglich bei Volllast betrieben und andere thermische Kraftwerke zur Lastanpassung verwendet. Die Stromkosten aus Kernenergie stammen zu größten Teil aus dem Bau und Rückbau des Kraftwerks und nur zu etwa 20 % aus dem Brennstoff; da die Lebensdauer des Reaktors meist unabhängig von der Betriebslast auf 30 bis 60 Jahre begrenzt ist, ist der Betrieb bei Teillast oft nicht wirtschaftlich. Falls Kernkraftwerke den Großteil der Stromerzeugung decken, wie in Frankreich, lässt sich aber die Lastanpassung nicht vermeiden. In Deutschland befanden sich 2009 die KKW Philippsburg 1 (KKP 1) und Neckarwestheim I (GKN I) fast durchgängig im Lastfolgebetrieb.


title: Kernkraftwerk

text: Wenn nötig, erlaubt bei einem Ausfall des Stromnetzes die Notstromversorgung das sichere Herabfahren des Kernreaktors und dauerhafte Abfuhr der Nachzerfallswärme. Die Notstromversorgung ist mehrfach redundant aus Dieselaggregaten und Batteriepufferungen aufgebaut. Die Batteriepufferung stellt die unterbrechungsfreie Einkoppelung der Dieselaggregate in das interne Netz des Kraftwerks sicher. Weniger wichtige Hilfssysteme wie Begleitheizungen von Rohrleitungen werden dabei nicht versorgt.


title: Kernkraftwerk

text: Bei Kernkraftwerken ist die Investition in den Bau hoch; die Kosten im laufenden Betrieb sind vergleichsweise niedrig. Deshalb ist es besonders wirtschaftlich, sie möglichst durchgehend mit Maximalleistung als Grundlastkraftwerke zu betreiben. Veränderungen im Lastprofil, die unter anderem der zunehmenden Nutzung regenerativer Energieträger sowie der Liberalisierung des Strommarktes zugeschrieben werden, haben dazu geführt, dass auch Kernkraftwerke im Lastfolgebetrieb eingesetzt werden. Im Jahr 2009 betraf das beispielsweise die Kraftwerke Neckarwestheim 1, Phillipsburg 1, Phillipsburg 2, Biblis A


title: Kernkraftwerk

text: Die Eignung von Kernkraftwerken für die Lastregelung ist unter anderem dadurch begrenzt, dass ein Lastwechsel (Kraftwerk) bei einem Kernkraftwerk im Normalbetrieb nur in einem Bereich von 30 % bis 100 % der Nennleistung mit Geschwindigkeiten von etwa 2 bis 5 Prozent der Nennleistung pro Minute vorgenommen werden kann. Die Primärregelung der Leistung übernimmt die Frequenzregelung des Generators.


title: Kernkraftwerk

text: Um damit einhergehende Risiken zu minimieren, müssten Wartungsintervalle verkürzt werden. Dies würde wiederum die Betriebskosten erhöhen.


title: Kernkraftwerk

text: 2011 wurden 8 der bis dahin 17 deutschen Kernreaktoren stillgelegt. Ob diese für den sogenannten Lastfolgebetrieb geeignet sind, ist umstritten.


title: Kernkraftwerk

text: Eine im Jahre 2009 vom Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung der Universität Stuttgart durchgeführte Untersuchung ergab, dass die in Deutschland in Betrieb befindlichen Kernkraftwerke durchaus für den Lastfolgebetrieb geeignet sind und über einen Lastbereich von 9,6 Gigawatt mit einer Laständerungsgeschwindigkeit von 3,8 bis 5,2 %/min gefahren werden können. Aus der Langfassung dieser Untersuchung kann man erkennen, dass die Kernkraftwerke damit in der Laständerungsgeschwindigkeit zwischen den besser geeigneten Gaskraftwerken und den weniger geeigneten Kohlekraftwerken liegen. Zum Ausgleich der stark schwankenden Stromerzeugung aus Windrädern werden inzwischen zahlreiche Kernkraftwerke im Lastfolgebetrieb gefahren, wie aus den jährlich veröffentlichten Betriebsergebnissen zu entnehmen ist.


title: Kernkraftwerk

text: Im Jahr 2009 waren die deutschen Kernkraftwerke – Revisionsstillstände und technische Betriebsstörungen mitgerechnet – im Schnitt zu 73 % zeitverfügbar und zu rund 74 % arbeitsverfügbar. Die tägliche Stromerzeugung schwankt, vor allem aufgrund von Revisionsstillständen (und aufgrund von Betriebsstörungen). Im Jahresverlauf 2009 wurden in Deutschland rund 53 % bis 89 % der installierten Nennleistung zur Stromerzeugung genutzt.


title: Kernkraftwerk

text: Beispiele für reinen Grundlastbetrieb sind die KKW Biblis B, Neckarwestheim II, Grafenrheinfeld und Emsland, die 2009 außerhalb der Revisionen fast durchgehend unter Volllast betrieben wurden. Beispiele für Betrieb nach Lastanforderung sind die KKW Brokdorf und Grohnde.


title: Kernkraftwerk

text: Als Kernbrennstoff wird in den meisten betriebenen Kernkraftwerken angereichertes Uran (Anteil des Isotops U ca. 3 bis 4 %) in Form seines Oxids eingesetzt. Dabei hat etwa 1 kg Natururan, mit nur etwa 0,7 % spaltbarem Uran-235-Anteil, einen Energiegehalt wie 12.600 Liter Erdöl oder 18.900 kg Steinkohle. Jedes Brennelement bleibt üblicherweise drei Jahre im Reaktor; jährlich wird das älteste Drittel der Brennelemente ausgetauscht, weil der Gehalt an U zu weit gesunken und andererseits ein Gehalt an neutronenabsorbierenden Spaltprodukten aufgebaut ist. Durch Neutroneneinfang ist außerdem ein Teil des nicht spaltbaren Uranisotops U in Plutonium umgewandelt worden, und zwar hauptsächlich in Pu, in geringerer Menge Pu.


title: Kernkraftwerk

text: Dieses Plutonium eignet sich als Kernbrennstoff. Durch seine Nutzung lässt sich die Energiemenge, die sich aus einem Kilogramm Natururan gewinnen lässt, erheblich steigern. Zur Nutzung des Plutoniums müssen die Brennelemente eine Wiederaufarbeitung durchlaufen, bei der die Spaltprodukte und das noch nicht verbrauchte Uran abgetrennt werden. Es gibt weltweit, wie auch in Deutschland, viele Kraftwerke mit einer Nutzungslizenz für MOX-Brennelemente. Mischoxid (MOX) ist ein Gemisch aus Uranoxid und Plutoniumoxid. Die Verwendung von höheren Plutoniumanteilen im MOX ist wegen der Möglichkeiten zur Proliferation und der höheren Sicherheitsanforderungen an einen mit Plutonium betriebenen Reaktor umstritten.


title: Kernkraftwerk

text: Ohne Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente kann ein Kernkraftwerk aus einem Kilogramm Natur-Uran je nach eingesetztem Reaktortyp und Brennstoffkreislauf etwa 36–56 MWh Strom erzeugen.


title: Kernkraftwerk

text: Zusammengenommen haben die rund 435 Kernreaktoren, die es weltweit in 31 Ländern gibt, die Kapazität zur Bereitstellung von etwa 370 Gigawatt elektrischer Leistung. Hierbei fallen pro Jahr rund 12.000 Tonnen radioaktiver Abfall an, der auch Plutonium enthält.


title: Kernkraftwerk

text: Bezogen auf den Energiegehalt des in einem Brennstab umgesetzten U bzw. Pu beträgt der Wirkungsgrad eines Kernkraftwerks etwa 35 %. Bei Leicht- und Schwerwasserreaktoren wird der Wirkungsgrad durch die Begrenzung auf vergleichsweise niedrige Frischdampftemperaturen von ca. 330 °C begrenzt (zum Vergleich: Die Frischdampftemperatur eines modernen Steinkohlekraftwerks beträgt ca. 580 °C). Eine Erhöhung der Frischdampftemperatur in einem Kernkraftwerk ist nur schwer zu realisieren, da die hohen Wärmestromdichten in den relativ kompakten Reaktoren die Verwendung von unterkritischem Wasser voraussetzen. Werden andere Kühlmittel verwendet sind im Prinzip auch höhere Wirkungsgrade erzielbar. Jedoch haben sich Technologien wie der graphitmoderierte CO-gekühlte Advanced Gas-cooled Reactor letztlich nicht durchsetzen können. Einige Design-Vorschläge für Kernkraftwerke der „vierten Generation“ versprechen durch den Einsatz metallischer oder gasförmiger Kühlmittel oder von Salzschmelzen (Flüssigsalzreaktor) höhere Betriebstemperaturen und damit bessere Wirkungsgrade sowie eine bessere Nutzbarkeit als Prozesswärme. Stand 2022 ist diese Technologie jedoch über das Versuchsstadium kaum herausgekommen.


title: Kernkraftwerk

text: Durch den Umstand, dass es sich bei einem Kernkraftwerk um ein Großkraftwerk handelt, ergeben sich zudem im Durchschnitt längere Leitungen zum Endverbraucher, womit die Summe der Übertragungsverluste steigt; in Deutschland gehen so durch Netzverluste rund 6 % der bereitgestellten Elektroenergie im Stromnetz verloren.


title: Kernkraftwerk

text: Der Wirkungsgrad des gesamten Systems wird wie bei allen Energieerzeugungsanlagen reduziert durch den Energiebedarf zum Bau, Betrieb und Rückbau des Kraftwerks.


title: Kernkraftwerk

text: Auch wenn es bei der Kernspaltung selber keinerlei CO-Emissionen gibt, so lässt sich ein Kernkraftwerk bei ganzheitlicher Betrachtung nicht vollständig CO-frei betreiben. CO-Emissionen entstehen vor allem beim Bau des Kraftwerks, bei Abriss und Entsorgung, sowie bei der Urangewinnung und -anreicherung. Insbesondere bei der Urangewinnung und der -anreicherung gibt es große Unterschiede bei den CO-Emissionen in Abhängigkeit von der Urankonzentration des Erzes und dem Verfahren der Anreicherung.


title: Kernkraftwerk

text: Die Wirtschaftskommission für Europa (UNECE) gibt für 2020 den CO-Ausstoß bei der Kernenergie für den gesamten Lebenszyklus bei 5,1–6,4 g CO/kWh an. Im Vergleich dazu erzeugen Kohlekraftwerke 751–1095 g/kWh (ohne CO-Sequestrierung), GuD-Kraftwerke 403–513 g/kWh (ohne CO-Sequestrierung), Photovoltaik 8–83 g/kWh, Wasserkraft 6–147 g/kWh, Windkraft 7.8–16 (Festland) bzw. 12–23 g/kWh (Offshore-Windparks) und Sonnenwärmekraftwerke 27–122 g/kWh.


title: Kernkraftwerk

text: Neben den allgemeinen Unfallrisiken eines thermischen Großkraftwerkes ergeben sich spezielle Risiken aus der Nutzung der Kernenergie. Besonders die Radioaktivität der Spaltprodukte stellt eine Gefahr dar. Unfälle können von geringfügigen internen Betriebsstörungen bis zu einer Katastrophe mit internationalen Auswirkungen reichen, wie es bei der Katastrophe von Tschernobyl der Fall war. Kernkraftwerke können außerdem im Rahmen von Kernwaffenprogrammen genutzt werden.


title: Kernkraftwerk

text: Im normalen Betrieb entweichen kleine Mengen radioaktiven Materials vom Kernkraftwerk durch den Abluftkamin in die Umwelt. Dieses Material umfasst radioaktive Edelgase (Krypton-85) sowie das instabile Wasserstoffisotop Tritium, deren Entweichen gemessen wird und Auflagen unterliegt.


title: Kernkraftwerk

text: Durch Unfälle oder Störungen der Sicherheitsbarrieren können größere Mengen radioaktiven Materials in die Umwelt und in die Nahrungskette gelangen. Viele konstruktive Maßnahmen dienen dazu, das auch dann noch zu verhindern, wenn große Teile des Reaktors funktionsuntüchtig oder zerstört worden sind (siehe Auslegungsstörfall). Ein Beispiel dafür, dass Fehlbedienung zu einer Freisetzung von Radioaktivität führen kann, ereignete sich 1987 im KKW Biblis. Ein Ventil, das während des normalen Betriebs geschlossen sein sollte, schloss nicht. Die Betriebsmannschaft versuchte, es durch die Öffnung eines Prüfventils „frei zu blasen“, was nicht gelang. Durch die Prüfleitung entwich Kühlwasser des Primärkreislaufs. Die radioaktive Belastung der Umgebung des Kernkraftwerkes blieb unter den gültigen Grenzwerten, da weitere Barrieren wie Auffangbecken und Containment funktionierten.


title: Kernkraftwerk

text: Durch die extrem hohe Energiedichte im Kernreaktor ist es möglich, dass beim Ausfall der Kühlung der Reaktorkern schmilzt und sich dadurch selbst zerstört. Die Konsequenzen der Kernschmelze können je nach den genauen Umständen im Wesentlichen auf das Kernkraftwerk beschränkt bleiben oder der Auslöser eines unkontrollierten Austritts von großen Mengen Radioaktivität sein.


