Beginn einer neuen Ära?

Im Juni 2021 begann der Bau eines neuen Reaktors im sibirischen chemischen Kombinat Seversk. Der Ort ist nicht zufällig gewählt, sondern es handelt sich um ein grundsätzlich neues System: Ein spezieller Reaktor mit angeschlossener Wiederaufbereitung. Ziel ist ein Kernkraftwerk, dem lediglich Uran (aus abgebrannten Brennelementen) zugeführt wird und nur (endlagerfähige) Spaltprodukte abgeführt werden. Der entscheidende Punkt gegenüber herkömmlichen Reaktoren ist der Abfall Spaltprodukte. Die Problematik der Endlagerung über sehr lange Zeiträume wäre damit vom Tisch, da Spaltprodukte in weniger als 300 Jahren zerfallen sind. Die sehr langlebigen Transurane werden bei diesem Reaktor kontinuierlich „mit verbrannt“. Diese „Stromfabrik“ besteht also aus drei Einheiten: Der (neuartigen) Brennelemente-Fabrik, dem Kernreaktor und der Wiederaufbereitungsanlage. Die Brennelemente-Fabrik soll 2023 und die Wiederaufbereitung 2024 gebaut werden. Der Reaktor soll 2026 in Betrieb gehen.

Der BREST-OD-300

Das Entwicklungsziel dieses Reaktors der vierten Generation war „natürliche Sicherheit“. Das Kühlmittel ist nicht Wasser unter hohem Druck, sondern nahezu druckloses Blei. Der Reaktorkern befindet sich deshalb nicht in einem dickwandigen Druckbehälter, sondern in einem (nahezu drucklosen) Tank für flüssiges Blei. Der Schmelzpunkt von Blei liegt bei rund 330°C. Dies ergibt ein neuartiges Sicherheitsproblem, denn es muß gewährleistet sein, daß das Blei an keiner Stelle einfriert und irgendwelche Kanäle verstopft. Andererseits ist der Siedepunkt mit über 1700°C so hoch, daß sich kein Druck im Reaktorkreislauf aufbauen kann. Leckagen sind unproblematisch, da Blei weder mit Luft noch mit Wasser heftig reagiert. Blei wird praktisch auch nicht aktiviert, sodaß nur ein einfacher Kreislauf nötig ist, was Kosten spart und das System vereinfacht. Die Austrittstemperatur des Blei beträgt rund 540°C. Ist also weit von der Siedetemperatur entfernt. Hinzu kommt die große Wärmespeicherfähigkeit des Blei (spezifisch und über das Tankvolumen), die alle Lastsprünge abfedert. Ein solcher Reaktor ist in seinem (sicherheitstechnischen) Verhalten sehr gutmütig.

Blei ist ein sehr schlechter Moderator, der die Neutronen kaum abbremst. Schnelle Neutronen können zwar alles Uran, Plutonium und sogar die minoren Aktinoide spalten – das allerdings mit einer weit geringen Wahrscheinlichkeit. Als Konsequenz muß man entweder eine hohe Anreicherung oder einen höheren Gehalt an Plutonium verwenden. In diesem Sinne sind solche Reaktoren sinnvollerweise als Nachfolger der Leichtwasserreaktoren anzusehen. Erst wenn man entsprechend viele abgebrannte Brennelemente besitzt – von „Atomkraftgegnern“ fälschlicherweise als „Atommüll“ bezeichnet – aus denen man das Plutonium extrahieren kann, kann man sinnvollerweise mit dem Aufbau einer Flotte schneller Reaktoren beginnen. Für jede Erstbeladung muß das Plutonium von außen kommen. Läuft ein solcher Reaktor, kann er genug neues Plutonium bilden um für seinen Weiterbetrieb selbst zu sorgen. Man muß dann nur die Spaltprodukte entfernen (die nukleare Asche) und die gespaltenen Kerne durch U238 – ebenfalls von „Atomkraftgegnern“ als „Atommüll“ bezeichnet – ersetzen. In diesem Sinne verfügen wir bereits heute über gigantische Energievorkommen in der Form abgebrannter Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren. Bisher war die Nutzung wegen der geringen Natururan-Preise noch unwirtschaftlich. Allerdings kommen die stets steigenden Lagerkosten für abgebrannte Brennelemente einer schnelleren Nutzung entgegen.

Da Blei ein schlechter Moderator ist, kann man die Gitterabstände im Kern vergrößern. Durch den verringerten Strömungswiderstand kann man mehr Wärme über Naturkonvektion abführen, was die Notkühlung auch nach einem Blackout (Fukushima) ermöglicht. Zu diesem Zweck sind Kamine (2 von 4 genügen) vorhanden, die die Restwärme passiv an die Umgebungsluft abführen. Selbst unter vollständigem Verlust der Wärmesenke bei voller Leistung von 700 MWth erreicht die Hüllrohr-Temperatur am ungünstigsten Brennstab keine 900°C. Für die Hüllen aus Stahl kein großes Problem: Ein Unglück wie in Fukushima wäre gar nicht möglich. Es könnte kein Knallgas entstehen (Reaktion der Zirconium-Hüllen mit Wasserdampf) und es wäre keine aktive Not-Kühlung nötig. Treffender kann man nicht verdeutlichen, was mit „natürliche Sicherheit“ gemeint ist.

Die Brennstäbe

Auch hier geht man neue Wege. Bei herkömmlichen Reaktoren verwendet man Urandioxid als Brennstoff in Hüllrohren aus Zirkalloy. Uranoxid ist eine (spröde) Keramik mit schlechter Wärmeleitung. Es kann bei einem Störfall passieren, daß die Brennstäbe in ihrem Zentrum bereits aufschmelzen und Spaltprodukte frei setzen, während sie ansonsten noch intakt sind. Fallen sie kurzzeitig und lokal trocken (Kühlmittelverlust-Störfall), kann die Abschreckung durch die Notkühlung fatale Konsequenzen haben (Harrisburg, Fukushima).

Bei diesem Typ verwendet man Uran-Plutonium-Nitrid als Brennstoff. Es besitzt eine um 30% größere Dichte, eine 4 bis 8 fache Wärmeleitung, gute Rückhaltung für Spaltprodukte, gute Formstabilität und geringe Reaktionen mit der Edelstahl-Hülle. Die hohe Dichte und gute Wärmeleitung führen zu geringeren Temperaturgradienten zwischen Zentrum und Umfang. Dies führt zu einer hohen Lebensdauer der Brennelemente (Brennstoffwechsel nur alle fünf Jahre) und großen Sicherheitsreserven für Störfälle.

Der Kern besteht aus 169 Brennelementen, hat eine Höhe von lediglich 1,1m und beinhaltet rund 20 to Brennstoff. Die Brennelemente sind sechseckig, wodurch sich eine sehr dichte Packung ergibt. Sie sind rundum offen, um bei einer etwaigen Verstopfung auch Querströmung zu ermöglichen. Auf Grund der Brennstoffeigenschaften und der Konstruktion ist die Neutronenökonomie so gut, daß keine separate Brutzone erforderlich ist und trotzdem eine Konversionsrate von Eins („Selbstversorgung“) erzielt wird.

Wiederaufbereitung

Bisher wurde großtechnisch nur das PUREX-Verfahren angewendet. Dieses nass-chemische Verfahren zielt – ursprünglich aus der Rüstung kommend – auf die Rückgewinnung von möglichst reinem Uran und (insbesondere ) Plutonium ab. Alles andere ist Abfall. Dieser ist wegen der minoren Aktinoide besonders langlebig und erfordert ein geologisches Tiefenlager zur Endlagerung. Bei diesem Reaktorkonzept sieht die Fragestellung gänzlich anders aus. Hier gilt es nur die Spaltprodukte – die nukleare Asche – zu entfernen. Alles andere soll und kann als Energieträger verbleiben. Die Spaltprodukte können anschließend weiterverarbeitet oder verglast werden und in Edelstahlbehälter abgefüllt werden. Wegen der relativ geringen Halbwertszeiten kann dieser Abfall je nach Gusto „tiefengelagert“ oder „ingenieurgelagert“ werden. Auf jeden Fall, zu verschwindend geringen Kosten gegenüber der Endlagerung von kompletten Brennelementen.

Der BREST-OD-300 im Allgemeinen

Der Reaktor verfügt über eine elektrische Leistung von 300 MWel bei einer thermische Leistung von 700 MWth. Er wäre per Definition damit noch ein SMR. Der Hersteller selbst betrachtet ihn eher als Vorläufer für einen Reaktor mit 1200 MWel, der etwa Anfang der 2030er Jahre gebaut werden soll. Es ist der russische Weg der kleinen, aufeinander aufbauenden Schritte mit immer mehr gesammelten Erfahrungen, die in das jeweilige Nachfolgemodell einfließen können. In diesem Zusammenhang muß man feststellen, daß die Entwicklung bleigekühlter Reaktoren in Russland eine Jahrzehnte lange Tradition hat. Sie reicht bis auf die U-Boote der Alfa-Klasse (Bauzeitraum 1968–1975, Außerdienststellung 1983 bis 1997) zurück. Zahlreiche Probleme bezüglich Korrosion und Verschleiß konnten inzwischen gelöst werden.

Der Aufbau ähnelt klassischen Druckwasserreaktoren: In der Mitte befindet sich der Reaktor. Von ihm gehen vier Kühlkreisläufe (flüssiges Blei) ab. Jeder Kühlkreislauf versorgt zwei Dampferzeuger. Das in den beiden Dampferzeugern abgekühlte Blei wird von einer Umwälzpumpe angesaugt und dem Reaktor wieder zugeführt. Die acht Dampferzeuger produzieren etwa 1500 to/h Dampf mit einer Temperatur von über 500°C. Auf Grund der höheren Dampftemperaturen ergeben sich bessere Wirkungsgrade und andere Anwendungsgebiete (z. B. Wasserstoffherstellung durch Hochtemperatur-Elektrolyse, Raffinerien, chemische Industrie etc.). Jeder Kühlkreislauf bildet eine separate Baugruppe mit kompletter Notkühlung, Umwälzpumpe etc. in einer eigenen „Betonkammer“. Das Ganze ist von einem Betonzylinder als Schutz gegen Einwirkungen von außen umgeben.

Anders als bei Leichtwasserreaktoren wird der Kern durch eine Lademaschine versorgt. Sie kann Brennelemente entnehmen, umsetzen und durch frische ersetzen. Verbrauchte Elemente werden im Bleitank bis zum erforderlichen Abklingen zwischen gelagert. Sie stehen also stets unter dem gleichen Schutz (Fukushima) wie der Reaktorkern. Ein Brennstoffzyklus dauert fünf Jahre (Leichtwasserreaktor 9 bis 16 Monate üblich). Sind erst einmal die üblichen Kinderkrankheiten beseitigt, kann man von einer noch besseren Verfügbarkeit als heute (etwa 90%) ausgehen. Geplant ist ein Abbrand zwischen 5,5% und 9% Schwermetall. An dieser Stelle erscheint es sinnvoll, sich die Materialströme und Abfallmengen zu verdeutlichen. Wenn dieser Reaktor das ganze Jahr voll durchläuft (Grundlast) verbraucht er etwa 270 kg Uran. Das ist gleichzeitig die Menge hochaktiver Spaltprodukte die jährlich anfällt. Geht man von einem mittleren Abbrand von 8% Schwermetall aus, sind etwa 3,5 to frische Brennelemente jährlich nötig. Das alles erinnert mehr an eine Anlage im Labormaßstab. Wollte man diese Strommenge von 2,6 TWh mit einem Offshore-Windpark erzeugen, müßte dieser mindestens 1000 MW umfassen oder bei einem Photovoltaik-Park mindestens 2000 MW. Wobei dies lediglich die gleiche Energieproduktion wäre. Da aber Wind und Sonne nur zufällig und unvorhersehbar sind (Wettervorhersage), müßten noch die zwingend erforderlichen Stromspeicher (zusätzliche Investitionen) und deren Verluste (ca. 50% für längere Ausfallzeiten) hinzugerechnet werden. Diese wenigen Zahlen machen deutlich, daß zumindest Russland nicht zurück ins Mittelalter will, ob nun „Klimakatastrophe“ oder nicht.

Sicherheit

Die vierte Generation soll noch einmal um Größenordnungen „sicherer“ sein als die derzeitige dritte Generation. Gemeint ist damit die Wahrscheinlichkeit für Unglücke, bei denen Radioaktivität das Betriebsgelände überschreitet und damit Anlieger gefährdet. Diese Reaktoren sollen so sicher sein, daß sie unmittelbar in einer Chemieanlage betrieben werden können, denn sie sind nicht gefährlicher als diese Anlagen selbst, wodurch völlig neue Anwendungen für Kernenergie möglich sind.

Da diese Kernkraftwerke mit dem „Abfall“ der bisherigen Kernkraftwerke betrieben werden können, sind sie extrem „nachhaltig“. Damit sind nicht nur die abgebrannten Brennelemente gemeint, sondern auch das „Abfall-Uran-238“ aus den Anreicherungsanlagen. Ganz neben bei, löst sich auch die „Endlagerfrage“. Spaltprodukte sind im Vergleich zu den Aktinoiden kurzlebig. Diese Form von „Atommüll“ ist nach wenigen Jahrzehnten weiterverarbeitbar. In ihnen sind jede Menge wertvoller Stoffe enthalten. Schon heute werden seltene Isotope aus dem Abfall der militärischen Wiederaufbereitung für z.B. medizinische Anwendungen gewonnen. Wer aber unbedingt möchte, kann sie auch weiterhin in geologischen Tiefenlagern verschwinden lassen. Nur eben zu viel geringeren Kosten.

Wie die Niederlande die Kerntechnik fördern wollen

Die deutsche „Energiewende“ strahlt nun auch bis in die Niederlande. Wenn die Versorgung mit preisgünstiger Grundlast aus dem nahegelegenen rheinischen Braunkohlerevier nicht mehr möglich ist, muß Ersatz her: Erdgas scheidet aus, weil die eigene Förderung stark rückläufig ist und das Gas dringend für Haushalte, Industrie und Landwirtschaft gebraucht wird. Sonne und Wind geht nicht, da schon Deutschland fanatisch auf diese Karte setzt. Wenn in Deutschland Dunkelflaute herrscht, dann auch in den Niederlanden. Was bleibt also anderes als Kernkraftwerke? Im Februar 2021 erschien zu dieser Thematik ein bemerkenswertes Papier der e-lise Stiftung. Dort werden 13 Punkte aufgestellt, die als Appell an die niederländische Regierung gerichtet sind und als Voraussetzung für einen zügigen Ausbau der Kernkraftwerke (bisher nur ein Druckwasserreaktor mit 482 MWel in Borssele seit 1973 in Betrieb) angesehen werden können. Die Punkte sind so grundsätzlich, daß sie im Folgenden wiedergegeben und kritisch gewürdigt werden sollen.

1 Garantien gegen politische Schwankungen anbieten

Richtig, aber traurig ist die Feststellung, daß immer mehr Investoren unwillig sind, Milliarden in langfristige Energieprojekte zu investieren. Ausdrücklich angeführt als schädliches Beispiel wird der „Atomausstieg“ (wörtlich im Original und in der englischen Übersetzung) in Deutschland. Es ist schon beängstigend, wie schon wieder in Europa ≫Privateigentum≪ und ≫Rechtssicherheit≪ als Grundwerte einer freien und demokratischen Gesellschaft gefordert werden müssen. Wie wir heute wissen, war der „Atomausstieg“ nur der erste Schritt in die dunklen Nebel des Sozialismus. Es folgte der „Dieselskandal“, der „Kohleausstieg“ und jüngst in Berlin der „Mietendeckel“. Zwar alles noch irgendwie durch Gerichte geglättet, aber bereits abschreckend genug. Man sollte deshalb mit der Forderung nach besonderen Bürgschaften für Kernkraftwerke äußerst vorsichtig sein. Es geht hier längst nicht mehr um Energieformen, sondern um nichts weniger als um Freiheit und Wohlstand.

Richtig ist, daß die Dramen um den EPR (Olkiluoto, Flamanville gegenüber Taishan) das Vertrauen der Investoren zerstört haben. Richtig ist auch die Feststellung, daß die Politik durch ständige Verschärfung der Anforderungen maßgeblich verantwortlich ist. Insofern ist eine vollständige Genehmigung vor Baubeginn mit über die Bauzeit eingefrorenen Bedingungen zwingend notwendig. Nur so sind Verzögerungen eindeutig zu zu ordnen. Versäumnisse der Verwaltung werden genauso schonungslos aufgezeigt, wie mangelnde Planung (Olkiluoto) und Pfusch der Hersteller (Flamanville). Nur so können Mehrkosten – notfalls vor Gericht – eingetrieben werden. Behörden müssen genau wie Privatunternehmen für Fehlverhalten finanziell haften.

2 Neue Wege finden, damit staatlich gestützte Kredite mit niedrigen Zinsen für den Neubau bereitgestellt werden können

Vordergründig richtig ist die Feststellung eines überdehnten „Marktes“ für elektrische Energie. Die zufällige wetterabhängige Überproduktion verursacht nicht kostendeckende oder sogar negative Preise (Entsorgungskosten). Man sollte endlich aufhören mit dem ökosozialistischen Neusprech vom „Strommarkt“. Bezüglich „alternativer Energien“ handelt es sich um reinrassige Planwirtschaft mit politisch vorgegebenen Produktionsquoten, staatlich garantierten Preisen, Anschlusszwang, Abnahmezwang, alles das bei kostenloser Infrastruktur. Kostenlos wohlgemerkt nur für die politisch gewünschten Neureichen. Die Kosten fallen natürlich an, werden aber voll und ausschließlich zu Lasten der Stromkunden umgelegt. Der Markt fängt erst an der Strombörse an. Dort findet – wenn auch unvollständig – eine Preisbildung durch Angebot und Nachfrage statt. Planwirtschaft und Markt lassen sich aber schon von der Theorie her nicht miteinander verknüpfen. Irgendwann erfolgt – wie bereits in Texas geschehen – die Explosion des Systems durch Mondpreise ($US9 für eine kWh zur Zeit des Kälteeinbruchs). Weitere staatliche Eingriffe werden nötig. Die Todesspirale wird immer enger, wie man es schon von der untergegangenen „DDR“ oder UDSSR her kannte.

