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Kernkraft: Vergrabt endlich das Plutonium

Das Recycling von Plutonium ist aufwändig und teuer. Deshalb sollte Großbritannien voranschreiten und das Spaltprodukt direkt entsorgen.

Weltweit haben sich mittlerweile 500 Tonnen reines Plutonium angesammelt – genug um 100 000 Atombomben zu bauen. Wie von der US National Academy of Sciences (NAS) bereits 1994 angemerkt, stellt dieses Material "eine offensichtliche und deutliche Gefahr für die nationale und internationale Sicherheit" dar. Und dennoch gibt es selbst fast zwei Jahrzehnte später immer noch keine klare Strategie, wie mit dem Spaltprodukt umgegangen werden soll.

Dieses Plutonium ist sowohl ein Erbe des Kalten Kriegs als auch der Begeisterung der 1960er Jahre, die eine von der Kernkraft angetriebene Zukunft auf der Basis Plutonium erbrütender Reaktoren kommen sah. Einige Länder trennten daher das Plutonium aus verbrauchten Uranbrennstäben ab, um damit diese neue Reaktorgeneration antreiben zu können. Aber die Plutoniumrevolution blieb aus. Nur Russland (das weltweit den größten Plutoniumvorrat besitzt, wenn man zivile und militärische Bestände zusammenzählt) und Indien betreiben immer noch aktive Programme mit dem Ziel, Brutreaktoren in naher Zukunft wirtschaftlich profitabel zu machen.

Großbritannien, das den größten zivilen Vorrat an reinem Plutonium aufweist (90 Tonnen), kündigte letzten Dezember an, dass der Stoff zu Brennstäben für in Planung befindliche wassergekühlte Reaktoren verarbeitet werden soll. Ähnliches planen die Vereinigten Staaten: Sie wollen ebenso bereits abgeschiedenes Plutonium in ihren Kernkraftwerken einsetzen. Frankreich und Japan – beide nennen ebenfalls beträchtliche Plutoniummengen ihr Eigen – verknüpfen diesen Ansatz mit der gefährlichen wie kostenaufwändigen weiteren Aufbereitung des Elements aus verbrauchten Brennstäben, was die damit verbundenen internationalen Sicherheitsrisiken stetig vergrößert.

Mit Blick auf die bereits in Großbritannien, den USA und Japan gemachten Erfahrungen wird die neue britische Strategie wahrscheinlich bald wieder vor großen technischen wie politischen Schwierigkeiten stehen und mit explodierenden Kosten umgehen müssen. Bevor die Verantwortlichen also in größerem Umfang investieren, sollten sie sich ernsthaft mit der günstigeren und weniger gefährlichen direkten Endlagerung des Plutoniums befassen – und die Gelegenheit ergreifen, andere Nationen auf diesem Weg anzuführen und die globalen Plutoniumbestände entscheidend zu reduzieren.

Die Alternativen

Der Bericht der NAS richtete den Blick auf zwei Alternativen, wie man Plutonium entsorgen könnte: Zum einen lässt sich Plutonium mit abgereichertem Uran zu so genannten Mischoxid-Brennelementen (MOX) verarbeiten, die sich in den momentan gängigen Reaktoren einsetzen lassen. Danach müssen diese MOX wie andere Kernbrennstäbe sicher endgelagert werden. Die zweite Möglichkeit besteht in der direkten Einlagerung des Plutoniums: Es muss fest in Keramik eingehüllt und anschließend in einem geologisch sicheren Endlager wie anderes radioaktives Material entsorgt werden. Beide Optionen benötigen letztlich den gleichen Platz.

1994 schlug Frankreich bereits den MOX-Weg ein – als Teil einer größeren, heftig diskutierten Strategie, Plutonium aus herkömmlichen abgebrannten Uranbrennstäben abzuscheiden und wiederzuverwerten. Anfänglich schieden die Franzosen das Material für ihre Nuklearwaffen ab und später für Prototypen von schnellen Brütern. Nachdem die Nation der weltweit führende Experte auf diesem Gebiet geworden war, errichtete der staatseigene Kernkraftkonzern Areva eine Wiederaufbereitungsanlage, um auch Plutonium aus den Brennstäben anderer Länder zu extrahieren.

Arevas wichtigste ausländische Kunden haben allerdings ihre Verträge nicht verlängert. Und die Energieunternehmen im eigenen Land werden zunehmend nervös, weil sie ein MOX-Programm unterstützen müssen, das die Stromproduktion zunehmend kostspieliger macht. Laut einer Schätzung aus dem Jahr 2000 verteuert das Plutoniumrecycling die Elektrizitätsgewinnung in Frankreich jährlich um rund 580 Millionen Euro – verglichen mit den Kosten, die bei alleiniger Nutzung frischer Uranbrennstäbe inklusive deren anschließender Endlagerung entstünden.