title: Kernkraftwerk

text: Die Havarie im Kernkraftwerk Three Mile Island im Jahre 1979 ist ein Beispiel für eine Beschränkung auf das Kernkraftwerk. Hier gelang es, das Schmelzen zu stoppen, bevor der Reaktordruckbehälter zerstört wurde. Der bei der Schmelze entstandene Wasserstoff wurde an die Atmosphäre abgelassen. Mit ihm entwich das radioaktive Isotop 85 des Gases Krypton (85-Kr, 10,75 Jahre Halbwertszeit) mit einer Aktivität von etwa 1,665 · 10 Bq. 38 Versuche im Loss-of-Fluid-Test (LOFT)-Reaktor im "Idaho Test Area North" (gebaut 1965–1975) halfen zwar bei der Dimensionierung der Notkühlsysteme, waren jedoch nicht aussagekräftig für den Fall einer Kernschmelze, weil dort zu keiner Zeit der Reaktorkern schmolz und die Wärme- und Strahlungsgeometrie der um den Faktor 60 größeren kommerziellen Reaktoren nicht adäquat nachgebildet werden konnte. Forschungsmittel für die LOFT-Versuche waren schwer zu erhalten und wurden für die Schnelle-Brüter-Technologie umgeleitet. Beim Unfall in Tschernobyl (1986) wurde der Reaktorkern prompt überkritisch, die Kernschmelze riss die Brennstäbe auf und bildete Wasserstoff. Dampf- und Wasserstoff-Explosionen zerstörten die Abdeckung des Reaktors und warfen Teile des radioaktiven Brennstoffs in die unmittelbare Nähe des Kraftwerks aus. Ein dadurch entfachter Graphitbrand führte zur massiven Freisetzung des radioaktiven Inventars und erzeugte eine radioaktive Wolke, die über weite Teile Europas zog und über einigen Regionen (zum Beispiel Polarkreis, Teile Bayerns und Korsika) abregnete („Fallout“). Politische Folge dieser Havarie war der weitgehende Stopp des Ausbaus der Kernenergie in vielen Ländern Westeuropas.


title: Kernkraftwerk

text: Eine Kernschmelze mit unkontrollierter Freisetzung radioaktiven Materials nennt man einen Super-GAU. Ein "Core-Catcher" „Kernfänger“ soll in Anlagen ab der Generation 3+, wie im chinesischen Kernkraftwerk Tianwan, die Folgen einer möglichen Kernschmelze verringern und den Kern vor dem Absacken in das Erdreich auffangen.


title: Kernkraftwerk

text: Die im Betrieb entstandenen Spaltprodukte und erbrüteten Transurane (Plutonium, Americium, Neptunium etc.) müssen anschließend für längere Zeit aus der Biosphäre ferngehalten werden, bis sie zum größten Teil zerfallen sind. Diese Zeit reicht je nach Isotop von einigen Monaten bis zu vielen tausend Jahren. Zu den Spaltprodukten zählt das zu 0,7 % anfallende Iod-Isotop I mit einer Halbwertszeit von 15,7 Mio. Jahren. Iod und seine Isotope werden als essentielles Spurenelement vom menschlichen Organismus aktiv aufgenommen, vor allem von der Schilddrüse. Das Risiko besteht vor allem in einer Freisetzung während der Zeit der Lagerung. Mithilfe von Wiederaufbereitung und Transmutation könnte versucht werden, die nötige Lagerzeit auf wenige hundert Jahre zu senken, jedoch sind die dafür nötigen Anlagen und Verfahren auch in der Kritik und bisher nicht anwendungsreif.


title: Kernkraftwerk

text: Vor der Endlagerung werden die abgebrannten Brennstäbe chemisch aufgelöst und in ihre Bestandteile getrennt. Bei dieser Konditionierung, die in Wiederaufbereitungsanlagen erfolgt, kann im Betrieb wie auch durch Unfälle und Irrtümer radioaktives Material in die Umwelt gelangen. Abgebrannter Kernbrennstoff aus deutschen Kernkraftwerken wird in der Wiederaufarbeitungsanlage La Hague an der französischen Kanalküste verarbeitet und zur Zwischen- und Endlagerung wieder zurück nach Deutschland gebracht. Der Transport erfolgt mit Hilfe von Castor-Behältern. Seit 2005 sind in Deutschland Transporte abgebrannter Brennelemente aus deutschen Kernkraftwerken per Atomgesetz verboten, die direkte Endlagerung ist daher die einzige Möglichkeit.


title: Kernkraftwerk

text: Beim Betrieb von Kernkraftwerken mit Uran wird Plutonium erbrütet. Dieses kann für die Herstellung von Atombomben verwendet werden. Anders als bei Uran kann Plutonium, das für den Bau einer militärisch geeigneten Bombe taugt (Waffenplutonium), mit chemischen Verfahren aus dem gebrauchten Brennstoff bestimmter Typen von Kernkraftwerken gewonnen werden; eine Anreicherungsanlage ist nicht nötig. Beim Plutonium ist die für eine Bombe nötige Mindestmenge, die Kritische Masse, im Vergleich zu Uran geringer. Der Betrieb von Kernkraftwerken erhöht grundsätzlich das Risiko der Weiterverbreitung von Kernwaffen. Um dieses zu minimieren, wurden verschiedene internationale Verträge geschlossen. Der wichtigste dieser Verträge ist der Atomwaffensperrvertrag.


title: Kernkraftwerk

text: Möglicherweise hat auch der Normalbetrieb von Kernkraftwerken Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Eine epidemiologische Studie im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz im Jahr 2007 zeigte eine signifikant erhöhte Leukämie-Rate bei Kindern in der Nähe von Kernkraftwerken. Danach erkrankten von 1980 bis 2003 im 5-km-Umkreis um die Kernkraftwerke in Deutschland 37 Kinder neu an Leukämie – im statistischen Mittel wären es 17 Kinder gewesen. Im betrachteten Zeitraum erkrankten in Deutschland demzufolge aus obigem Grund durchschnittlich etwa 0,8 Kinder pro Jahr mehr an Leukämie, nimmt man andere Krebsarten hinzu, sind es 1,2 Kinder pro Jahr.


title: Kernkraftwerk

text: Über die Interpretation dieses Befundes herrscht keine Einigkeit. Die Autoren der Studie sind der Auffassung, dass die von deutschen Kernkraftwerken im Normalbetrieb emittierte ionisierende Strahlung wegen der um ein Vielfaches höheren natürlichen Strahlenbelastung nicht als Ursache in Betracht kommt. Das externe Expertengremium des BfS zur KiKK-Studie kommt hingegen zur Überzeugung, dass aufgrund des besonders hohen Strahlenrisikos für Kleinkinder sowie der unzureichenden Daten zu Emissionen von Leistungsreaktoren dieser Zusammenhang keinesfalls ausgeschlossen werden kann. Andere Studien dagegen fanden nur geringen oder gar keinen Zusammenhang zwischen dem Wohnen in der Nähe eines Kernkraftwerkes und dem Auftreten von Krebsfällen.


title: Kernkraftwerk

text: Viele deutsche Atomkraftwerke sind auf einen Einschlag einer McDonnell F-4 mit 20 Tonnen Gewicht ausgelegt. Zivile Flugzeuge mit einer viel größeren Masse und Treibstoffmenge wurden in den Genehmigungsverfahren nicht beachtet. Die hohe Wucht und Rotation der Triebwerke sowie das freigesetzte Kerosin eines vollgetankten Jets könnte zu verheerenden Explosionen, Bränden und somit im Kraftwerk zu Kühlmittelverlusten, der Freilegung von Brennelementen bis hin zu einer Kernschmelze führen. Die Reaktor-Sicherheitskommission (RSK) kommt hingegen zu dem Schluss, dass selbst bei einem gezielten Absturz eines großen Verkehrsflugzeugs auf eine noch in Betrieb befindliche Konvoi-Anlage die Kühlung der Brennelemente (BE) im Reaktor und BE-Lagerbecken erhalten bleibt, sodass Freisetzungen radioaktiver Stoffe aus BE-Schäden nicht zu erwarten sind.


title: Kernkraftwerk

text: Gegen einen terroristischen Angriff aus der Luft werden vorwiegend Betonschilde unterschiedlicher Dicke je nach Baujahr der Anlage eingesetzt. Um einem absichtlichen Absturz eines Großraumflugzeuges zu vereiteln, können


title: Kernkraftwerk

text: Nebelwerfer, Abspannseile oder Ablenkplatten installiert werden, damit im Falle eines Aufpralls kein radioaktives Material austritt. Die Vernebelung wird wegen geringer Schutzwirkung wenig eingesetzt. Alternativ wird die großräumige Störung der GPS-Navigation überlegt. Ein Abschuss eines Flugzeugs mit Unbeteiligten durch Abfangjäger des Militärs untersagte in Deutschland das Bundesverfassungsgericht.


title: Kernkraftwerk

text: Am 10. Oktober 2016 berichtet Yukiya Amano, Chef der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA), dass Angriffe via Internet, die Abläufe in Kernkraftwerken stören, längst Realität sind und erwähnte einen konkreten Fall einer Cyberattacke vor zwei bis drei Jahren.


title: Kernkraftwerk

text: In einem Kraftwerk der Korea Hydro & Nuclear Power Co Ltd in Südkorea ist es 2014 zu einem Diebstahl unkritischer Daten gekommen.


title: Kernkraftwerk

text: Ein Team von Kaspersky Lab entdeckte bei einer Studie schwerste Sicherheitslücken in den Steueranlagen für Dampfturbinen von Siemens und anderen Herstellern.


title: Kernkraftwerk

text: Die Gestehungskosten für eine Megawattstunde Strom sind aufgrund der sehr hohen Anfangsinvestitionen, der enormen Rückbaukosten und der vergleichsweise geringen laufenden Kosten stark abhängig von der Laufzeit eines Reaktors. Ein Vergleich der Erzeugerpreise zu Braunkohle, Steinkohle, Wasserkraft, Erdgas, Windenergie und Photovoltaik findet sich unter Stromgestehungskosten.


title: Kernkraftwerk

text: Nach einer Studie von Moody’s liegen 2012 die Investitionskosten neuer Kernkraftwerke bei bis zu 4.900 €/kW, das Angebot für zwei neue Reaktoren im Kernkraftwerk Darlington zwischen 4.650 €/kW (EPR) und 6.850 €/kW (Advanced CANDU Reactor). Die Bereitschaft zum Bau neuer Kernkraftwerke ohne staatliche Unterstützung ist daher gering. Die CitiBank untersuchte 2009 die Finanzierbarkeit neuer Kernkraftwerke und anderer Großprojekte unter marktwirtschaftlichen Bedingungen und überschrieb die Studie: „New Nuclear – The Economics Say No“.


title: Kernkraftwerk

text: Um die zukünftige Wirtschaftlichkeit von Kernkraftwerken für die Betreiber zu sichern, werden verschiedene Subventionsmaßnahmen erwogen.


title: Kernkraftwerk

text: Die Investitionen des seit 2003 im Bau befindlichen EPR im Kernkraftwerk Olkiluoto mit einer Leistung von 1600 MW gab Areva-Präsident Luc Oursel im Dezember 2012 mit 8,5 Milliarden Euro an. Die Investitionskosten des parallel in Bau befindlichen Kernkraftwerkes Flamanville 3 betragen ebenfalls 8,5 Mrd. Euro. Bei beiden Projekten kam es während des Baus zu erheblichen Kostensteigerungen.


title: Kernkraftwerk

text: In Großbritannien sind für den im März 2013 genehmigten Doppelblock Hinkley Point C Baukosten in Höhe von 16 Mrd. Pfund (ca. 19 Mrd. Euro) veranschlagt. Um das Projekt rentabel zu machen, sagte die britische Regierung für 35 Jahre nach der für 2022 vorgesehenen Inbetriebnahme eine garantierte Einspeisevergütung in Höhe von 92,5 Pfund/MWh (ca. 11,2 Cent/kWh) plus einem jährlichen Inflationsausgleich auf Preisbasis 2012 zu. Dies ist etwa das Doppelte des derzeitigen englischen Börsenstrompreises und liegt unterhalb der Einspeisevergütung für große Photovoltaik- und Offshore-Windkraftanlagen und oberhalb von Onshore-Windkraftanlagen. Bei allen 4 Reaktorblöcken handelt es sich um Reaktoren des Typs EPR, der den aktuellen Stand der Kerntechnik in Europa repräsentiert. Im Oktober 2014 genehmigte die EU-Kommission die Subvention der Reaktorneubauten als vereinbar mit dem EU-Wettbewerbsrecht. Die EU-Kommission geht dabei von Baukosten von 31 Mrd. Euro aus, während Herstellerfirma und britische Regierung von nur ca. 19 Mrd. Euro sprechen.