Richtig – wenngleich trivial – ist die Feststellung, daß die spezifischen Kosten stark abhängig vom Zinssatz und der Laufzeit der Kredite sind. Da ein Kraftwerk erst Einnahmen erzielt, wenn es ans Netz gehen kann, ist hier Laufzeit mit Bauzeit gleich zu setzen. Dies erklärt schon mal wesentlich, warum die Baukosten von Flamanville gegenüber Taishan (EPR) bzw. Vogtle gegenüber Sanmen (AP1000) mehr als doppelt so hoch sind. Vor allem der Zinseszinseffekt schlägt bei langen Bauzeiten gnadenlos durch. Der Zinssatz für eine Investition setzt sich aus dem allgemeinen Zins (maßgeblich durch die Notenbank bestimmt) und dem individuellen Ausfallrisiko – quasi eine Versicherungsprämie – zusammen. Vereinfachend gesagt: Je höher die Wahrscheinlichkeit ist, daß die Bank ihr Geld nicht wiedersieht, um so höher der Zinssatz. Aus diesem Zusammenhang schlagen die Autoren drei Finanzierungsmodelle vor:

  1. Der Staat tritt als Bauherr auf und finanziert zu den günstigen Zinsen seiner Staatsanleihen (z. Zt. in Deutschland sogar negativer Zins). Bei Fertigstellung verkauft er das Kraftwerk an private Investoren. Entweder zu einem vorher vereinbarten Preis oder nach Angebot und Nachfrage.
  2. Der Staat übernimmt für die erforderlichen Kredite eine Bürgschaft. Der Investor muß für die Bürgschaften eine übliche Gebühr entrichten, bekommt dafür aber nahezu Konditionen einer Staatsanleihe am Kapitalmarkt.
  3. Der Energieversorger arbeitet nach dem RAB-Modell (Regulated Asset Based Finanzierungsmodell). Dabei werden – wie in guter alter Zeit – die Strompreise für die Endkunden staatlich kontrolliert. Alle Kosten müssen nachgewiesen werden (in diesem Fall die vereinbarten Zwischenrechnungen) und werden in vollem Umfang an die Stromkunden weitergegeben. Für seine Kosten und sein Risiko erhält der Energieversorger einen festgelegten „Zinssatz“ vergütet.

Bei Modell 1 übernimmt der Steuerzahler – wie bei vielen anderen Infrastrukturmaßnahmen auch – das volle Risiko. Dies kann nur politisch gerechtfertigt werden, wenn man die Stromversorgung als unverzichtbare Grundleistung für alle Bürger betrachtet. Die Übernahme einer staatlichen Bürgschaft ist rechtlich zweifelhaft (unerlaubte Subvention nach EU-Beihilferecht). Modell 3 ist ein Schritt zurück in – gar nicht so schlechte – alte Zeiten. Dazu müßte sich die Politik aber eingestehen, daß die Sprüche von „Deregulierung“ und „Strommarkt“ nichts als Neusprech oder Luftnummern waren. Da es inzwischen eine ganze neue Klasse Energiewende-Gewinner gibt wohl nur möglich, wenn ein entsprechender Politikerwechsel stattfinden würde.

Gar nicht diskutiert wird eine Aufforderung an die Finanzwirtschaft zur Entwicklung innovativer Modelle. Kraftwerke im Allgemeinen sind Investitionen mit hohem Anlagewert, sehr langen Laufzeiten und über Jahrzehnte genau kalkulierbaren Rückflüssen (bei entsprechender politischer Sicherheit). Also genau das, was beispielsweise Versicherungen und Pensionsfonds benötigen. In der guten alten Zeit nannte man Aktien deutscher Versorger gern „Papiere für Witwen und Waisen“. Heute stellt man mehr oder weniger erstaunt fest, daß der Hersteller Westinghouse (Neubau, Wartung und Reparatur, Brennelemente etc.) kein Pleite-Unternehmen, sondern unter neuer Führung von Brookfield eine unerwartete Ertragsperle ist. Wenn der Staat seinen Klassenkampf-Modus bei der „Atomkraft“ aufgeben würde, wäre auch jede Menge „Risikokapital“ vorhanden. Manch ein Investor würde sein Geld lieber in ein innovatives Kraftwerk stecken, als in einen Lieferservice auf Fahrrädern. Aber auch der Staat könnte Modelle entwickeln, wie im Ausland bereits bei Pipelines (Master Limited Partnership) und dem finnischen Kernkraftwerk Hanhikivi (Mankala-Kooperative; Anteilseigner kommen entsprechend ihrem Kapitalanteil für die Kosten auf und erhalten dafür die entsprechende Energiemenge geliefert) erprobt.

3 Eine Makroökonomische Analyse über die Kosteneinsparungen infolge Kernenergie durchführen

Kernkraftwerke sind sehr kapitalintensiv. Der Bau erfordert unmittelbar eine große Investition, liefert dafür aber über die Laufzeit (60+ Jahre) kontinuierlich und bedarfsgerecht elektrische Energie zu geringsten Produktionskosten. Wegen der langen Planungs- und Bauzeiten erwarten Investoren, daß die Regierung diese Investitionen absichert. Da aber Prognosen über Jahrzehnte nur schwer erstellbar sind, ergeben sich durch die notwendigen konservativen Annahmen vermeintlich hohe Preise im Vergleich zu kurzlebigen Investitionen wie Windmühlen oder Photovoltaik. Die Autoren meinen, daß eine erhebliche Kapitalbeteiligung des Staates Vertrauen schaffen könnte, da dadurch private und öffentliche Investoren im selben Boot sitzen würden und politische Ekstasen weniger verlockend wären.

Die Einsparung von CO2 – Abgaben durch Kernenergie ist trivial. Je höher diese sind, desto (relativ) günstiger ist die damit erzeugte elektrische Energie. Billiger Strom ergibt einen erheblichen Nutzen für private und industrielle Verbraucher. Dabei ist aber zu beachten, daß CO2 – Abgaben politisch sind und damit zeitlich und gesellschaftlich höchst variabel. Viel wichtiger wäre eine Analyse der über die Strompreise hinausgehenden Vorteile der Kernenergie (Versorgungssicherheit, technische Innovationen, überdurchschnittlich attraktive Arbeitsplätze etc.). „Gesellschaftlicher Nutzen“ ist aber prinzipiell ein Wiesel-Wort und damit mit Vorsicht zu genießen. Nicht ohne Grund werden solche Begriffe bevorzugt von Sozialisten erschaffen, um ihren Utopien einen wissenschaftlichen Anspruch zu geben.

4 Zusammenarbeit zwischen Energieversorgern und Lieferanten um eine ausgewogenere Kostenstruktur zu erzielen

Wenn man die Investitionen im „Westen“ (Europa, USA) und „Osten“ (China, Rußland, aber auch Süd-Korea, Indien) für Kernkraftwerke vergleicht, fällt sofort der extreme Unterschied auf. Abgesehen von der schon besprochenen unterschiedlichen Finanzierung fallen aber weitere gravierende Unterschiede auf. Die internen (zusätzlichen) Kosten (Bauüberwachung, Abwicklung der Finanzierung, Rechnungsprüfung etc.) der Eigentümer sind im „Westen“ wesentlich höher. Ebenso die indirekten Kosten (Genehmigungsverfahren, Rechtsstreitigkeiten etc.) für den Eigentümer. Und nicht zuletzt – aber weitaus geringer als wahrscheinlich vermutet – die unterschiedlichen Lohnkosten. Die extrem geringeren Baukosten in China sind auf eine Serienbauweise (erfahrenes und geübtes Personal auf allen Stufen) und nur noch zwei integrierte Konzerne, die sich ihre (unterschiedlichen) Kernkraftwerke „selber“ bauen, zurückzuführen. Hier ist noch eine Menge Einsparpotential im „Westen“ vorhanden. Für integrierte Konzerne gibt es allenfalls noch in den USA eine Perspektive. In Europa ist die industrielle Basis schon viel zu weit weggebrochen. Es kann nur eine engere Zusammenarbeit zwischen Energieversorgern, Herstellern und öffentlicher Verwaltung angestrebt werden.

5 Möglichkeiten zur nationalen und internationalen Zusammenarbeit mit dem Ziel von Serienfertigung ausfindig machen

Es wird richtig festgestellt, daß die massive politische Unterstützung und die immensen Subventionen bei Wind und Sonne das Investitionsrisiko verkleinert haben. Durch diesen seit Jahrzehnten anhaltenden Zustand waren die Kostensenkungen durch Serienproduktion und Prozessoptimierung erst möglich. Es ist allerdings mehr als fragwürdig, wollte man dieses Vorgehen nun auch für die Kerntechnik fordern. Vielmehr sollte man die sofortige Einstellung der Subventionen und Sonderrechte fordern. Der Spuk wäre in kürzester Zeit vorbei. Wie schnell das gehen könnte, zeigt in Deutschland gerade das Auslaufen der ersten Förderprogramme nach 20 Jahren. Obwohl längst bezahlt, werden die Mühlen überwiegend abgerissen, weil mit den erzielbaren Strompreisen nicht einmal die laufenden Betriebskosten abgedeckt werden können! Deutlicher kann man keine Fehlinvestition darstellen – selbst wenn der Wind keine Rechnung schickt.

Ein erster, wesentlicher Schritt wäre die Harmonisierung der Genehmigungsverfahren. Man verlangt auch nicht für jedes Flugzeug oder Auto eine komplett neue Zulassung. Selbstverständlich wird die Genehmigung in anderen Ländern bzw. die Zulassung durch internationale Gremien anerkannt – sonst setzt man sich sehr schnell dem Vorwurf von „Handelshemmnissen“ mit allen Konsequenzen aus. Das heißt nicht, daß man nicht länderspezifische Vorschriften (z. B. über Kühlwasser) einhalten muß. Mit dem nötigen politischen Willen läßt sich das sehr schnell umsetzen, denn in keinem anderen Industriezweig ist die internationale Zusammenarbeit und die laufende Kontrolle durch supranationale Institutionen enger als in der Kerntechnik. Aus dieser Standardisierung ergibt sich folgerichtig auch eine Arbeitsteilung über die Grenzen hinweg. Sind erstmal kalkulierbare Stückzahlen für Komponenten vorhanden, finden sich auch (konkurrierende) Lieferanten. Innerhalb von Europa zeichnet sich für SMR eine enge Kooperation zwischen GB, Polen, Estland, Tschechien, Rumänien, Finnland, Schweden und Irland ab. Die vermeintlich „kleinen Länder“ können als Verband eine mächtige Nachfragemacht entwickeln.

6 Den Verwaltungseinheiten ermöglichen, durch den gemeinsamen Bau von Kernkraftwerken ihre regionalen Energiestrategien umzusetzen.

Dieses Kapitel ist sehr speziell auf die föderale Struktur der Niederlande zugeschnitten. Wichtig ist jedoch die Widerlegung des „grünen Arguments“, daß der Bau von Kernkraftwerken viel zu lange dauert um „klimawirksam“ zu sein und man deshalb mit Wind und Sonne schnellstens Fakten schaffen müsse. Hilfreich für alle „Atomkraftgegner“ ist der Hinweis auf die Bauzeit von fünf Jahren für das KKW Borssele, Fertigstellung 1973. Ebenso die unterschiedlichen natürlichen Vorraussetzungen verschiedener Regionen (Wind an der Nordsee oder in Süddeutschland usw.) und die deshalb notwendigen verschiedenen Lösungsansätze.

7 Energieversorger ermutigen ihre fossilen und Biomassekraftwerke durch Kernkraftwerke zu ersetzen

In den Niederlanden wurden 13 Kraftwerksstandorte (Kohle, Biomasse, Gas) ermittelt, die durch neue Kraftwerke ersetzt werden müssen. Die Leistung beträgt überwiegend unter 1000 MWel und ist damit für SMR geeignet. An neun Standorten könnten jeweils zwei SMR gebaut werden. An diesen Standorten ist die Infrastruktur (Netzanschlüsse, Kühlwasser etc.) bereits vollständig vorhanden. Da an diesen Standorten bereits über längere Zeiten Kraftwerke in Betrieb sind, gibt es gute Kenntnisse über die Umweltbedingungen und reichhaltige Daten und Dokumentationen. Das sind beste Vorraussetzungen für ein schnelles Genehmigungsverfahren. Man Vergleiche dies beispielsweise mit der Situation bei einem Offshore-Windpark.

8 Forschung zum Einsatz der Kernenergie außerhalb der Stromerzeugung anregen

Es wird der Primärenergiebedarf hinterfragt. Elektroenergie ist nicht alles. Es gibt auch einen großen Wärmebedarf für Heizung und Industrie (Rotterdam ist ein großes petrochemisches Zentrum in Europa). Forschung bezieht sich hier auf die Verknüpfung der unterschiedlichen Verbraucher mit verschiedenen Reaktortypen. Auf der Verbrauchsseite gilt es Wasserstoffgewinnung, synthetische Kraftstoffe, Meerwasserentsalzung, Raumwärme, Industriewärme, Stahlerzeugung und Großchemie abzudecken. Bezüglich der Reaktoren sind die notwendigen Temperaturen bereitzustellen und langfristig die Wiederverwendung von „Atommüll“ in schnellen Reaktoren zu ermöglichen (Neudeutsch: cradle-to-cradle strategy).

9 Genehmigungsverfahren für innovative Reaktorkonzepte

Ein grundsätzliches Problem für ein Genehmigungsverfahren besteht in der mangelnden Ausstattung der öffentlichen Verwaltung und der Überwachungsinstitutionen (mit Personal und Technik), sowie mangelnder Erfahrung. Diese Mängel führen zu holprigen und langwierigen Verfahren. Die (unnötig langen) Verfahren wiederum zu mangelnder Unterstützung durch die Öffentlichkeit. Gegenmaßnahmen sind die Übernahme bereits erfolgreicher Zulassungen im Ausland. Es muß nicht alles von vorn gemacht werden, sondern es reicht ein Nachvollziehen im Austausch mit den ursprünglichen Institutionen. Eine sogenannte Module Design Certification (MDC), bei der die Zulassung zweigeteilt ist: Ein Reaktor wird im ersten Schritt grundsätzlich sicherheitstechnisch zugelassen und erst im zweiten Schritt werden die standortspezifischen Einflüsse berücksichtigt. Dabei können international zugelassene Berechnungsverfahren, Spezifikationen usw. übernommen werden. Übergang zu einer risikoorientierten Betrachtung, bei der Industriestandards übernommen werden (z. B der Reaktor muß „nuclear grade“ sein, für die Turbine reicht der übliche und erprobte Standard).

10 Das Wissen über Kernenergie in den Verwaltungen verbessern

Es wird darauf hingewiesen, daß Kerntechnik und Strahlenschutz mehr als den Bau von Kernkraftwerken umfassen. Im Gegenteil wird die Anwendung in Forschung, Medizin und Industrie beständig umfangreicher. Auch in den Niederlanden sind die Fachabteilungen in den Verwaltungen beständig verkleinert bzw. an den Rand gedrängt worden. In Deutschland kam seit Rot/Grün noch die Vereinnahmung durch die „Atomkraftgegner“ hinzu: Funktionierende und mit ausgewiesenen Fachleuten besetzte Behörden wurden systematisch zerstört, indem man gerade die Besten durch Schikanen, Entzug der Mittel usw. in die innere bzw. tatsächliche Kündigung trieb. Die „lukrativen Posten“ wurden anschließend mit ausgewählt unfähigen, aber um so festerer ideologischen Grundhaltung besetzt. Ein probates Mittel: Fachlich überforderte, sind stets besonders fügsam gegenüber Anweisungen von oben. Woher sollten sie auch bei einer Kündigung eine vergleichbar vergütete Position wieder her bekommen? Wie zerstörerisch und nachhaltig das wirkt, zeigt sich gerade wieder im Zusammenhang mit der „Endlagersuche“ in Deutschland. Fachleute der Kerntechnik sind längst in andere Sparten bzw. ins Ausland abgewandert.

11 Seelenfrieden beim Strahlenschutz herstellen

Strahlenschutz gründet auf Berechtigung, Optimierung und Grenzwerten. Die Berechtigung von „Strahlung“ ist z. B. im Bereich der Medizin ethisch allgemein gerechtfertigt. Bei der friedlichen Nutzung der Kernenergie scheiden sich plötzlich die Gemüter. Die Optimierung – lediglich ein anderes Wort für die Abwägung von (angeblichem) Schaden und Nutzen – ist unter Fachleuten selbstverständlich. ALARA (As Low as Reasonably Achievable) ist das täglich Brot eines jeden Strahlenschutzbeauftragten. Beim Arbeitsschutz muß ständig „Strahlengefahr“ gegen andere Gefahren abgewägt werden. Allerdings ist es in unserer europäischen (teilweise) saturierten Wohlstandsgesellschaft dringend notwendig, die „sozioökonomischen“ (wie man heute so sagt) Gesichtspunkte wieder in den Mittelpunkt zu rücken. Spätestens nach den Evakuierungen in Fukushima sollte auch der „Strahlenängstigste“ ins Nachdenken gekommen sein.

