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.

SMR-2021 Einleitung

Die Kerntechnik bekommt gerade einen unerwarteten Aufschwung: Immer mehr junge Menschen drängen in die einschlägigen Studiengänge, es entstehen unzählige neu gegründete Unternehmen und es steht plötzlich auch viel privates Kapital zur Verfügung. Darüberhinaus zeigt dieser Winter in Texas auch dem gutgläubigsten Menschen, daß eine Stromversorgung (nur) aus Wind, Sonne und Erdgas ein totes Pferd ist.

  • Texas ist nahezu doppelt so groß wie Deutschland, hat aber nur etwa ein Drittel der Einwohner, die sich überwiegend in einigen Großstädten ballen. Windparks waren deshalb höchstens ein Thema für Vogelfreunde und Landschaftsschützer. Texas ist darüberhinaus auch noch sehr windreich durch seine Lage „zwischen Golf und mittlerem Westen“.
  • Texas liegt etwa auf der „Breite der Sahara“ (Corpus Christi 27°N, Amarillo 35°N; Kanarische Inseln 28°N, Bagdad 33°N). Mal sehen, wann in Deutschland wieder von der Photovoltaik in der Sahara gefaselt wird.
  • In Texas kommt das Erdgas aus der Erde. Trotz der inzwischen gigantischen Verflüssigungsanlagen für den Export, muß immer noch Erdgas abgefackelt werden. Das alles ändert aber nichts an der Tatsache, daß im Ernstfall nur das Gas am Anschluss des Kraftwerks zählt. Kommt noch parallel zum Strombedarf der Bedarf für die Gebäudeheizungen hinzu, ist schnell die Grenze erreicht. Wohl gemerkt, das Gas kommt in Texas aus der Erde und nicht aus dem fernen Russland.

Das Kapital ist bekanntlich ein scheues Reh. Nach den Milliarden-Pleiten in Texas wird man sich schnell umorientieren. Darüberhinaus fängt die Bevölkerung an zu fragen, warum man eigentlich zig Milliarden Steuergelder mit Wind und Sonne versenkt hat.

Was sind SMR?

SMR (Small Modular Reactor) sind kleine Kernkraftwerke mit einer elektrischen Leistung von bis zu 300 MWel. Eine ziemlich willkürliche Grenze, die auf kleine Reaktoren abzielt, die gerade noch mit der Eisenbahn (in den USA) transportierbar sein sollen. Eine weitere Untergruppe sind Mikroreaktoren mit einer elektrischen Leistung von bis zu etwa 10 MWel. Bei den bisherigen Kernkraftwerken hat man immer größere Leistungen (z. B. EPR mit 1650 MWel) angestrebt, um die in der Verfahrenstechnik üblichen Skaleneffekte zu erzielen. Problem dabei ist, daß man einen erheblichen Montageaufwand auf der Baustelle hat, da alle Bauteile sehr groß werden. Bei den SMR geht man umgekehrt den Weg, das Kraftwerk weitesgehend in Fabriken in Serie zu fertigen und zu testen. Es steht also Kosteneinsparung durch Skaleneffekte gegen Serienfertigung (wie z. B. im Flugzeugbau). Welcher Weg letztlich kostensparender ist, kann vorab gar nicht gesagt werden. Vielmehr kann durch SMR ein völlig neuer Markt der „kleinen Netze“ erschlossen werden. Das betrifft beileibe nicht nur Schwellenländer, sondern vielmehr lernen wir in Deutschland gerade, welche enormen Netzkosten entstehen, wenn man zentrale Windparks baut. Ferner ist die Finanzierung wegen des kleineren (absoluten) Kapitalbedarfes weniger risikoreich und damit leichter handhabbar. Ein „Kraftwerk von der Stange“ erfordert eine wesentlich kürzere Zeitspanne – also Vorfinanzierung – von der Bestellung bis zur Inbetriebnahme. Hinzu kommt, daß die kleineren Bauteile auch nur kleinere Fertigungsanlagen erfordern. Beispielsweise baut Indien zur Zeit 15 Schwerwasserreaktoren, da dafür alle Komponenten im eigenen Land hergestellt werden können. Der ursprünglich angedachte Bau von konventionellen Druckwasserreaktoren wurde aufgegeben, da dafür wesentliche Komponenten (z.B. Reaktordruckbehälter) im Ausland gegen Devisen gekauft werden müßten. Aus gleichem Grund treffen SMR auch in Europa (z. B. Tschechien, Großbritannien) auf großes Interesse.

Die Sicherheitsfrage

Bei kleineren Kraftwerken kann man näher an die Städte heranrücken und damit Kraft-Wärme-Kopplung in vorhandenen Fernwärmenetzen abgasfrei betreiben. Finnland z. B. plant mittelfristig die vorhandenen Kraftwerke in den Ballungszentren durch SMR zu ersetzen. Analog gelten die gleichen Überlegungen für Fernkälte und Meerwasserentsalzungsanlagen z. B. in der Golfregion. Will man jedoch in der Nähe von Großstädten bauen, müssen solche Kernkraftwerke zwingend „walk away“ sicher sein, damit sie überhaupt genehmigungsfähig sind. Dazu gehört insbesondere der Verzicht auf eine aktive Notkühlung. Reaktoren kleiner Leistung kommen dem physikalisch entgegen: Um die Leistung zu produzieren, ist eine entsprechende Anzahl von Kernspaltungen notwendig. Bei der Kernspaltung entstehen radioaktive Spaltprodukte, die auch nach der Abschaltung noch Zerfallswärme produzieren. Bei kleinen Reaktoren ist diese Nachzerfallswärme so gering, daß sie problemlos passiv abgeführt werden kann – oder anders ausgedrückt, die Temperatur im abgeschalteten Reaktor steigt nur so weit an, daß keine Grenzwerte erreicht werden. Dies war z. B. beim Unfall in Fukushima völlig anders. Dort hat die Nachzerfallswärme gereicht, um eine Kernschmelze auch noch nach der Abschaltung der Reaktoren auszulösen.

Damit Kernkraftwerke in oder in unmittelbarer Nähe zu Städten akzeptiert werden, muß faktisch gewährleistet sein, daß keine (nennenswerte) Radioaktivität das Betriebsgelände überschreitet. Damit an dieser Stelle kein Missverständnis entsteht: Es gibt keine absolute Sicherheit. Es wird auch zukünftig Unfälle in Kernkraftwerken geben, genauso wie immer wieder Flugzeuge abstürzen werden. Trotzdem fliegen Menschen. Der Mensch ist nämlich durchaus in der Lage, Risiken und Vorteile für sich abzuwägen – solange er nicht ideologisch verblödet wird. Selbst eine ideologische Verblödung kann aber nicht unendlich lange aufrecht erhalten werden: Gerade durch Tschernobyl und Fukushima sind die Märchen der „Atomkraftgegner“ von „Millionen-Toten“ etc. als Propaganda entlarvt worden. Auffällig still ist es in den letzten Jahren um die „Gefahren durch Atomkraft“ geworden. Übrig geblieben ist einzig die Lüge von dem „Millionen Jahre strahlenden Atommüll, für den es keine Lösung gibt“. Auch dieser Unsinn wird sich von selbst widerlegen.

Die Vielzahl der Entwürfe

Es gibt unzählige Entwürfe von Kernreaktoren. Jeder Professor, der etwas auf sich hält, erfindet einen neuen Reaktor zu Übungszwecken. Der Weg zu einem Kernkraftwerk ist aber lang. Irgendwann stirbt die überwiegende Anzahl wegen irgendwelcher unvorhergesehenen Detailprobleme. Hier werden nur Entwürfe betrachtet, für die ausreichend Unterlagen aus Genehmigungsverfahren, Veröffentlichungen etc. zur Verfügung stehen. Immerhin blieben noch über 90 Konzepte übrig, die sich auf dem Weg zu einem Prototypen befinden. Für jedes einzelne Konzept wurde bereits mindestens ein zweistelliger Millionenbetrag investiert und ein Unternehmen gegründet. Als erstes soll etwas Systematik in dieses Angebot gebracht werden. In späteren Folgen werden dann einzelne Entwürfe näher vorgestellt und diskutiert werden.

Neutronenspektrum

Je langsamer Neutronen sind, je höher ist die Wahrscheinlichkeit einer Spaltung eines U235 – Kerns. Demgegenüber können alle schnellen Neutronen auch Kerne von U238 bzw. anderer Aktinoiden spalten. Schnelle Reaktoren haben den Vorteil, daß sie mit „Atommüll“ (so verunglimpfen „Atomkraftgegner“ immer die abgebrannten Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren) betrieben werden können. Eine verlockende Perspektive: Betrieb der Kernkraftwerke mit „Abfall“, bei gleichzeitiger Entschärfung der „Endlagerproblematik“ auf wenige Jahrzehnte bis Jahrhunderte. Nur hat alles seinen Preis, gerade kleine Reaktoren (im räumlichen Sinne, nicht nur im übertragenen, bezogen auf die Leistung) sind schwierig als schnelle Reaktoren zu bauen. Es ist deshalb nicht verwunderlich, daß 59 Entwürfe mit thermischem Spektrum und nur 20 als schnelle Reaktoren ausgeführt sind.

Die angestrebten geringen Abmessungen (Transport) sind faktisch auch bei thermischen Reaktoren nur über eine höhere Anreicherung realisierbar. Mit der bei heutigen Druckwasserreaktoren üblichen Anreicherung von weniger als 5% lassen sich kaum SMR bauen. Man hat deshalb den neuen Standard HALEU mit einer Anreicherung von knapp unter 20% eingeführt. Der Begriff „thermisch“ im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit von Neutronen bezieht sich auf die Geschwindigkeitsverteilung der brownschen Molekularbewegung. Je höher deshalb die Betriebstemperatur eines Reaktors ist, um so höher auch die Geschwindigkeit der Neutronen und damit um so geringer die Wahrscheinlichkeit einer Spaltung eines Urankernes. Deshalb sind „Hochtemperaturreaktoren“ schon wegen der neutronenphysikalischen Auslegung anspruchsvoller.

Moderatoren

Wenn man Neutronen abbremsen will, benötigt man einen Moderator. Bei den Leichtwasserreaktoren ist das das Arbeitsmedium Wasser. Die einfachste Konstruktion ist der Siedewasserreaktor, bei dem der im Reaktor erzeugte Dampf unmittelbar die Turbine antreibt (5 Entwürfe). Demgegenüber wird beim Druckwasserreaktor erst in einem zusätzlichen Wärmeübertrager der Dampf erzeugt (24 Entwürfe). Eine gewisse Sonderstellung nehmen Schwerwasserreaktoren ein, in denen Deuterium die Funktion des Moderators übernimmt (2 Entwürfe). Bei Mikroreaktoren kommen noch andere Moderatoren zum Einsatz.