title: Kernkraftwerk

text: Die Baukosten des zwischen 1994 und 1995 betriebenen Brutreaktors Monju in Japan beliefen sich auf etwa 4 Milliarden Euro.


title: Kernkraftwerk

text: Eine 2003 veröffentlichte Studie vom Massachusetts Institute of Technology hat für neue Kernkraftwerke Kosten von etwa 4,6 Cent für eine Kilowattstunde ermittelt. 2009 aktualisierten die Autoren die Studie und kamen zu dem Schluss, dass die Kosten auf 5,8 Cent/kWh gestiegen waren. Damit ergebe sich für Kernkraftwerke im Vergleich zu Kohlekraft- und Gaskraftwerken unter den heutigen Randbedingungen auch weiterhin kein Kostenvorteil. Seitdem kam es zu einer enormen Verteuerung der Investitionskosten. Ging man 2003 bei neu zu bauenden Kernkraftwerken noch von etwa 700 Euro pro kW Leistung aus, lagen die Kosten im Jahr 2013 bei ca. 5.000 Euro pro kW.


title: Kernkraftwerk

text: Die Kosten für den Rückbau von Kernkraftwerken sind wegen der kontaminierten und aktivierten Anlagenteile hoch, dafür haben die Energieversorgungsunternehmen entsprechende Rückstellungen gebildet. Die prognostizierten Kosten bei derzeit im Rückbau befindlichen Kernkraftwerken betragen für das Kernkraftwerk Mülheim-Kärlich 750 Millionen Euro (1302 MW), Stade 500 Millionen (672 MW), Obrigheim 500 Millionen Euro (357 MW) und Greifswald 3,2 Milliarden Euro (1760 MW).


title: Kernkraftwerk

text: Für den Rückbau der Schweizer Kernkraftwerke wird ein Fonds geöffnet; nach Laufzeiten der Schweizer Kraftwerke von 27, 31, 38 und 41 Jahren ist der Fonds erst mit 1,3 Milliarden von den 2,2 Milliarden Franken dotiert, welche für die Stilllegung einst berechnet wurden. Gemäß Handelszeitung zerstreut die Atombranche Bedenken über eine Finanzierungslücke wegen zu tiefer angenommener Kosten und trotz des absehbaren Fehlens der nötigen Fachkräfte. Die Möglichkeit einer Abschaltung vor der theoretisch maximal möglichen Betriebszeit der Werke wurde bei der Berechnung des Fonds nicht in Betracht gezogen.


title: Kernkraftwerk

text: Im Mai 2014 wurden Pläne der drei deutschen Kernkraftwerksbetreiber E.ON, EnBW und RWE publik, ihre Kernkraftwerke in eine neu zu gründende und in Staatsbesitz befindliche Stiftung abzugeben. Diese soll die Kernkraftwerke bis zu ihrem Laufzeitende betreiben und anschließend als sog. Bad Bank fungieren und für den Rückbau, die Endlagerung und alle sonstigen Risiken aufkommen. Hierfür wollen die Betreiber Rücklagen in Höhe von ca. 30 Mrd. Euro einbringen, zudem steht im Raum eventuell Schadensersatzklagen wegen des Atomausstieges in Milliardenhöhe fallen zu lassen.


title: Kernkraftwerk

text: Die Errichtung und der Betrieb eines Kernkraftwerkes sowie alle wesentlichen Änderungen bis hin zu Stilllegung und Abbau müssen in Deutschland nach Atomrecht genehmigt werden. Wesentlich ist hier § 7 „Genehmigung von Anlagen“ des Atomgesetzes.


title: Kernkraftwerk

text: Da derzeit in Deutschland keine neuen Kernkraftwerke errichtet werden dürfen (siehe Atomausstieg), bezieht sich daher § 7 Atomgesetz in der Praxis gegenwärtig nicht auf den Neubau von Anlagen.


title: Kernkraftwerk

text: Es besteht in atomrechtlichen Genehmigungsverfahren für Kernkraftwerke eine Pflicht zur Durchführung einer Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) als Teil des atomrechtlichen Genehmigungsverfahrens.


title: Kernkraftwerk

text: Zusätzlich gelten hier die Regelungen des Euratom-Vertrags. Art. 37 des Euratom-Vertrags verpflichtet jeden Mitgliedstaat, bestimmte Angaben zur Freisetzung radioaktiver Stoffe, auch beim Neubau oder Abbau von Kernkraftwerken, der EU-Kommission zu übermitteln. Erst nach Veröffentlichung einer Stellungnahme der EU-Kommission darf mit dem Vorhaben begonnen werden.


title: Kernkraftwerk

text: Die Eintrittswahrscheinlichkeit und die Schwere der Auswirkungen von Unfällen in Kernkraftwerken ist nicht unmittelbar einsichtig. Um der Regierung und Ministerien die für Entscheidungen nötigen sachlichen Informationen zur Verfügung zu stellen, wurde Mitte der 70er Jahre die Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit gegründet. Ein Ergebnis dieses in staatlichem Eigentum befindlichen Forschungsinstituts ist die "Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke", in der versucht wurde, das Risiko von Unfällen realistisch abzuschätzen. Sie gibt als Größenordnung der Eintrittswahrscheinlichkeit für das Kernkraftwerk Biblis B folgende Werte an: Kernschmelze einmal pro 10.000 bis 100.000 Jahre, bei Berücksichtigung anlageninterner Notfallmaßnahmen einmal pro 100.000 bis 1.000.000 Jahre, Kernschmelze mit bedeutender Belastung des Sicherheitsbehälters einmal pro 1.000.000 bis 100.000.000 Jahre. Dem gegenüber steht die 1992 vom Bundeswirtschaftsministerium in Auftrag gegebene Prognos-Studie „Abschätzung der Schäden durch einen sogenannten Super-Gau“, die die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Super-GAU bei 33.333 Betriebsjahren pro Reaktor bzw. bei 1.666 Betriebsjahren für 20 Reaktoren in Deutschland insgesamt sieht.


title: Kernkraftwerk

text: Angesichts der Schwere der möglichen Folgen von Unfällen ist die Genehmigung zum Betrieb von Kernkraftwerken generell an strenge technische und organisatorische Auflagen gebunden, die staatlich überwacht werden. In Deutschland verpflichtet das Atomgesetz die Betreiber eines Kernkraftwerks, die erforderliche Vorsorge vor Schäden stets auf dem „Stand von Wissenschaft und Technik“ zu halten. Für die Erteilung von Genehmigungen sind Ministerien zuständig. In Deutschland war das zunächst ein Landesministerium und übergeordnet auf Bundesebene das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU). In seinem Auftrag überwacht das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) den Betrieb kerntechnischer Anlagen. Im Zuge der Novellierung sind die meisten Zuständigkeiten ab 2006 auch in Genehmigungsfragen auf das Bundesministerium übergegangen.


title: Kernkraftwerk

text: Die Schäden im Fall eines nuklearen Super-GAUs in Deutschland werden höchst unterschiedlich beziffert. Eine Studie, die das Prognos-Institut 1992 im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft erstellt hat, nannte eine Schadenssumme von etwa 2,5 bis 5,5 Billionen Euro.


title: Kernkraftwerk

text: In der Praxis kann die Haftungssumme nicht höher ausfallen als das Vermögen der Betreibergesellschaften. Das Atomgesetz in Deutschland (§ 13) legt eine Deckungsvorsorge von 2,5 Mrd. Euro fest, wobei die Haftung der Betreiber durch § 26 des gleichen Gesetzes bei schweren Naturkatastrophen außergewöhnlicher Art, bewaffneten Konflikten und ähnlichen Vorkommnissen auf eben nur diese Summe begrenzt ist. Für einen Teilbereich der Deckungsvorsorge kann der Betreiber des Kernkraftwerkes beim Atompool eine Haftpflichtversicherung abschließen, die für max. 256 Mio. EUR einsteht.


title: Kernkraftwerk

text: Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung sieht in der begrenzten Deckungsvorsorge eine implizite Subvention. Da die möglichen Schadenssummen um ein Vielfaches höher sind, muss der Staat für darüber hinausgehende Schäden aufkommen (wenn er das nicht tut, erhalten die Geschädigten nur einen Bruchteil dessen, was ihnen zustünde). Müssten die Kraftwerksbetreiber allerdings mögliche Schäden vollständig versichern, wären deren Versicherungsbeiträge erhöht, was sich direkt auf die Wirtschaftlichkeit auswirken würde. Laut einer Greenpeace-Studie (2010) wäre Atomstrom um bis zu 2,70 Euro pro kWh teurer, falls bei Kernkraftwerken die gleichen Haftungsregeln gelten würden wie in allen anderen Wirtschaftsbereichen. Nach Berechnungen von Finanzmathematikern würde eine Haftpflichtpolice für ein Atomkraftwerk 72 Mrd. Euro jährlich kosten. Der Strompreis eines Atomkraftwerks könnte damit auf mehr als das Vierzigfache steigen.


title: Kernkraftwerk

text: In Österreich sieht das eine verschuldensunabhängige Haftung des Betreibers einer Kernanlage für Schäden durch ionisierende Strahlung ohne Beschränkung der Haftungssumme vor. (Anm.: in Österreich gibt es keine kommerziellen KKW, siehe Kernenergie nach Ländern#Österreich)


title: Kernkraftwerk

text: In anderen EU-Staaten ist die Haftung jeweils in unterschiedlicher Höhe begrenzt. Die folgenden Haftungssummen nannte die Bundesregierung auf eine Anfrage im Juli 2008 als Antwort:


title: Kernkraftwerk

text: Spanien 700 Millionen Euro, in Belgien, Lettland, Rumänien und Schweden auf etwa 330 Millionen Euro, Niederlande 313 Millionen Euro. In Tschechien rund 250 Millionen Euro, in Finnland rund 194 Millionen Euro, in Großbritannien, Polen und Slowenien etwa 165 Millionen Euro und in Ungarn etwa 100 Millionen Euro. Die Haftungssumme für Frankreich gibt die deutsche Bundesregierung mit etwa 84 Millionen Euro, für die Slowakei mit etwa 82,5 Millionen Euro, für Dänemark mit rund 66 Millionen Euro und für Bulgarien mit 16,5 Millionen Euro an. Die Haftungssumme Italiens beläuft sich den Angaben zufolge auf 5,5 Millionen Euro, die Litauens auf 3,3 Millionen Euro.


title: Kernkraftwerk

text: In den übrigen EU-Staaten gab es Mitte 2008 es keine gesetzlichen Regelungen, zum Teil, weil es dort keine Kernkraftwerke gibt.


title: Kernkraftwerk

text: Die EU-Kommission startete am 30. Juli 2013 die öffentliche Konsultation zur Haftungsfrage von Atomkraftwerken.


title: Kernkraftwerk

text: EU-Energiekommissar Günther Oettinger forderte im Oktober 2013 in einem Interview eine generelle Haftpflichtversicherung für Kernkraftwerke in Europa und kündigte an, Anfang 2014 dazu einen Vorschlag zu machen. Die Versicherungssumme müsse „so hoch wie möglich“ ausfallen und werde „sicher bei einer Milliarde Euro oder höher“ liegen. Ihm sei „ein realistischer Beitrag lieber als gar keiner.“ Die Versicherungspflicht für Atomkraftwerke werde „automatisch zu höheren Kosten führen.“


title: Kernkraftwerk

text: Das Atomgesetz schreibt den Betreibern sowohl die Emissionsüberwachung wie auch die Mitteilung an die zuständigen Landesbehörden vor. Das Atomgesetz verpflichtet die Aufsichtsbehörden, neben Umgang und Verkehr mit radioaktiven Stoffen allgemein auch die Errichtung, den Betrieb und den Besitz von kerntechnischen Anlagen in einer Weise zu überwachen, dass sie von der Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften und ihrer auf diesen Vorschriften beruhenden Anordnungen und Verfügungen sowie der Bestimmungen des Bescheids über die Genehmigung und nachträglicher Auflagen durch die Betreiber dieser Anlagen überzeugt sein können. Die Länder haben zu diesem Zweck dazu teilweise Behörden befugt. Alle Messungen müssen öffentlich zugänglich sein.


title: Kernkraftwerk

text: In Deutschland war die Kraftwerk Union AG (KWU) Hersteller von Atomkraftwerken. Die KWU entstand 1968/69 als Tochterunternehmen von Siemens und AEG. 1977 übernahm Siemens die Anteile der AEG. Zunächst errichtete die KWU fünf nahezu baugleiche Kernkraftwerke mit Siedewasserreaktoren („Baulinie 69“), nämlich Isar I, Brunsbüttel (bei Hamburg), Philippsburg Block 1 und Kernkraftwerk Krümmel sowie das österreichische Kernkraftwerk Zwentendorf, das nach einer Volksabstimmung nie in Betrieb ging. Weitere von der KWU gebaute Siedewasserreaktoren sind Würgassen, Gundremmingen B und Gundremmingen C.