Völlig zu Recht, wird von den Autoren die fatale Konsequenz der Linear No Threshold (LNT) Hypothese für die Festlegung von Grenzwerten angeführt. Wenn man fälschlicherweise annimmt, es gäbe keinen Schwellwert für die Strahlungsdosis, ist ein Rennen gegen Null in sich logisch. Schon bei den „Atomkraftgegnern“ gehörte das Narrativ von den wenigen Gramm Plutonium, die ausreichen die ganze Menschheit auszurotten zum festen Bestandteil der Propaganda, mit dem sich trefflich schlichte Gemüter ängstigen ließen. Nur wegen des LNT-Irrglaubens kann man sich vor der Einleitung von Wasser in den Pazifik fürchten, dessen Gehalt an Tritium neunfach unter dem Wert für Trinkwasser (bei lebenslangem Gebrauch) liegt. Nur wegen des LNT-Irrglaubens glaubten tatsächlich viele Menschen an Millionen zusätzlicher Krebstote durch Tschernobyl und Fukushima. Nur wegen des LNT-Irrglaubens konnte der Irrsinn um den Endlagerstandort Gorleben bis heute am Kochen gehalten werden. Nur wegen des LNT-Irrglaubens gruseln sich manche Deutsche vor den Kernkraftwerken in den Nachbarländern.

12 Seelenfrieden in der Gesellschaft herstellen – die „Atommüllfrage“ selbst stellen

Hier wird speziell auf die Situation in den Niederlanden eingegangen. Auch in Deutschland wird der „Atommüll“ gern als Totschlagargument gegen die friedliche Nutzung der Kernenergie eingesetzt. Es ist dringend notwendig, sprachlich präziser mit den auftretenden Formen umzugehen. „Abgebrannte Brennelemente“ sind noch lange kein Müll, genau so wenig wie Altpapier. Sie bestehen aus rund 95% noch weiter verwendbarem Brennstoff in der Form von Uran und Plutonium. Kernenergie ist die einzige Industrie, die von Anbeginn an das „Recycling“ in alle Planungen einbezogen hat. Selbst die Reststoffe der Wiederaufbereitung (Spaltprodukte und Minore Aktinoide) sind nicht unbedingt Restmüll. Schließlich enthalten sie das gesamte Periodensystem mit zahlreichen Wertstoffen. Letztendlich ist die Aufbereitung oder Endlagerung eine rein wirtschaftliche Frage, deren Antwort deshalb von Brennelemente komplett endlagern (Finnland, Schweden) über die Rückgewinnung der Brennstoffe (Frankreich) bis hin zur Gewinnung von Elementen aus dem Restmüll der Wiederaufbereitung (USA, Russland) geht. Für alle Formen der Abfälle gibt es erprobte Lagerkonzepte von geologischen Endlagern (Bergwerk oder Tiefbohrung) bis technischer Langzeitlagerung (Trockenlagerung von Brennelementen). Die ständig wiedergekäute Parole von der ungelösten Atommüllfrage wird durch ihre beständige Beschwörung keinesfalls richtiger. Leider wahr ist allerdings, daß die kerntechnische Industrie zu wenig zur Aufklärung darüber beigetragen hat.

13 Sicherstellen, daß Kernenergie als nachhaltig in die EU-Taxonomie aufgenommen wird

Die EU-Taxonomie ist eine kulturmarxistische Schöpfung um das alte Gespenst des Sozialismus in Europa unter dem neuen Namen „Great Reset“ wieder hoffähig zu machen. Die Illusion der Verelendung der Arbeiterklasse und die daraus resultierende revolutionäre Kraft ist im Wohlstand des Kapitalismus untergegangen (Pol Pot im Pariser Mai 68). Wenn die Zerstörung des gehaßten Systems also nicht von unten erfolgt, muß man es von oben versuchen. Man glaubt soviel vom Kapitalismus verstanden zu haben, daß das über staatlich gelenkte Kreditvergabe gelingt: Private Finanzinvestoren sollen nur noch Kredite für als nachhaltig definierte Energien vergeben dürfen. Was die alte Försterweisheit (wenn man mehr Bäume fällt, als nachwachsen, hat man bald keinen Wald mehr) mit fossilen oder Kernenergie zu tun hat, mögen die Funktionäre wissen. Man hat es allerdings schon mal vor gar nicht all zu langer Zeit als „Peak Oil“ zu verkaufen versucht. Spätestens seit der „Shale Revolution“ in der Gas und Ölindustrie ist es auch um dieses Untergangsszenario still geworden. Im Gegenteil, für kurze Zeit wurde das Erdgas sogar als Heilsbringer gegen die böse Kohle und Kernenergie gepuscht. Das reichte aber noch nicht aus, um die Gesellschaft durchdringend zu schädigen. Deshalb glaubt man nun die Atmosphäre als endlich entdeckt zu haben. Alles ist schädlich, nur Wind und Sonne führen ins (kommunistische) Paradies. Auch das wird wieder scheitern, spätestens wenn die breite Masse merkt, wie sie um ihren hart erarbeiteten und bescheidenen Wohlstand gebracht werden soll.

Es ist zwar legitim sich eine Gleichbehandlung mit Wind und Sonne zu wünschen, aber nicht auf Kosten anderer Energieformen. Wohin die Reise geht, ist klar. Als man in Deutschland aus der Kernenergie ausstieg, stand die Braunkohle (freudig) abseits. Woher sollte der Strom denn sonst kommen? Heute geht auch die Steinkohle in die Arbeitslosigkeit und über die „Klimaschädlichkeit“ von Erdgas wird schon diskutiert. Die Öko-Sozialisten haben ihre Hausaufgaben gemacht: Alles ist mit preisgünstiger Energie möglich – ohne geht nichts. Also äußerste Vorsicht vor falschen Freunden. Es ist an der Zeit, die Stärken der Kerntechnik offensiv in der Gesellschaft zu vertreten und nicht von einer grünen Dividende am Katzentisch der Gesellschaftsveränderer zu träumen.

Erster Reaktor in Weißrussland

In Ostrovets in der Region Grodno (54° 36′ 49″ N, 25° 57′ 19″ E) geht das erste Kernkraftwerk Weißrussland ans Netz. Es besteht aus zwei Druckwasserreaktoren des Typs VVER-1200 mit insgesamt 2340 MWel,netto. Die Auftragserteilung und erste Baustellenvorbereitungen erfolgten noch 2011. Die Grundplatte von Reaktor 1 wurde im November 2013 und von Reaktor 2 im May 2014 betoniert (offizieller Baubeginn eines Kernkraftwerks). Damit hat auch die russische Nuklearindustrie gezeigt, daß sie Kernkraftwerke fristgerecht und ohne Kostenüberschreitungen im Ausland fertigstellen kann. Der erste Reaktor dieses Typs ging 2016 (Novovoronezh II-1) in Betrieb. Es folgten 2017 Leningrad II-1 und 2019 Novovoronezh II-2. Auch hier zeigt sich wieder, der Bau von Kernkraftwerken in der vorgesehenen Zeit zu festen Kosten ist keine Hexerei. Das Geheimnis liegt im Bau möglichst baugleicher Kraftwerke in dichter Folge: So hat man stets geübtes Personal im Einsatz und dies ist die beste Garantie vor Termin- und Kostenüberschreitungen.

Preis und Finanzierung

Die Exporterfolge der russischen Nuklearindustrie beruhen auf der gleichzeitigen Finanzierung durch russische Banken. Der Auftragswert für das Kraftwerk betrug 10 Milliarden US$ (entsprechend 4274 US$/kW). Das ist durchaus günstig für ein Kraftwerk der Generation III+ mit allem Schnickschnack, wie doppeltem Beton-Containment und Kernfänger. Bei diesem Typ hat sich der Hersteller eng an europäischen Vorstellungen orientiert, wie sie auch im französischen EPR realisiert werden.

Die Finanzierung erfolgt quasi nach einem Bauherrenmodell: Es gibt einen Zahlungsplan mit festgelegten Raten zu festgelegten Zahlungsbedingungen. Dies ergibt eine interessante Aufteilung des Risikos zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber. Bis zur jeweiligen vertragsgemäßen Teillieferung trägt der Anbieter das Risiko von Kostensteigerungen durch Bauverzögerungen. Erst ab diesem Zeitpunkt wirken sich für den Auftraggeber zusätzliche Zinszahlungen durch eine verzögerte Inbetriebnahme aus. Wird eine Rate an den Hersteller fällig, wird diese durch eine russische Bank als Kredit für Weißrussland bereitgestellt. Erst ab diesem Moment muß der Kapitaldienst durch den Auftraggeber geleistet werden. Rußland finanziert so etwa 90% der Baukosten vor. Ganz nebenbei, haben die USA inzwischen erkannt, welchen Exportvorteil Rußland gegenüber finanzschwachen Ländern durch dieses Modell hat und streben wieder staatliche Ausfallbürgschaften an. So hat Rosatom im März 2020 veröffentlicht, daß es für die nächsten zehn Jahre über ein Auftragsvolumen im Ausland von US$ 140 Milliarden verfügt. Rosatom besteht aus 400 Unternehmen mit mehr als 250 000 Mitarbeitern. Für Rußland bedeutet dies nicht nur die Einwerbung von Exportaufträgen, sondern auch die Wandlung der stets schwankenden Deviseneinnahmen aus dem Rohstoffgeschäft in stetige langfristige Zahlungsströme – z. B. für Pensionszahlungen.

Die russische kerntechnische Industrie ist seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion wie ein Phönix aus der Asche wiederauferstanden. Im Oktober 2015 wurde der erste Reaktordruckbehälter von Atomash in Wolgodonsk – nach 30 Jahren Pause – hergestellt. Das Werk wurde 1973 gegründet und stellte bis 1986 allein 14 Reaktorgefäße her. 1997 ging es endgültig pleite und hangelte sich dann mit Aufträgen aus dem Gas- und Ölsektor durch. Heute ist es wieder das Zentrum für Druckwasserreaktoren und verfügt über die Kapazität von vier kompletten Kernkraftwerken (Druckgefässe, Dampferzeuger etc.) jährlich. Das Werk verfügt über einen eigenen Anschluß an den Wolga-Don-Kanal. In diesem Jahr wurden bereits drei Reaktordruckgefäße und 17 Dampferzeuger für Projekte in Indien, Bangladesch und der Türkei ausgeliefert.

Der Bauablauf

Man bevorzugte in Weißrussland ein zur Errichtung paralleles, abschnittsweises Genehmigungsverfahren. Dies funktioniert sehr gut bei Serienbauweise ohne große lokale Anpassungen. Wie hier gezeigt, kann das die gesamte Bauzeit einschließlich notwendiger Planung und Vertragsverhandlungen vom „Wunsch“ ein Kernkraftwerk zu bauen, bis zur Inbetriebnahme auf rund zehn Jahre begrenzen. Wendet man dieses Verfahren jedoch beim erstmaligen Bau eines Kernkraftwerks (FOAK) an, kann es sehr schnell zu einem wirtschaftlichen Desaster führen. Eindringliches Beispiel hierfür ist die „ewige“ Baustelle des EPR in Finnland.

Auch bei diesem Projekt zeigt sich wieder der grundsätzliche Vorteil von Baustellen mit doppelten Blöcken. Auch die französische Industrie ist nun diesem Weg in Hinkley Point gefolgt. Die gesamte Baustelleneinrichtung, wie z. B. Schwerlastkran, Werkstätten, Unterkünfte usw. halbiert sich automatisch (bezogen auf die spezifischen Kosten). Man kann bei allen Projekten bereits beim zweiten Block eine merkliche Senkung der notwendigen Arbeitsstunden feststellen, da man bereits vor Ort eine geübte und aufeinander eingestellte Truppe im Einsatz hat. Dies gilt um so mehr, je mehr man lokale Unternehmen beauftragt. So kam man in Ostrovets mit angeblich 3000 Fachkräften aus.

Am 10. July 2016 ereignete sich beim Einbau des Reaktordruckbehälters ein Missgeschick: „Der Behälter rutschte langsam etwa 4 m ab und setzte sanft auf den Grund auf, keine Beschädigung, die Aufhängung am Gehäuse wurde verschoben“, so die offizielle Stellungnahme. Auf Wunsch der weißrussischen Genehmigungsbehörde wurde er durch einen neuen ersetzt. Am folgenden 3. April wurde der für Block 2 vorgesehene Behälter in Block 1 eingebaut. Für den Block 2 wurde der ursprünglich für das Kraftwerk Kaliningrad 2 vorgesehene Reaktordruckbehälter ersatzweise geliefert. An diesem Beispiel erkennt man, wie robust die Strategie einer Serienfertigung ist. Der notwendige Ersatz eines Bauteils mit 36 Monaten Lieferzeit wäre bei einem Einzelprojekt zu einer wirtschaftlichen Katastrophe geworden. So konnte der Fahrplan nahezu eingehalten werden und im August 2020 die Beladung mit den 163 Brennelementen abgeschlossen werden.

Der nukleare Friedhof

Es ist eine russische Tradition, die nuklearen Abfälle in unmittelbarer Nähe des Kraftwerks zu lagern. Man hat deshalb parallel die Genehmigung für ein Endlager durchgeführt. Die erste Stufe für US$ 10 Millionen soll bis 2028 fertiggestellt sein. Man geht bei einer Betriebsdauer des Kernkraftwerks von (erstmal) 60 Jahren aus. In diesem Zeitraum sollen 9360 m3 feste Abfälle (leicht und mittelaktiv) und 60 m3 hochaktive Abfälle anfallen. Beim Abbruch der Anlage sollen noch einmal 4100 m3 leicht und mittelaktive Abfälle und 85 m3 hochaktive Abfälle anfallen. Die leicht und mittelaktiven Abfälle sollen dauerhaft lokal gelagert werden. Für die hochaktiven Abfälle wird ein unterirdisches Zwischenlager geschaffen.

Die Geschichte der VVER-Baureihe

In Rußland werden Druckwasserreaktoren als Wasser/Wasser-Energie Reaktoren (VVER) bezeichnet. Diesem Kürzel wird die gerundete elektrische Leistung in Megawatt und gegebenenfalls eine Fertigungsnummer angehängt. So ist der VVER-1200 ein Druckwasserreaktor mit rund 1200 MW elektrischer Leistung. Erst am 8.9.1964 wurde der erste Druckwasserreaktor als VVER-210 im Kraftwerk Novovoronezh kritisch und blieb bis 1984 in Betrieb. 1971 folgte der erste VVER-440 und 1980 der erste VVER-1000. Die beiden letzten Typen wurden auch exportiert (Ukraine, Armenien, Finnland, Bulgarien, Ungarn, Tschechien., Slowakei, Iran, China).

Alleinstellungsmerkmal aller VVER sind liegende Dampferzeuger und sechseckige Brennelemente. Das grundsätzliche Konstruktionsprinzip wurde bis heute beibehalten und ist ausgereizt. Durch die stetige Leistungssteigerung ergibt sich eine evolutionäre Entwicklung, bei der man die Betriebserfahrungen, technische Weiterentwicklungen (z. B. Werkstoffe) und zusätzliche Sicherheitsanforderungen (Containment, Kernfänger etc.) stets in die nächste Baureihe ohne all zu große Entwicklungsrisiken einfließen lassen kann. Führt man jedoch eine Baureihe über einen solch langen Zeitraum fort, verkompliziert dies irgendwann die Anlage. Dies gilt beispielsweise für die liegenden Dampferzeuger (Durchmesser 4 m, Höhe 5 m, Länge 15 m, Gewicht 340 to). Stehende Pumpen, Druckbehälter usw. mit liegenden Dampferzeugern zu verbinden, führt zu einer sehr unaufgeräumten Konstruktion mit langen und verschlungenen Rohrleitungen. Dies erschwert Wartung und Wiederholungsprüfungen. Das Reaktordruckgefäß wächst auch mit steigender Leistung. Durch die Beibehaltung der Grundkonstruktion mit zwei Anschlussebenen (4 Rücklauf und 4 Vorlaufleitungen plus Noteinspeisung) besteht das Druckgefäß aus 6 geschmiedeten Ringen und einer Kalotte. Die Schweißarbeiten am oberen und unteren Teil dauern jeweils 15 Tage bei einer Temperatur von 200 °C. Anschließend muß jede Hälfte noch bei 300 °C geglüht werden um die Spannungen in den Nähten zu verringern. Nachdem beide Hälften in einem weiteren Schritt zusammengeschweißt wurden, muß das gesamte Gefäß noch komplett mit einer korrosionsbeständigen Legierung plattiert werden. Alles sehr umständlich und damit teuer. Die Fertigungszeit beträgt deshalb etwa 36 Monate.

Hintergründe

Weißrussland ist als selbstständiger Staat aus der Auflösung der Sowjetunion hervorgegangen. Es ist ein relativ kleines und dünn besiedeltes Land mit knapp 60% der Fläche von Deutschland, aber nur 10 Millionen Einwohnern. Durch die enge Verknüpfung der Wirtschaft in der ehemaligen Sowjetunion – die bis heute noch nicht überwunden ist – kommt praktisch die gesamte Kohle, das Rohöl und Erdgas immer noch aus Rußland. Diese extreme Abhängigkeit hat immer wieder zu Spannungen zwischen beiden Ländern geführt. Vereinfacht kann man sagen, daß Putin-Rußland hat immer wieder versucht durch angedrohte Preiserhöhungen und Lieferunterbrechungen Weißrussland seinen Willen aufzudrücken – umgekehrt hat Weißrussland versucht, seine „Kosten“ durch Erhöhung von Transitgebühren erträglich zu halten. Insofern sind die Ostsee-Pipeline und das Kernkraftwerk Ostrovets unmittelbare Produkte dieses Konflikts. Rußland mußte Weißrussland ein Kernkraftwerk bauen und vorfinanzieren, sonst hätte es Weißrussland durch den Bau der Ostsee-Pipeline unweigerlich in die Arme des „Westens“ getrieben. Ein weiterer Satellitenstaat wäre dem „roten Zaren“ – wie schon vorher die Ukraine – davongelaufen.

