Was tun mit dem nuklearen Abfall?
Abgebrannter Brennstoff aus Kernkraftwerken bleibt Hunderttausende von Jahren radioaktiv. Eine Technik namens "Partitioning und Transmutation" könnte das Problem teilweise entschärfen. Das Verfahren wandelt langlebige Radionuklide durch Beschuss mit schnellen Neutronen in ungefährlichere Stoffe um.
Joachim Knebel ist Chief Science Officer im Karlsruher Institut für
Technologie (KIT). Im Mai 2011 wurde ihm von PRO EUROPA
der Europäische Wissenschafts-Kulturpreis für seine Arbeiten zum
Thema P&T verliehen. Concetta Fazio gehört dem KIT-Programm
Nukleare Sicherheitsforschung (NUKLEAR) an, Werner Maschek ist
Stellvertretender Institutsleiter am Institut für Kern- und Energietechnik
(IKET) des KIT, und Walter Tromm ist Sprecher von NUKLEAR. Die Endlagerung des Abfalls in tiefen geologischen Gesteinsformationen, in denen er auf lange Zeit sicher und abgeschlossen von der Biosphäre verbleiben könnte, betrachten Experten gegenwärtig als beste Option, an der sich andere Ansätze messen müssen. Eine mögliche Alternative zur Endlagerung langlebiger Radionuklide wäre ihre chemische Abtrennung ("Partitioning") und anschließende Umwandlung ("Transmutation") mit energiereichen, "schnellen" Neutronen. Durch P&T, so der Kurzname des Verfahrens, würde die Gesellschaft zwar nicht auf Endlager verzichten können, doch ließe sich …
abrufen
1. P&T ist ethisch bedenklich
24.01.2013, Dr. Michael Karger, Bielefeldetabliert, gewährleistet es, dass die Radiotoxizität des
abgebrannten und dann transmutierten Kernbrennstoffs bereits
nach einigen hundert oder tausend Jahren auf diejenige
von Natururan abgefallen ist."
Einige hundert oder tausend Jahre? Wissen die Verfasser, was das heißt, können sie das ethisch vertreten? Wissen sie, wie lange einige hundert oder tausend Jahre sind? Halten sie die Verringerung von 100 000 Jahren auf 1000 Jahre für eine Lösung des Nuklearabfallproblems? Allein diese Bemerkung disqualifiziert diese Methode, stehen doch andere Energiegewinntechniken zu Verfügung.
Ich vermisse auch eine Energie- und Kostenbilanz. Wenn die Energie, die man aus einer Masseneinheit Natururan herausholen kann, geringer ist als die Energie, die man aufwenden muss, um die gleiche Menge zu prozessieren, transmutieren und endzulagern, dann ist die Bilanz negativ und das Verfahren wird sinnlos. Da die Kosten wohl wieder die Steuerzahler tragen werden, ist die ökonomische Bilanz für AKW-Betreiber allerdings immer positiv.
2. Reaktoren der IV. Generation?
24.01.2013, Dr. Jürgen Ludwig, Mannheim3. Langfristsicherheit von Endlagern
28.01.2013, Dr. Jürgen Freund, Kürten4. Zu kurz gegriffen
28.01.2013, Holger Casselmann, OdenthalAll diese Materialien und Vorgänge benötigen Energie, die zum größten Teil wieder aus fossilen Energieträgern stammt und somit CO2-Emissionen verursacht. Zwischen- und Endlagerung der Abfälle sind ebenfalls mit großem Aufwand verbunden. Es liegt auf der Hand, dass ein Kohlekraftwerk mehr CO2 erzeugt, aber eine Windenergieanlage könnte pro Megawattstunde in der Gesamtbilanz über die Lebenszeit - die im Gegensatz zur Kernenergie überschaubar ist - weniger Emissionen verursachen. Deshalb verwundert es etwas, dass das Autorenteam zu dem Schluss kommt: "De facto wird die Kernenergie in Zukunft weltweit zur Stromerzeugung genutzt werden." Es kann sich dabei doch nur um eine Meinung handeln, aber nicht um "de facto". Die Zukunft bleibt jedoch glücklicherweise offen; als Gegenbeispiel sei das Weißbuch des Desertec-Projektes genannt, in dem die Kernergie in Europa in Zukunft nach dessen Expertenmeinung eben keine Rolle spielen wird.