Kühlmittel

Bei thermischen Reaktoren kommen Wasser, Helium und Salzschmelzen zur Anwendung. Bei Wasser sind die erreichbaren Temperaturen durch die abhängigen Drücke begrenzt (31 Entwürfe). Für eine reine Stromerzeugung ist das jedoch kein Hinderungsgrund. Will man hohe Temperaturen erreichen, bleibt Helium (20 Entwürfe) oder eine Salzschmelze (13 Entwürfe). Bei beiden kommt man mit relativ geringem (Helium) oder gar Atmosphärendruck (Salze) aus. Will man schnelle Reaktoren bauen, bleibt nur Helium (2 Entwürfe), Blei (9 Entwürfe), Natrium (5 Entwürfe) oder Salzschmelzen (3 Entwürfe). Tauscht man Wasser gegen andere Kühlmittel, wird man zwar den hohen Druck und den Phasenübergang los – was oft als Sicherheitsgewinn dargestellt wird – handelt sich aber damit eine Menge neuer Probleme ein: Einfrieren bei Raumtemperatur (Blei und Salzschmelzen), Korrosion (Blei und Salzschmelzen), Staub (Helium), Brandgefahr (Natrium), Zeitstandsfestigkeit usw. Es verwundert deshalb nicht, daß die Überzahl der Entwürfe bei Wasser als Moderator und Kühlmittel bleibt. Durch die überragenden thermodynamischen Eigenschaften des Wasser-Dampf-Kreisprozesses ist das für eine Stromproduktion auch kein Hinderungsgrund. Oft gehörte Argumente von möglichen höheren Wirkungsgraden sind bei den geringen Brennstoffkosten eher Scheinargumente. Anders sieht es mit der Entwicklung von schnellen Reaktoren aus. Blei und Natrium haben hier eine überragende Stellung. Allerdings sind die Preise für Natururan immer noch im Keller und die Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente ist ebenfalls konkurrenzlos billig. In einigen Jahren könnte jedoch ein geschlossener Brennstoffkreislauf aus politischen Gründen (Angst vor Atommüll) zum Renner werden. Momentan liegt Russland bei dieser technischen Entwicklung mit großem Abstand vorn. Die USA haben das erkannt und starten gerade eine beeindruckende Aufholjagd.

Brennstoff

Standard ist immer noch Uran. Bei schnellen Reaktoren kann man den „Abfall“ der konventionellen Reaktoren weiter nutzen. Thorium bleibt vorläufig auch weiter ein Exot. Das Uran kann in unterschiedlichen chemischen Verbindungen (metallisch, Uranoxid, Urannitrid, Legierungen usw.) im Reaktor verwendet werden und in unterschiedlichen geometrischen Formen (als Brennstäbe, als TRISO-Elemente, im Kühlmittel aufgelöst usw.) eingebaut werden. Der Brennstoff ist in seiner chemischen Zusammensetzung und seiner geometrischen Form bestimmend für die maximale Betriebstemperatur. Ferner ist er das erste Glied der Sicherheitskette: Er bindet während des Betriebs die Spaltprodukte und soll diese auch bei einem Störfall zurückhalten. SMR benötigen wegen der höheren Anreicherung mehr Natururan und sind wegen der höheren Trennarbeit teurer in der Herstellung als konventionelle Brennelemente.

Die Hersteller

Mit deutlichem Abstand sind die beiden führenden Länder in der Entwicklung von SMR Russland und die USA.

Alle Projekte befinden sich in einer unterschiedlichen Realisierungsphase von Konstruktion, Genehmigungsverfahren, über Bau bis Probebetrieb. Der chinesische SMR vom Typ ACPR50S (Druckwasserreaktor in klassischer Bauweise mit 50 MWel) ist fast fertiggestellt. Er soll bei Serienfertigung als schwimmender Reaktor auf einem Ponton verwendet werden. Der argentinische SMR Carem (integrierter Druckwasserreaktor mit 30 MWel) ist eine Eigenentwicklung und soll 2023 in Betrieb gehen.

Land LWR Gas Blei Natrium Salz Summe
Argentinien– – – – 1
China– – 7
Dänemark– – – – 
Finnland– – – 
Frankreich1– – – 
GB1– – – 
Indonesien– – – 
Japan– 
Kanada– – 
Luxemburg– – – – 
Russland11 – 17 
Schweden– – – – 
Südafrika– – – – 
Süd Korea– – – 
USA21 
Summe29 17 13 – 
Betrachtete SMR-Entwürfe nach Ländern und Typen geordnet.

Der chinesische HTR-PM (Hochtemperaturreaktor, Kugelhaufen mit Helium, 105 MWel) befindet sich im Testbetrieb. Sein Vorläufer HTR-10 von der Tsinghua University, China (Kugelhaufen mit 2,5 MWel) ist seit 2018 in Betrieb. Der japanische HTTR 1 (prismatischer Hochtemperaturreaktor, Helium, 30 MWth) ist seit 2007 mit Unterbrechungen für Umbauten in Betrieb. Der russische RITM-200M (modularer Druckwasserreaktor mit 50 MWel) ist seit 2020 auf Eisbrechern in Betrieb und soll bis 2027 in Ust-Kuyga in Sibirien als Kraftwerk in Betrieb gehen. Der russische KLT-40S (Druckwasserreaktor in klassischer Bauweise, 35 MWel) ist zweifach auf einem schwimmenden Ponton seit 2020 in Pevek in Chukotka als Heizkraftwerk in Betrieb.

„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.

Rückbau kerntechnischer Anlagen

Weltweit sind über 450 Kernreaktoren in Betrieb und bereits 156 stillgelegt. Hinzu kommen noch zahlreiche Anreicherungsanlagen, Wiederaufbereitungsanlagen, Forschungseinrichtungen usw. Es ist daher mit einem starken Anstieg der Projekte zu rechnen: Über 250 Reaktoren sind älter als 30 Jahre und ab 2040 ist damit zu rechnen, daß der überwiegende Teil stillgelegt werden soll. Deshalb beschloß die Waste Management & Decommissioning Working Group of World Nuclear Association einen Bericht zu veröffentlichen, der die internationalen Erfahrungen weltweit nutzbar macht.

Vorbemerkungen

Damit man die Probleme richtig einordnen kann, sind vorab einige Begriffe zu erklären. Es wird hier bei stillgelegten Kernkraftwerken nicht „von strahlenden Atomruinen“ im Framing-Sprech der Zwangsgebühren-Medien gesprochen, weil es sich mitnichten um Ruinen handelt, sondern um weiterhin gepflegte, be- und überwachte technischen Anlagen. Ferner wird im Zusammenhang mit der Beseitigung das schöne deutsche Wort Rückbau verwendet, welches den Vorgang trefflich beschreibt: Es wird hier nämlich nicht mit Dynamit oder der Abrissbirne gearbeitet, sondern vorsichtig rückwärts wieder abgebaut.

Im Zusammenhang mit radioaktiven Stoffen muß sorgfältig zwischen Aktivierung und Kontaminierung unterschieden werden. Aktiviert werden können nur Stoffe, wenn sie Neutronen einfangen. Das kann deshalb nur in der Nähe des Kerns (Reaktoreinbauten, Steuerstäbe, Reaktordruckgefäß etc.) geschehen. Kontaminierung hingegen, ist lediglich eine Verschmutzung mit bereits vorhandenen radioaktiven Stoffen. Man kann solche Bauteile reinigen und damit aus „Atommüll“ ganz gewöhnlichen Abfall machen.

Von entscheidender Bedeutung ist auch der Faktor Zeit. Der radioaktive Zerfall geht immer nur in eine Richtung und ist durch nichts zu beeinflussen. Irgendwann ist jeder radioaktive Stoff verschwunden. Das Maß für diesen Zeitraum ist die Halbwertszeit. Nach zehn Halbwertszeiten kann man das Radionuklid als nicht mehr vorhanden (weniger als 1 Promille der Ausgangsmenge) betrachten. Für den Arbeitsschutz ist wichtig, daß je schneller ein Nuklid zerfällt, desto heftiger strahlt es. Es kann sich deshalb lohnen, mit dem Rückbau eine angemessene Zeit zu warten. Eine in Ländern mit viel Platz (USA, Rußland) durchaus bevorzugte Praxis. Dort hat man – um Überwachungskosten zu sparen und eine Gefährdung der Umwelt einzuschränken – Anlagenteile einfach in Gräben eingemörtelt. Eine endgültige Beseitigung – wenn überhaupt – ist erst in Jahrhunderten geplant.

Ebenso wichtig sind die Begriffe Verdünnung und Konzentration. Im Prinzip läßt sich jeder radioaktive Stoff durch Verdünnung biologisch „unschädlich“ machen. Die Dosis ist entscheidend. Demgegenüber ist die Propaganda von „Atomkraftgegnern“ – schon ein einzelnes Atom Plutonium kann Krebs auslösen – schlichtweg Unsinn. Gleichwohl gilt auch der andere Grundsatz, keine radioaktiven Stoffe unnötig in die Umwelt zu entlassen um z. B. Anreicherungen über die Nahrungskette zu vermeiden. Wie verbissen dieser Konflikt in der Praxis ausgetragen wird, kann man derzeit in Fukushima beobachten: Dort befinden sich große Abwassermengen in Tankanlagen, die bereits Trinkwasserqualität erreicht haben. Trotzdem scheut man sich diese in das Meer einzuleiten.

Die verschiedenen Abfallsorten

In der Kerntechnik unterteilt man die radioaktiven Abfälle grob in drei Klassen: Schwach aktiver Abfall (Very low-level waste, VLLW und Low-level waste, LLW), mittelaktiver Abfall (Intermediate-level waste, ILW) und hochaktiver Abfall (High-level waste, HLW). Diese Unterteilung beruht maßgeblich auf dem Arbeitsschutz. Mit schwach aktivem Abfall kann man ohne besonderen Schutz (man sollte jedoch stets die Inkorporation vermeiden, d. h. Mundschutz, Handschuhe etc. tragen oder sichere Gebinde verwenden) umgehen. Mittelaktiver Abfall erfordert eine zusätzliche Abschirmung, z. B. Betonabschirmung um ein Faß mit ILW. Hochaktiver Abfall erzeugt soviel Zerfallswärme, daß eine Kühlung erforderlich ist, da sonst der Abfall sich selbst physikalisch/chemisch zersetzen kann.

Eher ein Kuriosum ist die Klasse VLLW (Abfall von sehr geringer Aktivität). Hier sind schon eher Juristen als Strahlenschützer und Ingenieure am Werk. Es gibt in der Natur praktisch nichts, was nicht radioaktiv ist. Selbst jeder Mensch strahlt (etwa 8000 Bq) und gar nicht zu reden von Dünger, Baustoffen, Bohrschlämme, Aschen etc. In diese Kategorie fällt daher alles, was zwischen „strahlt gar nicht“ bis „schwach radioaktiv“ liegt, also eher in Verdacht steht, „Atommüll“ sein zu können. Solche Gegenstände (z. B. alte Armbanduhren und Meßgeräte mit selbstleuchtenden Ziffern) werden deshalb meist auf Sondermülldeponien entsorgt.