title: Kernkraftwerk

text: Im Ausland war die KWU unter anderem engagiert beim Bau der Kernkraftwerke Gösgen in der Schweiz und Zwentendorf in Österreich (siehe auch Leistungsreaktoren der KWU). Seit der Jahrtausendwende hat sich Siemens nach und nach vollständig aus dem Kernenergiegeschäft zurückgezogen, die KWU ist inzwischen Teil der französischen Framatome.


title: Kernkraftwerk

text: International bedeutende Hersteller von Kernkraftwerken waren beispielsweise Westinghouse, General Electric und Toshiba.


title: Kernkraftwerk

text: Die bekannten Gefahren (radioaktive Emissionen, ionisierende Strahlung, Atom-Unfälle, Sabotage) und die immensen Kosten (staatliche Förderung, Betrieb, Umwelt, Endlagerung, Rückbau) führten schon in den 1950er und 1960er Jahren zu massiver Kritik. Durch eine Reihe von Unfällen mündete die Kritik zunehmend in Ablehnung.


title: Kernkraftwerk

text: Die weltweite Anti-Atomkraft-Bewegung umfasst eine breite Bevölkerung aus allen Schichten und politischen Orientierungen. In Österreich sorgte sie schon 1976 dafür, dass keine Kernkraftwerke mehr gebaut wurden. In der Schweiz hatte die Bewegung mit ihren Aktionen in Kaiseraugst (1970) und in Deutschland in Wyhl (1973–1994) und Grohnde (1976) weltweit Aufmerksamkeit erregt. Die ungelöste Endlager-Problematik mit den Protesten gegen die Castor-Transporte und das Endlager Gorleben und dem Gorleben-Treck 1979 mit 100.000 Teilnehmern und die Proteste gegen die Wiederaufarbeitungsanlage Wackersdorf (1980–1989), sowie die Katastrophen in Tschernobyl 1986 und Fukushima 2011 führten in vielen Ländern zur Abkehr von Kerntechnik zur Stromerzeugung. In Deutschland wurde 2011 der Atomausstieg beschlossen, 2022 werden die letzten KKWs abgeschaltet.


title: Kernkraftwerk

text: Das aktuell theoretisch leistungsstärkste Kernkraftwerk der Welt ist seit 2003 mit einer in sieben Reaktorblöcken installierten Gesamtleistung von 8212 MW das zwischen 2007 und 2012 sukzessiv in Langzeitstillstand gegangene Kernkraftwerk Kashiwazaki-Kariwa in Japan.


title: Kernkraftwerk

text: Nach über 46 Jahren ging am 31. März 2003 mit Calder Hall-1 das KKW mit den bisher meisten britischen Betriebsjahren vom Netz. Nach der Abschaltung der Kernkraftanlage Oldbury in England nach 44 Betriebsjahren ist das Kernkraftwerk Beznau (CH) nahe der schweizerisch-deutschen Grenze am Hochrhein mit im Juli 2022 53 Betriebsjahren das dienstälteste der Welt. Bugey 3 ist mit bisher 42 Jahren das KKW mit den bisher meisten französischen Betriebsjahren. Der nur kurz nach Beznau ans Netz gegangene Nine Mile Point 1 ist der älteste noch in Betrieb befindliche US-Reaktor und mit 53 Jahren bisher der mit den meisten Betriebsjahren in den USA.


title: Eisen

text: Eisen ist ein chemisches Element mit dem Symbol Fe () und der Ordnungszahl 26. Es gehört zu den Übergangsmetallen, die im Periodensystem die 8. Nebengruppe (Eisen-Platin-Gruppe), nach der neuen Zählung die Gruppe 8 (Eisengruppe) bilden. Eisen ist, auf den Massenanteil (ppmw) bezogen, nach Sauerstoff, Silicium und Aluminium das vierthäufigste Element in der Erdkruste und nach Aluminium das häufigste Metall.


title: Eisen

text: Moderne Eisenwerkstoffe mit einem Massenanteil des Kohlenstoffs von bis zu 2 % werden als Stahl bezeichnet, bei größerem Gehalt als Gusseisen. Die Unterscheidung beruht darauf, dass Gusseisen nicht plastisch verformbar, insbesondere nicht schmiedbar ist, während Stahl verformbar, also schmiedbar ist. Ältere Werkstoffe (vor etwa 1870) mit geringen Kohlenstoffgehalten werden als Schmiedeeisen bezeichnet und weisen größere Verunreinigungen auf, da sie anders hergestellt wurden als moderner Stahl.


title: Eisen

text: Belege für die Nutzung von Eisen in den verschiedenen Kulturen durch archäologische Funde sind gegenüber den Funden von Bronze relativ selten. Einerseits wurde Eisen in den ältesten Perioden der Geschichte nur in geringem Umfang genutzt, andererseits neigt Eisen an feuchter Luft, im Wasser und in der nassen Erde zur Korrosion, wodurch viele Gegenstände nicht erhalten blieben. Nur besondere Umstände oder große Ausmaße des Gegenstandes verhinderten den Verlust solcher Stücke.


title: Eisen

text: In der Vergangenheit wurde angenommen, das keltische und germanische Wort für Eisen (keltisch *"isarnon", germanisch *"isarna") sei vom Illyrischen entlehnt worden. Auch wurde wegen des Gegensatzes zur weicheren Bronze eine Verwandtschaft von *"isarnon" zu lateinisch "ira" „Zorn, Heftigkeit“ vertreten. Das neuhochdeutsche Wort "Eisen" (von mittelhochdeutsch "īsen", und zu "īsīn" „eisern“) wird über althochdeutsch "īsa(r)n", aus urgermanisch *"īsarnan", und dieses aus gallisch *"īsarnon" hergeleitet; eine illyrische Herkunft gilt dagegen heute als unwahrscheinlich. *"isarnan" und "isarnon" setzen sich außer im deutschen "Eisen" auch in den übrigen germanischen Sprachen (englisch "iron", nordfriesisch "joorn", westfriesisch "izer", niederländisch "IJzer") sowie in keltischen Sprachen fort (bretonisch "houarn", kymr. "haearn", irisches und schottisches Gälisch "iarann", Manx "yiarn").


title: Eisen

text: Neben seiner herausragenden Bedeutung als Werkstoff wurde Eisen in der Alchemie verwendet, wo es mit dem Zeichen „♂“ für den Planeten Mars und für Männlichkeit assoziiert wurde.


title: Eisen

text: Bevor die Menschen in den verschiedenen Kulturkreisen lernten, Eisen aus Erz zu gewinnen, nutzten sie das bereits vor der eigentlichen „Eisenzeit“ bekannte und an seinem spezifischen Nickelgehalt von etwa 5 bis 18 % erkennbare Meteoreisen oder auch "Meteoriteneisen". Aufgrund seiner Seltenheit war dieses „Himmelseisen“ (altägyptisch: bj-n-pt = „Eisen des Himmels“) entsprechend wertvoll und wurde vorwiegend zu Kultgegenständen und Schmuck verarbeitet. So fand man im Alten Ägypten in zwei Gräbern aus vordynastischer Zeit Schmuckperlen aus Meteoreisen mit einem Nickelgehalt von ca. 7,5 %, die auf etwa 3200 v. Chr. datiert sind. Ebenso konnte die schon früh geäußerte Vermutung bestätigt werden, dass ein bei der Mumie des Pharao Tutanchamun gefundener Dolch aus Meteoreisen gefertigt worden war. Die ältesten bekannten Funde aus Meteoreisen stammen allerdings aus Mesopotamien, das von den dort lebenden Sumerern als „urudu-an-bar“ (= "Kupfer des Himmels") bezeichnet wurde. Unter anderem wurde in der Stadt Ur ein Dolch mit einer Klinge aus Meteoreisen (10,8 % Ni) und goldbelegtem Griff entdeckt, dessen Herstellung auf eine Zeit um 3100 v. Chr. datiert ist.


title: Eisen

text: Die Nutzung von nickelfreiem, also terrestrischem Eisen muss in Mesopotamien ebenfalls schon früh erfolgt sein, belegt durch einen nickelfreien Eisendolch mit Bronzegriff aus der Zeit zwischen 3000 und 2700 v. Chr., der in den Ruinen von Ešnunna bei Tell Asmar im heutigen Irak gefunden wurde. Aus den Aufzeichnungen der Hethiter im Archiv von Boğazkale (ehemals "Boğazköy") in Zentralanatolien geht hervor, dass Eisen bereits zur Zeit von König Anitta (ca. 1800 v. Chr.) bekannt war und die Verhüttung von Eisen mindestens seit ca. 1300 v. Chr. Zwischen 1600 und 1200 v. Chr. blieb die Eisenproduktion weitgehend ein Monopol des Hethitischen Reiches und war ein Faktor für dessen Aufstieg. Ab 1200 v. Chr. wurde in der Levante Stahl durch Erhöhung des Kohlenstoffanteils produziert. Die Hethiter stellten aus dem Eisen, das anfänglich mit bis zum achtfachen Gewicht in Gold aufgewogen wurde, vorwiegend Schmuck her. In der späten Hethiterzeit gab es Eisen schon so häufig, dass es in Inventarlisten nicht mehr mit den Edelmetallen, sondern zusammen mit Kupfer geführt wurde. Von einem Monopol der Hethiter kann jedoch keine Rede sein: Einzelstücke aus terrestrischem Eisen aus der Mittleren und Späten Bronzezeit fanden sich auch in Griechenland und Zypern, in Jordanien, Libanon, Israel und Ägypten.


title: Eisen

text: Der Beginn der Eisenzeit wird für den Nahen Osten im Allgemeinen auf das Jahr 1200 v. Chr. festgesetzt – nicht weil Eisen ab diesem Zeitpunkt eine nennenswerte Rolle spielte, sondern weil innerhalb kürzester Zeit die Kulturen der Bronzezeit kollabierten. Die ersten Jahrhunderte der Eisenzeit sind in dieser Region ein „dunkles Zeitalter“, in dem viele Städte zerstört wurden, der Fernhandel zusammenbrach und die Metallproduktion nahezu einschlief. Erst ab etwa 700 v. Chr., als sich die Kulturen wieder vom Zusammenbruch erholten, wurde Eisen wieder häufiger. Seit 1200 v. Chr. ist in dieser Region auch nach der Stadt Damaskus genannte Damaszenerstahl oder Schmelzdamast bekannt, der einen sehr hohen Kohlenstoffgehalt von etwa 1,5 % und beim Polieren ein charakteristisches Muster aufweist. Dieser Werkstoff ist jedoch nicht nur im Nahen Osten, sondern bereits früher in anderen Regionen bekannt, so zum Beispiel in Südindien, wo er spätestens seit 300 v. Chr. hergestellt wird.


title: Eisen

text: Im alten Ägypten ist die Verhüttung von Eisen erst seit dem 6. Jahrhundert v. Chr. nachgewiesen. Bereits seit dem Alten Reich wurde aber auf Meteoriteneisen zurückgegriffen. Dieses wurde in späteren Texten als "bj-n-pt" („Eisen des Himmels“) bezeichnet und vor allem zur Herstellung von Amuletten und Modellwerkzeugen für das Mundöffnungsritual verwendet. Ein bekannter Fund ist eine Dolchklinge als Grabbeigabe Tutanchamuns von ca. 1350 v. Chr., die nach neueren Untersuchungen sehr wahrscheinlich aus Meteoreisen besteht. Ein weiterer Eisenfund in einem Grab bei Abydos aus der 6. Dynastie (2347–2216 v. Chr.) ließ sich zwar als nickelfrei und damit terrestrischen Ursprungs bestimmen, sein früherer Verwendungszweck konnte jedoch nicht ermittelt werden, da das Stück völlig verrostet war. Ein 1837 in den Fugen der Cheopspyramide gefundenes Eisenmesser, das zunächst in die 4. Dynastie datiert wurde, erwies sich hingegen als modernes Stück.


title: Eisen

text: Weiterhin gehörten auch die Chalyber zu den Völkern des Mittelmeerraums und Kleinasiens, die bereits gute Kenntnisse über die Nutzung des Eisens als Hüttenwerkstoff gewonnen hatten. Ihr Name lebte in dem griechischen Wort für Stahl ("chalybs") weiter, im Gegensatz zum gewöhnlichen Eisen ("sideros"). Früheste Spuren von Eisenverhüttung auf griechischem Gebiet fanden sich in Form von Eisenschlacke aus der Zeit um 2000 v. Chr. in Agia Triada auf Kreta.


title: Eisen

text: Im Alten Ägypten und in Gerar (Palästina) war die Eisenverhüttung etwa ab 1000 v. Chr. bekannt (für Gerar belegt durch Eisenschmelzöfen und örtlich hergestellte Ackerbaugeräte) und in China mindestens seit der Han-Dynastie (206 v. Chr. bis 222 n. Chr.).


title: Eisen

text: Zu den ältesten europäischen Stücken gehören die eisernen Zelte und Speere, die Graf Gozzadini 1853 in etruskischen Gräbern bei Bologna entdeckt hat. Sie stammen aus dem 9. bis 10. Jahrhundert vor Christus. In Mitteleuropa allgemein wird die vorrömische Eisenzeit üblicherweise in Hallstattzeit (800–450 v. Chr.) und Latènezeit (ab 450 v. Chr.) unterteilt, wobei erste Eisenobjekte bereits in der Späten Bronzezeit aufgetaucht waren.