Ein Kernkraftwerk entzieht sich weitestgehend politischer Erpressbarkeit: Wegen der außerordentlichen Energiedichte von Uran kann es für Monate und Jahre ohne neue Brennstofflieferungen betrieben werden. Auch ein russisches Kernkraftwerk stellt heute kein Problem mehr da. Es gibt für die Reaktoren heute Brennelemente von verschiedenen Herstellern außerhalb der russischen Einflußsphäre. Auch die Versorgung mit Ersatzteilen und „Kow-how“ ist nicht unbedingt ein Problem. Eine enge Kooperation mit der Ukraine, Finnland usw. kann im Ernstfall helfen – es haben schließlich all diese Länder ein Problem mit russischer Technik und Politik.

„Atommüll“ im Bohrloch

Für ein Tiefenlager als Endlager für hochaktiven Abfall gibt es zwei Möglichkeiten: Anlage eines kompletten Bergwerks oder Tief-Bohrungen. Bisher wurden Bergwerke (Finnland, Frankreich, Schweden, USA etc.) favorisiert. Im letzten Jahrzehnt hat aber die Bohrtechnik durch die Förderung von shale-oil und gas („fracking“) rasante Fortschritte gemacht. Man kann heute nicht nur einige tausend Meter senkrecht in die Tiefe bohren, sondern auch noch bis zu 5 km waagerecht. Dabei ist entscheidend, daß man die waagerechten Bohrungen bis auf etwa einen Meter zielgenau innerhalb einer Schicht ausführen kann. Damit ergeben sich völlig neue Aspekte für den Bau eines Endlagers.

Bergwerk oder Bohrfeld

Der klassische Weg ist die Anlage eines Bergwerkes. Bis man mit der Einlagerung beginnen kann, muß man tatsächlich ein komplettes Bergwerk mit allen zugehörigen Einbauten errichten. Entscheidender Faktor ist hierbei der Mensch: Bergleute müssen von der ersten Stunde bis zum endgültigen Verschluß – ein Zeitraum von rund 100 Jahren – in diesem Bergwerk arbeiten. Das erfordert einen enormen Aufwand für die Sicherheit und begrenzt die Tiefe: Es muß nicht nur eine mehrere Kilometer lange Rampe für den Transport der Abfallbehälter aufgefahren werden, sondern zusätzlich noch Schachtanlagen für die Belüftung und den Personentransport. Für all die aufwendige Technik müssen im Berg komplette Werkstätten, Sozialräume etc. eingerichtet und betrieben werden. Ein enormer Kostenfaktor. Abschließend müssen alle Einbauten und Installationen (Kabel, Rohrleitungen usw.) wieder zurückgebaut werden und alle Hohlräume sorgfältig verfüllt und abgedichtet werden. Bei einem konventionellen Bergwerk holt man nur die wertvollen Dinge raus und läßt das Bergwerk absaufen und langsam in sich zusammenfallen. Genau das geht bei einem Endlager nicht. Hier muß der ursprüngliche Zustand des Gebirges möglichst gleichwertig wieder hergestellt werden – ist doch das Gestein die entscheidende Barriere eines Endlagers. Durch all diese bergmännischen Tätigkeiten wird die ursprüngliche Einlagerungsstätte erheblich verletzt. Dabei sind nicht nur die Hohlräume wieder zu verschließen, sondern auch die durch den Abbau gestörten Randzonen entsprechend abzudichten.

Legt man ein Bohrfeld an, muß zu keinem Zeitpunkt irgendein Mensch unter Tage arbeiten. Alle Bau-, Einlagerungs- und Verfüllarbeiten werden ausschließlich von der Oberfläche aus ausgeführt. Die Arbeiten gehen abschnittsweise vor sich. Sobald eine Bohrung fertiggestellt ist, kann sie befüllt werden und (wunschgemäß sofort) wieder fachgerecht verschlossen werden. Für jede Bohrung sind nur einige Monate erforderlich und anschließend ist sofort der Endlagerzustand erreicht. Dies bedeutet eine enorme Flexibilität. Man muß nicht mehr ein zentrales Endlager betreiben, in dem alle radioaktiven Abfälle eingelagert werden, sondern kann mehrere spezielle Lagerstätten einrichten. Dies könnte auch eine bessere Akzeptanz bei der Bevölkerung bedeuten. Es gibt nicht mehr eine Region, die sich als „Atomklo“ der Nation verstehen muß, sondern viele Endlager sind möglich. Der Nutzen von einem Kernkraftwerk kann besser mit den (vermeintlichen) Nachteilen eines Endlagers ausgeglichen werden. Insbesondere durch horizontale Bohrungen werden ganz neue Gebiete für die Endlagerung gewonnen. Für ein Bergwerk braucht man eine möglichst dicke Schicht (z. B. Salzstock). Für horizontale Bohrungen reichen sehr dünne Schichten (Abweichungen von weniger als einem Meter bei der Bohrung) aus. Ein stark geschichteter Untergrund kann sogar von Vorteil sein, wie man von den Gaslagerstätten weiß. Einzelne Schichten im Untergrund sind oft so dicht, daß sie nicht einmal unter Druck stehendes Erdgas durchlassen. Ein gewaltiger Vorteil für ein Endlager.

Senkrecht oder horizontal?

Die Idee „Atommüll“ in tiefe Bohrungen zu versenken ist nicht neu. So hat man in den USA versuchsweise Bohrungen bis 5000 m Tiefe ausgeführt. In den unteren 1 bis 2 km sollten dann Kanister mit „Atommüll“ endgelagert werden. Hier galt das Prinzip: Je tiefer, je sicherer, denn Tiefe schützt vor durchgehenden Rissen und es verbleibt nur noch die (langsame) Diffusion zum Transport. Der „Atommüll“ sollte also mindestens drei Kilometer unter der Erdoberfläche gelagert sein. Bei dieser Bauart stehen die Kanister übereinander, was zu einer entsprechenden Belastung für den untersten Kanister führt. Gemildert kann dies werden, indem man mehrere Pfropfen in die Bohrung einbaut, auf denen jeweils ein separater Turm steht. Dies verkürzt aber die nutzbare Länge entsprechend und erhöht die Baukosten. Nachteilig ist auch bei einem Wassereintritt, daß die radioaktiven Stoffe – angetrieben durch den Auftrieb durch die Wärmeentwicklung – bevorzugt in der Bohrung und ihrer Störzone nach oben steigen wollen. Es ist also eine besonders sorgfältige Wiederverfüllung nötig, damit auch langfristig keine radioaktiven Stoffe in Grundwasser führende Schichten gelangen.

Bei einer horizontalen Lagerung ist der Auftrieb naturbedingt wesentlich kleiner, da die Wärmeentwicklung eher flächig auftritt. Technisch arbeitet man dem Auftrieb entgegen, indem man den horizontalen Teil leicht ansteigend ausführt. Flüssigkeiten und Gase haben dadurch die Tendenz sich entgegen der Hauptbohrung zu bewegen. Bei einer solchen Anlage spielt Wasser in der Einlagerungszone eine geringe Rolle. Anders als bei einem Bergwerk muß es gar nicht abgepumpt werden und es werden somit nicht die Strukturen gestört. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß es oberhalb ausreichende Sperrschichten gibt, die einen Austausch mit oberflächennahen Grundwasserschichten verhindern. Wie lange dieses Wasser schon keinen Kontakt mehr mit der Oberfläche hatte, kann man leicht über eine Isotopenanalyse ermitteln. So stammen beispielsweise die Wässer in den Ölfeldern von Texas (permian) überwiegend aus dem gleichen Meer, in dem auch die öl- und gasbildenden Organismen gelebt haben – sie sind Millionen Jahre alt. Genau die Schichten, die auch das Öl und Gas gefangen gehalten haben, haben auch sie von der Oberfläche fern gehalten. Ein weiterer Vorteil dieser alten Wässer ist, daß sie längst mit Mineralien gesättigt sind und keinen Sauerstoff mehr enthalten – sie können deshalb nur sehr schlecht den „Atommüll“ auflösen bzw. die Behälter korrodieren.

Die Konstruktion eines horizontalen Lagers

Der Bau eines solchen Endlagers vollzieht sich in drei Schritten: Im ersten Schritt wird eine ganz konventionelle Bohrung bis in die gewünschte Tiefe (mindestens so tief wie die geplanten Bergwerke) niedergebracht. Ist sie fertig gebohrt, wird sie komplett mit einem Stahlrohr ausgekleidet, welches einzementiert wird. Der Spezialzement verbindet das Rohr fest mit dem umgebenden Gestein und festigt die durch das Bohrgerät beschädigte Randzone (jeweils ungefähr einen halben Bohrungsdurchmesser um das Loch). Ab diesem Moment hat man also eine stabile senkrechte Rohrleitung nach unten. Im zweiten Schritt wird der Bogen als Übergang von der Senkrechten in die Horizontale gebohrt. Dies geschieht mit einem Winkel von etwa 0,25° pro Meter (300 bis 600 Höhenmeter zwischen Senkrecht und Waagerecht). Wie stark die Krümmung sein darf, hängt wesentlich von der Länge der „Müllbehälter“ ab. Schließlich sollen diese Behälter später ohne Belastung – wie ein Sattelzug auf einer Straße – um die Ecke gefahren werden. Will man z. B. komplette Brennelemente (in Deutschland z. B. ist eine Wiederaufbereitung politisch ausgeschlossen) einlagern, hat ein solcher Kanister eine Länge von knapp 5 m und wiegt rund 500 kg. Ist auch dieser Teil fertig gebohrt, wird er ebenfalls durchgehend bis zur Erdoberfläche verrohrt. Im senkrechten Teil besteht die Konstruktion nun aus zwei zentrischen Rohren, deren Zwischenraum ebenfalls zementiert wird. Im dritten Schritt wird die horizontale Bohrung ausgeführt. Man realisiert heute im Ölgeschäft bis zu 5 km lange Strecken. Wie lang eine Bohrung sein kann hängt maßgeblich von der Beschaffenheit der Schicht ab, in die die Endlagerung erfolgen soll. Dieser Teil wird nun ebenfalls verrohrt, was zur Folge hat, daß im senkrechten Teil nun drei Rohre ineinander gesteckt sind.

Die „Abfallbehälter“ bestehen aus Rohren mit einer Wandstärke von etwa 1 cm aus „Alloy 625“ (einem rostfreien Edelstahl, aus dem z. B. auch Rohre in Kernkraftwerken gefertigt werden). Hohlräume in den Behältern werden ausgefüllt und diese anschließend gasdicht verschweißt. Solche „Stangen“ – typische Durchmesser 23 bis 33 cm – sind außerordentlich stabil. Bis diese Behälter „durchgerostet“ sind, vergehen mindestens 50 000 Jahre. Ein Zeitraum, in dem fast alle Spaltprodukte bereits zerfallen sind. Erst dann müßte das Gestein seine Aufgabe als weitere Barriere erfüllen. Die Rohre zur Auskleidung der Bohrlöcher haben eine Lebensdauer von mehreren hundert Jahren.

Aus der Ölindustrie kennt man zahlreiche Verfahren, wie man solche Bohrungen befahren kann. Das Ein- und Ausbringen von Messgeräten, Kameras, Werkzeugen usw. ist Routine. Es gibt sogar Spezialfirmen, die abgebrochene oder verklemmte Bohrgestänge wieder aus einem Bohrloch fischen können. Die „Abfallbehälter“ werden wahrscheinlich mit einem elektrisch angetriebenen Traktor, an einem Stahlseil hängend, in die Rohre gedrückt bzw. wieder herausgezogen. Die Lagerung ist also für (mindestens) Jahrzehnte rückholbar. Auch dies eine politische Forderung, die eigentlich im Widerspruch zu einem Endlager steht.

Alle Arbeiten werden also von der Erdoberfläche aus ausgeführt. Einzige Besonderheit ist eine Abschirmung gegen die Strahlung während der Versenkung des „Atommülls“. In der Ölförderung ist es üblich, von einer kleinen Baustelle aus, mehrere Löcher zu bohren. Teilweise sogar mehrere Schichten übereinander zu erschließen. So könnte man auch ein recht großes Lagerfeld für viele Tonnen Abfall anlegen. Auch der oberirdische Platzbedarf wäre somit sehr viel kleiner als für ein vergleichbares Bergwerk.

Was könnte man einlagern?

Wie oben schon erwähnt, könnte man ganze Brennelemente ohne weitere Bearbeitung einlagern. Dies dürfte – wegen der enormen Rohstoffverschwendung – die Ausnahme sein. Viel eher wird man die verglasten Spaltprodukte mit den minoren Aktinoiden nach einer Wiederaufbereitung (französischer Weg) in solche Behälter gießen. Es sind aber auch andere Wege darstellbar. So fällt man in den USA in den militärischen Aufbereitungsanlagen Strontium und Cäsium (Halbwertszeit etwa 30 Jahre) aus der Spaltproduktlösung aus. So erhält man eine relativ große Menge kurzlebigen Abfall und eine relativ geringe Menge langlebigere Spaltprodukte. Diese Cäsium- und Strontium-Kapseln werden getrennt gelagert. Man kann hierfür einen besonders geeigneten Lagerort finden. Dampferzeuger aus Kernkraftwerken werden heute schon in Spezialfabriken zerlegt und dekontaminiert. Übrig bleibt eine große Menge handelsüblicher Schrott zu Wiederverwendung und ein kleiner Block eingeschmolzenen radioaktiven Materials. Diesen Abfall könnte man auch in die „Abfallbehälter“ gießen und endlagern. Heute wird es immer mehr üblich, kontaminierte Stoffe (Schutzkleidung etc.) vorher einzuäschern und nur noch das kleine Volumen der Asche zu lagern. Genauso könnte man belastete Filterharze in „Abfallbehälter“ umfüllen. Alles nur eine Frage der Kosten und des politischen Willens.

Key Information File (KIF) – ein neuer Gag?

Das KIF soll in Kurzform ein Endlager beschreiben, damit auch in einer Million Jahren die dann lebenden Erdbewohner vor dem tödlichen „Atommüll“ gewarnt werden. Ein weiteres Beispiel dafür, wie die Kerntechnik sich selbst Schwierigkeiten und Kosten bereitet in dem sie bereitwillig über jedes Stöckchen springt, das ihnen „Atomkraftgegner“ hinhalten.

Wohl gemerkt, es geht hier gar nicht um eine möglichst genaue Dokumentation des Bauwerks und aller eingelagerten Stoffe, sondern eine für Dumme jeglicher Kultur.

Am Anfang steht die Lüge

Will man verstehen, wie man auf solch eine Schnapsidee kommen kann, muß man die geniale Propaganda der „Anti-Atomkraft-Bewegung“ verstehen. Am Anfang steht die Behauptung, daß schon ein einzelnes radioaktives Atom durch seine Strahlung beim Zerfall Krebs erzeugen könnte. Man muß gar keine Kenntnisse über die Funktion von Zellen und die Entstehung von Krebs haben, um zu erkennen, daß dies natürlich blanker Unsinn ist. Wäre dem so, gäbe es uns überhaupt nicht, denn wir sind ständig ionisierender Strahlung ausgesetzt. Ja, wir strahlen sogar selbst, z. B. durch die natürlichen radioaktiven Stoffe in unseren Knochen.

Während des Kalten Krieges kam noch ein Zauberwort hinzu: Plutonium. An den Lagerfeuern von Gorleben erzählte man sich schaurige Gruselgeschichten über diesen geheimnisvollen – und sogar von bösen Menschen künstlich hergestellten – Stoff. Nur wenige Gramm von diesem Teufelszeug sollten ausreichen, um die ganze Menschheit zu vergiften. Auch dies totaler Blödsinn, wurden doch bei den oberirdischen Kernwaffentests zig Tonnen davon in der Atmosphäre verteilt. Zumindest bei allen in den 1950er und 1960er Jahren geborenen Kindern konnte man Plutonium in deren Milchzähnen nachweisen. Viele von denen sind heute mopsfidele Rentner auf Kreuzfahrt und erfreuen sich einer wachsenden Enkelschar.

Glaubt man diesen Unsinn und verweigert strikt den Grundsatz, daß stets die Dosis das Gift macht, kommt man schnell zu dem Schluß, daß man ein Endlager für Atommüll über „geologische Zeiträume“ von der Biosphäre fern halten müßte. Kerntechniker waren da schon immer etwas pragmatischer. Ein beliebter Vergleich war schon immer der mit Natururan, aus dem der Brennstoff ursprünglich hergestellt wurde. Wenn der „Atommüll“ wieder auf die Werte des Natururans abgeklungen ist, kann man ihn überschlägig als ungefährlich einordnen. Schließlich hat der Mensch schon so lange es ihn gibt, mit und auf Uran gelebt. Selbst wenn man nun verbrauchte Brennelemente komplett verbuddelt – was man nicht tun sollte – beträgt dieser Zeitraum etwa 500 000 Jahre. Immer noch ganz schön lang, aber sicherlich ein Zeitraum, den Geologen sehr genau beurteilen können. Behält man weiterhin im Auge, daß radioaktiver Zerfall immer exponentiell verläuft (Am Anfang zerfällt immer sehr viel mehr Material als am Ende) und man mehrere hundert Meter unter der Erdoberfläche lagert, kommt man in recht kurzer Zeit auf „ungefährliche“ Werte für Mensch, Pflanzen und Tiere. Ganz davon abgesehen, daß eine Wiederaufbereitung sowohl die Abfallmenge als auch deren Gefährdungspotential um Größenordnungen verringert. Aus dem Endlagerproblem könnte man leicht ein technisches Problem machen. Allerdings wäre damit der „Anti-Atomkraft-Bewegung“ ihr schlagkräftigstes Argument entzogen.