Der Arbeitsschutz ist aber nur ein Gesichtspunk. Würde man nur die Strahlung berücksichtigen, so wäre beispielsweise Plutonium lediglich schwach aktiver Abfall. Zweiter wesentlicher Faktor ist die „Lebensdauer“: Sie ist der Maßstab für eine Deponierung. Die „Lebensdauer“ bestimmt die Zeitdauer, in der die Deponie überwacht werden muß und dieses Gelände nicht frei nutzbar ist. Die Klassifizierung ist leider heute noch nicht international genormt, sondern ist von Land zu Land verschieden. In Frankreich definiert man pragmatisch den „α-freien-Abfall“ (α-Strahler sind besonders langlebig), der auf einfachen Deponien mit geringer Erdüberdeckung (Abschirmung gegen Strahlung) endgelagert wird. Nach 100 Jahren sollen solche Deponien sogar für die Bebauung mit Wohnungen wieder verwendet werden können. In Rußland nimmt man die β-Strahlung als Indikator (z. B. LLW mit bis zu 104 Bq/g). In den USA wird der schwach aktive Abfall noch in drei Klassen unterteilt. Hier zählt nicht nur die Gesamtaktivität, sondern es sind für bestimmte Nuklide noch spezielle Grenzwerte angegeben, die jeder für sich nicht überschritten werden dürfen. Ziel ist eine oberflächennahe Deponie (Klasse A) oder bestimmte geologische Erfordernisse und eine Mindestüberdeckung von mehreren Metern (Klasse B und C). Sie sollen nach 100 bis 500 Jahren wieder frei verfügbar – weil auf das Niveau der Hintergrundstrahlung abgeklungen – sein.

Wie absurd demgegenüber die Lage in Deutschland geworden ist, kann man an der Diskussion um die Asse erkennen: In diesem ehemaligen Kalibergwerk wurde weniger Radioaktivität eingelagert, als vorher in der Form von Kalisalz entnommen wurde. Der „Atommüll“ lagert nicht oberflächennah, sondern hunderte Meter darunter. Auf welcher Deponie sollte er denn anschließend sicherer gelagert werden? Wer trägt das Risiko für die Bergleute, die diese sinnlose Arbeit ausführen sollen? Grüße aus Absurdistan bzw. geht es bei der „notwendigen Rückholung“ um ganz andere Dinge.

Planung und Betrieb

Heute beginnt die Planung der Entsorgung bei kerntechnischen Anlagen bereits mit dem Entwurf. In den Anfangstagen der Kerntechnik war dies durchaus noch nicht der Fall. Dies führt heute zu einem erheblichen Aufwand bei „Altlasten“, verbunden mit extremen Kosten.

Die Planung – und damit der Strahlenschutz – beginnt schon mit der Materialauswahl. Heute werden Legierungen, die Stoffe enthalten die leicht zu aktivieren sind, möglichst vermieden. Es wird auch größte Sorgfalt auf den Korrosionsschutz verwendet. „Rost“ bei aktivierten Bauteilen, wird über die gesamte Anlage verschleppt und kontaminiert andere Bereiche. Man hat auch sehr viel durch den jahrzehntelangen Betrieb hinzugelernt. Ergebnis in diesem Sinne, ist beispielsweise die komplexe Wasserchemie in Druckwasserreaktoren. Analyse von biologischen Schilden von abgebrochenen Reaktoren hat ergeben, daß die aktivierten Stoffe nicht aus dem Stahlbeton im eigentlichen Sinne stammen, sondern maßgeblich aus Verunreinigungen der Zuschlagsstoffe. Man achtet auch auf gut zu reinigende Oberflächen (keine konventionellen Isolierungen, Auskleidung von Becken mit Edelstahl usw.).

Schon während des Betriebes fällt radioaktiver Müll an: Filter, Arbeitsbekleidung, Werkzeuge, Ersatzteile etc. Diese müssen langfristig sicher verpackt und eventuell zwischengelagert werden. Auf eine sehr genaue Dokumentation ist dabei zu achten, da jede spätere Analyse oder gar ein Umpacken für die Endlagerung zu unnötigen Belastungen führt. Auch hier wurde in der Vergangenheit oft zu wenig getan.

Berücksichtigt man schon bei der Konstruktion den Rückbau, erleichtert dies die später notwendigen Arbeiten und spart enorme Kosten: Dies betrifft insbesondere die Zugänglichkeit und klare Materialgrenzen, denn selbstverständlich unterliegt ein Kernkraftwerk auch den normalen Abfallvorschriften (Hausmüll, Plastikmüll, Asbest etc.).

Beim Entwurf gilt Wiederverwendung vor Recycling vor Endlagerung. So ist es heute z. B. Standard, komplette Dampferzeuger nicht mehr als „Atommüll“ endzulagern, sondern sie zu Spezialfirmen (z. B. Cyclife in Schweden) zur Entsorgung zu transportieren. Dort werden diese mehrere hundert Tonnen schweren Objekte in Hallen möglichst automatisch zerlegt, sortenfrei getrennt und gereinigt. Alle nicht radioaktiven Teile „frei gemessen“ und über konventionelle Altmetallhändler dem Wertstoffkreislauf wieder zugeführt. Die radioaktiven Reste werden vor Ort eingeschmolzen und die radioaktiven Barren an den Auftraggeber zur Endlagerung wieder zurückgegeben. Aus einem Bauteil, so groß wie ein Mehrfamilienhaus, wird so „Atommüll“ im Volumen eines Kühlschranks. So viel nur zu den Phantasiemengen, die in Deutschland über notwendige Endlagerkapazitäten von interessierten Parteien in die Welt gesetzt werden.

Endlager und Deponien

Grundsätzlich besteht bei „Atommüll“ die gleiche Optimierungsaufgabe zwischen erforderlichem Deponieraum und Nachbehandlungskosten, wie in der gesamten Abfallwirtschaft. Früher hat man (billige) Arbeitsbekleidung und Arbeitsmittel aus dem Kontrollbereich eines Kraftwerks einfach in Fässer gesteckt und auf einer Deponie für schwach aktive Abfälle entsorgt. Man kann aber solche Abfälle – wie bei konventionellem Abfall üblich – vorher (in Spezialanlagen) verbrennen und erzielt somit eine gewaltige Volumenreduzierung. Anschließend kann man die „aufkonzentrierte Radioaktivität“ – sprich Asche – noch weiter behandeln: Ist sie nur schwach aktiv, kann man sie vor der Endlagerung zu einem Mörtel verarbeiten, ist sie hoch aktiv oder extrem langlebig in Glas einschmelzen bzw. in Synroc (künstlicher Stein auf der Basis von Titanaten) verwandeln. Endlagerkapazität ist also ein relativer Begriff, der je nach landestypischen Gegebenheiten flexibel gehandhabt werden kann. In den Weiten der USA oder Sibiriens sicher anders, als in dicht besiedelten mitteleuropäischen Ländern. Weltweit betrachtet, könnte die Frage von Endlagern damit ganz anders gestellt werden – sie ist allerdings hoch politisch und damit unbestimmbar.

Gerade in dicht besiedelten Ländern sollten Endlagerkapazitäten als wertvolle Ressourcen behandelt werden. Insofern ist eine Reduzierung der Volumina geboten. Im Prinzip gilt hier der gleiche Ansatz wie in der konventionellen Abfallwirtschaft.

Die vorhandenen Deponien und Tiefenlager koppeln stark auf die angewendeten Strategien zurück. Spektakulär war der aufgetretene Fall der Selbstentzündung im WIPP (Endlager in einem Salzstock in New Mexico, USA). Weltweit ist es üblich, Chemikalien durch Katzenstreu auf Bentonitbasis (enorme Saugwirkung und Bindung durch Ionentausch) unschädlich zu machen. Ein übereifriger Laborant in Los Alamos hatte aber biologische Streu verwendet. Diese wurde langsam durch die aufgesaugten Chemikalien zersetzt, was letztendlich zum Platzen eines „Atommüllfasses“ geführt hat. Die Vorschriften für organische Stoffe in Endlagergebinden für das WIPP wurden daraufhin entscheidend verschärft. Solche nachträglichen Änderungen bzw. die nicht sinngemäße Einhaltung individueller Einlagerungsbestimmungen können schnell zu einer Kostenexplosion führen. Auch dieser Fall zeigt wieder, wie wichtig eine akribische Dokumentation aller Inhalte ist. Es sind dabei nicht nur die nuklearen Inhalte, sondern auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erfassen und nach Möglichkeit in einer zugänglichen Datenbank abzulegen.

Angestrebter Endzustand

Sehr wichtig für die Planung und Durchführung einer Rückbaumaßnahme ist der angestrebte Endzustand.

Grüne Wiese

Wenn alle radioaktiven Stoffe entfernt und in Endlager verbracht sind, kann eine abschließende Beurteilung durch die Überwachungsbehörden durchgeführt werden und die Liegenschaft wieder dem freien Grundstückshandel übergeben werden.

Braune Wiese

In diesem Zustand ist das Grundstück nicht vollständig beräumt worden. Entweder steht noch ein Teil der radioaktiv belasteten Anlagen oder es wurden bewußt noch radioaktive Abfälle auf der Liegenschaft belassen. Dies kann aus Gründen des Arbeitsschutzes sinnvoll sein, damit die vorhandene Radioaktivität weiter abklingen kann. Oft ist auch die Verteilung der notwendigen Finanzmittel über einen längeren Zeitraum das Ziel. So wurde diese Methode durchweg bei allen Vorhaben aus der nuklearen Rüstung angewandt. Allerdings muß die Liegenschaft über den gesamten Zeitraum weiter bewacht und von den Genehmigungsbehörden betreut werden. Diese Kosten wiegen meist den erhöhten Aufwand für den Strahlenschutz bei einer sofortigen Beseitigung nicht auf.

Nur in seltenen Fällen (große Forschungseinrichtung, Kraftwerk mit vielen Reaktoren) können die Anlagen sogar für andere Zwecke umgenutzt werden.

Nuklearer Friedhof

Bei dieser Methode wird ein Teil der Anlage unterirdisch belassen und dient als „nukleare Grabstätte“. Man schließt sie nur mit einem Betondeckel als Abschirmung ab bzw. um einen unberechtigten Zugang zu verhindern. Diese Methode wurde oft als Not- und Übergangslösung bei schweren Havarien gewählt. Letztendlich handelt es sich dabei nur um eine Verschiebung der Probleme und Kosten in die Zukunft. Die Liegenschaft ist auch weiterhin als kerntechnisch Anlage zu betrachten (Überwachung, Bewachung, Wartung etc.). Sie kommt eher einem Zwischenlager für hochaktive Abfälle gleich.