title: Eisen

text: Einer der ältesten bekannten Eisenfunde in Deutschland ist ein eiserner Niet als Verbindung zwischen bronzener Lanzenspitze und hölzernem Schaft, der in Helle (Ostprignitz) gefunden wurde und etwa aus der Zeit um 800 v. Chr. stammt. Im deutschsprachigen Raum markiert allerdings die erst etwa 300 Jahre später im gesamten keltischen Kulturkreis beginnende La-Tène-Zeit eine erste Hochkultur mit zahlreichen Eisenverhüttungsplätzen und Eisenfunden (z. B. im Siegerland und in Teltow). In Norddeutschland blieben in der Hallstattzeit die bronzezeitlichen Kulturen bestehen. Südlich der Alpen gab es hingegen mit den Etruskern eine Hochkultur, die große Mengen an Bronze und Eisen herstellte und deren Produkte auch bis nach Mitteleuropa kamen. Sie bauten unter anderem einen Eisenskarn auf Elba ab.


title: Eisen

text: Bis ins 18. Jahrhundert waren Rennöfen bzw. Rennwerke mit angeschlossenen Schmieden in Europa weit verbreitet. Sie waren bis ins späte Mittelalter die einzige Methode, um schmiedbares Eisen herzustellen. Ab diesem Zeitpunkt erlaubte das „Frischen“ eine Verringerung des Kohlenstoffgehalts im Roh- bzw. Gusseisen. Flüssiges Roheisen entstand mit diesem Verfahren allerdings nicht, da ein Rennofen nur Temperaturen zwischen 1000 und 1200 °C erreichen konnte, der Schmelzpunkt von reinem Eisen jedoch bei 1538 °C liegt (Schmelzpunkt von reinem Zementit, FeC: 1250 °C). Die Entwicklung von Hochöfen und damit Gusseisen fand in Europa erst später statt. Die frühesten Gusseisenstücke wurden in Schweden (Lapphyttan und Vinarhyttan) entdeckt und auf 1150 bis 1300 datiert. Mit der gegossenen Kanonenkugel (ab 1400) verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell wie die Feldzüge über ganz Europa.


title: Eisen

text: Als die schwindenden Wälder in Europa den wachsenden Holzkohlebedarf zur Eisengewinnung nicht mehr decken konnten, suchte man nach Alternativen. Als erstem gelang 1709 Abraham Darby in Großbritannien der Einsatz von Kohle (genauer dem Kohleprodukt Koks) als Alternative. In Deutschland gelang es erst 1796 einen Hochofen mit Koks zu betreiben. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der Dampfmaschine, gilt als Beginn der industriellen Revolution. Die Hüttenwerke produzierten Gusseisen und Schmiedeeisen. Mit der Einführung des Puddelverfahrens um 1784 konnte man die bisher übliche Holzkohle durch die günstigere Steinkohle ersetzen.


title: Eisen

text: Auch in Afrika gab es eine sehr alte Tradition der Eisenproduktion, die vor etwa 3000 Jahren begann. Die afrikanischen Metallurgen waren sehr experimentierfreudig und innovativ, die Konstruktionsweisen und Formen der Öfen weisen eine Vielfalt auf, die auf anderen Kontinenten nicht zu finden ist. Bis auf wenige Ausnahmen – nämlich Mauretanien und Niger – gab es an den meisten Fundorten südlich der Sahara keine Kupfer- oder Bronzezeit, die der Eisenverhüttung vorausging: Auf das Neolithikum folgte


title: Eisen

text: direkt die Eisenzeit. Den ältesten bekannten Schmelzofen in Afrika, der im Termit-Massiv im Niger entdeckt wurde, datierten Archäologen auf 800 v. Chr. Weitere Fundstätten für die Eisenverarbeitung wurden zum Beispiel in Walalde im Senegal, in der Zentralafrikanischen Republik, in Ruanda, in Taruga, der Region um Nsukka und am Nordrand des Mandaragebirges im Grenzgebiet zwischen Nigeria und Kamerun entdeckt.


title: Eisen

text: Ab dem 7. Jahrhundert v. Chr. war Eisen außer bei den Kulturen im Nahen Osten und Teilen Europas auch in vielen weiteren Regionen bekannt: so in Indien und Sri Lanka, in China, in Osteuropa bei den Skythen und auch südlich der Sahara in Afrika. In Kolchis, das heutige westliche Georgien, war im 7. Jahrhundert ein wichtiger Eisenproduzent. Man hat dort etwa 400 Öfen gefunden, in denen Hämatit und Magnetit verhüttet wurden.


title: Eisen

text: In China wurden die ersten Erfahrungen mit Eisen an Meteoriteneisen gewonnen. Erste archäologische Spuren von Schmiedeeisen finden sich im Nordwesten, nahe Xinjiang, aus dem 8. vorchristlichen Jahrhundert. Man vermutet, dass diese Produkte, die mit den Methoden des Nahen Ostens erstellt wurden, durch Handel nach China gelangt sind. Das änderte sich in der späten Zhou-Zeit im 5. Jahrhundert v. Chr. mit einer massenhaften Produktion von Gusseisen in Hochöfen. China entwickelte die Technologie kontinuierlich weiter und blieb ein sehr innovatives Zentrum der Metallurgie.


title: Eisen

text: In den Gräbern von Turan, einer Region, die sich über den Osten Irans, den Süden Afghanistans und den Südwesten Pakistans zog, fanden sich eiserne Gegenstände und größere Eisenlager in den Ruinen von Khorsabad. Entdeckt wurden von Victor Place Ringe und Kettenteile zusammen mit etwa 160.000 kg Eisenbarren. Layard stieß bei seinen Ausgrabungen in Nimrud auf eiserne Waffen wie Helme, Speere und Dolche.<ref name="DOI10.2307/4199639">David Stronach: "Metal Objects from the 1957 Excavations at Nimrud." In: "Iraq." Band 20, 1958, S. 169–181, .</ref> Berühmt ist die Eiserne Säule in Delhi, ein sieben Meter hoher schmiedeeiserner Pfeiler aus dem 4./5. Jahrhundert.


title: Eisen

text: In Australien und den umliegenden besiedelten Inseln Polynesiens war dagegen die Nutzung von Eisen bis zur Entdeckung durch europäische Forscher unbekannt. Auch in der ansonsten hochstehenden Kultur der Inkas und Azteken Mittel- und Südamerikas verarbeitete man zwar Gold, Silber, Kupfer und Bronze von guter Qualität und großer Kunstfertigkeit, Eisen jedoch nur in geringer Menge und nur Meteoreisen.


title: Eisen

text: Eisen steht in der Reihe der "relativen Elementhäufigkeit bezogen auf Silicium" im Universum mit 8,7 · 10 Atomen je 1 · 10 Siliciumatomen an 9. Stelle. Die Fusion von Elementen in Sternen endet beim Eisen, da bei der Fusion höherer Elemente keine Energie mehr frei wird, sondern aufgewendet werden muss (siehe Nukleosynthese). Schwerere Elemente entstehen endotherm bei Supernovaexplosionen, die auch für das Verstreuen der im Stern entstandenen Materie verantwortlich sind.


title: Eisen

text: Eisen steht in der Reihe der "Elementhäufigkeit nach dem Massenanteil" an 2. Stelle in der gesamten Erde (28,8 %), an 4. Stelle in der Erdhülle (4,70 %) und an 4. Stelle in der kontinentalen Erdkruste (5,63 %); im Meerwasser ist es nur zu 0,002 mg/L enthalten. Eisen ist zusammen mit Nickel wahrscheinlich der Hauptbestandteil des Erdkerns. Vermutlich angetrieben von thermischen Kräften erzeugen Konvektionsströmungen von flüssigem Eisen im äußeren Kern das Erdmagnetfeld.


title: Eisen

text: Das meiste Eisen in der Erdkruste ist mit verschiedenen anderen Elementen verbunden und bildet mehrere hundert verschiedene Eisenmineralien. Eine wichtige und wirtschaftlich bedeutsame Klasse sind die Eisenoxidmineralien wie Hämatit (FeO), Magnetit (FeO) und Siderit (FeCO), Limonit (FeO·n HO) und Goethit (FeO·OH), die die Haupterze des Eisens sind. Viele magmatische Gesteine enthalten auch das Sulfidmineral Pyrrhotin und das mit ihm verwachsene Nickel-Eisen-Mineral Pentlandit. Während der Verwitterung neigt Eisen dazu, aus Sulfidablagerungen als Sulfat und aus Silicatablagerungen als Hydrogencarbonat herauszulösen. Beide werden in wässriger Lösung oxidiert und fallen in Form von Eisen(III)-oxid bei leicht erhöhtem pH-Wert aus.


title: Eisen

text: Große Eisenvorkommen sind Bändererze, eine Art Gestein, das aus wiederholten dünnen Schichten von Eisenoxiden besteht, die sich mit Bändern aus eisenarmem Schiefer und Kieselgestein (Chert) abwechseln. Die Bändererze wurden hauptsächlich in der Zeit zwischen vor 3700 Millionen Jahren und vor 1800 Millionen Jahren abgelagert (die jüngsten entstanden vor 350 Millionen Jahren), durch Reaktion von Eisen mit dem durch cyanobakterielle Photosynthese entstehenden Sauerstoff.


title: Eisen

text: Materialien, die fein gemahlene Eisen(III)-oxide oder -oxidhydroxide wie Ocker enthalten, werden seit vorgeschichtlicher Zeit als gelbe (Ocker), rote (Hämatit), braune (Umbra) und schwarze (Magnetit) Pigmente verwendet. Sie tragen auch zur Farbe verschiedener Gesteine und Tone bei, einschließlich ganzer geologischer Formationen wie der Painted Hills in Oregon und des Buntsandsteins. Durch Eisensandstein in Deutschland und Bath Stone in Großbritannien sind Eisenverbindungen für die gelbliche Farbe vieler historischer Gebäude und Skulpturen verantwortlich. Die sprichwörtliche rote Farbe der Marsoberfläche stammt von einem eisenoxidreichen Regolith.


title: Eisen

text: Im Eisensulfidmineral Pyrit (FeS) sind erhebliche Eisenmengen enthalten. Es wird jedoch hauptsächlich zur Produktion von Schwefelsäure, wobei die bei der Produktion entstehenden Kiesabbrände einen hohen Eisengehalt besitzen. Es ist jedoch nur mit modernen Verfahren möglich diese zur Eisengewinnung zu nutzen, da hierzu Reste des Schwefels entfernt werden müssen, die das Eisen brüchig werden lassen. Tatsächlich ist Eisen so verbreitet, dass sich die Produktion im Allgemeinen nur auf Erze mit sehr hohem Eisengehalt konzentriert.


title: Eisen

text: Das langlebige Eisenisotop Fe kann unter anderem in Tiefseesedimenten nachgewiesen werden. Wissenschaftler erklären dies mit dem Eintrag des durch Supernovas entstandenen Isotops durch Mikrometeorite auf die Erde. Die Verteilung und Häufigkeit der Isotope kann zur Datierung der Sedimente und indirekt auch der kosmischen Ereignisse verwendet werden.


title: Eisen

text: Die ersten Vorkommen, die abgebaut wurden, waren Raseneisenstein und offenliegende Erze. Heute wird vor allem Magnetit (FeO), Hämatit und Siderit abgebaut. Die größten Eisenerzvorkommen finden sich in den sogenannten "Banded Iron Formations" (BIF, gebändertes Eisenerz oder Bändererz), die auch als Takonit oder Itabirit bezeichnet werden und Eisen hauptsächlich in den Mineralen Hämatit und Magnetit enthalten.


title: Eisen

text: Selten kommt Eisen in der Natur auch gediegen vor, meist in Form kleiner Bläschen oder Verdickungen im umgebenden Gestein, aber auch als massige Mineral-Aggregate mit bis zu 25 t Gewicht, und ist deshalb als Mineral anerkannt. Die International Mineralogical Association (IMA) führt es gemäß der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) unter der System-Nr. „1.AE.05“ (Elemente – Metalle und intermetallische Verbindungen – Eisen-Chrom-Familie) (8. Auflage: "I/A.04a"). Die im englischsprachigen Raum ebenfalls geläufige Systematik der Minerale nach Dana führt das Element-Mineral unter der System-Nr. „01.01.11.00“.


title: Eisen

text: Weltweit sind bisher rund 2000 Fundorte für gediegen Eisen dokumentiert (Stand: 2022), wobei die überwiegende Mehrheit allerdings aus meteoritischen Eisenfunden der Varietät Kamacit besteht.


title: Eisen

text: Eisen kristallisiert im kubischen Kristallsystem, hat je nach Bildungsbedingungen und Reinheitsgrad eine Mohshärte zwischen 4 und 5 und eine stahlgraue bis schwarze Farbe ("Eisenschwarz"). Auch die Strichfarbe ist grau.