Das seltsame Menschenbild

„Grüne“ sind ja dafür bekannt, daß sie Menschen eher als unmündige Kinder betrachten, die man – zu deren eigenem Nutzen versteht sich – gängeln und bevormunden muß. Deshalb muß man diese „hilflosen Wesen“ auch durch Bilder, Piktogramme, Landschaftsmarken etc. vor den Gefahren eines Endlagers warnen. Dabei geht man selbstverständlich von einer beständigen Verblödung kommender Generationen aus. Selbst wenn man den Theorien über den großen Bevölkerungsaustausch anhängt und davon ausgeht, daß in wenigen Generationen nur noch Ziegenhirten und Kameltreiber die Landschaft durchstreifen, kann das auch weltweit gelten? Kann die Menschheit tatsächlich jegliches Wissen über Physik und Chemie vollständig verlieren? Selbst Außerirdische könnten mit Sicherheit ein Periodensystem der Elemente lesen, auch wenn bei ihnen die Elemente völlig andere Namen hätten. Auf solch abstruse Gedanken können wohl nur Personen kommen, denen selbst jegliche Grundkenntnisse in den Naturwissenschaften fehlen.

Besonders paradox ist aber die Vorstellung, daß irgendwelche Horden auf dem Niveau von Frühmenschen ausgerechnet Bergbau betreiben können und wollen. Warum sollten diese – mit ihrer dann auch primitiv gewordenen Technik – mehrere hundert Meter tief graben? Andersherum können Menschen die Rohstoffvorkommen suchen und Bergbau betreiben auch sofort menschengemachten „Atommüll“ erkennen. Außerdem ist ja ein wesentliches Kriterium bei der Standortsuche Formationen zu finden, die besonders wertlos sind. Niemand plant ein Endlager in einem Kohlenflöz oder einer Goldader, sondern in Salzstöcken, Granit usw. – alles Stoffe, die von geringem Handelswert sind und darüberhinaus im Überfluß vorhanden.

Zu guter Letzt noch die Vorstellung, daß der „Atommüll“ auf wundersame Weise zurück an die Oberfläche findet und der ahnungslose Biobauer in hundert Generationen damit sein Feld verseucht. Auch diese Vorstellung ist doppelter Unsinn: Man macht wirklich alles Mögliche, damit der „Atommüll“ an seinem Ort verbleibt. Man sollte schon etwas auf das Fachwissen der Geologen (Erdschichten, Wasserverhältnisse am Ort) und Techniker (Barrieren, chemischer Zustand z. B. Verglasung etc.) vertrauen. Doch selbst wenn all das nicht geholfen hätte, ist da noch der Faktor Zeit und die Bodenchemie: Es dauert so lange, daß die meisten der eingelagerten radioaktiven Stoffe bereits zerfallen sind bzw. in den tiefen Bodenschichten (weit unter dem Grundwasserspiegel) einfach hängen geblieben sind. Was oben ankommen kann, hat nicht einmal den Gehalt von (radioaktivem) Mineralwasser. Es gab in Hanford Tanks mit „Atommüll“, die ausgelaufen sind und deren Inhalt einfach im Boden versickerte. Auch nach Jahrzehnten ist davon nichts im wenige Kilometer entfernten Fluß angekommen. Selbst normaler Boden ist ein vortrefflicher Filter und Ionentauscher.

Die Ressourcenfrage

Seltsamerweise entstammen „Atomkraftgegner“ zumeist dem Milieu der „Grenzen des Wachstums“ (Club of Rome, Peakoiler etc.). Die gleiche Klientel, die glaubt in wenigen hundert Jahren sind alle Rohstoffe aufgebraucht, glaubt andererseits daran, daß man abgebrannte Brennelemente für hunderttausende Jahre einfach verbuddeln kann. Abgebrannte Brennelemente sind konzentrierte Energie. Jedes dafür geplante Endlager enthält mehr Energieschätze als die größte Kohlenmine. Unterstellt man, daß die technische Entwicklung sogar noch weiter geht (Roboter), werden diese Endlager in absehbarer Zeit zu Energieminen werden. Der Zeitpunkt ist erreicht, wenn die Hebung und Aufbereitung billiger ist, als der Betrieb irgendwelcher Uranminen geringer Konzentration.

Die Vorstellung von Endlagern (im Sinne von endgültig) ist ein reines Politikum: Politiker geben sich den Anstrich fürsorglicher Eltern, die ihren Kindern keine Abfälle – die in Wirklichkeit Rohstoffe sind – hinterlassen wollen. Gut gemeint, ist nicht immer gut gemacht. Je vermeintlich sicherer die Endlager gebaut sind, um so schwerer und kostspieliger wird es für unsere Nachfahren an die wertvollen Rohstoffe zu gelangen.

Damit sind wir an einem entscheidenden Punkt angelangt. Nicht alle Menschen sind einfach nur gutgläubig und/oder wohlmeinend. Mit Angst lassen sich herrlich Geschäfte machen und Macht ausüben. Es sind nicht nur die Handvoll Pensionäre, die ihren Altersruhesitz in Gorleben durch ein Bergwerk entwertet sehen. „Nicht in meinem Garten“ ist in unserer saturierten Gesellschaft längst zum Leitmotiv geworden. Der Strom kommt halt sowieso aus der Steckdose und der Lebensunterhalt aus der Staatskasse. Bestenfalls betreibt man ein wenig Selbstverwirklichung oder „gesellschaftliches Engagement“. Wer sich genug ausgelebt hat und nicht einmal eine Ausbildung durchgehalten hat, mit der er sich selbst ernähren könnte, flüchtet sich aus Berechnung in eine Partei – bevorzugt des linken und grünen Spektrums. Wer das nicht glaubt, lese mal die Lebensläufe unserer Parlamentarier. Mit was sollen sich aber die Nichtskönner hervortun? Richtig, mit der Verbreitung von Angst: Strahlentod, Klimakatastrophe usw. Damit treffen sie auf bereitwillige andere Nichtskönner, die „irgendwas mit Medien“ gemacht haben. Wer jemals länger in Afrika weilte, kennt die Macht des Voodoo. Angst wirkt auf ungebildete Menschen stärker und manipulativer als physische Gewalt. Die Seelenverwandtschaft der „Hüpfer gegen Klima“ mit sich in Rage tanzenden Kindersoldaten ist wesentlich enger, als mancher sich vorstellen mag.

Der größte Fehler der Kerntechnik war aber immer die Anbiederung an die „Atomkraftgegner“. Man hat nie offensiv die eigenen Positionen vertreten, sondern immer geglaubt, man könne durch Nachgeben die Gunst der Gegner gewinnen. Man hat – zumindest in Deutschland – nie verstanden, daß es nicht um Kritik an der Kerntechnik ging, sondern um den Ausstieg um jeden Preis. Der anderen Seite war jedes Mittel recht: Von den Lügen über die „Strahlengefahr“ bis hin zur Gewalt. Wer immer noch nicht wahr haben will, daß es nicht einfach nur um elektrische Energie ging, sondern um Gesellschaftsveränderung, der steht auch heute wieder staunend vor den Protesten gegen Kohlekraftwerke. Auch sie werden kurz über lang in Gewalt umschlagen, schließlich sind die gleichen Hetzer auch hier aktiv. Am Ende soll der Zusammenbruch dieser Gesellschaftsform stehen. Vorher wird nicht Ruhe gegeben. Die Hoffnung auf Einsicht in die technischen und naturwissenschaftlichen Notwendigkeiten einer funktionierenden Stromversorgung sind vergebens. Es geht um Revolution. Wenn in Deutschland gewisse Ideologien (Reichskrafttürme, vegetarische Ernährung, Biolandwirtschaft und Elektrofahrzeuge für das Volk ohne Raum) aus den dunkelsten Zeiten wieder allgemeingültig werden, wird es wieder in einer Katastrophe enden. Wie schnell der Zug schon fährt, zeigen die Sprüche vom „Vorangehen“ und „wir schaffen das“. Wieder hält sich Deutschland für das einzig wissende Volk. Unwillkürlich fällt einem der Witz von den Geisterfahrern ein. Aber das Bewußtsein die Welt retten zu können, hat schon mal aus Pimpfen fanatische Kämpfer gemacht. Wollt ihr den totalen (Klima)krieg?

Sinn einer Dokumentation

Selbstverständlich sollte jedes Endlager genau dokumentiert werden. Dies umfaßt die eingelagerten Stoffe, deren genauen Ort und die tatsächliche genaue bauliche Ausführung. Dies ist die bestmögliche Information für alle nachfolgenden Generationen. Früher ist man damit oft etwas spärlich und nachlässig umgegangen, wie z.B. die Diskussionen um die Asse und die praktischen Erfahrungen in den Rüstungsbetrieben zeigen. Diese Informationen sollten durchaus über Jahrhunderte erhalten bleiben – und wenn es eines Tages nur die Historiker interessiert. Sie sollten digital gespeichert werden (Platzbedarf) und in möglichst einfachen und genormten Formaten (z.B. pdf-files). Dies garantiert eine lange Lesbarkeit bzw. eine (wenn nötig) Umformung ohne Informationsverluste in Formate der Zukunft. Die Daten aller Endlager sollten in einer weltweiten cloud (Verschiedene Server (Serienfehler), an verschiedenen Orten (Katastrophenschutz), verbunden durch das Internet) unter der Verwaltung einer internationalen Institution gespeichert werden. Dieser Verbund könnte darüberhinaus auch zur Überwachung, dem Informationsaustausch bei etwaigen Problemen, der Weiterentwicklung und zur Vertrauensbildung dienen. Gerade die zivile Nutzung der Kernenergie verfügt bereits über eine enge und vertrauensvolle internationale Zusammenarbeit – über politische und kulturelle Grenzen hinweg. Was aber mit Sicherheit nicht gebraucht wird, ist irgendwelcher Hokuspokus der Angstindustrie.

Nachtrag

Wer sich für dieses Thema näher interessiert, dem sei der Bericht der NEA No. 7377 empfohlen. Im Anhang ab Seite 35 befinden sich einige – auch für den Laien gut verständliche – Zeichnungen und Tabellen dreier Endlager:

  1. Das Waste Isolation Pilot Plant in New Mexico, USA. Ein Endlager für alle möglichen nuklearen Abfälle aus der Rüstung in einem Salzstock in einer Tiefe von 655m. Es ist seit Jahren in Betrieb und soll voraussichtlich bis 2050 weiter befüllt werden. Dieses Endlager ist dem einst in Gorleben geplanten Endlager sehr ähnlich. Was in den USA funktioniert, darf in Deutschland nicht funktionieren, weil es eine Handvoll Politkommissare nicht will. Für diese Gestalten ein Sieg im Kampf gegen unsere Gesellschaft, weil man etliche Milliarden per Federstrich sinnlos verbrennen konnte.
  2. Das Endlager Forsmark in Schweden. Hier sollen komplette Brennelemente in einer Granitformation in etwa 500m Tiefe eingelagert werden. Dies dürfte uns auf Wunsch der grünen Sozialwirte und Theaterwissenschaftler mit ihrer unendlichen fachlichen Kompetenz .– mit Segnung der evangelischen Kirche – nun auch bevorstehen. Man könnte auch sagen, jedes Volk bekommt den Abfall, den es verdient.
  3. Das Centre de Stockage de la Manche in Frankreich. Es befindet sich in Digulleville, 20 km nordwestlich der Stadt Cherbourg-en-Cotentin. Es ist ein oberflächennahes Endlager für „α-freien Abfall“ aus der Wiederaufbereitung, der bis 1969 im Meer versenkt wurde. Dieser Abfall ist nach etwa 300 Jahren zerfallen.

Weitere Nutzung für „Atommüll“

Während in Deutschland weiterhin abgebrannte Brennelemente als „Atommüll“ verteufelt werden, hat China bereits einen weiteren Weg für deren Nutzung eingeschlagen. Zwischen dem Betreiber von zwei Candu 6 Reaktoren in Quinshan TQNPC (China National Nuclear Corporation subsidy Third Quinshan Nuclear Power Company) und der kanadischen SNC-Lavalin wurde ein Vertrag zur Lieferung von Brennelementen aus 37M NUE (Natural Uranium Equivalent) abgeschlossen. Dies ist das Ergebnis einer mehr als zehnjährigen gemeinsamen Forschung und Entwicklungsarbeit. Seit 2008 werden im Reaktor QP III immer wieder NUE-Brennelemente als Dauertest eingesetzt. Diese praktischen Versuche dienten der Anpassung einiger Sicherheitsparameter und der Durchführung des Genehmigungsverfahrens. Jetzt sind die Arbeiten abgeschlossen und der Betrieb mit recyceltem Uran kann beginnen.

Die Reaktoren

Bei den Candu Reaktoren in Quinshan handelt es sich um mit schwerem Wasser (D2O) gekühlte und moderierte Reaktoren. Dieser Reaktor hat im Gegensatz zu Leichtwasserreaktoren keinen Druckbehälter in dem sich die Brennelemente befinden, sondern viele Druckröhren in denen jeweils nur eine Reihe einzelner Brennelemente stecken. Die Druckröhren sind waagerecht und sitzen wiederum in einem mit Schwerwasser gefüllten drucklosen Tank. Vorteil dieser Konstruktion ist, daß man kein dickwandiges Druckgefäß benötigt, sondern lediglich druckfeste Röhren von etwa 10 cm Durchmesser. Druckbehälter können nur eine Handvoll Schmieden weltweit fertigen. Deshalb kann diesen Reaktortyp z. B. Indien selbst herstellen. Als Nachteil erkauft man sich dieses Prinzip mit einem Gewirr von Rohrleitungen: Jede Druckröhre muß mit Vorlauf- und Rücklaufleitung mit den Dampferzeugern verbunden werden. Insgesamt ist die Herstellung aufwendiger und damit teurer.

Durch den Einsatz von Schwerwasser als Kühlmedium und Moderator gehen wesentlich weniger Neutronen verloren als bei Leichtwasserreaktoren. Man kommt deshalb mit Natururan als Brennstoff aus. Eine Anreicherung ist nicht nötig. Darüberhinaus ist das Konzept so flexibel, daß auch andere Brennstoffe wie Thorium oder eben abgebrannte Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren eingesetzt werden können. (Siehe hierzu auch den Artikel Reaktortypen in Europa – Teil6, CANDU in diesem Blog.)

Die Wiederaufbereitung

Wenn Brennelemente „abgebrannt“ sind, müssen sie entnommen werden und durch frische Brennelemente ersetzt werden. Sie sind aber keinesfalls Abfall, sondern können und sollten recycelt werden. Auch in Deutschland war deshalb eine eigene Wiederaufbereitungsanlage nach dem PUREX-Verfahren vorgesehen. Übergangsweise hat man Brennelemente in Frankreich und GB aufbereiten lassen. Aus bekannten ideologischen Gründen ist man davon abgegangen. Der Kampf gegen das Atom ist der zentrale Gründungsmythos von Bündnis 90 / Die Grünen.

Die Kerntechnik war der erste Industriezweig der nicht einfach Abfall produzieren wollte, sondern vielmehr der Begründer des industriellen Recyclings. In einem „abgebrannten“ — oder besser abgenutzten und für seinen ursprünglichen Verwendungszweck nicht mehr geeigneten — Brennelement sind lediglich rund 5 % Spaltprodukte. Das ist die „Asche“ der nuklearen Energieherstellung. Aber über 93% des Urans und zusätzlich rund 1% Plutonium sind für die Energiegewinnung wiederverwendbar!

Bei dem PUREX-Verfahren werden die Brennstäbe aufgelöst und anschließend durch eine mehrstufige flüssig-flüssig Extraktion in möglichst reines Uran und Plutonium zerlegt. Alles andere ist bei diesem Verfahren Abfall, wird in Glas eingeschmolzen und ist zur Endlagerung vorgesehen. Das Plutonium wird seit Jahrzehnten — auch in Deutschland — zusammen mit abgereichertem Uran zu sogenannten Mischoxid-Brennelementen verarbeitet und erneut in Leichtwasserreaktoren zur Energiegewinnung eingesetzt. Das zurückgewonnene Uran wird bisher fast ausschließlich eingelagert. Man kann es als „Ersatz“ für Natururan in Anreicherungsanlagen einsetzen. Es muß dazu aber in Uranhexafluorid umgewandelt werden. Ein, bei den heutigen Preisen für Natururan nicht wirtschaftlicher Weg.

Der NUE-Weg

Das Uran für Leichtwasserreaktoren hat eine ursprüngliche Anreicherung von 3% bis 5% U235. Im Reaktor wird sowohl U235 als auch Pu239 gespalten. Das Plutonium bildet sich kontinuierlich aus dem U238 durch das (parasitäre) Einfangen von Neutronen. Ein Teil davon, wird sofort wieder im Reaktor gespalten. Deshalb kann nicht alles U235 aufgebraucht werden bevor die zulässige Betriebsdauer des Brennelements erreicht ist. Oft hat das recycelte Uran noch einen höheren Anteil davon als das Natururan (0,7% U235). Es kann daher noch in Schwerwasserreaktoren eingesetzt werden. Allerdings ist die Natur immer etwas komplizierter als die Theorie. Nicht jeder U235 Kern wird auch gespalten, wenn er von einem Neutron getroffen wird. Es bildet sich auch U236 und sogar Spuren von U234. Alle diese Isotope haben ihre charakteristischen neutronenphysikalischen Eigenschaften. Es wird deshalb durch Verschneiden mit abgereichertem Uran ein dem „Natururan entsprechendes Äquivalent“ (NUE) hergestellt. Dies ist aber eine reine Frage der Analyse (welche Isotopenzusammensetzung?), der Rechnung (neutronenphysikalische Bestimmung) und der Mischung. Ein vergleichbar geringer Aufwand, verglichen z. B. mit einer Anreicherung.

