Der ganze Prozess der Erzeugung von Atomstrom umfasst den Bau der Meiler, die Produktion der Baustoffe sowie des Brennstoffs Uran. Die Kernkraft hat somit durchaus Klimaauswirkungen. Im Zuge der Bereitstellung von Atomstrom, so errechnete das Öko-Institut 2007, fallen für deutsche AKW 31 Gramm des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) pro Kilowattstunde (kWh) an, in russischen sogar über 60 Gramm. Der Block C des AKW Gundremmingen mit einer Stromproduktion von elf Milliarden kWh pro Jahr ist demnach für den Ausstoß von 352 000 Tonnen CO2 verantwortlich.
Überdies reichen die Vorräte von wirtschaftlich gewinnbarem Uran weltweit gerade noch etwa 65 Jahre. Die Erze mit hohem Urangehalt sind schon heute weitgehend erschöpft. Zwar lässt sich mit mehr Aufwand und Kosteneinsatz Uran auch aus minderwertigem Erz gewinnen, zur Not sogar aus Meerwasser. Doch dies treibt nicht nur den Preis für die Brennelemente in schwindelnde Höhen, sondern hat auch gravierende ökologische Folgen. So steigen die CO2-Emissionen bei der Aufbereitung niedriger konzentrierter Erze. Eine weitere Studie – sie beruht auf Daten der Konferenz für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung – weist nach, dass die Uranvorkommen weltweit auch bei reduziertem Bedarf spätestens 2070 ausgebeutet sein werden. Derzeit deckt die Atomkraft nur rund sieben Prozent des weltweiten Energiebedarfs. Würde dieser Anteil erhöht, wären die Uranressourcen in kurzer Zeit erschöpft.
Europas AKW beziehen das Uran überwiegend aus Russland, Australien, Kanada, Kasachstan, Usbekistan und Niger. Seine Konzentration im Erz ist meist sehr gering (ca. 0,1 Prozent), deshalb müssen große Gesteinsmengen abgebaut werden (meist in offenen Gruben), von denen über 99 Prozent Abfall sind. Dabei fallen große Mengen radioaktiv und chemisch verseuchter Abwässer an, die in der Regel in nahe Flüsse und Seen gepumpt werden und auch ins Grundwasser gelangen. Weltweit lagern bereits über eine Milliarde Tonnen Uranerzschlämme, jährlich kommen weitere 20 Millionen hinzu. Nachdem sie getrocknet sind, treibt der Wind den giftigen Staub übers Land.
Meist findet die weitere Aufbereitung gleich bei den Gruben statt. Das Uranerz wird zu gelbem Pulver – dem „Yellowcake” – umgesetzt. Dabei löst sich, wie auch schon beim Erzabbau, radioaktives Radongas aus dem Gestein. Von den beim früheren DDR-Uranproduzenten Wismut AG beschäftigten Bergleuten starben von 1946 bis zum Betriebsende 1990 über 7160 an Lungenkrebs, hervorgerufen durch Radon.
In Niger untersuchte das unabhängige Institut CRIIRA zwischen 2003 und 2005 die Umweltfolgen des Uranabbaus und konstatierte überhöhte Strahlenwerte im Trinkwasser sowie eine hohe Belastung der Minenarbeiter und Bevölkerung in der Region durch Radon. Im Jahr 2007 lehnte die finnische Regierung aufgrund des Widerstands der Bevölkerung einen Antrag der französischen Atomfirma Areva ab, im Land nach Uran zu suchen. Am ostfinnischen See Kitkajärvi etwa fürchten Fischer eine Verschmutzung des Gewässers.
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