title: Eisen

text: Wegen der Reaktion mit Wasser und Sauerstoff (Rosten) ist gediegen Eisen nicht stabil. Es tritt daher in Legierung mit Nickel entweder als Kamacit (4 bis 7,5 % Ni) oder Taenit (20 bis 50 % Ni) nur in Eisenmeteoriten auf sowie in Basalten, in denen es manchmal zu einer Reduktion von eisenhaltigen Mineralen kommt. Eisen mit geringeren Nickelanteilen gelten als Varietät desselben und sind unter der Bezeichnung "Josephinit" bekannt, allerdings ist diese Bezeichnung auch ein Synonym des Minerals Awaruit (NiFe).


title: Eisen

text: Eisenerze findet man dagegen vergleichsweise häufig; wichtige Beispiele sind die Minerale Magnetit ("Magneteisenstein", FeO), Hämatit ("Roteisenstein", FeO), Pyrrhotin ("Magnetkies", FeS), Pyrit ("Eisenkies", FeS), Siderit ("Eisenspat", FeCO) und das als Gestein geltende Limonit ("Brauneisenstein", FeO·n HO). Das Sedimentgestein "Eisen-Oolith", manchmal als "Eisenstein" bezeichnet, besteht aus Eisenhydroxidmineralien, verkittet mit tonigen oder kalkigen Bindemitteln. Industriell weniger von Interesse, allerdings in der Natur ziemlich häufig antreffbar sind die Minerale Chlorit, Glaukonit und Pyrit. Insgesamt sind derzeit (Stand: 2010) 1424 Eisenminerale bekannt.


title: Eisen

text: Viele Lebensmittel enthalten Eisen in Spuren. So enthält Hafer (entspelzt) 58 mg/kg, Gerste (entspelzt) und Roggen 28 mg/kg, Weizen 33 mg/kg, Kakao (schwach entölt) 125 mg/kg, Spinat 3,8 mg/kg, Kartoffel 5 mg/kg, Petersilie 55 mg/kg, Apfel 2 bis 9 mg/kg, Rindfleisch 21 mg/kg, Rinderleber 70 mg/kg, Rinderniere 11 mg/kg, Schweineleber 154 mg/kg, Schweinefleisch 18 mg/kg, Schweinenieren 100 mg/kg, Schweineblut 550 mg/l, Rinderblut 500 mg/l, Kuhmilch 0,5 mg/l und Eigelb 60 bis 120 mg/l.


title: Eisen

text: Die Volksrepublik China ist mit 888 Millionen Tonnen (67,8 Prozent) das im Jahr 2020 bei weitem bedeutendste Herstellerland für Roheisen, gefolgt von Indien mit 68 Millionen Tonnen (5,2 Prozent), Japan mit 62 Millionen Tonnen (4,7 Prozent) und Russland mit 52 Millionen Tonnen (4,0 Prozent). Die vier Staaten hatten zusammen einen Anteil von 81,7 Prozent an der Weltproduktion von 1310 Millionen Tonnen. In Europa waren weitere wichtige Produzenten die Ukraine, Deutschland und Frankreich.


title: Eisen

text: Weltweit wurden 2020 etwa 2,5 Milliarden Tonnen Eisenerz abgebaut. Die bedeutendsten Eisenerzlieferanten waren Australien, gefolgt von Brasilien, der Volksrepublik China, Indien und Russland. Zusammen hatten sie einen Anteil von 79,5 Prozent an der Weltförderung. Zusätzlich wird aus Schrott noch neues Eisen hergestellt.


title: Eisen

text: Eisenerz wird hauptsächlich im Tagebau und seltener im Tiefbau (Untertagebau, wie in der Eisenerzgrube Kiruna) gewonnen. Dort, wo die als abbauwürdig erkannten Eisenerzlagerstätten offen zutage treten, kann das Erz im weniger aufwändigen Tagebau gewonnen werden. Der Großteil des Eisenerzes wird in Brasilien, Australien, China, Indien, den USA und Russland abgebaut.


title: Eisen

text: Diese Länder verdrängten in den letzten Jahren die ursprünglich bedeutendsten Eisenerz-Förderländer wie Frankreich, Schweden und Deutschland, dessen letzte Eisenerzgrube in der Oberpfalz 1987 geschlossen wurde.


title: Eisen

text: Aus technologisch-wirtschaftlichen Gründen sollten die zur Verarbeitung in Hochöfen eingesetzten Erze, in chemischer und physikalischer Sicht gleichmäßige Eigenschaften besitzen. Demnach müssen die beim Abbau gewonnenen grobe Erze gebrochen, gemahlen und gesiebt und die zu feinen Erze stückig gemacht werden. Das bezeichnet


title: Eisen

text: man als Erzvorbereitung. Ungleichmäßigkeiten der Erze eines Abbauortes oder verschiedener Abbauorte werden durch Mischen der Erze auf sogenannten Mischbetten ausgeglichen. Nur ein kleiner Teil der Erze kann als Stückerz direkt im Hochofen eingesetzt werden. Der Hauptanteil der Eisenerze liegt als Feinerz vor und muss für den Einsatz im Hochofen stückig gemacht werden, da das feine Erz die Luftzufuhr (Wind) im Hochofen sehr beeinträchtigen oder sogar verhindern würde. Die wichtigsten Verfahren dafür sind Sinterung und Pelletierung. In Deutschland werden die Erze vorwiegend durch Sintern stückig gemacht. In anderen Ländern, beispielsweise in den USA, wird mehr pelletiert, wobei die bei der Aufbereitung anfallende Korngröße entscheidend für die Auswahl des Verfahrens ist. Das Sintern erfordert eine Korngröße von mehr als 2 mm, während noch feiner aufgemahlene Erze pelletiert werden.


title: Eisen

text: In den Sinteranlagen werden gröbere Erzkörner nach ihrer Größe sortiert und gesintert. Kleine Erzkörner müssen dazu gemeinsam mit Kalkzuschlagsstoffen auf mit Gas unterfeuerte, motorisch angetriebene Wanderroste (Rost-Förderbänder) aufgebracht und durch starke Erhitzung angeschmolzen und dadurch „zusammengebacken“ (gesintert) werden. Sehr feines Erz wird pulverfein aufgemahlen, was oft bereits zur Abtrennung von Gangart nötig ist. Dann wird es mit Kalkstein, feinkörnigem Koks (Koksgrus) und Wasser intensiv vermischt und auf einen motorisch angetriebenen Wanderrost aufgegeben. Durch den Wanderrost werden von unten Gase abgesaugt. Von oben wird angezündet und eine Brennfront wandert von oben nach unten durch die Mischung, die dabei kurz angeschmolzen (gesintert) wird. Beim Pelletieren wird mit Bindemitteln, Zuschlägen und Wasser eine Mischung erzeugt, die dann auf Pelletiertellern zu Kügelchen (Grünpellets) von 8 bis 18 mm Durchmesser gerollt wird. Diese werden mit Gasbefeuerung bei 1000 °C auf einem Wanderrost, in Schachtöfen oder Drehrohröfen zu Pellets gebrannt. Sinter ist nicht gut transportierbar und wird deshalb im Hüttenwerk erzeugt, Pelletanlagen werden meist in der Nähe der Erzgruben betrieben.


title: Eisen

text: Das Eisen wird durch chemische Reduktion des Eisenoxids der oxidischen Eisenerze (bzw. sulfidischer Eisenerze nach ihrer Röstung mit Luftsauerstoff) und Kohlenstoff (Koks) gewonnen. Die Roheisenerzeugung erfolgt nahezu ausschließlich in hohen Gebläse-Schachtöfen (Hochöfen). Lediglich in Ländern mit billigen Wasserkraftwerken und teurer Kohle spielt die Erzeugung in elektrischen Öfen eine begrenzte Rolle. Koks und Erz werden im Hochofen abwechselnd in Lagen oben in den Ofen hineingeschüttet. Dazu sind oberhalb des Ofengefäßes in der Regel zwei Bunker angeordnet, die als Gasschleusen zwischen dem Ofengefäß und der Umgebung dienen. Ganz oben befindet sich innerhalb des Ofengefäßes eine Drehschurre, mit der das Material spiralförmig flächig auf der Beschickungsoberfläche verteilt wird. Die Kokslagen halten im unteren Bereich des Ofens, wenn das Erz plastisch wird, die Durchströmbarkeit der Schüttung mit Prozessgas aufrecht (Koksfenster).


title: Eisen

text: Der Einsatz sinkt im Ofenschacht ab und wird dabei durch das etwa 1600 bis 2200 °C (an der Einblasstelle) heiße, aus Kohlenstoffmonoxid und Stickstoff bestehende aufsteigende Prozessgas getrocknet, aufgeheizt, die Eisenoxide reduziert und schließlich geschmolzen (Redoxreaktion). Das Prozessgas wird erzeugt, indem unten in den Ofen durch Blasformen (wassergekühlte Kupferdüsen) auf etwa 900 bis 1300 °C vorgeheizte Luft eingeblasen wird. Der Sauerstoff der Luft verbrennt mit Koks zu Kohlenstoffmonoxid. Der gesamte Vorgang dauert etwa acht Stunden.


title: Eisen

text: In der Temperaturzone zwischen 500 und 900 °C findet die so genannte „Indirekte Reduktion“ statt. Über drei Stufen reagieren die verschiedenen Eisenoxide jeweils mit Kohlenstoffmonoxid bzw. Wasserstoff, bis schließlich metallisches Eisen vorliegt:


title: Eisen

text: Im Temperaturbereich von 900 bis 1600 °C findet zusätzlich eine „direkte Reduktion“ mit Kohlenstoff statt:


title: Eisen

text: Das aus dem Hochofen kommende Gichtgas wird vom mitgeführten Staub befreit und dient zum Betrieb der für das Hochofenverfahren erforderlichen Winderhitzer, Gebläse, Pumpen, Beleuchtungs-, Gasreinigungs- und Transportvorrichtungen. Der Überschuss wird für den Stahlwerksbetrieb oder sonstige industrielle Zwecke verwendet.


title: Eisen

text: Der Ofen erzeugt neben dem flüssigen Eisen auch flüssige Schlacke. Da der Schmelzpunkt eines Gemisches von SiO und AlO zu hoch ist, um eine bei 1450 °C flüssige Schlacke zu bilden, dienen Zuschläge der Erzeugung von leichter schmelzbaren Calcium-aluminium-silicate zur Schmelzpunktserniedrigung. Handelt es sich z. B. um Tonerde- und Kieselsäure-haltige Gangarten, was meist der Fall ist, so schlägt man dementsprechend kalkhaltige, d. h. basische Bestandteile (z. B. Kalkstein, Dolomit) zu. Im Falle kalkhaltiger Gangarten werden umgekehrt Tonerde- und Kieselsäure-haltige, d. h. saure Zuschläge (z. B. Feldspat, Tonschiefer) zugegeben. Das Eisen und die Schlacke ist im Hochofen miteinander vermischt, hat eine Temperatur von etwa 1450 °C und wird durch ein Stichloch abgezogen, das etwa alle zwei Stunden durch Anbohren geöffnet und jeweils nach etwa einer Stunde durch Verstopfen mit einer keramischen Masse verschlossen wird. Eisen und Schlacke werden außerhalb des Ofens getrennt. Das Eisen wird in Transportpfannen gefüllt und ins Stahlwerk gebracht.


title: Eisen

text: Das Eisen ist bei 1450 °C flüssig, da durch den im Eisen gelösten Kohlenstoff eine Schmelzpunktserniedrigung erfolgt. Die Schlacke wird mit Wasser verdüst. Dabei erstarrt sie durch das Abschrecken als feinkörniges Glas (Schlackensand). Dieser Schlackensand wird fein gemahlen und als Betonzusatzstoff (Füller) verwendet. Im gesamten Herstellungsprozess entsteht je nach Verfahren im Hochofen pro Tonne Eisen zwischen 200 und 1000 kg Schlacke.


title: Eisen

text: Erz und Koks enthalten als Hauptverunreinigung Siliciumdioxid (Quarzsand, Silicate) SiO und Aluminiumoxid AlO. Ein kleiner Teil des Siliciumdioxids wird zu Silicium reduziert, das im Eisen gelöst wird. Der Rest bildet zusammen mit dem Aluminiumoxid die Schlacke (Calcium-Aluminiumsilikate).