Der Artikel leidet auch darunter, dass keine konkreten Beispiele entsprechender gewünschter Kernumwandlungen aufgezeigt werden, sondern nur allgemein und recht verschwommen darüber referriert wird, so als wäre es ein rein theoretischer Ansatz. Konkret wird es erst bei den Elementen, bei denen es wohl nicht funktioniert wie Jod-129 oder Technetium-99.
5. Zu kurz gegriffen: eine Ergänzung
04.02.2013, Ralph Feltens, LeipzigAuch wird neben der Frage nach CO2-Bilanz und Endlagerung von Brennstäben geflissentlich ignoriert, wieviele Millionen Tonnen sog. "yellow cake" (schwach radioaktiver Staub aus der Vermahlung, der in den Herkunftsländern offen und weitgehend ungesichert unter freiem Himmel gelagert wird) und wieviele Tausend Tonnen giftiges und hochreaktives Uranhexafluorid (Abfallprodukt aus der Anreicherung) anfallen, für deren Entsorgung oder zumindest sichere Verwahrung offensichtlich bis heute kein schlüssiges Konzept entwickelt werden konnte.
6. Böse Radioaktivität?
05.02.2013, Joachim Datko, Regensburg7. CO2-Bilanz von Atomkraftwerken
05.02.2013, Dr. OppermannQuelle: CO2-Bilanzen verschiedener Energieträger im Vergleich
8. Atommüll sollte rückholbar gelagert werden
06.02.2013, Prof. Dr. Walter A. Franke, BerlinIn etwa 30 bis 50 Jahren werden in Deutschland gut verpackt in Castor-Behältern etwa 12.000 TonnenBrennelemente ohne Wiederaufarbeitung vorhanden sein. Darin enthalten sind insgesamt etwa je 5 Tonnen Neptunium und Americium und mehr als 90 Tonnen Plutonium. In den USA und anderen Ländern hat man sich für eine kontrollierte rückholbare Lagerung entschieden (Monitored Retrievable Storage). Damit künftige Generationen darüber entscheiden können, wie mit diesem Erbe zu verfahren sei, sollte man dies auch bei uns tun. Die Lagerung in Bergwerken dürfte dabei entschieden unsicherer und zudem erheblich teurer sein als die Unterbringung in einem entsprechend gesicherten zentralen Bunker.
Falls dann später die Entscheidung gegen eine Transmutation fällt, bleibt ein Vorteil des Abwartens: In hundert Jahren wird die Wärmeentwicklung auf ein Fünftel des heutigen Werts gesunken sein; eine günstige Vorbedingung für eine endgültige geologische Tieflagerung.
9. Ungelöste Fragen der Kernenergie
07.02.2013, Otto Schult, JülichWenn Fachleute "Energiegewinnung" schreiben, dann stimmt mich das traurig, weil sie doch wissen müssten, dass sich Energie nie gewinnen lässt. Das passende Wort ist "Stromerzeugung". Wissenschaftler und Ingenieure drücken sich genauer aus.
Die Sicherheit von Reaktoren wird gern besprochen. Aber geht es nicht meistens darum, dass das Betriebspersonal, wenn es richtig geschult ist, in voller Sachkenntnis mit anspruchsvoller Technik auch entsprechend sorgfältig und, hoffentlich ordentlich bezahlt, auch verantwortungsbewusst umgeht? Bei Tschernobyl hat das Betriebspersonal ein völlig überflüssiges Experiment durchgeführt und in gröbst fahrlässiger Weise den Unfall verursacht. Bei Fukushima hat die Betreiberfirma ein Kraftwerk so gebaut, dass die in Japan vorgekommenen Tsunamis außer Acht gelassen wurden. Auch hat TEPCO die Lehren von Three Mile Island nicht gezogen. Die japanischen Atomenergiebehörden haben den Betrieb dieser Anlage trotzdem genehmigt! Also: In allen Fällen ging es weniger um Reaktorsicherheit sondern um menschliches Versagen, um menschliche Schlamperei.
Trotzdem: Man möge doch einmal erkunden, wie viele Menschen durch diese beiden Reaktorunfälle durch Strahlung zu Tode gekommen sind. Allein in Deutschland kamen im Jahr 2010 insgesamt 3648 Personen im Straßenverkehr zu Tode. Wie viele Tote gab es durch Strahlung an allen deutschen Reaktoren, seit sie in Betrieb waren? Ich weiß von keinem einzigen. Aber in 30 Jahren hatten wir mehr als 100 000 Tote auf der Straße.