Grundgesetz und Kernenergie

Vor einigen Tagen hat mir ein Leser eine Unterrichtung durch die Bundesregierung mit der Bitte um eine Stellungnahme zum Kapitel Kernenergie zugeschickt. Hierbei handelt es sich um ein Sondergutachten des Sachverständigenrates für Umweltfragen: Wege zur 100 % erneuerbaren Stromversorgung vom 18. Februar 2011. Warum nun eine so olle Kammelle aus der Zeit der Koalition von CDU/CSU und FDP? Geschichtlich von Bedeutung ist die Tatsache, daß das Unglück von Fukushima erst am 11. März 2011 stattfand. Also erst einen Monat nach dem Druck dieses Gutachtens. Ganz offensichtlich ein willkommener Anlaß für den schon lange geplanten und gewünschten Ausstieg aus der Kernenergie. Wohlgemerkt, maßgeblich mit geplant und umgesetzt durch die FDP (17. Wahlperiode vom 27.10.09 – 22.10.13).

Es gibt aber noch einen aktuelleren Grund: Immer mehr Bürger fragen sich, ob die Energiewende überhaupt mit dem Artikel 20a unseres Grundgesetzes vereinbar ist:

„Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigen Generationen die natürlichen Lebensgrundlagen und die Tiere im Rahmen der verfassungsmäßigen Ordnung durch die Gesetzgebung und nach Maßgabe von Gesetz und Recht durch die vollziehende Gewalt und die Rechtsprechung„.

Genau darum geht es nämlich in dem Sondergutachten. Es soll die Energiewende als zwingend durch das Grundgesetz vorgeschriebenes Staatsziel legitimieren. Es ist sicherlich kein Zufall, da gerade die FDP eine Partei mit überdurchschnittlich hohem Anteil an Juristen ist. Man hat dieses „Gutachten“ — nach der immer noch bewährten Methode — bei besonders linientreuen Scharlatanen in Auftrag gegeben. Das Verzeichnis der Personen spricht Bände: Ausgesucht keine einschlägige Berufsausbildung oder fachliche Qualifikation auf dem Gebiet der „Stromversorgung“, dafür aber ideologisch um so gefestigter. Fachkenntnisse — oder gar andere Ansichten — hätten die Auftragsarbeit sicherlich nur behindert und das schon im Titel geforderte Ergebnis vielleicht sogar gefährdet. Politik in Deutschland des 21. Jahrhunderts. Ähnlichkeiten mit Staat und Papsttum des Mittelalters sind sicherlich rein zufällig.

Kurzfassung für Entscheidungsträger

Früher nannte man einen solch zeitsparenden Überblick noch „Minister-Seite“. Heute braucht Politiker*in über fünf Seiten „Fakten“ und bunte Bilder um in einer Talkshow sitzen zu können oder gar den Qualitätsmedien Fachkunde vorspielen zu können. Für das Durchwinken eines Gesetzes ist nicht einmal das nötig, denn da folgt man immer schön dem Beschluss der eigenen Fraktion — damit kann man sicher nichts verkehrt machen. Um die Sache noch einmal für den letzen Hinterbänkler zu verdichten, lautet gleich der erste Satz:

„Die Klimapolitik steht vor der Herausforderung, dass die Treibhausgasemissionen der Industrieländer um 80 bis 95 % reduziert werden müssen, um eine als gefährlich angesehene globale Temperaturerhöhung von über 2°Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu vermeiden“.

Alles klar? Es geht also um die Weltrettung. Dass dieser Satz gleich mehrfach Blödsinn ist — selbst in dieser Studie — erfährt man erst beim vollständigen lesen der fast 400 Seiten. Aber welcher Parlamentarier hat schon so viel Zeit. Da ist es doch besser, man zeigt ihm gleich wo die Mehrheiten sitzen:

„In Deutschland besteht ein weitgehender Konsens, dass eine nachhaltige Entwicklung des Energiebereichs langfristig eine möglichst vollständig auf regenerativen Energieträgern basierende Elektrizitätsversorgung erfordert.“

Das versteht er. Ist zwar auch bloß eine Sprechblase — die zudem auch noch mehr als diskussionswürdig ist — aber Mainstream ist immer gut für die Wiederwahl. Was aber, wenn Volksvertreter*in gerade keine Lesebrille auf hat? Deshalb die alles entscheidende und beruhigende Aussage noch einmal im Fettdruck:

„100 % Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien ist möglich, sicher und bezahlbar.

Basta! Wie ein anderer Bundeskanzler und heutiger Vertreter für Russengas immer zu meckernden Parteimitgliedern zu sagen pflegte. Gleichnamigem Kanzler und seinem „Kellner“, dem Diplom-Sozialwirt Jürgen Trittin, ist übrigens die Besetzung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit mit solch großen Denkern und Forschern zu verdanken. Vorgänger dieses Ministers war übrigens eine gewisse Angela Merkel. Sage keiner, es gäbe keine Kontinuität in diesem Sachgebiet. Man ist aber fair genug, selbst in dieser Kurzfassung, noch eine Duftmarke seiner politischen Gesinnung zu hinterlassen:

„Die Einsparung von Strom kann als die wichtigste Brückentechnologie auf dem Weg zur regenerativen Vollversorgung betrachtet werden. Die Bundesregierung sollte daher ein absolutes Verbrauchsziel für den Stromverbrauch setzen. Ein geeignetes Instrument zur deutlichen Stärkung der Marktanreize für ein solches Ziel könnte die Einführung von Stromkundenkonten sein.“

Nur zur Erinnerung: Koalitionspartner war die FDP. Der Austausch der Sprache im Orwellschen Sinne findet nicht erst seit heute statt: Hier wird aus „planwirtschaftlichem Bezugssytem der staatlichen Mangelwirtschaft“ flugs „Marktanreize durch Stromkundenkonten“ gemacht. Frau Claudia Kemfert — die unvergleichliche Denkerin des DIW — hätte es nicht besser sagen können. Freilich hätte sie als ausgewiesene Artistin des Denglish lieber vom „Smart Grid“ und „Smart Meter“ geschwärmt.

Nachhaltigkeitsbewertung verschiedener Optionen der Energieerzeugung: Kernenergie

Jetzt ist eine kunstvolle Pirouette gefragt. Sie erinnern sich noch an den ersten Satz der Kurzfassung? Vielleicht sollten sie noch mal das Zitat weiter oben genau lesen, damit sie auch in den vollen Genuß der geistigen Verrenkungen kommen. Es geht um nichts weniger als die Errettung vor dem bösen CO2. Oh Schreck, jetzt taucht auf Seite 46 des Gutachtens eine Tabelle über „Gesamte durchschnittliche Treibhausgas-Emissionen von Stromerzeugungsoptionen“ auf. Ihre Einheit ist „Emissionen in g/kWhel CO2 Äquivalente“. Spitzenreiter sind die bösen Braunkohle-Kraftwerke, die auch noch die Stromnetze verstopfen, mit sagenhaften 1153. Aber selbst die „AKW mit Uran aus Russland“ geben nur 63 her. Nur dreimal so viel wie die ideologisch guten Windparks mit 23 und nur gut die Hälfte von den ebenfalls ideologisch einwandfreien „Solarzelle (multikristallin)“ mit 101. Wohlgemerkt, diese Tabelle ist nicht von der bösen „Atomlobby“ erschaffen, sondern vom Öko-Institut errechnet, der Glaubenskongregation aller „Umweltschützer und Atomkraftgegner“. Auch deshalb muß man an dieser Stelle zu dem glasklaren Schluß kommen:

„Stromerzeugung aus Kernenergie ist weniger schädlich für das globale Klima als die Kohleverstromung; die im Lebenszyklus auftretenden Treibhausgasemissionen pro erzeugter Kilowattstunde liegen in der Größenordnung von denen erneuerbarer Energien. Dennoch ist die Kernenergie aus mehreren Gründen, insbesondere aufgrund der Entsorgungsproblematik und der Risiken beim Betrieb, als nicht nachhaltig einzustufen.“

Wow! So geht also Wissenschaft heute. Wenn die selbst errechneten Zahlen nicht zum eigenen Weltbild passen, werden sie einfach durch „Argumente“ ersetzt. Der Auftritt der Tochter des „Solarpapstes“ Hermann-Scheer (SPD) Dr. Nina Scheer (SPD) im Bundestag war also doch kein Ausreißer.

Es gibt also zwei „Argumente“: „Entsorgungsproblematik“ und „Risiken beim Betrieb“, die die Kernenergie aus dem Kreis der „CO2 armen“ Technologien ausschließen. Dabei muß wieder einmal die Förster-Weisheit von der „Nachhaltigkeit“ herhalten. Dieses Wort besitzt für jeden Gutdenker die gleiche Zauberkraft wie „Neo-Liberal, Kasino-Kapitalismus etc.“. Man weiß sofort, auf welcher Seite man zu stehen hat.

Der geneigte Leser wird jetzt vielleicht ein paar Argumente erwarten, aber weit gefehlt.

Endlagerung

Dieses Unterkapitel nimmt in diesem „Sondergutachten“ weniger als eine halbe Seite ein. Der einzige Inhalt zur Begründung besteht aus dem Satz:

„Starke Radioaktivität, hohe chemische Toxizität, lang anhaltende Wärmeproduktion und die durch Korrosion und mikrobielle Vorgänge hervorgerufene Gasbildung stellen hohe Anforderungen an das Rückhaltevermögen der Barriereelemente.“

Raten sie mal, was als Quelle für den „weltweiten“ Stand der Forschung zu diesem Komplex angegeben wird? Der Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU 2000). Das ist die Steigerung des Echoraumes, das selbstverliebte Eigenzitat. Von unfreiwilliger Komik ist der sich direkt anschließende Satz:

„Eine Bewertung der langfristigen Sicherheit von Endlagerstandorten muss sich notwendigerweise auf Annahmen und Modellrechnungen stützen. Die Ergebnisse solcher Untersuchungen sind mit umso größeren Unsicherheiten behaftet, je weiter die betrachteten Zeitpunkte in der Zukunft liegen.“

Hoppla! Wie hieß es noch im ersten Satz der Kurzfassung für Entscheidungsträgerglobale Temperaturerhöhung von über 2°Celsius“. Was auch immer eine „globale Temperaturerhöhung“ sein soll, jedenfalls wird diese ebenfalls durch mit Annahmen gefütterte Modellrechnungen bestimmt. Allerdings mit einem kleinen, aber gewichtigen Unterschied: Kein einziges „Klimamodell“ ist in der Lage, die „Klimaverläufe“ der Vergangenheit auch nur annähernd nachzubilden. Demgegenüber stellen die Rechenprogramme der Geologen ihre Brauchbarkeit nahezu täglich unter Beweis: Sonst hätten wir längst kein Öl und kein Erdgas mehr zur Verfügung.