Man kann etwa mit dem recycelten Uran aus vier Leichtwasserreaktoren einen zusätzlichen Schwerwasserreaktor betreiben. Die zusätzliche Energie wird ohne zusätzlichen Verbrauch von Natururan erzeugt — Energie aus „Atommüll“. China betrachtet ihr kerntechnisches Programm offensichtlich von Anfang an als System. Im Zentrum stehen die Leichtwasserreaktoren und eine Wiederaufbereitung des „Atommülls“. Nach dem Vorbild von Frankreich wird dadurch der endgültig zu lagernde Abfall beträchtlich entschärft und verringert. Das anfallende Plutonium wird über Mischoxid wieder den Leichtwasserreaktoren zugeführt. Das zurückgewonnene Uran den Schwerwasserreaktoren. Mittelfristig soll eine weitere Nutzung über natriumgekühlte Reaktoren mit schnellem Neutronenspektrum erfolgen. Beachtenswert ist die Vorgehensweise: Zwar in voller Breite aller am Weltmarkt erhältlichen Reaktortypen, aber stets in kleinen Schritten in enger Kooperation mit internationalen Partnern. Ganz nebenbei ist dadurch eine der bedeutendsten kerntechnischen Industrien der Welt aufgebaut worden. Ein nicht zu unterschätzender und bewußt angestrebter Nebeneffekt. Kerntechnik ist eine Schlüsseltechnologie, die weit in die industrielle Welt ausstrahlt. So war es einst auch in Deutschland, aber hier wird dieser Vorteil zusehends aufgebraucht. Manch ein Grüner wird sich noch die Augen reiben, wie schnell der „Exportweltmeister“ zu einem mittelmäßigen Industriestandort verkommen sein wird.

Notbremse gezogen?

Anfang Mai schrieb der „Energieminister“ (US Energy Secretary Rick Perry) der USA eine Mitteilung an sein Parlament (Congress), daß er im Grunde den Bau der Anlage zur Produktion von Mischoxid-Brennelementen (MOX) in Savannah River Site in South Carolina abgebrochen habe. Die Anlage ist bereits zu 70% fertiggestellt und sollte aus 34 to waffengrädigem Plutonium Brennstoff für Leichtwasserreaktoren herstellen.

Die Vorgeschichte

Bereits vor dem Zusammenbruch der Sowjetunion setzte ein gewaltiges Abrüstungsprogramm zwischen den USA und Russland ein. Letztendlich wurden im Rahmen des ersten Vertrages zur Verringerung strategischer Waffen (START I) tausende Raketen und Sprengköpfe auf beiden Seiten vernichtet. Damit saß jeder der beiden Vertragspartner auf zig Tonnen waffengrädigem Materials, aus dem man zehntausende von neuen Sprengköpfen hätte bauen können. Im Zeitalter des aufkeimenden Terrorismus eine äußerst unbehagliche Situation, zumal die Sowjetunion in Auflösung begriffen war.

Die Mengen an hochangereichertem Uran stellten nur ein kleines Problem dar: Sie wurden mit abgereichertem Uran auf die Gehalte für Brennstoff verschnitten und nach und nach in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung verbraucht. Gleichwohl waren die Mengen so gewaltig, daß für Jahre der Markt für Natururan nahezu zusammenbrach. Für sich genommen schon ein gewaltiger Schaden für die Uranbergwerke.

Ganz anders verhielt es sich mit dem Plutonium. Jeder der beiden Vertragspartner verfügte nun über einen Überschuß von 34 to waffengrädigem Plutoniums, der irgendwie aus der Welt geschafft werden mußte. Um zu verstehen, warum das gar nicht so einfach ist, muß man sich etwas näher mit Plutonium beschäftigen.

Das besondere Plutonium

Plutonium ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 94 (94 Protonen im Kern), welches faktisch nicht in der Natur vorkommt. Es kann zwar in verschiedene chemische Verbindungen mit verschiedenen chemischen Eigenschaften überführt werden, nicht aber auf chemischen Wegen wieder aus der Welt geschafft werden. Es kommt in zahlreichen Isotopen (unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Kern) — von Pu236 bis Pu244 — mit jeweils eigener Halbwertszeit und eigenem Einfangquerschnitt für Neutronen vor. Die einzige Möglichkeit es wieder aus der Welt zu schaffen, ist es mittels Neutronen zu spalten oder wenigstens in andere Isotopen um zu formen.

Schon in den Anfängen der Entwicklung von Kernwaffen hat man erkannt, daß Pu239ein idealer Kandidat für den Bau von Kernwaffen ist. Es ist recht einfach und preiswert in „speziellen Reaktoren“ in beliebigen Mengen aus Natururan herstellbar und es besitzt ein Optimum aus „Lebensdauer“ und Einfangquerschnitt im auftretenden Energiespektrum einer Kernexplosion.

Jede Kernwaffe altert durch spontane Zerfälle. Je kürzer die Halbwertszeit des Materials ist, desto schneller ist die Kernwaffe unbrauchbar. Jeder Kern, der schon zerfallen ist, steht für die Kettenreaktion im Ernstfall nicht mehr zur Verfügung. Dies ist leicht einsichtig. Jeder Spontanzerfall löst aber eine ganze Kette weiterer radioaktiver Produkte aus. Jedes Glied hat eigene, energieabhängige Einfangquerschnitte. Vereinfachend gesagt, viele verbrauchen nur Neutronen, die für eine Kettenreaktion nicht mehr zur Verfügung stehen können. Im Extremfall bricht die „Explosion“ sehr schnell in sich zusammen.

Der Zweck einer Kernwaffe ist Zerstörung (Druckwelle, Feuerball und Strahlung). Dafür braucht man eine hohe Leistung (Energie pro Zeiteinheit). Mit einfachen Worten: Man muß möglichst viele Kerne (ungefähr 200 MeV pro Spaltung) in nahezu „Null Sekunden“ spalten. Das Geheimnis des Bombenbaues liegt nun in der Beherrschung der Kettenreaktion: Mit jeder Spaltung werden weitere Neutronen frei, die von Generation zu Generation (jeweils etwa Verdoppelung) immer noch mehr Kerne spalten könnten — wenn sie nicht parasitär weggefangen werden oder den Ort des Geschehens einfach mit hoher Geschwindigkeit verlassen würden ohne überhaupt jemals einem spaltbaren Kern begegnet zu sein. Insbesondere für diesen „Verlust von Neutronen durch Austritt“ ist die schnelle Ausdehnung des Spaltmaterials durch die entstehende Hitze verantwortlich.

Waffengrädiges- oder Reaktorplutonium?

Von „Atomkraftgegnern“ wird immer wieder behauptet, man könne auch aus Reaktorplutonium „Bomben bauen“. Man möchte damit Plutonium aus der Wiederaufbereitung von Brennelementen aus Leichtwasserreaktoren gefährlicher erscheinen lassen, als es in Wirklichkeit ist. Bestenfalls steckt dahinter Wortklauberei. Natürlich kann man mit großem Aufwand unter Laborbedingungen auch mit Reaktorplutonium eine Kettenreaktion auslösen — bloß bringt man damit keine Fensterscheibe zum wackeln. Deshalb ist auch noch keiner so bescheuert gewesen, mit gewaltigem Aufwand eine „Atombombe“ aus Reaktorplutonium zu bauen, die trotzdem nur einem Knallfrosch gleicht, wenn er mit geringstem Aufwand aus Natururan waffengrädiges Plutonium erzeugen kann.

Damit ist auch ein Weg aufgezeigt, wie man „altes Bombenplutonium“ dauerhaft und sicher beseitigen kann. Setzt man es als Brennstoff in Leistungsreaktoren ein, wird dadurch ein erheblicher Teil der Ursprungsmenge „verbrannt“ und gleichzeitig der Rest durch die Bildung von anderen Isotopen verdorben. Denn nicht jeder Kern Pu239 wird durch das Einfangen eines Neutrons gespalten, sondern wird teilweise bloß in ein anderes Isotop (Pu240, Pu241 usw.) umgewandelt. Man kann das mit dem vergällen von trinkbarem Alkohol vergleichen: Der Zusatz von geringen Mengen ähnlicher Stoffe macht aus einer großen Menge Genussmittel einen für Menschen giftigen Industriealkohol. Der Trick ist der Gleiche: Der Aufwand zur Trennung wäre um ein vielfaches höher, als die erneute Herstellung von Trinkalkohol.

Grundsätzlich kann man „überschüssiges Bombenplutonium“ in schnellen Reaktoren oder in konventionellen Leichtwasserreaktoren einsetzen. Effektiver ist der von Rußland eingeschlagene Weg der Herstellung von Brennstoff für einen natriumgekühlten Reaktor mit schnellen Neutronen: Man kann größere Anteile (schnelle Reaktoren über 20%, LW bis rund 8%) verwenden. Dies vereinfacht schon mal die notwendige Überwachung bei der Produktion. Durch eine angepaßte Fahrweise (nicht die Energieerzeugung steht im Vordergrund, sondern die Erzeugung ungeeigneter Isotope) kann man recht schnell große Mengen Plutonium für eine Waffenproduktion dauerhaft unbrauchbar machen. So gibt es beispielsweise ein Konzept — bestehend aus zwei PRISM-Reaktoren — innerhalb von nur zwei Jahren alle Überschussbestände in Großbritannien für eine Waffenproduktion unbrauchbar zu machen. Elektrische Energie könnten diese Reaktoren mit diesem Plutonium dann trotzdem noch viele Jahrzehnte weiter produzieren.

Der Weg über MOX

Üblicherweise setzt man in Kernkraftwerken einen Brennstoff aus (nur) angereichertem Uran ein. Man kann aber auch einen Brennstoff aus einer Mischung aus Uranoxid und Plutoniumoxid verwenden. Keine neue Erfindung. Bereits 1972 wurde in Deutschland (!) erfolgreich ein Mischoxid in einem Reaktor verwendet. Heute sind rund 5% aller verwendeten Brennelemente weltweit vom Typ MOX. Führend in dieser Technologie ist mit großem Abstand Frankreich. Ursprünglich wollte man damit den Verbrauch von Natururan strecken. Es war daher nicht abwegig, über diese Schiene auch das „Überschuß-Plutonium“ aus der Rüstung vernichten zu wollen. Nur mußte aus politischen Gründen (Proliferation und Verträge mit Rußland) in USA erst einmal eine neue Anlage gebaut werden. Und damit nahm das Verhängnis seinen Lauf…

Wenn man eine verfahrenstechnische Großanlage in Auftrag gibt, sollte man vorher wissen, welches Produkt man eigentlich herstellen will, welche Vorschriften im eigenen Land gelten und welchen Rohstoff man genau einsetzen muß. Ganz offensichtlich für Politiker (per Eigendefinition Alleskönner) und öffentliche Verwaltungsapparate (zumindest, wenn sie sich auf einem neuen Gebiet bewegen sollen) eine unlösbare Aufgabe. Wie immer, wurde erst einmal — im Bewußtsein kein eigenes Geld, sondern das Geld der Steuerzahler zu verschwenden — eine Anlage für den Durchsatz von 3,5 to Plutonium pro Jahr bei Areva für 2,7 Milliarden Dollar in Auftrag gegeben. Baubeginn war 2007 mit einer geplanten Fertigstellung im Jahr 2016.

Nachdem der Baubeginn bereits erfolgt war, stellte man fest, daß der spezielle Eingangsstoff — besagtes Waffenplutonium zur Vernichtung in Leichtwasserreaktoren — anders, als das übliche Plutonium — Plutonium aus französischer Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff— war. Flugs mußte noch ein kompletter zusätzlicher Verfahrensschritt zur Entfernung von Verunreinigungen eingeführt werden. Die Anlage — fast genau so groß, wie die bereits im Bau befindliche — wurde verniedlichend „Aqueous Polishing“ genannt. Die geplante Fertigstellung verschob sich auf 2019 und die geplanten Kosten schossen auf 4,9 Milliarden Dollar hoch.

Im Jahre 2012 führte man eine Untersuchung durch und aktualisierte die Kostenschätzung auf 7,7 Milliarden. Eine weitere Untersuchung im Jahre 2016 ergab eine Kostenschätzung von 17,2 Milliarden und eine Inbetriebnahme nicht vor 2025. Wie bei öffentlichen Projekten üblich — wir kennen das vom Flughafen BER in Berlin — wurschtelt man weiter vor sich hin. Jährlich versickerten zwischen 350 und 500 Millionen Dollar aus diversen Haushaltstiteln in diesem Sumpf. Ein schönes Auftragsvolumen, für das man schon etwas für die Politik tun kann.

Die Programmkosten

Mit dem Bau der Anlage ist es aber noch nicht getan. In einer Marktwirtschaft muß man auch noch Kunden für das Produkt finden. In diesem Fall, wegen der geltenden Abrüstungsverträge, ausschließlich in den USA. Die Kernkraftwerke in den USA müssen aber Genehmigungen für den Betrieb mit MOX-Brennelementen besitzen. Sie müssen geprüft und umgebaut werden. Mit anderen Worten, im Moment würden die Betreiber die Brennelemente nicht einmal geschenkt nehmen. Lange Rede, kurzer Sinn, das Energieministerium schätzt die Gesamtkosten für das Programm auf 50 Milliarden Dollar. Das entspricht einem Preis von über 1,4 Millionen Dollar für jedes Kilogramm Waffenplutonium. Selbst wenn man die Anlagen noch für andere Zwecke nutzen kann, ist das ein Irrsinn.

Dieser Vorgang zeigt sehr schön, was geschieht, wenn man Politikern solche komplexen technischen Herausforderungen überläßt. Man muß nur so ein verrücktes Programm starten und erschließt sich damit eine sprudelnde Geldquelle: In diesem Fall mit ursprünglich „etwa 1 Milliarde für ein tolles Abrüstungsprogramm“ oder einer „Eiskugel für eine Energiewende“ bei uns. Sind erstmal genug Laiendarsteller auf den Zug aufgesprungen, kann man sie beliebig ausquetschen. Der Politiker steht vor der Alternative: Ich verbrenne weiterhin das Geld fremder Leute (sprich unsere Steuern) oder gebe zu, gar nicht allwissend zu sein, was das Ende der eigenen Karriere bedeutet. Solche „Steuergelder-Verbrennungsanlagen“ werden erst gestoppt, wenn Kräfte an die Regierung kommen, die bisher nicht im etablierten Machtapparat tätig waren. Dies geschah mit der Wahl von Donald Trump zum 45. Präsidenten der USA, der schon in seinem Wahlkampf lieber vom „Sumpf“ sprach und ungern das etablierte Synonym „Washington“ benutzte.

Wie geht’s weiter

Allerdings ist mit dem Baustopp der Anlage noch lange nicht das Problem beseitigt. Dabei ist das Plutonium selbst das geringste Problem: Es schlummert weiterhin in den Tresoren vor sich hin. Was drückt, sind die Abrüstungsverträge mit Russland. Im Moment herrscht ein seltsames gegenseitiges „Wegsehen“: Die USA kommen nicht mit der Vernichtung ihres „Überschussplutonium“ voran, dafür regt man sich nicht sonderlich über den Bruch des Abrüstungsabkommens über Mittelstreckenwaffen (Landgestützte Cruise missile mit „Atomsprengköpfen“) durch Putin auf.

Es muß also eine Lösung her. Zumindest über einen weiteren Ansatz, wird hier demnächst berichtet…

Evolution der Brennstäbe

Auch die kontinuierliche Weiterentwicklung einzelner Bauteile kann die Sicherheit von Reaktoren erhöhen. Dies gilt besonders nach den Erfahrungen aus dem Unglück in Fukushima.

Brennstäbe heute

Brennstäbe für Leichtwasserreaktoren haben eine Durchmesser von nur 11 mm bei einer Länge von fast 5 m. Sie sind deshalb so instabil, daß sie zu sog. Brennelementen fest zusammengebaut werden. Dort werden sie durch Abstandshalter und Befestigungsplatten in ihrer Position gehalten. Zusätzlich enthalten die noch Einbauten für Regelstäbe, Messeinrichtungen usw. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, daß solche Brennelemente mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden müssen, da z. B. die sich ergebenden Abstände sehr entscheidend für die Strömungsverhältnisse (Kühlung) und die Abbremsung der Neutronen sind.

Die Brennstäbe bestehen aus Hüllrohren aus Zirkalloy mit Wandstärken von weniger als einem Millimeter und sind mit Tabletten aus Urandioxid gefüllt. Auf die Konsequenzen aus dieser Materialwahl wird später noch eingegangen werden. Die Tabletten sind gesintert („gebrannt“ wie eine Keramik) und anschließend sehr präzise im Durchmesser geschliffen; an den Stirnflächen konkav gearbeitet, um Ausdehnungen im Betrieb zu kompensieren usw. All dieser Aufwand ist nötig, um die Temperaturverteilung im Griff zu behalten.

Das Temperaturproblem

Brennstäbe dürfen nicht schmelzen, denn dann ändert sich ihre mechanische Festigkeit und ihre Abmessungen (Kühlung und Neutronenspektrum). Keramiken sind zwar chemisch sehr beständig, besitzen aber gegenüber Metallen nur eine sehr schlechte Wärmeleitung. Jeder kennt den Unterschied, der schon mal heißen Kaffee aus einem Metallbecher getrunken hat. Außerdem sind Keramiken sehr spröde.

Die gesamte Wärme kann nur über den Umfang an das Kühlwasser abgegeben werden. Sie entsteht aber ziemlich gleich verteilt innerhalb des Brennstabes, da er für Neutronen ziemlich durchsichtig ist. Dies hat zur Folge, daß es einen sehr starken Temperaturunterschied zwischen Zentrum und Oberfläche gibt. Zusätzlich verschlechtert sich auch noch die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Temperatur. All das führt dazu, daß der Brennstab in seinem Innern bereits aufschmelzen kann, obwohl er an seiner Oberfläche noch relativ kalt ist. Die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Kühlwasser ist aber in dieser Phase die bestimmende Größe für die Wärmeabfuhr.