Ein noch ungelöstes Problem der Kernenergienutzung ist die Endlagerung. Ich bin gegenwärtig gegen Endlagerung, weil ich nicht genau weiß, welche Möglichkeiten uns die zukünftige Entwicklung beschert. Ehe wir einen Blick in die Zukunft werfen, sollten wir zuerst in die Vergangenheit schauen und uns daran erinnern, dass es vor 50 Jahren weder Laser noch miniaturisierte Elektronik gab, auch kein Handy. Wenn wir radioaktive Abfallstoffe zwischenlagern, können wir jederzeit "dran". Und dann können wir sie so aufbereiten, wie der Stand der Technik es dann erlaubt. Woher wissen wir, ob nicht dann das, was wir jetzt als "Müll" bezeichnen, nicht "Wertstoffe" werden?
Den Transmutationsfreunden möchte ich empfehlen, international zusammenzuarbeiten, so wie die Grundlagenforscher das seit Jahrzehnten höchst erfolgreich am CERN tun.
Meine größte Sorge ist, dass manche Medien Unfälle dramatisieren, um so die Einschaltquote zu maximieren und Angst in der Bevölkerung zu verbreiten, wodurch die Politik unter unnötigen Druck gerät. Und, wenn man im Zusammenhang mit schnellen Brütern von technischen, sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Gründen spricht, darf man die politischen nicht unterschlagen.
Was allgemein unterlassen wird, ist eine solide Aufklärung und Bildung der breiten Bevölkerungsschichten, damit der Mensch nicht aus Angst heraus handelt, sondern rational entscheiden kann. Dazu kommt, dass der Mensch gern alles möglichst "sofort" haben möchte, anstatt die Dinge reifen zu lassen. Zuerst muss geforscht werden. Und Forschung braucht Zeit. Dann muss Entwicklung greifen, bis die Produkte eine vernünftige Marktreife erlangt haben. Erst danach kommt die praktische Umsetzung in großem Maß. Die überzogene Hast beim EEG hat die deutsche Photovotaik-Industrie in die Insolvenz getrieben!
Mehr Sachlichkeit, Besonnenheit, mehr Sorgfalt, wahrheitsgetreue Berichterstattung durch die Medien und kluge, mit der EU und global abgestimmte menschlich faire politische Entscheidungen sind die Voraussetzung für eine gute Zukunft.
10. Getrost unseren Nachfolgern überlassen
04.03.2013, Otto Witter, MünchenDass nun in Ihrem Artikel diese Bezeichnung – die sich wohl im Unterbewussten festgesetzt hat – uneingeschränkt gleichfalls benützt wird, ist einer wissenschaftlichen Untersuchung nicht würdig. Ob Spalt- oder Fusionsreaktoren (deren fantastischen Möglichkeiten wohl aus wirtschaftlichen Gründen keine Zukunft beschert ist), die Diskussion wird geführt, als stünden wir am Ende künftiger Erkenntnis und müssten uns um die Probleme künftiger Generationen den Kopf zerbrechen.
Gerade der vorliegende, hervorragende Beitrag beweist doch, es werden bereits jetzt konkrete Schritte eingeleitet, das strahlende Potenzial zu entschärfen. Das Problem des atomaren Mülls ist für die nächste Zukunft anzugehen, d. h. wir brauchen für einige Zeit eine sichere Verwahrung. Sich über die gesamte Strahlungsdauer Gedanken zu machen, kommt uns nicht zu, das können wir getrost unseren Nachfolgern überlassen, im Vertrauen auf deren Fähigkeiten.
11. Atommüll: Wir brauchen oberirdische Lager mit Transmutation!
28.05.2013, Prof. (FH) Dr. Walter Darge, CelleProfessor Knebel, einer der kompetentesten deutschen Reaktor-Experten, hat mit Kollegen einen informativen Artikel über Transmutation veröffentlicht. Das ist die einzige Methode, radioaktive Stoffe, also auch Atommüll, durch Kernreaktionen unschädlich zu machen. Leider wird in diesem Bericht Transmutation nicht als mögliche komplette andere Lösung (statt tiefer Endlagerung) berücksichtigt. Der Artikel enthält Aussagen, die nicht akzeptabel sind.