Die letzten zwei Sätze dieses Kapitels geben in einem Zirkelschluss noch einmal den Auftrag wieder:

„Somit ist nicht auszuschließen, dass die Lebensgrundlagen kommender Generationen durch heute eingelagerten radioaktiven Abfall in katastrophalem Ausmaß beschädigt werden. Die Kernenergie ist damit im Sinne der Generationengerechtigkeit und der Risikovorsorge als nicht nachhaltig einzustufen.“

Wenn man — ich bin ausdrücklich kein Jurist — die vorhergehenden Kapitel über den Artikel 20a GG in diesem Sondergutachten gelesen hat, soll damit wohl suggeriert werden, daß die Kernenergie gegen das Grundgesetz verstößt.

Störfallrisiko

Es ist ja nicht so, daß die Kerntechnik keine Erfahrungen mit Störfällen und Unglücken hätte. Sie ist der am stärksten überwachte und durch Vorschriften reglementierte Industriezweig weltweit. Spätestens nach der Katastrophe von Tschernobyl wissen wir, daß die Propaganda der Angstindustrie „Millionen-Tote, für-zehntausende-Jahre-unbewohnbar“ einfach nur ein Märchen ist. Was bitte, ist denn noch denkbar, als ein Reaktor der explodiert, brennt und fast seine ganze Radioaktivität wie ein Vulkan ausspeit? Selbst mehrere Reaktoren wie in Fukushima stellen kein Sicherheitsrisiko für die Bevölkerung dar. Auch an unseren Gutachtern sind diese Tatsachen sicherlich nicht ganz spurlos vorbeigegangen. Sie beschließen dieses Kapitel deshalb lieber etwas schwammig:

„Die Charakterisierung des Risikos mit einer bestimmbaren und niedrigen Eintrittswahrscheinlichkeit sowie einem bestimmbaren und großen Schadensausmaß ist daher nicht mehr zeitgemäß. Vielmehr sind weder die Eintrittswahrscheinlichkeiten noch die möglichen Schadenswirkungen genau bestimmbar. Das Kernenergierisiko ist außerdem gekennzeichnet durch hohe Persistenz, Ubiquität und Irreversibilität“.

Wieder ist die Quelle dieser Aussage der eigene Echoraum: Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU 1998). Aber der Bildungshorizont unserer Gutachter geht natürlich noch viel weiter — man Beachte auch die Quellenangaben in diesem wörtlichen Zitat:

„Das Prinzip der Nachhaltigkeit erfordert Priorität für die Vermeidung solcher Risiken. Wenn die Möglichkeit katastrophaler Auswirkungen existiert, stößt die wissenschaftliche Bewertung der Risiken und Kosten an Grenzen – formale Kosten-Nutzen-Rechnungen sind in einem solchen Fall keine adäquate Grundlage für Abwägungsentscheidungen (vgl. Paul Krugman im New York Times Magazin vom 7. April 2010). Stattdessen muss die Vermeidung von Großrisiken auch bei sehr geringen Eintrittswahrscheinlichkeiten als Nachhaltigkeitskriterium Vorrang haben (Tz. 27). Für die Stromerzeugung sind demnach Technologien vorzuziehen, die technisch realisierbar, wirtschaftlich vertretbar, aber mit deutlich geringeren Sicherheitsrisiken verbunden sind.“

Welche Technologien wohl damit gemeint sind? Etwa die wetterabhängigen Umweltenergien Wind und Sonne? Wo sind die technisch realisierten Speicher gebaut worden? Wie hoch die Kosten für diesen Unsinn sind, kann jeder selbst aus seiner eigenen Stromrechnung nachvollziehen.

Umwelt- und Gesundheitsbelastungen durch den Uranabbau

Allseits bekannt ist ja, daß Deutschland sich immer sehr um fremde Länder sorgt. Neuerdings wollen wir ja sogar Fluchtursachen beseitigen:

„Viele Uranabbaugebiete liegen in Entwicklungsländern und auf dem Gebiet indigener Völker. Die Einhaltung sozialer und Umweltstandards, etwa ein angemessener Schutz der Minenarbeiter, kann für importierte Uranbrennstoffe nur schwer kontrolliert werden.“

Die Generatoren der Windmühlen und die Photovoltaik benötigen große Mengen exotischer Materialien. Wie hoch war doch noch mal der Mindestlohn im Kongo? Wie sah noch mal der Umweltschutz bei der Gewinnung seltener Erden in China aus? Wo wird der Abfall aus der Produktion beseitigt? Auch Windmühlen und Sonnenkollektoren haben nur eine endliche Lebensdauer. Fragen über Fragen…

Verbrauch nicht-erneuerbarer Ressourcen

Man scheut aber auch in dieser Unterrichtung durch die Bundesregierung nicht vor dreisten und dummen Lügen zurück:

„Kernenergie kann aufgrund der Endlichkeit der Ressourcen für Kernbrennstoffe bestenfalls als Übergangstechnologie genutzt werden. Die gängigen Schätzungen gehen davon aus, dass die bekannten Uranreserven die weltweite Versorgung noch für einige Jahrzehnte sicherstellen können…. Insgesamt ist angesichts der begrenzten Uranvorkommen auch der Verbrauch dieser nicht-erneuerbaren Ressource ein Kriterium, das bei der Nachhaltigkeitsbewertung dieser Option berücksichtigt werden muss.“

Kernbrennstoffe werden aus Uran, Plutonium und Thorium hergestellt. Auf der Basis der heutigen weltweiten Energienachfrage ist Uran und Thorium in der Erdkruste und den Weltmeeren für mindestens Zehntausende von Jahren vorhanden. Bestenfalls liegt hier der ewige „Peak-Irrtum“ vor. Die gewinnbaren Rohstoffvorkommen hängen immer von den erzielbaren Preisen und der sich ständig weiter entwickelnden Technik ab. Wegen der außerordentlich hohen Energiefreisetzung bei der Kernspaltung ist die Grenze fast beliebig nach oben ausweitbar.

Abgesehen davon, gilt die Försterweisheit von der Nachhaltigkeit nur dann, wenn man auch tatsächlich den Wald erhalten will. Hätten unsere Vorfahren so gehandelt, müßten wir heute noch auf den Bäumen leben. Niemand kann aber die Zukunft vorhersagen. Deshalb ist das Schonen von Ressourcen bestenfalls anmaßend und zeugt von eindimensionalem Denken oder wie weiland ein Ölminister bemerkte: Die Steinzeit ist nicht aus Mangel an Steinen zu ihrem Ende gekommen.

Kosten

Der Schlußsatz des etwa dreiseitigen Kapitels zur Bewertung der Kernenergie lautet:

„Insgesamt besteht bei der Kernenergie große Unsicherheit hinsichtlich der Kostenentwicklung sowie eine große potenzielle Diskrepanz zwischen den gesellschaftlichen Kosten und den Kosten für die Betreiber. Dass die Kosten langfristig sinken werden, kann als unwahrscheinlich betrachtet werden.“

Kosten sind Kosten. Immer wenn von „externen Kosten“ oder „gesellschaftlichen Kosten“ die Rede ist, versuchen irgendwelche Vulgärmarxisten ein „Marktversagen“ zu konstruieren um ihre unpopulären gesellschaftlichen Vorstellungen durchzudrücken.

Abschließende Betrachtung

Es ist schon so eine Sache mit unserem Grundgesetz: Es wächst und wächst. Teilweise hat es einen bemerkenswerten Detaillierungsgrad erreicht. So hat sich sogar der Tierschutz mit einem eigenen Paragraphen eingeschlichen. Es war sicherlich einfach, für die „niedlichen Welpen“ eine erforderliche Mehrheit zu finden. Wer möchte schon in seinem Wahlkreis als Tierquäler verdächtigt werden. Die meisten Parlamentarier haben wahrscheinlich gar nicht gemerkt, daß es sich dabei um ein Trojanisches Pferd gehandelt hat. Denn viel bedeutender ist die erste Hälfte des Satzes über die Lebensgrundlagen. Der Duden sagt zur Bedeutung des Wortes: Materielle Grundlage, Voraussetzung des Lebens.

Das Gutachten spricht von „abiotischen Elementen wie Luft, Wasser, Böden und auch das Klima“. Was ist mit Flora und Fauna oder mit etwas eher ästhetischem wie Landschaft oder gar den Menschen und ihrem Naturrecht nach Glück zu streben? Das Gutachten geht noch weiter, man schwadroniert von der Lebensgrundlage kommender Generationen, von Generationengerechtigkeit und Risikovorsorge. Am besten gefällt mir die Generationengerechtigkeit als Staatsziel. Ich dachte bisher, die Parlamentarier hätten sich im Zusammenhang mit der Rentenfrage bereits daran abgearbeitet. Man verzeih mir als einfachem Ingenieur, daß ich mir wenig unter einer „generationengerechten Stromversorgung“ vorstellen kann.

Je länger ich mich mit diesem Machwerk beschäftigt habe, komme ich zu dem Schluß, daß es hier nur um die Durchsetzung einer ganz bestimmten — allenfalls laienhaften — Vorstellung über eine Energieversorgung geht. Wenn nicht sogar um schlimmeres. Vordergründig geht es um den „Atomausstieg“, längerfristig um die „große Transformation“. Wohin eigentlich genau: Bloß in Maos „Großen Sprung“ oder gleich in die steinzeitkommunistischen Utopien des „Bruder Nummer Eins“?

Wie soll Plutonium beseitigt werden?

Durch den Baustopp der Mischoxid-Anlage zur Vernichtung von überschüssigem „Waffenplutonium“ in den USA, ist dort wieder eine Grundsatzdebatte losgetreten worden. Nach den Zahlen des International Panel on Fissile Materials (IPFM) gibt es zur Zeit etwa 216 to „Waffenplutonium“ (in Kernwaffen verbaut und als Reserve) und etwa 271 to „ziviles Plutonium“ aus der Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen weltweit. Das Ganze ist also beileibe kein rein akademisches Problem.

Die Kernwaffen-Frage

Wenn man wirkliche Abrüstung will und nicht nur das Einlegen einer Pause, dann muß man nicht nur Trägersysteme und Kernwaffen verschrotten, sondern auch das „Bombenmaterial“ vernichten. Gerade dessen Herstellung — ob Plutonium oder höchst angereichertes Uran — ist der zeit- und kostenaufwendigste Teil bei einer „atomaren Aufrüstung“. Insofern war der Vertrag zwischen den USA und Rußland ihr Überschussplutonium zu vernichten, der einzig richtige Weg. Die Russen gehen nun den Weg — mit vollerZustimmung der USA — ihren Anteil an Überschüssen in ihren schnellen, natriumgekühlten Reaktoren als Brennstoff zu verwenden. Ganz so einfach und schnell geht das aber auch nicht. Selbst der größte „Brüter“ mit 800 MWel braucht überschlägig weniger als 5 to Plutonium für seine Erstbeladung. Es wird deshalb auch dort noch einige Jahre bis Jahrzehnte dauern, bis zumindest der Überschuß soweit „denaturiert“ ist, daß man ihn nie mehr zur Produktion von Kernwaffen einsetzen kann.