Steigt die Oberflächentemperatur über die Verdampfungstemperatur des Kühlwassers, fängt das Wasser (an der Oberfläche) an zu verdampfen. Die Dampfblasen kondensieren nach deren Ablösung im umgebenden „kalten“ Wasser. Durch dieses sogenannte „unterkühlte Blasensieden“ kann man sehr große Wärmemengen abführen. Tückisch ist nur, wenn die Wärmeproduktion durch Kernspaltung einen Grenzwert übersteigt, bildet sich eine geschlossenen Dampfschicht auf der Oberfläche die auch noch stark isolierend wirkt. Als Folge steigt die Temperatur in der dünnen Brennstabhülle explosionsartig an. Dampf in Verbindung mit hoher Temperatur führt aber zur Oxidation des Zirkalloy. Die Hülle verliert schnell ihre Festigkeit.

Harrisburg und auch Fukushima

Bricht die Kühlung zusammen, überhitzen die Brennstäbe. Wie Fukushima gezeigt hat, kann das auch noch (kurz) nach dem Abschalten des Reaktors geschehen, da dann die Nachzerfallswärme noch sehr groß ist. Durch die hohen Temperaturen in den Brennstabhüllen in Verbindung mit Wasserdampf oxidieren die Hüllen und setzen dabei große Mengen Wasserstoff frei. Dieser Wasserstoff hat zu den fürchterlichen Explosionen in den Reaktorgebäuden geführt. In Harrisburg waren die Wasserstoffmengen zwar beherrschbar, aber auch damals schon zerfielen Teile des Reaktorkerns. Die Wiederbenetzung konnte zwar schlimmeres verhindern – aber man schrecke mal eine glühende Tasse mit Wasser ab.

Für alle Leichtwasserreaktoren bedeutet das, die zulässigen Temperaturen müssen bei allen Betriebsbedingungen in allen Teilen des Reaktorkerns sicher eingehalten werden. Mit anderen Worten, die Kühlung darf nie versagen. In diesem Sinne ist der Sicherheitsgewinn einer passiven (auf die natürlichen Kräfte, wie z. B. Schwerkraft beruhende) Kühlung zu verstehen.

Oberflächenschutz der Brennstäbe

Insbesondere nach den Ereignissen in Fukushima hat man unterschiedlichste Maßnahmen ergriffen, um die Sicherheit bestehender Kraftwerke weiter zu erhöhen. Außerhalb Deutschlands nach den üblichen Vorgehensweisen wie sie bei Flugzeugabstürzen, Schiffsunglücken etc. üblich sind: Akribische Untersuchung der Schadensabläufe mit dem Zweck Schwachstellen zu ermitteln und Lösungen dafür zu finden. Ein Weg war die Verbesserung der Brennstabhüllen. Zu diesem Zweck hat man z. B. in den USA das Entwicklungsprogramm „Enhanced Accident-tolerant Fuel programme.“ gestartet.

Aus einer internationalen Zusammenarbeit haben sich zwei neue Konzepte – IronClad und ARMOR. – entwickelt, deren Prototypen im Kernkraftwerk Hatch in Georgia, USA seit März 2018 im Normalbetrieb getestet werden. Der Test unter realen Bedingungen in einem laufenden Kernkraftwerk ist ein üblicher Entwicklungsschritt. Nur so kann man Fehlentwicklungen vermeiden.

IronClad sind Hüllrohre, die aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung bestehen. Man glaubt damit einen wesentlich robusteren Werkstoff gefunden zu haben, der nicht so temperaturempfindlich ist, nicht so leicht oxidiert und kein Wasserstoffgas produziert.

ARMOR ist ein eher evolutionärer Ansatz. Man panzert konventionelle Hüllrohre mit einer Schutzschicht auf der Basis von Chrom. Es sind Produkte dreier Hersteller in der Erprobung: Global Nuclear Fuel-Japan Co (GE-Hitachi), Framatom mit zusätzlich mit Chrom geimpften Brennstofftabletten und EnCore Fuel.(Westinghouse) mit Tabletten auf der Basis von Uran-Siliciden.

Ein ganz neues Konzept

Das Unternehmen Lightbridge hat das Bauelement Brennstab noch einmal ganz neu gedacht und bereits prototypenreif entwickelt. Inzwischen ist man eine Kooperation für die Weiterentwicklung und Serienproduktion mit Framatom eingegangen. Entscheidend war die Anforderung des Ersatzes von Brennstäben in konventionellen Leichtwasserreaktoren im Betrieb. Deshalb ist nicht nur ein Ersatz, sondern auch ein gemischter Betrieb mit konventionellen Brennelementen angestrebt worden.

Der Übergang von keramischem Uranoxid auf eine metallische Legierung aus Uran und Zirkon ist für Leichtwasserreaktoren revolutionär. Bisher wurde so etwas nur in schnellen Reaktoren mit Natrium – und nicht Wasser – als Kühlmittel gemacht. Ebenso neu ist die Form: Sie sind nicht mehr zylindrisch, sondern kreuzförmig. Diese Kreuze sind spiralförmig verdreht, sodaß sich vier gewindeähnliche Kanäle für das Kühlwasser bilden.. Außen sind sie mit einer dünnen und fest verbundenen Schicht aus Zirkon versehen um eine übliche Wasserchemie zu gewährleisten. Diese „Gewindestäbe“ liegen in dem Brennelement dicht beieinander, sodaß keine Abstandshalter mehr erforderlich sind.

Metall verfügt über eine bessere Wärmeleitung als Keramik und die Kreuzform ergibt eine größere Oberfläche und dünnere Querschnitte. Beides führt zu geringeren Betriebs- und Spitzentemperaturen (starke und schnelle Lastschwankungen). Der Strömungswiderstand solcher Brennelemente ist kleiner, wodurch sich der Durchfluß durch den Kern bei gleicher Pumpenleistung erhöht. Man geht deshalb von einer möglichen Leistungssteigerung von 10% aus. Ein nicht zu unterschätzender wirtschaftlicher Anreiz, wenn man in einer bestehenden Flotte für „kleines Geld“ ganze Kraftwerke zusätzlich erhält.

Die neuen Lightbridge-Brennelemente vertragen alle Leistungstransienten besser, sind aber vom Prinzip her gegen längerfristige Kühlmittelverluste anfälliger, da Metalle einen geringeren Schmelzpunkt als Keramiken besitzen. Dies war der Hauptgrund für die ursprüngliche Wahl von Uranoxid als Werkstoff.

Bei einer Simulation eines Abrisses einer Hauptkühlmittelleitung bei einem VVER-1000 Druckwasserreaktor ergab sich eine maximale Kerntemperatur von 500 °C. Dieser Wert liegt weit unterhalb von der Temperatur, bei der überhaupt Wasserstoff (900 °C) gebildet wird. Durch die hohe Wärmeleitung stellt sich bereits wieder nach 60 Sekunden nach erfolgter Wiederbenetzung erneut die normale Betriebstemperatur ein. Bei konventionellen Brennelementen steigt die Temperatur auf über 1000 °C und erreicht erst nach acht Minuten wieder den stabilen Zustand. Dies hat einen erheblichen Druckanstieg im Reaktor zur Folge, der ein ansprechen der Sicherheitsventile erforderlich macht. Bei diesem Abblasen gelangen auch geringe Mengen von radioaktivem Jod und Cäsium (zumindest) in das Containment. Der Abriß einer Hauptkühlmittelleitung ist der Auslegungsstörfall, der sicher beherrscht werden muß.. In diesem Sinne führen die Lightbridge-Brennelemente zu einem Sicherheitsgewinn.

Es sind aber noch etliche praktische Erfahrungen zu sammeln. Ein Reaktor ist ein komplexes physikalisches und chemisches System. Dies betrifft z. B. das Rückhaltevermögen für Spaltprodukte unter allen möglichen Betriebs- und Störfallbedingungen. In der Kerntechnik dauert wegen der besonderen Sicherheitsansprüche halt alles länger. Die Maßeinheit für die Einführung von Neuerungen ist eher Jahrzehnte als Jahre.

Ein weiterer vielversprechender Entwicklungsaspekt ist der Zusatz von Thorium als „abbrennbarer Brutstoff“ zur Ausdehnung der erforderlichen Ladezyklen auf vier Jahre. Um solch lange Ladezyklen zu erreichen, muß man den Brennstoff höher anreichern. Um diese Überschußreaktivität zu kompensieren muß man abbrennbare Neutronengifte zumischen. Würde man Thorium verwenden, kann man diese Überschußneutronen zum Erbrüten von Uran-233 verwenden.. Längere Ladezyklen würden die Wirtschaftlichkeit bestehender Reaktoren weiter erhöhen.

Durch die Verwendung von metallischem Brennstoff ergeben sich auch völlig neue Perspektiven der Wiederaufbereitung. Durch den Übergang auf elektrochemische Verfahren – wie man sie bereits beim EBRII – erfolgreich ausprobiert hat, kann man zu kleinen Wiederaufbereitungsanlagen in der Nähe der Kernkraftwerke übergehen. Ein weiterer Lösungsweg für die angebliche Atommüllproblematik. Gerade im Zusammenhang mit der Wiederaufbereitung und Proliferation ist auch der Zusatz von Thorium besonders interessant.

Schlussbemerkung

Man sieht, daß die Leichtwasserreaktoren noch lange nicht am Ende ihrer Entwicklung angekommen sind. Insbesondere der Einsatz von metallischen Brennstäben ergibt nicht nur einen evolutionären Weg für bestehende Reaktoren, sondern auch für Neukonstruktionen. Im Zusammenhang mit passiver Kühlung kann ein erheblicher Sicherheitsgewinn erzielt werden. Irgendwann wird die Frage der Anpassung der Genehmigungsbedingungen gestellt werden müssen. Dann aber, beginnt das Kernenergiezeitalter erst richtig. Billige Energie im Überfluß. Egal, was in Deutschland darüber gemeint wird.

Nukleare Fernwärme

Neuerdings rückt die Kerntechnik wieder in den Zusammenhang mit „Luftverbesserung“. Besonders in China wird über den Ersatz von Kohle nachgedacht.

Der Raumwärmebedarf

Die Heizung bzw. Kühlung von Gebäuden wird oft unterschätzt. Alle reden von Verkehr und Stromerzeugung. In Wirklichkeit werden aber ein Viertel bis ein Drittel des gesamten Energieverbrauches für unsere Gebäude benötigt. Unter dem Gesichtspunkt von Luftschadstoffen (z. B. Stickoxide, Feinstaub etc.) ist besonders problematisch, daß die Energiewandlung unmittelbar in unseren Städten stattfindet und das auch noch in unzähligen Einzelfeuerstätten (hiermit sind auch die „Zentralheizungen“ gemeint). Die einzelnen Heizkessel – oder gar Holzöfen – können keine kontrollierte Verbrennung gewährleisten oder gar eine Rauchgaswäsche benutzen. Zudem werden ihre Abgase in geringer Höhe flächig abgegeben. Eine hohe Luftbelastung gerade in Ballungsgebieten ist die Folge. Eine Erkenntnis, die schon unsere Urgroßväter hatten. Man begann deshalb schon Ende des 19. Jahrhunderts mit dem Bau zentraler Heizwerke.

Das Wärmenetz

Die angestrebte Raumtemperatur liegt bei etwa 20 °C. Es ist also ausgesprochene „Niedertemperaturwärme“. Hinzu kommt noch ein ganzjähriger Brauchwasserbedarf mit etwa 60 °C (Legionellen). Will man auch Kaltwasser für Klimaanlagen damit erzeugen, ist eine Temperatur von 130°C (Absorptions-Kälteanlagen) zu empfehlen. Damit ergeben sich schon die Randbedingungen für ein Rohrleitungsnetz.

Die Strömungsgeschwindigkeit ist begrenzt. Somit hängt die transportierbare Wärmeleistung von dem verwendeten Rohrdurchmesser und der Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf ab. Alles eine Kostenfrage. Hat man sehr hohe Leistungen pro Grundstück (z. B. Hochhäuser in Manhattan) und dazu noch beengte Straßenverhältnisse, bleibt sogar nur Dampf als Transportmedium übrig. Zumindest in Deutschland hat sich eine maximale Vorlauftemperatur im Netz von 130 °C bis 150 °C als optimal erwiesen. Die Vorlauftemperatur im Netz wird proportional zur Außentemperatur geregelt. In manchen Regionen hat man noch ein drittes Rohr als „Konstantleiter“, an dem die Brauchwasserbereiter und die Klimaanlagen angeschlossen sind. Dadurch kann man im Sommer den Heizungsvorlauf komplett abstellen. Alles eine Frage der vorhandenen Bausubstanz.

Heizwerk oder Kraftwärmekopplung

Das Problem ist, daß das gesamte System für die maximale Leistung (kältester Tag in einer Region) ausgelegt sein muß. Diese tritt aber nur an wenigen Tagen auf. Die ohnehin hohen Kapitalkosten führen zu hohen Fixkosten, die wegen der geringen Anzahl von Vollbenutzungsstunden zu vergleichsweise hohen spezifischen Heizkosten führen. Als einzige Stellschraube bleiben die Brennstoffkosten.

Man ist deshalb schon frühzeitig auf die Idee gekommen, Kraftwerke mitten in den Städten zu bauen, um die Leitungskosten (Strom und Wärme) gering zu halten. Die Kraftwerke liefen auch als Kraftwerke und haben das ganze Jahr über elektrische Energie erzeugt. Sie haben ihre Kosten über die Stromproduktion eingespielt. Zusätzlich zu den normalen Kondensatoren hat man noch „Heizkondensatoren“ als Quelle für das Fernwärmenetz eingebaut. In diesen Heizkondensatoren wurde ein Teil des Dampfes (in Abhängigkeit von der Außentemperatur) zur Beheizung niedergeschlagen. Da dieser Dampf nicht mehr vollständig seine Arbeit in der Turbine verrichten konnte, ging die Stromproduktion etwas zurück. Dieser Rückgang wurde dem Kraftwerk vom Fernwärmenetzbetreiber vergütet. Es war quasi dessen „Brennstoffpreis“.

Zusätzlich hatte man auch immer schon reine Heizwerke, die nur Wärme für die Fernwärme erzeugt haben. Die geringen Kapitalkosten eines solchen „Warmwasserkessels“ lohnten sich schon immer als Reserve oder zur Spitzenlasterzeugung an wenigen Tagen eines Jahres.

Die nukleare Heizung

Soweit zur Fernwärme im Allgemeinen. Jetzt zu der Frage, was eine Umstellung auf Kernspaltung bringen kann. Der Brennstoffpreis des Urans ist konkurrenzlos gering. Geringer noch als Kohle. Es gibt fast keine Belastung durch Transporte (Kohle, Asche, Heizöl etc.). Es gibt keine Luftbelastung durch Abgase. Es besteht eine enorm hohe Versorgungssicherheit und Preisstabilität (Heizkosten als „zweite Miete“). Dagegen spricht eigentlich nur „die Angst vor dem Atom“. Diese ist aber zum Glück unterschiedlich ausgeprägt. Man kann sie sogar noch beträchtlich verringern. Um die notwendigen technischen Aspekte wird es im Weiteren gehen.

Kernkraftwerke als Wärmequelle

Technisch gesehen, besteht kein Unterschied zwischen einem Kernkraftwerk und einem fossilen Kraftwerk. Man könnte problemlos z. B. ein Kohlekraftwerke durch ein Kernkraftwerk ersetzen. Es gibt aber ein juristisches Hindernis: Das Genehmigungsverfahren. Bisher muß man immer noch davon ausgehen, daß es schwere Störfälle gibt (z. B. Fukushima), die einen Teil der Radioaktivität austreten läßt und somit die unmittelbare Umgebung belasten könnte. Dafür ist der Nachweis von Evakuierungszonen und Plänen notwendig. Spätestens seit Fukushima weiß man zwar, daß die Annahmen über Freisetzungsraten viel zu konservativ waren, aber das tut der Argumentation der Angstindustrie keinen Abbruch. Die jahrzehntelange Gehirnwäsche „Millionen-Tote, zehntausend-Jahre-unbewohnbar“ hat sich zumindest in den Industrieländern festgesetzt.

Will man Kernkraftwerke in Ballungsgebieten bauen, müssen neue Reaktortypen her, die als „inhärent sicher“ betrachtet werden. Außerdem empfiehlt es sich, kleinere Reaktoren (SMR) zu bauen, um zu lange Rohrleitungen (Kosten und Wärmeverluste) zu vermeiden. Gerade in den letzten Wochen wurde in diesem Sinne ein Durchbruch erzielt: Die US-Genehmigungsbehörde hat dem Reaktor der Firma NuScale bescheinigt, daß er ohne elektrische Hilfsenergie auch bei schwersten Störfällen auskommt. Es handelt sich um einen kleinen (50 MWel) Reaktor, der selbst in einem wassergefüllten Becken steht. Er ist also stets von ausreichend Kühlwasser umgeben. Alle Einbauten (Druckhaltung, Dampferzeuger etc.) befinden sich im Druckgefäß (keine Rohrleitungen), das von einem Containment nach dem Prinzip einer Thermosflasche umgeben ist. Er benötigt keine Pumpen zur „Notkühlung“, da er schon im Normalbetrieb ausschließlich im Naturumlauf (warmes Wasser steigt auf und sinkt nach der Abkühlung wieder in den Reaktorkern zurück) funktioniert. Ein solches Kernkraftwerk bietet ein geringeres Risiko für seine Nachbarn, als jedes Gas- oder Ölkraftwerk. Genau solche Kraftwerke befinden sich aber zahlreich mitten in deutschen Großstädten. Seit Jahrzehnten lebt ihre Nachbarschaft relativ angstfrei damit – Geräusche und Abgase inbegriffen.

Den deutschen „Grün-Wähler“ wird das alles nicht überzeugen. Er ist unerschütterlich in seinem Öko-Glauben. Warum auch nicht? Man diskutiert ja auch nicht mit einem Katholiken über die unbefleckte Empfängnis der Jungfrau Maria oder mit einem Hindu über die Heiligkeit von Kühen. In den Weiten Sibiriens wird die Kernenergie schon heute positiv bewertet. In ähnlichen Regionen Kanadas und den USA wird sie aus gleichen Gründen (Versorgungssicherheit auch bei -40 °C) ernsthaft in Erwägung gezogen. In den bevölkerungsreichen Metropolen Chinas steht die Luftverschmutzung im Vordergrund. Die reale Gefahr von Lungenkrebs und Herz- Kreislauferkrankungen durch Smog wird dort gegen die eingebildete „Strahlengefahr“ abgewogen. Selbst im Großraum Helsinki prüft man den Ersatz der fossilen Fernheizwerke durch Kernenergie. Sonne geht gar nicht und Wind nur sehr eingeschränkt in diesen nördlichen Breiten.

