Kerne- og fossile brændsels kraftværker adskiller sig hovedsageligt i, hvor deres energi kommer fra; en atomreaktor producerer varme fra radioaktive metaller, og et fossilt brændselsanlæg forbrænder kul, olie eller naturgas. Ud over de tekniske forskelle mellem de to tilgange påvirker de miljøet forskelligt: fossile brændselsanlæg er det berygtet for drivhusgasemissioner, mens atomreaktorer er kendt for radioaktivt affald, som kan forblive farligt for tusinder år.
Hydrocarbons Vs. Radioaktivitet
Et fossil-drevet kraftværk er afhængig af den ældgamle teknologi til brand for at producere varme; sådanne anlæg brænder carbonhydridbrændstoffer, såsom metan eller pulveriseret kul. Forbrændingsprocessen frigiver energi fra de kemiske bindinger i brændstoffet. I modsætning hertil udnytter atomreaktorer varmen fra radioaktivitet. De tunge, ustabile atomer af uran-235 og plutonium-239, begge almindelige nukleare brændstoffer, henfalder til lettere elementer, mens de genererer rigelig varme.
Brændstof energitæthed
Fordi nukleare reaktioner er meget mere energiske end kemiske, bærer et pund atombrændstof ca. 1 million gange energien som et pund fossilt brændstof. Ifølge University of Florida kræver et kulfyret kraftværk på 1 gigawatt 9.000 tons brændstof om dagen; et ækvivalent atomkraftværk bruger ca. 3 kg uran på samme tid.
Emission opdeling
Forbrændingsreaktionerne, der driver et fossilt brændselsanlæg, forbruger brændstof og ilt og producerer vanddamp, kuldioxid og energi. Forbrændingen af kul, naturgas og olie giver altid CO2, en gas, der menes at være stærkt forbundet med den globale opvarmning. Fordi kul og olie har ikke-brændbare urenheder, producerer disse kilder også nitrogenoxider, svovldioxid og andre forurenende stoffer. Et atomkraftværk bruger ikke kemiske reaktioner til at producere energi; under normal drift har det ingen luftformige emissioner.
Miljøfarer
Der eksisterer farer med både fossile brændstoffer og atomkraftværker, selvom mange af farerne er forskellige. Reaktordesignet for de fleste atomkraftværker, der opererer, kræver konstant vandstrøm for at forhindre reaktoren i at blive overophedet og muligvis frigive radioaktivitet i miljøet. Fukushima-katastrofen i 2011 skete, da vandpumper svigtede. Kulfyrede kraftværker genererer store mængder aske, fast affald, der indeholder kviksølv, arsen og andre farlige materialer. Nogle planteoperatører indeholder asken i gigantiske damme, som kan briste og forurene det omkringliggende område. En sådan ulykke skete i Tennessee i 2008 og frigav 1,3 millioner kubikmeter - 1,7 millioner kubikmeter - af askeopslæmning.