Die zivile Herkunft

Für die zivile Produktion von Plutonium aus abgebrannten Brennstäben gab es drei Beweggründe:

  1. Als Erstbeladung für schnelle Brüter
  2. Zur Streckung des Uranverbrauchs über MOX-Elemente
  3. Um das Volumen des „Atommülls“ zu verringern und die „Endlager-Anforderungen“ drastisch zu senken.

Brüter

Noch in den 1960er Jahren ging man von sehr begrenzten Vorräten an förderbarem Natururan aus. Man befürchtete eine baldige Preisexplosion. Gerade „Atomkraftgegner“ haben immer wieder dieses Argument für ihre Propaganda mißbraucht. In Wirklichkeit hängen die förderbaren Vorräte — wie beim Öl — immer vom Uranpreis selbst und von der technologischen Entwicklung ab. Nach heutigen Erfahrungen sind die Natururanvorräte nahezu unendlich. Sehr viel wichtiger ist das Verhältnis zwischen „Strompreis“ und „Brennstoffpreis“. Je 100 $US pro kg Natururan schlägt es mit 0,002 $US pro kWh (!) auf die Stromerzeugungskosten nieder. Wenn schon die Sonne keine Rechnung schickt, tut es die Uranader auch nicht.

Jedenfalls haben wir schon heute mit über 271 to Plutonium aus der Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente weltweit einen beachtlichen Vorrat für den Start in die Technologie mit schnellen Reaktoren. Wir könnten damit auf einen Schlag 30.000 MWel Schnelle-Brüter bauen.

MOX-Elemente

Die Verwendung von einer Mischung aus Uranoxid und Plutoniumoxid (MOX) in Leichtwasserreaktoren (LWR) kann nur eine Übergangslösung sein. Zwar kann man dadurch Natururan ersetzen, aber der Aufwand steht in keinem wirtschaftlichen Verhältnis zum Nutzen. Zur Verringerung der Plutonium Vorräte trägt es auch nur wenig bei, da in einem LWR etwa für 10 Kerne die gespalten werden, gleichzeitig 6 neue Plutoniumkerne gebildet werden.

Außerdem verschlechtert sich die Isotopenzusammensetzung: Es bilden sich immer mehr Minore Aktinoide, was sowohl die Verarbeitung erschwert, als auch den „Restmüll“ aus der Wiederaufbereitung immer langlebiger macht.

Schon bei der Herstellung von MOX-Brennstäben bleiben etwa 10 bis 15% nach der erforderlichen Reinigung des Eingangsmaterials übrig. Diese gehen meist direkt in den Abfallstrom zur Endlagerung. Es lohnt einfach nicht, aus diesem Abfall noch das Rest-Plutonium zu extrahieren.

Hier sieht man auch den Vorteil metallischen Brennstoffs als Uran-Plutonium-Zirconium-Legierung, wie sie z. B. in PRISM-Reaktoren verwendet werden soll: In ihr kann aller „Dreck“ mit verarbeitet werden und erneut dem Reaktor zur Behandlung zugeführt werden.

Wiederaufbereitung

Abgebrannte Brennelemente enthalten immer noch rund 95% Uran und etwa 1% Plutonium. Anders herum, sind im Sinne der Energieerzeugung nur etwa 4% Abfall. Dies ist die Asche der Kernenergie, die sicher deponiert werden muß. Durch das Recycling ergibt sich eine erhebliche Reduzierung des Abfalls. Man vergleiche dies einmal mit z. B. Altpapier oder gar Plastik.

Eine Wiederaufbereitung ist ein rein chemischer Prozeß. Es wird — anders als im Reaktor — keine Radioaktivität erzeugt, sondern schlimmstenfalls bereits vorhandene radioaktive Stoffe verschleppt. Dies kann aber durch Dekontamination wieder beseitigt werden. Wenn man früher alle Rohre, Schutzkleidung, Werkzeuge, Chemikalien etc. einfach weggeworfen hat, geschah dies aus Kostengründen.

„Atomkraftgegner“ versuchen diese Tatsachen immer noch zu leugnen. Ist doch die „angeblich ungelöste Atommüll-Frage“ ziemlich das letzte Argument, was ihnen gegen die friedliche Nutzung der Kernenergie geblieben ist. Wird dieser Schwindel auch in breiten Bevölkerungskreisen erkannt, ist es aus mit der Angstindustrie. Sie braucht dann dringend neue Phantome um ihre Einnahmen zu sichern.

Nachhaltigkeitsproblematik

In der Szene der „Atomkraftgegner“ ist das Neusprechwort „Nachhaltigkeit“ eine Grundvokabel der Propaganda. Zwar ist diese Försterweisheit [Wenn du mehr Bäume abholzt, als gerade nachwachsen, ist der Wald irgendwann futsch. Nur, gäbe es heute gar kein Deutschland, wenn die alten Germanen schon dem statischen Denken der Melonen-Partei verfallen gewesen wären] schon immer fragwürdig gewesen, hört sich aber gut an.

Wenn man 1 gr Plutonium spaltet, ist es nicht nur unwiederbringlich weg, sondern hat auch noch etwa 22800 kWh Energie geliefert. Wenn man also 70 to überflüssig gewordenes „Waffen-Plutonium“ in Kernreaktoren spaltet, entspricht das dem Energiegehalt von 210 Millionen to Kohle oder 910 Millionen barrel Öl. Damit ließen sich rund 630 TWh elektrische Energie erzeugen (mehr als ein Jahresverbrauch von Deutschland). Eine hübsche Friedensdividende, wenn nicht die verdammte „Grüne Ideologie“ davor stehen würde.

Geht nun Gefahr von Plutonium aus oder doch nicht?

Was „Waffen-Plutonium“ betrifft, ist die Frage eindeutig zu beantworten: Die Sicherheit — im Sinne von Diebstahl etc. — ist zwingend einzuhalten. Es ist ähnlich, wie mit Sprengstoffen: Sie sind an und für sich harmlos — wenn man damit nicht Menschen in die Luft sprengen könnte.

Wie verhält es sich aber mit Plutonium an sich? An den Lagerfeuern von Gorleben erzählt man sich die schaurigsten Geschichten von „wenigen Gramm, die die ganze Menschheit töten können“. Dies ist absoluter Blödsinn! Reines Plutonium ist ein α-Strahler, man kann es deshalb gefahrlos in die Hand nehmen. Dies geschah und geschieht in zahlreichen Labors und in der Waffenproduktion täglich. Schäden sind nicht bekannt. Solange man es nicht als Feinstaub einatmet oder mit der Nahrung zu sich nimmt, passiert rein gar nichts. Selbst bei einer Aufnahme in den Körper, spielt die chemische Verbindung eine große Rolle, in der es vorliegt. Seine (chemische) Wirkung als ein Schwermetall übertrifft meist sogar seine Strahlungswirkung.

Damit ergibt sich für „Atomkraftgegner“ ein schwierig zu lösendes Dilemma: Ist Plutonium ganz, ganz gefährlich, müßte man es zwingend aus der Welt schaffen. Dummerweise erzeugt aber Kernspaltung große Mengen an Energie. Ist es aber nicht so gefährlich, könnte man es problemlos lagern. Die „weltweit ungelöste Endlagerfrage“ — das zentrale Argument der Angstindustrie in Deutschland — platzt wie eine Seifenblase. Es bleibt daher nur der erprobte und erfolgreiche Weg, die Kosten in die Höhe zu treiben, um anschließend sagen zu können, die friedliche Nutzung der Kernenergie sei leider total unwirtschaftlich. Eigentlich ganz leicht zu durchschauen.

WIPP, das Gorleben der USA

In den USA gibt es überall große Mengen von „Atommüll“ aus den staatlichen Forschungslabors und der Kernwaffenproduktion. Manchmal sind ganze Landstriche noch Sperrgebiet. Es stand außer Frage, daß diese Gebiete nach und nach saniert werden müssen. Aber wohin mit dem Abfall? Ein Endlager mußte her, wollte man das Problem nicht den nachfolgenden Generationen aufbürden. Es entstand das Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) in Carlsbad, New Mexico. Ein Endlager, in dem der gesamte hochaktive Müll aus Forschung und (militärischer) Wiederaufbereitung verschwinden soll. Ausdrücklich auch Plutonium. Dies ist nicht ganz unwichtig, denn wir haben es damit mit wesentlich langlebigerem „Atommüll“ zu tun, als dem aus z. B. der französischen Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen. Auch dies wird in Deutschland gern verschwiegen. Ist doch hier aus ideologischen Gründen der „Ausstieg aus der Atomenergie“ gefordert. Diesem Diktat haben sich selbstverständlich Sicherheit und Kosten unter zu ordnen. Die Stützung einer kleinen Partei — als potentiellem Koalitionspartner zum Erhalt des Machtgefüges — hat absoluten Vorrang.

Die Ironie an der Geschichte ist, daß das WIPP ein Abbild des Endlagers in Gorleben ist. Man hat es in einem Salzstock in 655 m Tiefe als Kavernenfeld von 1,6 x 1,4 km angelegt. Es werden dort Kammern bergmännisch aus dem Salz aufgefahren, in denen die „Müllbehälter“ gestapelt werden. Wichtig ist, es handelt sich hier nicht um ein altes Salzbergwerk wie bei den Schachtanlagen Asse und Morsleben, sondern eine ausschließlich für die Endlagerung geplante und neu gebaute Anlage. Es ist aber auch kein Zufall, daß man einst in USA und Deutschland einen Salzstock als das ideale Wirtsgestein für ein Endlager angesehen hat. Salz ist plastisch und umschließt langfristig „selbstabdichtend“ den Atommüll. Außerdem ist es ein Rohstoff, der im Überfluß vorhanden ist, was eine etwaige spätere Nutzung ausschließt. Die Baukosten betrugen in den 1980er Jahren rund 700 Millionen $US. Ein geradezu lächerlicher Betrag, wenn man ihn mit der „Geldvernichtungsmaschine“ Gorleben vergleicht.

In Deutschland fängt man gerade an, „ergebnisoffen“ einen neuen Standort zu suchen: Alles außer Gorleben, den Wallfahrtsort der Öko-Sozialistischen Bewegung. Wie putzig dieses neue Suchverfahren abläuft, sieht man schon an dem geforderten „strikten Bohrverbot“ für Gebiete, die von der „Endlagerkommission“ für potentiell würdig erachtet werden. Fährt man auf der kilometerlangen Zufahrtsstraße zum WIPP, hat man tunlichst auf zwei Dinge zu achten: Die halbwilden Rinder, die links und rechts grasen und die LKW und Tanklaster, die in unendlichem Strom zu den Bohrstellen rasen. Der Salzstock liegt mitten in einem Ölfördergebiet — was für Geologen nicht weiter verwunderlich ist. In Sichtweite rund um das WIPP sieht man zahlreiche Bohrtürme. Kein Mensch stört sich daran. Auch nicht die Rancher, deren überlebenswichtige Wasservorräte (Wüstengebiet) durchbohrt oder mit Atommüll unterfüttert werden.