Nukleare Heizwerke

Seit Anbeginn der Kernkraftnutzung gab es die Idee von reinen Heizwerken. Die reine Wärmeproduktion kann einige Vorteile haben: Schließlich verbrennt man ja auch Gas in einem einfachen Heizkessel und setzt nicht alles Gas in „rotierenden Öfen“ (Blockheizkraftwerk) zur gleichzeitigen Stromerzeugung ein. Schon nach den „Ölkrisen“ der 1970er Jahre, setzte sich z. B. der Schweizer Professor Seifritz für ein solches Konzept ein. Er ging damals von der Verwendung erprobter Komponenten aus Kernkraftwerken (Druckbehälter, Brennelemente etc.) zum Bau eines abgespeckten Heizreaktors aus. Durch die „Überdimensionierung“ erhoffte er sich einen zusätzlichen Sicherheitsgewinn, der zu einer Akzeptanz bei der Politik führen würde. Die Grundüberlegung ist noch heute so gültig, wie vor nunmehr 50 Jahren: Ersatz fossiler Brennstoffe durch Uran. Damals wie heute, standen der Ölpreis und die Luftverschmutzung in den Städten im Vordergrund.

Um den Ansatz von Professor Seifritz zu verstehen, ist etwas Physik notwendig. Ein typischer Druckwasserreaktor eines Kernkraftwerks hat eine Wärmeleistung von etwa 4000 MWth. Viel zu viel für ein Fernheizwerk. Geht man aber mit der Leistung um mehr als eine Größenordnung runter – läßt den Reaktor quasi nur im Leerlauf laufen – hat man einen entsprechenden Sicherheitsgewinn in allen Parametern. Bis überhaupt die Betriebszustände eines – zigfach erprobten – Druckwasserreaktors erreicht werden, müßte eine Menge schief gehen. Man hätte genug Zeit den Reaktor abzustellen.

Bei einer so geringen Leistung, könnte man handelsübliche Brennelemente viel länger im Reaktor belassen bis sie „abgebrannt“ wären (Versorgungssicherheit, Preisstabilität etc.).

Ein Druckwasserreaktor in einem Kernkraftwerk arbeitet mit einem Betriebsdruck von etwa 155 bar und einer Wassertemperatur von etwa 325 °C. Beides recht ordentliche Werte. Wie sehe es bei einem Heizreaktor aus? Gehen wir von einer Vorlauftemperatur im Netz von 150 °C aus (Einsatz von Absorptionsanlagen zur Klimatisierung um das Netz auch im Sommer besser auszulasten). Damit das Wasser noch flüssig bleibt und nicht verdampft ist ein Betriebsdruck von mindestens 5 bar nötig. Geben wir noch mal 30 °C als treibende Temperaturdifferenz für die Wärmeübertrager im Heizreaktor drauf, kommen wir auf eine Betriebstemperatur von 180 °C. Dafür ist ein Betriebsdruck von mindestens 10 bar nötig. Ein beträchtlicher Sicherheitsgewinn.. Vor allen Dingen entfallen alle Hochdruck-Sicherheitseinrichtungen: Was man nicht hat, kann auch nicht kaputt gehen.

Noch eleganter erscheint ein Heizreaktor auf der Basis eines Siedewasserreaktors. Man bräuchte – da keine Turbine vorhanden ist – auch keinerlei Einbauten zur Dampftrocknung und keine Umwälzpumpen. Einfacher und sicherer geht nicht.

In diesem Zusammenhang erscheinen Meldungen zu einem geplanten Einsatz von Schwimmbadreaktoren zur Fernheizung wohl eher als „Fake News“. Schwimmbadreaktoren sind – wie der Name schon andeutet – oben offen. Sie ähneln eher einem Brennelemente-Lagerbecken. Sie könnten deshalb nur warmes Wasser mit deutlich unter 100 °C liefern. Für eine Fernheizung völlig ungeeignet.

In diesem Zusammenhang erscheinen Meldungen zu einem geplanten Einsatz von Schwimmbadreaktoren zur Fernheizung wohl eher als „Fake News“. Schwimmbadreaktoren sind – wie der Name schon andeutet – oben offen. Sie ähneln eher einem Brennelemente-Lagerbecken. Sie könnten deshalb nur warmes Wasser mit deutlich unter 100 °C liefern. Für eine Fernheizung völlig ungeeignet.

Nachbemerkung

Fernheizungsnetze erfordern sehr hohe Investitionen, haben dafür kaum Betriebskosten und halten Jahrzehnte. Sie sind somit anderen Infrastrukturen, wie Trinkwasser- und Abwassernetzen sehr ähnlich. Gleichwohl gibt es schon heute weltweit unzählige Fernwärmenetze, die kontinuierlich erweitert werden. Der Markt für Wärmeerzeuger ist somit gewaltig. Auch die in Deutschland so beliebte „Plastikverpackung“ von Neubauten tut dem keinen Abbruch. Was braucht man also, um eine solche Entwicklung zu fördern?

  • Man benötigt möglichst kleine Heizreaktoren. Die Netzkosten fressen sonst sehr schnell etwaige Kosteneinsparungen bei den Reaktoren auf.
  • Die Reaktoren müssen sehr einfach und robust sein. Sie müssen standardisiert sein und in großen Stückzahlen in Fabriken hergestellt werden.
  • Es sollte weitgehend auf genehmigte Verfahren und Bauteile aus der Kernkraftwerkstechnik zurückgegriffen werden. Nur so kann man die kostspieligen und langwierigen Genehmigungsverfahren in den Griff bekommen.
  • Die Reaktoren müssen inhärent sicher sein und vollautomatisch betrieben werden können.
  • Sie müssen komplett und ständig fernüberwacht werden.
  • Die Anforderungen an Umgebung und Personal müssen vor Beginn des ersten Projekts neu definiert, öffentlich diskutiert und rechtssicher verabschiedet sein.
  • Bei jedem Standort müssen die Anwohner frühzeitig einbezogen werden. Nur durch Aufklärung kann man die einschlägige Angstindustrie und ihre Kumpane aus der Politik abwehren. Skandinavien und Frankreich bieten hierfür zahlreiche Beispiele und erprobte Vorgehensweisen.

Manchem mag das alles phantastisch vorkommen. Nur, ist die Diskussion nicht nur in China losgetreten worden. Sie läuft bereits auch in Osteuropa und Skandinavien. Es mag in Deutschland noch ein paar Jahre dauern, aber dann wird die Mehrheit der Bevölkerung erkennen, wie sie systematisch von Politikern und Schlangenölverkäufern mit der „Energiewende“ betrogen worden ist. Ist dieser Punkt erst erreicht, wird das Pendel ruckartig in seine alte Lage zurückkehren.

Reduktion langlebiger Spaltprodukte

Aktuell wird wieder einmal in der Fachliteratur die Beseitigung von langlebigen Spaltprodukten diskutiert.

Das Problem

Irgendwann ist jedes Brennelement erschöpft und muß erneuert werden. Die „abgebrannten“ Brennelemente werden von „Atomkraftgegnern“ gern als „Atommüll“ verunglimpft, obwohl sie recycelt werden können. Sie bestehen noch zu rund 96% aus Uran und Plutonium, die erneut als Brennstoff genutzt werden könnten. Sicherheitstechnisch betrachtet, stellt ihre ionisierende Strahlung ein – durchaus unterschiedliches – Problem dar. Es sind daher dauerhafte Abschirmungen in der Form von Wasserbädern, Sicherheitsbehältern etc. notwendig.

Der Faktor Zeit

Je länger die Halbwertszeit ist, um so länger dauert es, bis dieser Stoff verschwunden ist. Wenn man von einer Gefahr durch ionisierende Strahlung ausgeht, ist damit der Zeitraum bestimmt, in dem man den Stoff von der Biosphäre fern halten sollte:

  • Es gibt unterschiedliche Arten ionisierender Strahlung, die auch biologisch unterschiedlich wirken. Strahlung, die z. B. von Uran und Plutonium ausgeht, ist nur dann bedrohlich, wenn sie innerhalb des Körpers frei wird. Nimmt man sie nicht in den Körper auf (Nahrung, Atemluft), sind sie genauso harmlos, wie jedweder anderer Stoff auch.
  • Die Dosis macht’s“. Insofern ist die Konzentration eines radioaktiven Stoffes (z. B. im Trinkwasser) entscheidend.
  • Freigesetzte Stoffe können sich (z. B. über die Nahrungskette) anreichern. Dies gilt naturgemäß besonders für langlebige Stoffe. Insofern sollten sie möglichst gar nicht erst freigesetzt werden.

Der Endlager-Standpunkt

Überzeichnet man die Gefahr, die von radioaktiven Stoffen ausgeht, kommt man zu dem Schluß, man müßte sie quasi „für ewig“ sicher einschließen. Der Begriff des „Endlagers“ ist erschaffen. Ein hervorragender politischer Kampfbegriff, weil wie ein Gummiband dehnbar. Man muß nur die Gefährlichkeit – was auch immer darunter zu verstehen sei – ausdehnen und kommt schnell zu Zeiträumen, die nicht mehr als beherrschbar erklärt werden können. Gipfel dieser Gespensterdebatte ist die Erforschung irgendwelcher Piktogramme, die Außerirdischen oder sonst wie verblödeten Erdbewohnern die Lage eines „Endlagers“ in Millionen von Jahren näher bringen sollen. Interessant ist dabei nur, wie locker man beispielsweise den Fallout aus unzähligen Kernwaffenversuchen nicht gekennzeichnet hat. Wären die Stoffe auch nur annähernd so gefährlich, wie sich Ökoaktivisten gern an den Lagerfeuern im Wendland erzählen, müßte die gesamte Menschheit bereits ausgestorben sein. Aber es geht dabei ja auch weniger um Fakten, als um Gesellschaftsveränderung.

Gleichwohl sollte man mit radioaktiven Abfällen verantwortungsvoll umgehen. Es ist das Verdienst der Kerntechnik, der erste Industriezweig zu sein, der sich von Anfang an um seinen Abfall Gedanken gemacht hat: Wiederaufbereitung und geologische Tiefenlager waren erfunden. Letztere aus einem ethischen Anspruch heraus, den Abfall nicht den folgenden Generationen als Problem und Kosten zu hinterlassen. Immer noch revolutionär, wenn man es mit dem sonst voll akzeptierten Umgang mit Abfällen und Deponien vergleicht.

Die Art der Beseitigung

Wenn man gebrauchte Brennelemente aufarbeitet, können sie weiterhin zur Energiegewinnung verwendet werden: In konventionellen Reaktoren als Mischoxid und in schwerwassermoderierten Reaktoren sogar in ihrer ursprünglichen Zusammensetzung. Bedingung ist die Trennung von Uran und Plutonium von den Spaltprodukten.

Verwendet man diesen aufbereiteten Brennstoff in Reaktoren mit schnellem Neutronenspektrum (meist mit Natrium oder Blei als Kühlmittel), kann man damit sogar die minoren Aktinoide „verbrennen“. Sie bilden sich aus Uran- und Plutoniumkernen, die trotz Neutroneneinfang nicht gespalten worden sind. Sie sind besonders langlebig und müssen zusammen mit Plutonium als Argument für eine „sichere Endlagerung über Millionen von Jahren“ her halten.

Bleiben die Spaltprodukte übrig. Sie sind zumeist recht kurzlebig und strahlen deshalb sehr stark. So stark, daß sie sich aufheizen, deshalb gekühlt und sicher abgeschirmt werden müssen. Ein Problem, das sich nach einigen Jahrhunderten von selbst erledigt hat. Es wäre mit der Lagerung in simplen Bunkern technisch leicht beherrschbar, wenn es nicht einige wenige sehr langlebige Spaltprodukte geben würde. Hier setzt wieder die Ethik ein: Ist es zulässig, solche Stoffe unseren Nachfahren zu vererben? Es handelt sich um recht harmlose Stoffe (lange Halbwertszeiten bedeuten wenige Zerfälle pro Sekunde und damit grundsätzlich geringe Dosisleistungen) in sehr kleinen Mengen. Es geht hier um Halbwertszeiten von einigen Hunderttausend (Se79, Tc99) bis zu einigen Millionen (Zr93, Pd107, I129, Cs135) Jahren.

Man kann Atomkerne nur durch Neutronen in ein anderes Element umformen. Man benötigt also eine (möglichst starke) Neutronenquelle. Dieser Vorgang wird Transmutation genannt. Ein Favorit hierfür sind Spallationsquellen, bei denen Atomkerne beschossen werden und förmlich verdampfen. Sie sind sehr aufwendig, produzieren aber dafür auch große Mengen Neutronen. Grundsätzlich bleibt aber ein Problem: Die Stoffe existieren meist in einem Isotopengemisch. Man will aber eigentlich nur ein bestimmtes (besonders langlebiges) Isotop umwandeln. Alle anderen Kernreaktionen sind parasitär und kosten nur die teueren Neutronen. Ein Schlüssel hierfür, sind die energieabhängigen Einfangquerschnitte.

Beseitigung in schnellen Reaktoren

Reaktoren mit schnellen Neutronen sind hervorragend zur „Verbrennung“ von Plutonium und minoren Aktinoiden geeignet. Darüberhinaus benötigen sie nicht einmal Natururan, sondern geben sich sogar mit abgereichertem Uran als Brennstoff zufrieden. Allerdings sind sie nur schlecht zur Beseitigung der langlebigen Spaltprodukte geeignet. Diese besitzen nur sehr kleine Einfangquerschnitte für schnelle Neutronen. Es gibt aber einige Energiebereiche, in denen sie solche Neutronen begierig aufnehmen. Verzichtet man auf einige bei der Spaltung freigewordenen Neutronen – im statistischen Mittel auf 0,3 Neutronen pro Kernspaltung – kann man sie zur Umwandlung abzweigen. Man muß sie allerdings noch auf die ideale Geschwindigkeit abbremsen.

Damit ergibt sich folgendes Reaktorkonzept:

  • Man baut einen zentralen Kern, in dem die eigentliche Energieproduktion aus Uran und Plutonium durch Spaltung mit schnellen Neutronen stattfindet.
  • In einem „schnellen Brüter“ ist diese Zone von einer Schicht aus abgereichertem Uran umgeben. Die Neutronen, die aus dem Kern rausfliegen und nicht zur Aufrechterhaltung einer Kettenreaktion benötigt wurden, reagieren hier mit dem Uran und bilden zusätzliches Plutonium. Bei einem „Brüter“ ist hier die Produktion von Plutonium größer als gleichzeitig davon im Kern verbraucht wird.
  • Verzichtet man nun auf einen Teil der „Brutrate“, hat man Neutronen für eine Umwandlung von Spaltprodukten zur Verfügung. Man muß diese nur noch – möglichst an Ort und Stelle – auf die „richtige“ Geschwindigkeit abbremsen. Man kann in den „Brutmantel“ eine gewisse Anzahl von Brennstäben einfügen, die mit einem Gemisch aus den zu beseitigenden Spaltprodukten und einem geeigneten Moderator gefüllt sind. Ein solcher Moderator könnte z. B. Yttrium Deuterid (YD2) sein. Er erfüllt die Bedingungen, selbst kaum mit Neutronen zu reagieren und die richtige Masse für die notwendige Abbremsung zu besitzen.

Die notwendige Verfahrenstechnik

Die Wiederaufbereitung wird erheblich komplizierter. Bei dem klassischen PUREX-Verfahren – wie es z. B. in Frankreich angewendet wird – gewinnt man möglichst reines Uran und Plutonium. Alles andere ist Abfall, der verglast und später in einem geologischen Tiefenlager „endgelagert“ wird. Um diesen Abfall weiter zu entschärfen, müßte man in weiteren Schritten die Aktinoide und die langlebigen Spaltprodukte abtrennen. Beides ist sehr aufwendig und man sollte darüber nicht vergessen, daß es sich dabei nur um rund 4% des ursprünglichen Brennstoffs eines Leichtwasserreaktors handelt. Die zusätzliche Volumenverkleinerung ist somit äußerst gering.

Die langlebigen Spaltprodukte müssen nun noch in möglichst reiner Form gewonnen werden, um parasitäre Effekte zu vermeiden. Darüberhinaus muß ein eigener Wiederaufbereitungskreislauf eingerichtet werden, da nicht alle Spaltprodukte in einem Schritt beseitigt werden können. Ein gewaltiger Aufwand für so geringe Mengen. Darüberhinaus macht die ganze Sache nur wirklich Sinn, wenn mehr langlebige Spaltprodukte umgeformt werden, wie bei dem Betrieb dieses Reaktors wieder neu entstehen.

Schlußbemerkung

Der Aufwand für eine Transmutation ist sehr hoch. Gleichwohl erscheint der Erfolg durchaus verlockend. Wie Simulationen für den japanischen Monju-Reaktor zeigen, kann über einen Betrieb von 20 Jahren eine Reduktion der effektiven Halbwertszeit langlebiger Spaltprodukte von über 100.000 Jahren auf rund 100 Jahre erzielt werden.

Trotzdem darf die Frage erlaubt sein, ob der gewaltige (wirtschaftliche) Aufwand den (vermeintlichen) Sicherheitsgewinn aufwiegt. Andererseits wird Menschen mit Strahlenphobie auch dieser Aufwand nicht genügen. Es steht zu befürchten, daß das bekannte Rennen zwischen Hase und Igel der „Atomkraftgegner“ lediglich fortgesetzt wird.