Japan verfolgte eine ähnliche Strategie: Damit wollte das Land vor allem die politisch schwierige Entscheidung aufschieben, wo es denn sein nukleares Endlager hinbauen sollte. Deshalb errichtete Areva auch dort eine teure Wiederaufbereitunsganlage, aber aus dem Ruder laufende Kosten und Verspätungen verzögerten die Fertigstellung um ein Jahrzehnt. Die Fabrik produzierte schließlich zwischen 2006 und 2008 etwa vier Tonnen Plutonium, sie musste aber nach einer Panne schließen. Ein weiterer Versuch im Januar endete erneut mit diesem Fehler. Eine MOX-Fabrik soll außerdem ab diesem Frühjahr errichtet werden, doch nach dem Unfall von Fukushima im März 2011 befindet sich Japans gesamtes Atomprogramm auf dem Prüfstand.

Großbritanniens Nuclear Decommissioning Authority (NDA) stellt nun Verträge fertig, die die Abscheidung von Plutonium aus gebrauchten Uranbrennstäben des Landes sichern sollen. Bis 2018 sollen die beiden beteiligten Wiederaufbereitungsanlagen diese Vereinbarungen erfüllen, so dass sich bis dahin der gesamte nationale Vorrat auf rund 100 Tonnen erhöhen wird. Im Dezember 2011 schloss das britische Department of Energy and Climate Change daraus vorläufig, dass der Kauf einer neuen MOX-Fabrik die beste Option wäre, das Plutonium vorläufig loszuwerden.

Lehren aus der Vergangenheit

Frühere Versuche, MOX in Großbritannien zu erzeugen, lieferten nur schwache Resultate. Eine MOX-Fabrik neben der Wiederaufbereitungsanlage von Sellafield ging 2001 in Betrieb und sollte anfänglich Plutonium für Japan anreichern. Wegen diverser Konstruktionsfehler und nicht eingehaltener Qualitätsstandards für MOX erreichte die Anlage in ihren ersten zehn Jahren aber nur ein Hundertstel der potenziell möglichen Auslastung. Im August 2011 wurde sie schließlich geschlossen – nachdem dort 1,75 Milliarden Euro verbrannt worden waren.

Großbritannien sollte außerdem bei der Bewertung der verschiedenen Verfahren zur Plutoniumentsorgung die Erfahrungen der USA berücksichtigen. Die Vereinigten Staaten beschritten beide Wege: MOX-Produktion und direkte Endlagerung. 1999 schätzten die Verantwortlichern, dass es etwa vier Milliarden Dollar kosten würde, um 34 der damals 85 Tonnen an waffenfähigem Plutonium zu entsorgen. Russland jedoch, das sich ebenfalls verpflichtet hatte, 34 Tonnen seines waffenfähigen Plutoniums unschädlich zu machen, sprach sich dann doch gegen die Immobilisierung des Materials aus. Das Land fürchtete, dass das Element doch wieder zu Atombomben verarbeitet werden könnte, wenn man die entsprechende Brennstäbe wieder aufbereitet.

Dieser Vorbehalt sorgte zusammen mit den hohen Gesamtkosten der beiden Programme dafür, dass die USA die Endlagerung vorerst aufgaben. Stattdessen gaben sie eine Areva-artige MOX-Fabrik in Auftrag. Die Kosten für die Entsorgung der 34 Tonnen Plutonium schossen derweil auf gewaltige 13 Milliarden Dollar in die Höhe – bei erwarteten ein bis zwei Milliarden Dollar Einnahmen für die neuen Brennstäbe.

Großbritannien sollte deshalb die direkte Entsorgung neuerlich in Erwägung ziehen: Sie sollte leichter zu bewerkstelligen und günstiger als die MOX-Produktion sein. Um 100 Tonnen Plutonium in MOX-Brennstäbe umzuwandeln, muss man 100 Millionen exakt geformter Kügelchen produzieren, die dann in die langen eigentlichen Zirkoniumbrennstoffröhren passen. Um es direkt zu entsorgen, kann man das Plutonium dagegen in wenige, relativ grob geformte Scheiben umwandeln.

Anschließend packt man diese mit verbrauchten Brennstäben und anderen festen radioaktiven Abfällen, die Gammastrahlen emittieren, zu Paketen zusammen. Das hielte Diebe oder Terroristen fern, und nach 100 Jahren könnte man das Material in einem 500 Meter tiefen Endlager verstauen – oder aber man versenkt den Stoff gleich in einigen wenigen 5000 Meter tiefen Bohrlöchern. Die NAS hatte dies bereits 1994 diskutiert, und seitdem gab es einige Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet. Die britische NDA fand 2009 in einer Studie heraus, dass die meisten Endlageroptionen günstiger wären als die MOX-Produktion – allerdings seien sie technisch weniger ausgereift. Der Fehlschlag mit der britischen MOX-Fabrik und andere Probleme belegen jedoch, dass diese Endlagerung eindeutig sicherer ist.

Großbritannien wäre daher ideal geeignet, um diesbezüglich voranzuschreiten. Das Land besitzt den weltweit größten zivilen Vorrat an Plutonium und erlebte das Versagen der MOX-Produktion. Es sollte deshalb eine internationale Führungsrolle einnehmen und geeignete Endlagerungstechniken wissenschaftlich entwickeln, ein Pilotprojekt aufbauen und schließlich groß angelegt durchführen. Es wird endlich Zeit, dass wir Plutonium als das betrachten, was es zweifellos ist: eine gefährliche Waffe.

Der Artikel erschien unter dem Titel "Time to bury plutonium" in Nature 485, S. 167-168, 2012.

19. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 19. KW 2012

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