Ausblick

Die letzte Folge dieser kleinen Serie wird sich mit den verschiedenen „Immobilisierungen“ für Plutonium beschäftigen.

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.

TRISO

Tri-Isotropic (TRISO) Brennstoff wird immer im Zusammenhang mit Hochtemperaturreaktoren (HTR) erwähnt. Oft mit schönen Bildern. Es lohnt sich, sich etwas näher damit zu beschäftigen.

Geschichte

Seit etwa 1957 wurde der Gedanke propagiert, sehr kleine Brennstoffpartikel mit geeigneten Mitteln zu ummanteln und als „Mini-Brennelemente“ einzusetzen. Im Vordergrund stand dabei der Gedanke, unterschiedlichste Brennstoffkombinationen zu verwenden: Hoch angereichertes Uran (HEU), schwach angereichertes Uran (LEU), Uran mit Thorium (U, Th), Uran mit Plutonium (U, Pu) und Plutonium (Pu). Es wurden umfangreiche Testreihen in aller Welt durchgeführt. Im Prinzip geht tatsächlich alles. Es gibt aber unterschiedlich Vor- und Nachteile.

So hat man z. B. in Deutschland auf Thorium als Brennstoff gesetzt. Man wollte damit eine zweite Schiene von Brutreaktoren schaffen, die die – wie man damals glaubte – geringen Uranvorräte strecken sollte. Diese Entwicklungsrichtung mündete in den Thorium-Hochtemperaturreaktor (THTR) in Hamm-Uentrop als Demonstrationskraftwerk. Diese Schiene kann man heute nur als Sackgasse bezeichnen. Jedenfalls so lange, wie die heutigen Regeln zur Nichtverbreitung von Kernwaffen bestehen bleiben. Man benötigte dafür nämlich auf 93% hoch angereichertes Uran. Heute lagern aus dieser Demonstration noch etwa 900 kg dieses Materials in der Form von schwach abgebrannten Brennelementen in Deutschland. Ein Thema, über das nicht gern öffentlich geredet wird: Die Grünen klammern sich an jedes Gramm, um ihren Gründungsmythos von der ungeklärten Entsorgungsfrage aufrecht erhalten zu können. Eigentlich müßte das Zeug längst in die USA verbracht sein. Es ist geradezu peinlich, wenn man vergleicht, welchen Aufwand die USA und sogar Rußland betreiben, um wenige Kilogramm aus Forschungsreaktoren weltweit wieder einzusammeln und zurück zu führen. In Deutschland steht das Zeug in mäßig bewachten Zwischenlagern rum. Eine tolle Ausgangsposition für Verhandlungen mit Iran, Nord Korea etc. Manchmal stellt man sich schon die Frage, ob das alles nur mit der Bildungsresistenz deutscher Politiker und ihrer ausgesuchten „Atomexperten“ erklärbar ist.

Aus diesen kleinsten Mini-Brennelementen kann man anschließend technische Brennelemente formen. Dafür haben sich zwei Wege heraus kristallisiert: Etwa tennisballgroße Kugeln oder sechseckige „Bausteine“ aus denen man einen Kern aufbauen kann. Die erste Variante ist besonders einfach zu produzieren und ermöglicht einen Reaktor, den man kontinuierlich beladen kann. Frische Kugeln werden oben eingebracht und gleichzeitig unten gebrauchte Kugeln ausgeschleust. Der eher konventionelle Aufbau aus Brennelementen ist dafür flexibler und auch für große Reaktoren geeignet. Letztendlich beruhen aber beide Prinzipien auf den sandartigen Mini-Brennelementen.

In Deutschland wurde zur Herstellung dieser Mini-Brennelemente das sogenannte Sol-Gel-Verfahren entwickelt. Später entwickelte die deutsche Firma NUKEM ein Verfahren für die freie Erstarrung solcher Kügelchen. Dieses Verfahren wurde von den Chinesen übernommen. Wiederum ein krasses Beispiel für den Ausverkauf deutscher Hochtechnologie. Einzig allein aus ideologischer Verblendung.

Herstellung der Kerne

Uranpulver (U3 O8) wird in Salpetersäure (HNO3) aufgelöst. Es bildet sich eine Uranylnitrat Lösung die noch mit Salmiak neutralisiert werden muß. Ihr werden diverse Alkohole zugesetzt um die Zähigkeit und Oberflächenspannung optimal einzustellen.

Diese eingestellte Lösung wird nun aus Glasröhren vertropft. Um die Tröpfchenbildung zu unterstützen, werden diese Röhrchen in Schwingungen versetzt. Aus jedem Röhrchen tropfen etwa 100 Tröpfchen pro Sekunde. Im freien Fall bilden sich daraus kreisrunde Kügelchen von definiertem Durchmesser. Noch sind es unbeständige Flüssigkeitstropfen. Diese fallen deshalb anschließend durch eine Ammoniak Atmosphäre (NH3), welche mit dem Uranylnitrat chemisch reagiert. Es bildet sich um die Kügelchen eine stabile Haut, die ausreicht, damit sie in dem anschließenden Bad ihre kreisrunde Form behalten. Es haben sich – noch weiche und empfindliche – Kugeln von knapp zwei Millimetern Durchmesser gebildet.

Diese Kugeln werden mit Dampf in rotierenden Trommeln behandelt. Dadurch wachsen in dem Gel Kristalle und sie werden fest. Anschließend werden diese Kugeln in mehreren Schritten mit Wasser und verschiedenen Chemikalien gründlich gewaschen. Dies ist wichtig, damit in den weiteren Verfahrensschritten kein Uran in die Kohlenstoffschichten verschleppt wird. Unter ständiger Rotation werden die Urankügelchen im Vakuum getrocknet. Die Kugeln schrumpfen dadurch auf etwa einen Millimeter Durchmesser. Im nächsten Schritt werden die Kügelchen bei 430 °C kalziniert. Durch diese hohe Temperatur zerlegen sich die organischen Bestandteile und werden ausgetrieben. Es bleiben Kügelchen aus UO3 mit einem Durchmesser von nur noch einem Dreiviertel-Millimeter zurück. Damit sich das UO3 zu UO2reduziert, werden sie in einem weiteren Schritt in einer Wasserstoff-Atmosphäre bei rund 600 °C geröstet. Im letzten Verfahrensschritt werden diese Kügelchen bei 1600 °C gebacken, um eine optimale Dichte und Festigkeit zu erlangen. Das Endprodukt sind Kügelchen mit knapp einem Halben-Millimeter Durchmesser. Sie werden noch fein gesiebt (zu klein = zu wenig Brennstoff und zu groß = zu viel Brennstoff) und die unrunden Partikel aussortiert.

Die Ummantelung

Ganz entscheidend beim TRISO-Konzept ist die Ummantelung der Brennstoffkerne. Sie muß gleichermaßen mehrere Funktionen erfüllen:

  • Mechanischer und chemischer Schutz der Brennstoffkerne vor Einwirkungen von außen. Die Ummantelung ist so stabil, daß sie einerseits für die direkte Endlagerung geeignet ist, andererseits aber eine Wiederaufbereitung erschwert.
  • Zurückhaltung von Spaltprodukten und Brennstoff, damit das Kühlmittel Helium möglichst sauber bleibt.
  • Volumenausgleich. Bei der Kernspaltung entsteht praktisch das gesamte Periodensystem – diese Stoffe können untereinander und mit dem freigewordenen überschüssigen Sauerstoff reagieren. Es ergeben sich auf jeden Fall neue chemische Verbindungen mit unterschiedlichen Dichten. Etwaige Ausdehnungen müssen durch die Ummantelung abgepuffert werden, um ein Aufsprengen der Brennelementen zu vermeiden.

Es werden insgesamt vier Schichten aufgetragen:

  1. Als innerste Schicht (≈ 95 µm), eine Schicht aus porösem Kohlenstoff. Sie soll wie ein Schwamm aus dem Kern austretende Spaltprodukte (z.B. die Edelgase) aufnehmen und auf Volumenänderungen ausgleichend wirken.
  2. Als zweite Schicht (≈ 40 µm), ebenfalls eine Kohlenstoffschicht, aber diesmal von hoher Dichte.
  3. Als dritte Schicht (≈ 35 µm), eine Schicht aus chemisch sehr widerstandsfähigem Siliciumcarbid. Sie hält fast alle Spaltprodukte auch unter extremen Bedingungen (Störfall) nahezu vollständig zurück.
  4. Als äußere Schicht (≈ 40 µm), wird noch eine weitere Schicht aus besonders dichtem Kohlenstoff aufgebracht.

Die Schichten werden aus der Gasphase abgeschieden. Für die porösen Schichten wird Azetylen (C2 H2) und für die dichten Schichten zusätzlich Propylen (C3 H6) verwendet. Zur Erzeugung der Schicht aus Siliciumcarbid wird Methylchlorsilane (CH3 SiCl5) verwendet.

Die Bildung der Schichten erfolgt in einem zylindrischen Reaktor, in dem die Brennstoffkügelchen geschüttet werden und anschließend von unten die Reaktionsgase eingeblasen werden. Dabei werden die Gase in eine so hohe Strömungsgeschwindigkeit versetzt, daß die Kügelchen gerade schweben (Wirbelschicht). Über die Steuerung der Temperatur (1200 bis 1500 °C) wird die Zersetzung der Gase und die Abscheidung auf den Kügelchen gesteuert.

Die Brennelemente

Es wird ein Pulver aus 64% Naturgraphit, 16% Elektrographit und 20% Phenolharz hergestellt. Mit diesem Pulver werden die ummantelten Kerne in einer rotierenden Trommel etwa 200 µm überzogen und bei 80 °C getrocknet. Diese Grünlinge dürfen einen Durchmesser von 1,1 bis 1,5 mm haben. Sie werden bei Raumtemperatur mit einem Druck von 50 bar in Silikonformen zu den brennstoffhaltigen Kernen der Brennelemente gepreßt. Eine zweite Form wird mit Reaktorgraphit ausgekleidet, die grünen Kerne eingelegt und mit einem Druck von 3000 bar zusammengepreßt. Dies ergibt die charakteristischen Kugeln für einen Kugelhaufenreaktor.

Damit sich das Phenolharz in Graphit zersetzt, werden die Kugeln in einer Argonatmosphäre auf 800 °C erhitzt. Zur Härtung werden sie anschließend noch in einem Vakuum bei fast 2000 °C geglüht. Wenn sie alle Qualitätstest bestanden haben, sind sie nun für den Einsatz im Reaktor fertig.