title: Eisen

text: Das Eisen des Hochofens (Roheisen) hat nur einen Eisengehalt von etwa 95 %. Es enthält 0,5 bis 6 % Mangan, sowie für die meisten Anwendungen zu viel Kohlenstoff (2,5 bis 4 %), Schwefel (0,01 bis 0,05 %), Silicium (0,5 bis 3 %) und Phosphor (0 bis 2 %). Üblicherweise wird daher im Stahlwerk zunächst durch Einblasen von Calciumcarbid, Magnesium oder Branntkalk reduzierend entschwefelt, wobei eine optimale Entschwefelung vor allem eine Voraussetzung für die Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit ist. Kühlt man Roheisens sehr langsam ab, z. B. in Sandformen („Masselbetten“) vor, so scheidet sich der gelöste Kohlenstoff als Graphit aus und man erhält „graues Roheisen“ (graue Bruchfläche, Schmelztemperatur etwa 1200 °C). Mitbedingung dafür ist auch ein Überwiegen des Siliciumgehalts gegenüber dem Mangangehalt (> 2 % Si; <0,2 % Mn). Bei rascherer Abkühlung, z. B. in Eisenschalen („Kokillen“), verbleibt der Kohlenstoff als Eisencarbid im Roheisen, so dass ein „weißes Roheisen“ (weißer Bruchfläche, Schmelztemperatur etwa 1100 °C, dient überwiegend zur Herstellung von Stahl) entsteht. Hier ist ein Überwiegen des Mangangehalts (< 0,5 % Si; > 4 % Mn) mitbedingend, der der Graphitausscheidung entgegenwirkt.


title: Eisen

text: Hochöfen haben einen großen Material- und Energiebedarf, der bei ungünstigen Rohstoff- und Energiebedingungen nicht immer bereitgestellt werden kann. Aufgrund dessen und wegen Umweltbelangen wurden alternative Verfahren zur Verarbeitung von Eisen entwickelt. Bei diesen sollen die vorhandenen Eisenerze ohne oder nur mit geringem Einsatz von Koks bzw. alternativ mit Steinkohle, Braunkohle, Erdöl oder Erdgas reduziert werden. Bei der überwiegenden Anzahl der als „Direkte Eisenreduktion“ bezeichneten Verfahren fällt das erzeugte Roheisen in fester, poriger Form an, das als Eisenschwamm oder „direktes“ Eisen bezeichnet wird und für die Stahlherstellung geeignet ist.


title: Eisen

text: Zwei Hauptreaktionen umfassen den direkten Reduktionsprozess: Bei der Verwendung von Methan (Erdgas) und Sauerstoff (alternativ Wasserdampf oder Kohlendioxid) wird dieses teilweise oxidiert (mit Wärme und einem Katalysator):


title: Eisen

text: Bekannte Direktreduktionsverfahren sind, sortiert nach dem jeweiligen Reduktionsgefäß, unter anderem:


title: Eisen

text: Die Zündung eines Gemisches aus Aluminiumpulver und Eisen(III)-oxid liefert über die Thermitreaktion flüssiges metallisches Eisen:


title: Eisen

text: Die Reaktion hat zur Eisengewinnung aus Erz keine Bedeutung, unter anderem, weil das erforderliche Aluminium eine erhebliche Menge an Elektroenergie für seine Herstellung benötigt. Das aluminothermische Schweißen nutzt die bei der Reduktion des Eisenoxids mittels Aluminium übrigbleibende Energie des flüssigen Eisens zum Schmelzschweißen u. a. von Eisenbahnschienen.


title: Eisen

text: Im γ-Eisen ist Kohlenstoff bis maximal 2,06 % löslich, Stahl enthält 0 bis 2 % Kohlenstoff, er ist schmied- und walzbar, jedoch erst ab 0,5 % Kohlenstoff ist er härtbar. Liegt der Wert darunter, handelt es sich um nicht härtbaren Stahl bzw. Schmiedeeisen.


title: Eisen

text: Zur Stahlerzeugung wurden verschiedene Verfahren entwickelt, darunter Pfützenöfen, Bessemer-Konverter, Öfen mit offener Feuerstelle, Sauerstoffbasisöfen und Lichtbogenöfen. In allen Fällen besteht das Ziel darin, einen Teil oder den gesamten Kohlenstoff zusammen mit anderen Verunreinigungen zu oxidieren. Andererseits können andere Metalle zugesetzt werden, um legierte Stähle herzustellen.


title: Eisen

text: Je nach Verfahren wird dabei die eventuell entstandene Entschwefelungsschlacke abgezogen oder abgestochen und das Roheisen dann zur Herstellung von Stahl in einem Konverter (Sauerstoffblasverfahren, Windfrischverfahren wie das Thomas-Verfahren, Herdfrischverfahren wie das Siemens-Martin-Verfahren) unter Zusatz von Branntkalk und einblasen von Luft oder Sauerstoff oxidierend verblasen. Dabei wird Silicium zu Siliciumdioxid und Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid verbrannt. Der Phosphor wird als Calciumphosphat gebunden. Das flüssige Eisen hat danach eine Temperatur von etwa 1600 °C. Es enthält soviel Sauerstoff, dass beim Erstarren aus verbliebenem Kohlenstoff Kohlenmonoxidblasen entstehen. Beim heute meist verwendeten Strangguss ist dies unerwünscht. Beim Abstechen des Stahls aus dem Konverter in die Gießpfanne wird daher Aluminium zugegeben, um den Sauerstoff als Aluminiumoxid zu binden. Bei hohen Anforderungen an die Qualität des Stahls folgen auf den Konverterprozess noch weitere Verfahrensschritte, wie z. B. eine Vakuumbehandlung (Sekundärmetallurgie).


title: Eisen

text: Alternativ kann Roheisen auch mit anderen Verfahren wie dem Puddelprozess oder Tempern sowie Schmiedeeisen (handelsübliches reines Eisen) durch Zementation zu Stahl (mit bis zu 2 % Kohlenstoff) verarbeitet werden.


title: Eisen

text: Chemisch reines Eisen ist ein silberweißes, verhältnismäßig weiches, dehnbares, recht reaktionsfreudiges Metall der Dichte 7,873 g/cm³, welches bei 1535 °C schmilzt und bei 3070 °C siedet.


title: Eisen

text: Das durchschnittliche Eisenatom hat etwa die 56-fache Masse eines Wasserstoffatoms. Der Atomkern des Eisenisotops Fe weist einen der größten Massendefekte und damit eine der höchsten Bindungsenergien pro Nukleon aller Atomkerne auf. Deshalb wird es als Endstufe bei der Energieerzeugung durch Kernfusion in den Sternen betrachtet. Den absolut höchsten Massendefekt hat jedoch Ni, gefolgt von Fe, und erst auf dem dritten Platz folgt Fe.


title: Eisen

text: Bei Raumtemperatur ist die allotrope Modifikation des reinen Eisens das Ferrit oder α-Eisen. Diese Modifikation kristallisiert in einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur (Wolfram-Typ) in der mit dem Gitterparameter a = 286,6 pm sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle. Diese Modifikation ist unterhalb von 910 °C stabil. Oberhalb dieser Temperatur wandelt es sich in die γ-Modifikation oder Austenit um. Diese besitzt eine kubisch-flächenzentrierte Struktur (Kupfer-Typ) mit der Raumgruppe  und dem Gitterparameter a = 364,7 pm. Eine dritte Strukturänderung erfolgt bei 1390 °C, oberhalb dieser Temperatur bis zum Schmelzpunkt bei 1535 °C ist wieder das kubisch-raumzentrierte δ-Ferrit stabil. Bei hohem Druck finden ebenfalls Phasenübergänge statt: bei Drücken von mehr als etwa 10 bis 15 GPa und Temperaturen von höchstens einigen hundert Grad Celsius wandelt sich α-Eisen in ε-Eisen, dessen Kristallgitter eine hexagonal dichteste Kugelpackung (hcp) ist, um; bei höheren Temperaturen bis hin zum Schmelzpunkt findet eine entsprechende Umwandlung von γ-Eisen zu ε-Eisen statt, wobei der Druck des Phasenübergangs mit der Temperatur steigt. Darüber hinaus gibt es möglicherweise einen weiteren Phasenübergang von ε-Eisen nach β-Eisen, der bei etwa 50 GPa und mehr als 1500 K liegt; allerdings ist die Existenz dieser β-Phase umstritten, und auch zu ihrer Kristallstruktur gibt es verschiedene Befunde, u. a. eine orthorhombische oder eine doppelte hcp-Struktur.


title: Eisen

text: Das Fehlen einer β-Phase in der Standard-Nomenklatur der Eisenallotrope rührt daher, dass früher angenommen wurde, dass die Änderung des Magnetismus am Curiepunkt bei 766 °C von Ferro- auf Paramagnetismus mit einer Strukturänderung einhergeht und somit eine weitere Modifikation zwischen 766 und 910 °C existiert, die als β-Modifikation oder β-Eisen bezeichnet wurde. Dies stellte sich jedoch nach genaueren Messungen als falsch heraus.


title: Eisen

text: Die Löslichkeit von Kohlenstoff in α-Eisen ist sehr gering und beträgt maximal 0,018 % bei 738 °C, wie aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm hervorgeht. Wesentlich mehr Kohlenstoff (bis zu 2,1 % bei 1153 °C) vermag sich in γ-Eisen zu lösen. In geschmolzenem Eisen beträgt die Löslichkeit von Kohlenstoff bei 1153 °C etwa 4,3 %, wobei diese mit steigender Temperatur noch zunimmt.


title: Eisen

text: Der Schmelzpunkt des Eisens ist experimentell nur für Drücke von bis zu etwa 50 GPa gut bestimmt. Bei höheren Drücken liefern verschiedene experimentelle Techniken stark unterschiedliche Ergebnisse. So lokalisieren verschiedene Studien den γ-ε-Tripelpunkt bei Drücken, die sich um mehrere Dutzend Gigapascal unterscheiden, und liegen bei den Schmelztemperaturen unter hohem Druck um 1000 K und mehr auseinander. Im Allgemeinen ergeben molekulardynamische Modellrechnungen und Schockexperimente höhere Temperaturen und steilere Schmelzkurven als statische Experimente in Diamantstempelzellen.


title: Eisen

text: Das Spektrum von Eisen zeigt Spektrallinien in allen Spektralbereichen. In der Astronomie, genauer in der Röntgenastronomie, sind die im Röntgenbereich liegenden starken Emissionslinien von neutralem Eisen von großem Interesse. Astronomen beobachten sie in aktiven galaktischen Kernen, Röntgendoppelsternen, Supernovae und Schwarzen Löchern.


title: Eisen

text: Als Übergangsmetall besitzt Eisen in jedem Atom ein permanentes magnetisches Moment. Unterhalb seines Curie-Punktes von 770 °C wechselt α-Eisen von paramagnetisch zu ferromagnetisch: Die Spins der beiden ungepaarten Elektronen in jedem Atom richten sich im Allgemeinen nach den Spins seiner Nachbarn aus, wodurch ein magnetisches Gesamtfeld entsteht. Dies geschieht, weil die Orbitale dieser beiden Elektronen (d und d) nicht auf benachbarte Atome im Gitter zeigen und daher nicht an der Metallbindung beteiligt sind.


title: Eisen

text: In Abwesenheit einer externen Magnetfeldquelle werden die Atome spontan in magnetische Domänen mit einem Durchmesser von etwa 10 Mikrometern aufgeteilt. Dies sind durch Blochwände begrenzte Kristallbereichen (Weissschen Bezirken). Wegen der regellosen Orientierung dieser magnetischen Domänen ist äußerlich kein Moment spürbar. Somit hat ein makroskopisches Stück Eisen ein Gesamtmagnetfeld von nahezu Null.


title: Eisen

text: Eine andere Möglichkeit stellt die antiparallele Anordnung der Momente in Eisenlegierungen unterhalb der Néel-Temperatur T dar (Antiferromagnetismus). Hier kompensieren sich die Momente bereits auf atomarer Ebene. Während im para- und antiferromagnetischen Zustand durch technisch übliche äußere Magnetfelder keine nennenswerte Polarisierung zu erreichen ist, gelingt dies im ferromagnetischen Zustand sehr leicht durch Wanderung der Blochwände und Drehung der Polarisationsrichtung der Domänen.


title: Eisen

text: Das Anlegen eines externen Magnetfelds bewirkt, dass die Domänen, die in der gleichen allgemeinen Richtung magnetisiert sind, auf Kosten benachbarter Domänen wachsen, die in andere Richtungen weisen, wodurch das externe Feld verstärkt wird. Dieser Effekt wird in Elektrogeräten ausgenutzt, die Magnetfelder kanalisieren müssen, wie z. B. elektrischen Transformatoren, Magnetaufzeichnungsköpfen und Elektromotoren. Verunreinigungen, Gitterdefekte oder Korn- und Partikelgrenzen können die Domänen an den neuen Positionen „fixieren“, so dass der Effekt auch nach dem Entfernen des äußeren Feldes bestehen bleibt und das Eisenobjekt somit zu einem Dauermagneten wird.


title: Eisen

text: Ein ähnliches Verhalten zeigen einige Eisenverbindungen wie die Ferrite und das Mineral Magnetit, eine kristalline Form des gemischten Eisen(II,III)-oxids (obwohl der atomare Mechanismus, der Ferrimagnetismus, etwas anders ist). Magnetitstücke mit natürlicher Dauermagnetisierung (Magneteisensteine) waren die frühesten Kompasse für die Navigation. Magnetitteilchen wurden ausgiebig in magnetischen Aufzeichnungsmedien wie Kernspeichern, Magnetbändern, Disketten und Platten verwendet, bis sie durch Material auf Kobaltbasis ersetzt wurden.