"Bislang ist keine effektive Strategie bekannt, um auch die langlebigen Spaltprodukte wie Jod-129: Halbwertszeit 15,7 Millionen Jahre, und Technetium-99 (211 000 Jahre) zu transmutieren." Knebel et al., Spektrum der Wissenschaft, Feb. 2013, S. 34-41, hier Seite 41, linke Spalte.
Hier wird der Leser falsch informiert; denn beide Nuklide haben einen günstigen Verlauf der Transmutation. Bei der Aufarbeitung des Atommülls geht Technetium-99 in die hoch radioaktive Lösung. Aus dieser kann es isoliert werden. Die Transmutation des Technetium-99 wurde bei CERN mit elementarem Technetium untersucht, das durch Reduktion des Oxids in Wasserstoffatmosphäre hergestellt werden kann. Die Bestrahlung mit Neutronen löst die Kernreaktion aus, die zum Technetium-100 führt. Dies zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 16 Sekunden in stabiles Ruthenium-100. Ruthenium-100, würde im Neutronenstrom in das ebenfalls stabile Ruthenium-101 übergehen und Ruthenium-101 liefert bei Einfang eines Neutrons das stabile Ruthenium-102. Günstiger geht es gar nicht, alle Folgeprodukte sindnicht radioaktiv ! Voraussetzung für einen störungsfreien Prozess vom Technetium zum reinen Ruthenium ist die vorherige Abtrennung der minoren Aktinide Americium, Curium und Berkelium, für die Verfahren bekannt sind. Die Anwesenheit dieser mAs kann während der Transmutation einen Set von Folgeprodukten erzeugen. Der Ruthenium-Preis, früher 10 000 Euro/kg, liegt derzeit bei nur 2 500 Euro/kg (Börse London). Unser Atommüll liefert nach Transmutation Ruthenium im Wert von 150 Mio. Euro.
Chemie und Isolation des radioaktiven Jod-129 ist schon vor der Jahrtausendwende in Jülich erfolgreich angeforscht worden (Modolo). Die Betrachtung der Jod-129-Transmutation, mehrfach sogar mit Lasern demonstriert, sieht – bezüglich der möglichen Störungen durch Seitenreaktionen – so freundlich wie für Tc-99 aus. Jod-129 nimmt ein Neutron auf und wird zu Jod-130. Jod-130 zerfällt als Betastrahler mit einer Halbwertszeit von ca. einem halben Tag in das stabile Edelgas Xenon-130. Weitere Neutronenaufnahmen, die hier zum stabilen Xenon-131 und schließlich zum ebenfalls stabilen Xenon-132 führen, landen erst im nächsten Schritt beim Xenon-133, das als Betastrahler beim stabilen Cs-133 endet.
Der Eindruck, dass Technetium-99 und Jod-129, wie auch nicht genannte andere Nuklide, vielleicht nicht transmutiert werden können, ist nicht richtig. Hier dokumentiert sich ein Beispiel von feiner Irreführung mit folgenschwerer Konsequenz. Die Politikerinnen, die sich mit dieser Materie im Rahmen der Vorbereitung des Endlagersuchgesetzes und der Atommüllproblematik insgesamt befassen mussten (Kulturhistorikerin, Architektin, Juristin, Medizinerin), waren und sind auf Experten aus dem Nuklearwesen angewiesen. Sie schließen, wie mehrfach bei Anhörungen in Berlin und bei Vorträgen andernorts festzustellen war, Transmutation als einzige technische Möglichkeit, Atommüll zu beseitigen, aus. Sie konnten sich nach der ihnen geschilderten Sachlage alle nur für tiefes Endlagern entscheiden. Andere Meinung als tiefes Endlagern wird in Deutschland unterdrückt und verschwiegen. Fakt ist aber, dass kein radioaktives Nuklid des Atommülls nicht entstrahlt werden kann. Jeder radioaktive Zerfall ist eine Transmutation, die schließlich zu einem neutralen Endprodukt führt, nur leider in manchen Fällen erst nach langer Zeit. Hier kann die Realisierung von Entstrahlungs-Transmutation bei uns durch die Entwicklung leistungsstarker Reaktoren und geeigneter nukleartechnischer Bestrahlungsanordnungen Abhilfe schaffen und die langlebigen Nuklide vernichten! Dazu müsste die durch Fehlinformation geschaffene Festlegung der Bundestagsparteien auf tiefes Endlagern entdogmatisiert und rückgängig gemacht werden.