title: Eisen

text: Eisen ist beständig an trockener Luft, in trockenem Chlor sowie in konzentrierter Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure und basischen Agenzien (außer heißer Natronlauge) mit einem pH-Wert größer als 9. Diese Beständigkeit rührt von der Anwesenheit einer zusammenhängenden Oxid-Schutzhaut her. In nichtoxidierenden Säuren wie Salzsäure sowie verdünnter Schwefel- oder Salpetersäure löst sich Eisen rasch unter Entwicklung von Wasserstoff.


title: Eisen

text: Auch von Wasser wird es oberhalb von 500 °C, ebenso von heißen Laugen in umkehrbarer Reaktion zersetzt:


title: Eisen

text: Konzentrierte Natronlauge greift Eisen auch unter Luftabschluss an, dieses geht dabei unter Hydroxoferrat(II)-Bildung in Lösung. An feuchter Luft und in Wasser, das Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid enthält, wird Eisen leicht unter Bildung von Eisenoxidhydrat ("Rosten") oxidiert. Da die dabei entstehende Oxidschicht weich und porös ist, kann der Rostvorgang ungehindert fortschreiten. Besonders aggressiv verhält sich elektrolythaltiges Meerwasser oder SO-haltiges Wasser in Industriegebieten. Wird Eisen an trockener Luft erhitzt, so bildet sich eine dünne Schicht von Eisen(II,III)-oxid (FeO, "Eisenhammerschlag"), die stark gefärbt ist ("Anlassen"). Sehr fein verteiltes, "pyrophores" Eisen reagiert schon bei Raumtemperatur mit Sauerstoff aus der Luft unter Feuererscheinung. Brennende Stahlwolle reagiert in feuchtem Chlor-Gas kräftig unter Bildung von braunen Eisen(III)-chlorid-Dämpfen. Wird ein Gemisch aus Eisen- und Schwefelpulver (im Gewichtsverhältnis 7:4) erhitzt, so entsteht vorwiegend Eisen(II)-sulfid. Auch mit weiteren Nichtmetallen wie Phosphor, Silicium, Schwefel und Kohlenstoff bildet Eisen bei erhöhter Temperatur Phosphide, Silicide, Sulfide oder Carbide.


title: Eisen

text: Reines Eisen ist geruchlos. Der typische, als metallisch klassifizierte Geruch, wenn man Eisengegenstände berührt, entsteht durch eine chemische Reaktion von Stoffen des Schweißes und des Fetts der Haut mit den sich dabei bildenden zweiwertigen Eisenionen.


title: Eisen

text: Einer der wichtigsten Duftträger ist 1-Octen-3-on, das noch in großer Verdünnung pilzartig-metallisch riecht. Dieser macht etwa ein Drittel des Geruchs aus. Der Rest sind andere Aldehyde und Ketone. Vorstufe der Geruchsstoffe sind Lipidperoxide. Diese entstehen, wenn Hautfette durch bestimmte Enzyme oder nichtenzymatische Prozesse (z. B. UV-Anteil des Lichts) oxidiert werden. Diese Lipidperoxide werden dann durch die zweiwertigen Eisenionen zersetzt, wobei die Duftstoffe gebildet werden. Die zweiwertigen Eisenionen entstehen durch Korrosion des Eisens bei Berührung mit dem Handschweiß, der korrosive organische Säuren und Chloride enthält.


title: Eisen

text: Beim Verreiben von Blut auf der Haut entsteht ein ähnlicher Geruch, da Blut ebenfalls Eisen(II)-ionen enthält und diese durch ähnliche Reaktionen Geruchsstoffe bilden.


title: Eisen

text: Von stark verrosteten Gegenständen (unter anderem Bildung von Eisen(III)-Verbindungen) geht bei Berührung kein metallischer Geruch aus, wie die Alltagserfahrung lehrt. In Übereinstimmung hiermit steht die Beobachtung, dass die Zersetzung von Lipidperoxiden nicht durch Eisen(III)-Ionen katalysiert wird.


title: Eisen

text: Während Eisen in massiver Form kein Gefahrstoff ist, können Eisenpulver brennbar, in feinst verteilter Form sogar pyrophor sein. Entsprechend müssen solche Pulver mit einer zusätzlichen Gefahrstoffkennzeichnung versehen werden.


title: Eisen

text: Eisen hat 27 Isotope und zwei Kernisomere, von denen vier natürlich vorkommende, stabile Isotope sind. Sie haben die relativen Häufigkeiten: Fe (5,8 %), Fe (91,7 %), Fe (2,2 %) und Fe (0,3 %). Das Isotop Fe hat eine Halbwertszeit von 2,62 Millionen Jahren, Fe von 2,737 Jahren und das Isotop Fe eine von 44,495 Tagen. Die restlichen Isotope und die beiden Kernisomere haben Halbwertszeiten zwischen weniger als 150 ns und 8,275 Stunden. Die Existenz von Fe zu Beginn der Entstehung des Planetensystems konnte durch den Nachweis einer Korrelation zwischen den Häufigkeiten von Ni, dem Zerfallsprodukt von Fe, und den Häufigkeiten der stabilen Fe-Isotope in einigen Phasen mancher Meteorite (beispielsweise in den Meteoriten "Semarkona" und "Chervony Kut") nachgewiesen werden. Möglicherweise spielte die freigesetzte Energie beim radioaktiven Zerfall von Fe, neben der atomaren Zerfallsenergie des ebenfalls vorhandenen radioaktiven Al, eine Rolle beim Aufschmelzen und der Differenzierung der Asteroiden direkt nach ihrer Bildung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Heute ist das ursprünglich vorhanden gewesene Fe in Ni zerfallen. Die Verteilung von Nickel- und Eisenisotopen in Meteoriten erlaubt es, die Isotopen- und Elementehäufigkeit bei der Bildung des Sonnensystems zu messen und die vor und während der Bildung des Sonnensystems vorherrschenden Bedingungen zu erschließen.


title: Eisen

text: Von den stabilen Eisenisotopen besitzt nur Fe einen von null verschiedenen Kernspin. Es ist damit für die Mößbauer-Spektroskopie geeignet.


title: Eisen

text: Chemisch reines Eisen besitzt im Gegensatz zum kohlenstoffhaltigen Eisen nur eine untergeordnete technische Bedeutung und wird etwa als Material für Katalysatoren u. a. des Haber-Bosch-Verfahrens oder der Fischer-Tropsch-Synthese genutzt.


title: Eisen

text: Der größte Teil des produzierten Eisens ist der Hauptbestandteil von Stahl und Gusseisen. Eisen ist mit 95 Prozent Gewichtsanteil an genutzten Metallen das weltweit meistverwendete. Der Grund dafür liegt in seiner weiten Verfügbarkeit, welche es recht preiswert macht, und darin, dass Stahl hervorragende Festigkeit und Zähigkeit beim Eingehen von Legierungen mit anderen Metallen wie Chrom, Molybdän und Nickel, erreicht, die es für viele Bereiche in der Technik zu einem Grundwerkstoff machen. Es wird bei der Herstellung von Landfahrzeugen, Schiffen und im gesamten Baubereich (Stahlbetonbau, Stahlbau) eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete sind Verpackungen (Dosen, Gebinde, Behälter, Eimer, Band), Rohrleitungen, Druckbehälter, Gasflaschen und Federn. Industriell sind verschiedene Stähle verbreitet; in Deutschland sind etwa 7.500 Sorten genormt.


title: Eisen

text: Eisen ist (neben Cobalt und Nickel) eines jener drei ferromagnetischen Metalle, die mit ihrer Eigenschaft den großtechnischen Einsatz des Elektromagnetismus u. a. in Generatoren, Transformatoren, Drosseln, Relais und Elektromotoren ermöglichen. Es wird rein oder u. a. mit Silicium, Aluminium, Kobalt oder Nickel (siehe Mu-Metall) legiert und dient als weichmagnetisches Kernmaterial zur Führung von Magnetfeldern, zur Abschirmung von Magnetfeldern oder zur Erhöhung der Induktivität. Es wird hierzu massiv und in Form von Blechen und Pulver (Pulverkerne) produziert.


title: Eisen

text: Eisenpulver wird auch in der Chemie (zum Beispiel als Katalysator in der Ammoniak-Synthese) verwendet und dient in entsprechenden Tonband-Typen zur magnetischen Datenaufzeichnung. Eisendraht diente zur Datenaufzeichnung im Drahttongerät und wird u. a. zur Herstellung von Drahtseilen verwendet.


title: Eisen

text: In der Medizin werden eisenhaltige Präparate als Antianämika eingesetzt, kausal in der Behandlung von Eisenmangelanämien und additiv in der Behandlung von durch andere Ursachen hervorgerufenen Anämien.


title: Eisen

text: Eisen ist ein essentielles Spurenelement für fast alle Lebewesen, bei Tieren vor allem für die Blutbildung.


title: Eisen

text: In pflanzlichen Organismen beeinflusst es die Photosynthese sowie die Bildung von Chlorophyll und Kohlenhydraten, da in Pflanzen eisenhaltige Enzyme an der Photosynthese, der Chlorophyll- und Kohlenhydratbildung beteiligt sind. In Pflanzen kommt Eisen fast ausschließlich in Form von freien anorganischen Eisenionen vor. In der Nitrogenase (Stickstofffixierung) ist Eisen ebenfalls enthalten (wie auch das Element Molybdän). Es gibt Pflanzen, die aus kalkhaltigen Böden Eisenionen durch Phyto-Siderophore (eisenkomplexierende Verbindung) in Kombination mit lokaler Freisetzung von Wasserstoffionen bioverfügbar machen, dabei wird Fe zu Fe reduziert und anschließend komplexiert. In Pflanzen wird das Eisen, ähnlich wie in der Leber, an Phytoferritine gebunden. Bei Pflanzen ist es für die Chlorophyllsynthese unbedingt notwendig. Das Absinken des Eisen-Gehaltes in Pflanzen unter ein kritisches Minimum führt zum Erbleichen und Gelbwerden der grünen Pflanzenteile (Chlorose).


title: Eisen

text: Auch in Pilzen (zum Beispiel als Ferrichrom, ein Siderophor mit wachstumsfördernden Eigenschaften), Bakterien (in Streptomyces wird das Ferrioxamin B gebildet) und Meereswürmern (in ihnen und in Lingula kommt das Nichthäm-Eisenprotein Hämerythrin vor) spielen Eisenverbindungen eine wichtige Rolle.


title: Eisen

text: Im Körper von Menschen und Tieren liegt es oxidiert als Eisen und Eisen vor. Als Zentralatom des Kofaktors Häm "b" in Hämoglobin, Myoglobin und Cytochromen ist es bei vielen Tieren und beim Menschen für Sauerstofftransport und -speicherung sowie für die Elektronenübertragung verantwortlich. In diesen Proteinen ist es von einem planaren Porphyrinring umgeben.


title: Eisen

text: Weiter ist Eisen Bestandteil von Eisen-Schwefel-Komplexen (so genannte Eisen-Schwefel-Cluster) in vielen Enzymen, beispielsweise Nitrogenasen, Hydrogenasen oder den Komplexen der Atmungskette. Als dritte wichtige Klasse der Eisenenzyme sind die so genannten Nicht-Häm-Eisenenzyme zu nennen, beispielsweise die Methan-Monooxygenase, Ribonukleotid-Reduktase und das Hämerythrin. Diese Proteine nehmen in verschiedenen Organismen Aufgaben wahr: Sauerstoffaktivierung, Sauerstofftransport, Redoxreaktionen und Hydrolysen. Ebenso wichtig ist dreiwertiges Eisen als Zentralion im Enzym Katalase, das in den Peroxisomen der Zellen das im Stoffwechsel entstehende Zellgift Wasserstoffperoxid abbaut.


title: Eisen

text: Die Speicherung des Eisens erfolgt intrazellulär in dem Enzym Ferritin (20 % Eisenanteil) und dessen Abbauprodukt Hämosiderin (37 % Eisenanteil). Transportiert wird Eisen durch Transferrin.


title: Eisen

text: Der Mensch enthält 2,5 bis 4 g Eisen, davon finden sich 60 % (2,0 bis 2,5 g) im Hämoglobin der Erythrocyten, etwa 1 g in Leber und Knochenmark (Speicherproteine Ferritin und Hämosiderin), etwa 10 % bis 15 % im Myoglobin (ca. 400 mg Eisen), 250 mg in Enzymsystemen 0,1 bis 0,2 % Eisen in Transportproteine (z. B. Schwefel-, Eisenproteine, Cytochrome) (Cytochrom: 0,1 % des Gesamteisens).


title: Eisen

text: Einige Bakterien nutzen Fe(III) als Elektronenakzeptor für die Atmungskette. Sie reduzieren es damit zu Fe(II), was eine Mobilisierung von Eisen bedeutet, da die meisten Fe(III)-Verbindungen schwer wasserlöslich sind, die meisten Fe(II)-Verbindungen aber gut wasserlöslich. Einige phototrophe Bakterien nutzen Fe(II) als Elektronendonator für die Reduktion von CO.