"Die Wahrscheinlichkeit, dass es bei diesen Spaltprodukten durch Beschuss mit schnellen Neutronen zu den gewünschten Kernreaktionen kommt, ist sehr klein. Die entsprechenden Transmutationsraten würden nur bei drei bis vier Prozent liegen, so dass man die Elemente entsprechend häufig rezyklieren müsste." "Mit thermischen Neutronen stiege diese Transmutationsrate zwar." Knebel, selbe S.
Der Autor nennt hier sein Verfahren nicht, denn entsprechend den Einfangquerschnitten für Tc-99 und J-129 und der möglichen langen Bestrahlungszeiten, müssten viel höhere Ausbeuten zu erzielen sein.
"Doch weil die Spaltprodukte viele dieser Neutronen einfach einfangen würden, müssten die Verluste durch höhere Uran-235-Anreicherung im Brennstoff kompensiert werden. Dagegen sprechen die Bestimmungen der IAEO…" Knebel, selbe Seite
Hier verwirrt der Autor die Leserschaft; wenn er unterstellt, dass die IAEO mit ihren Regeln den effektiven Fortschritt verhindert und Uranmeiler eingesetzt werden sollen. Fakt ist: Für die kommenden Transmutationen sollen keine Uranmeiler genutzt werden, sondern sichere Entstrahlungsreaktoren wie MYRRHA (Mol) oder AGATE (Aachen), wo "Spaltprodukte" keine Rolle spielen.
"Festzuhalten bleibt: Auch P&T kann die Endlagerung von abgebranntem Kernbrennstoff in tiefen geologischen Formationen nicht ersetzen. Für die Prozessverluste, die unter anderem beim Partitioning anfallen, für die kurzlebigen Spaltprodukte und auch für die bereits verglasten hoch radioktiven Abfälle, die aus der Wiederaufarbeitung stammen, bleibt ein Endlager nach wie vor erforderlich." Knebel, selbe Seite.
Nachdem der Autor hier kein einziges schlüssiges Beispiel für Spaltprodukte als endlagerbedürftig genannt hat, benutzt er diese Formulierung „Festzuhalten bleibt!“ Das ist nicht akzeptabel, da in den beiden Fällen nichts Festzuhaltendes da ist! Dann zieht er "Prozessverluste" an, ohne zu benennen, um was es sich handelt. Man kann vermuten, dass er Rückstände meint, die bei unvollständigen Extraktionen und anderen Arbeitsgängen der Vorbereitung der Transmutation tatsächlich anfallen. Solches Material muss man sammeln und einer erneuten Behandlung zuführen! Und dann kommen die "verglasten Abfälle" der Castorbehälter, die von vielen Autoren unbesehen als unbedingt endlagerpflichtig zitiert werden. Für manchen mag es ein nicht überwindbares Problem darstellen, gut verglastes Material zu zerlegen. Es ist tatsächlich nur mit großem Aufwand möglich, die verglasten Castorinhalte in einem automatisierten und ferngesteuerten Arbeitsverfahren nacheinander aufzubrechen und aufzuarbeiten. Die Realisierung dieses Programms ist möglich, aber eine Frage der dafür aufgewendeten Forschung. Castorinhalte mit vergleichbarer Trennungsproblematik für eine Automatisierung bieten als Startmaterial ein Glück im Unglück!
"… für die kurzlebigen Spaltprodukte … bleibt ein Endlager nach wie vor erforderlich." Knebel, selbe Seite.
Dieser Vorschlag ist neu und sollte dem Schreiber einen alternativen Nobelpreis einbringen! Das Unbewusste spielt beim Schreiben eine Rolle. Hier zeigt es dem aufmerksamen Leser, dass der Schreiber befürchtet, für das tiefe Endlager nicht genug Material zur Füllung zu haben. Fakt ist: Es wird vielleicht gar nichts da sein, wenn Nuklearchemiker und Techniker mit der Aufgabe beginnen, Atommüll zu "entstrahlen". Dafür möchte der Rezensent werben: Ein oberirdisches Lager mit Transmutation! Endlagersuchgesetze sind Geldverschwendung!