Qualitätskontrolle

Die Verfahrensschritte sind nicht geheimnisvoll. Das eigentliche Wissen liegt in der erforderlichen Qualitätskontrolle. Alle Verfahren müssen bei jedem Zwischenschritt zerstörungsfrei erfolgen. Wird bei einem Fertigungsschritt ein Fehler gemacht, ist das gesamte Fertigprodukt Ausschuss. Es muß also sehr sorgfältig geprüft werden. Hinzu kommt die astronomische Anzahl von Brennstoffkernchen. Es mußten deshalb ganz neue statistische Verfahren entwickelt werden.

Mögliche Fehler im Betrieb

Die Brennelemente sollen im Idealfall alle Spaltprodukte vollständig zurückhalten. Gelangt keine Radioaktivität in das Kühlmittel Helium, kann auch keine Radioaktivität aus dem Kraftwerk austreten. Es lohnt sich also, mögliche Schäden etwas näher zu betrachten. Ganz, lassen sich Schäden in der Technik nie verhindern. Es ist vielmehr entscheidend, wieviel Radioaktivität – auch bei einem schwersten Störfall – das Kraftwerksgelände verlassen kann.

  • Überdruck in den Kernen. Es entstehen gasförmige Spaltprodukte, insbesondere Edelgase. Hinzu kommt ein Sauerstoffüberschuss durch die Kernspaltung, da nicht jedes Sauerstoffatom der chemischen Verbindung UOeinen neuen Partner findet. Es bildet sich Kohlenmonoxid aus der Ummantelung. Diese Gase sollen in der ersten, porösen Schicht zurückgehalten werden. Werden die Qualitätsrichtlinien eingehalten, ergibt sich daraus kein ernsthaftes Problem.
  • Durch die Neutronenstrahlung schrumpft und dehnt sich der Kohlenstoff der Ummantelungen aus. Durch diese Spannungen können Risse auftreten. In Deutschland konnte diese Fehlerquelle fast vollständig ausgeschaltet werden.
  • Durch die Temperaturunterschiede zwischen dem Kern und der Oberfläche können Teile des Kerns in die Umhüllung wandern. Auch dieses Problem kann durch eine konsequente Qualitätskontrolle klein gehalten werden.
  • Edelmetalle greifen die Siliciumcarbid-Schicht chemisch an. Insbesondere Silber kann diese Schichten passieren und bildet unerwünschte Ablagerungen im Reaktor. Generell gilt, daß in die Ummantelung gewanderte Spaltprodukte bei der erhöhten Temperatur eines Störfalls zu unerwarteten Freisetzungen führen können.

Zusammenfasend kann man feststellen, daß hochwertig produzierte Brennelemente der beste Schutz gegen Freisetzungen bei einem Störfall sind. Hinzu kommt eine (aufwendige) Überprüfung jeder ausgeschleusten Kugel auf Schäden und den erfolgten Abbrand. Je weniger Kugeln „am Limit“ sich im Reaktor befinden, je größer sind die Sicherheitsreserven für einen Störfall. Dies war eine Erkenntnis des Versuchsreaktors AVR in Jülich, der als Forschungsreaktor natürlich seine Grenzen erkunden mußte.

Brennstoffkreisläufe

Durch die sehr guten neutronenphysikalischen Eigenschaften und die extreme Temperaturbeständigkeit von Kohlenstoff ist das TRISO-Konzept sehr flexibel. Es ist gering angereichertes Uran verwendbar, aber auch Mischoxide oder sogar reines Plutonium, sowie Kreisläufe auf der Basis von Thorium.

Favorit ist derzeit die Verwendung von leicht angereichertem Uran. Allerdings muß die Anreicherung deutlich höher als bei Leichtwasserreaktoren sein. Ursache ist beim TRISO-Brennstoff die räumliche Verteilung, durch die eine Selbstabschirmung eintritt.

Gemische aus Plutonium und Uran können auch verwendet werden. Diese können als Karbide oder Nitrite eingesetzt werden. Favorit dürfte wegen der Erfahrungen in Leichtwasserreaktoren Mischoxide (MOX) sein.

Es wurden sogar reine Plutonium-Brennstoffe untersucht. Dies geschah aus dem Gedanken, insbesondere Plutonium aus einer Abrüstung zu verbrennen. Vielen Kritikern machen die weltweit ständig steigenden Plutoniumvorräte sorgen. Allerdings ist bis zu einem Prototyp noch sehr viel Forschung und Entwicklung nötig.

Das aus Thorium gebildete U-233 ist mit Abstand das beste Spaltmaterial für thermische Reaktoren. Aus diesem Grunde wurde in USA und Deutschland schon sehr früh das Thorium-Brutreaktor-Konzept favorisiert. Allerdings dürfte die Verwendung von hoch angereichertem Uran heute nicht mehr praktikabel sein. Für eine mittlere Anreicherung bzw. Verwendung von Plutonium als Ersatz, ist noch sehr viel Forschung nötig.

Entsorgung

Ein TRISO-Brennelement besteht aus 94% Graphit. Einerseits ist das für eine (auch sehr lange) Zwischenlagerung eine sehr gute Verpackung, andererseits muß man gewaltige Volumen lagern. Es empfiehlt sich daher eine Wiederaufbereitung um das Volumen zur Endlagerung klein zu halten. Leider gilt aber: Je (mechanisch und chemisch) stabiler ein Brennelement ist, je geringer ist (auch) im Störfall die Freisetzung von Spaltprodukten. Allerdings ist es dann auch um so aufwendiger an diese Spaltprodukte und Wertstoffe heranzukommen. Bei noch nicht bestrahlten Brennelementen ist das Stand der Technik. Der Ausschuss jeder Produktionsstufe wird wieder in die Ursprungsprodukte zerlegt und wiederverwendet.

Im Betrieb wird radioaktives C14 gebildet. Dieser Kohlenstoff bleibt in der Matrix gelöst. Insbesondere bei Feuchtigkeit kann dieses C14 in der Form von CO2 Gas austreten. Ähnliches gilt für radioaktives Tritium H3. Die auftretenden Mengen sind so gering, daß sie bei einer Wiederaufbereitung nach entsprechender Verdünnung in die Umwelt abgegeben werden könnten. Beide Stoffe kommen ohnehin in der Natur vor.

Die Mengen sind nicht sonderlich hoch. Bei einem Hochtemperaturreaktor dürften in seinem Leben von 60 Jahren rund 5000 bis 10000 to abgebrannter Brennelemente anfallen. Diese entwickeln nach etwa drei Jahren etwa 100 W Wärme pro Lagerkanne. Dieser Wert halbiert sich noch einmal nach 50 Jahren. Eine Lagerung ist also kein Problem.

Hat man erstmal die Kerne „zerstört“ – gemeint ist damit, die Kohlenstoffschichten mechanisch und/oder chemisch entfernt – ist die Wiederaufbereitung in leicht modifizierten PUREX-Anlagen möglich.

Das nationale Begleitgremium stellt sich vor

Am Samstag fand im „Tagungswerk Jerusalemkirche in Berlin“ eine Veranstaltung zum „Standortauswahlgesetz“ statt.

Was verbirgt sich dahinter?

Wer bisher noch nicht von dieser Institution gehört hat, sollte vielleicht mal deren Internetauftritt besuchen. Mal ehrlich, wer hat überhaupt von dieser Tagung gewußt oder gar eine Einladung erhalten? Dafür war Funk, Fernsehen und Presse reichlich vertreten. Ist ja bald wieder Wahlkampf. Erstaunlich oder eher erschreckend ist auch hier wieder, das neue deutsche Blockparteiensystem. Alle Parteien vereint – unter Führung der Grünen – im Kampf gegen das „Teufelszeug“ und den zahlenden Bürger. Ein Lehrstück über gelenkte Demokratie. Man bestimmt ein Gremium aus gleichgesinnten Laien und nennt das „Bürgerbeteiligung“. Sachverstand ist ausdrücklich nicht gewünscht, er stört nur die Politik bei ihrer „großen Transformation“.

Was soll das Standortauswahlgesetz bewirken?

Zumindest eine Partei sieht ihre Wurzeln und ihre Kernkompetenz im „Kampf gegen das Atom“. Zieht man dieses Thema ab, verbleibt nur noch ein bischen (austauschbarer) Sozialismus. Die Transsexualität und die vegetarische Zwangsernährung hat sich bereits in den letzten Wahlkämpfen nicht als der Wahlkampfschlager erwiesen. Also zurück zum Geschäft mit der Angst. Nur ist auch das nicht mehr so einfach zu betreiben wie früher. Durch den „Atomausstieg“ und die „Energiewende“ ist „Atomkraft-Nein-Danke“ auch für wohlwollende Linke nicht mehr so der Aufreger. Also schnell vor der Bundestagswahl noch ein paar Kohlen für die eigene Klientel aufgelegt, indem man ein „Standortauswahlgesetz“ im Schweinsgalopp durch die Parlamente treibt. Da alle etablierten Parteien auf den potentiellen Koalitionspartner zum eigenen Machterhalt oder Machterwerb angewiesen scheinen, mit voller Unterstützung der anderen Parteien. Es gibt im Bundestag offensichtlich keine Opposition – und was weit folgenschwerer ist – keinen Sachverstand mehr.

Nachdem wir bereits Milliarden in die Erkundung der Standorte Gorleben und Schacht Konrad investiert haben, soll jetzt noch einmal alles von Neuem gestartet werden. Wohl gemerkt, nicht weil sich diese Standorte als gänzlich ungeeignet erwiesen haben, sondern um die gesamte Republik wieder mit „einem Kampf gegen das Atom“ zu überziehen. Wir gönnen uns ja sonst nichts. In diesem Punkt schweigen sogar die Politiker, die sonst ständig von „Kinderarmut“, drohender „Altersarmut“ etc. reden.

Was ist das eigentliche Problem?

Wir verfügen an zahlreichen Standorten über unterschiedlichste Stoffe, die ionisierende Strahlung aussenden. Sie stammen aus unterschiedlichsten Quellen: Energieerzeugung, Forschung, Medizin, Produktion und Bergbau (Öl, Gas, Kohle usw.). Damit muß verantwortungsvoll umgegangen werden. Das ist die eigentliche politische Frage, die in den Parlamenten diskutiert und beschlossen werden muß:

  • Was ist Wertstoff und was ist Abfall?
  • Was wird als gefährlich angesehen? Dies betrifft nicht nur die Radioaktivität, sondern auch den chemischen Zustand.
  • Wie hoch sollen die Grenzwerte sein?
  • Sollen die Stoffe „vernichtet“ werden und damit dauerhaft aus der Welt geschafft werden oder sollen sie „sicher gelagert“ werden?
  • Was ist eine als sicher angesehene Lagerung: Technische Barrieren oder geologische Barrieren oder eine Mischform?

Erst wenn über diese Fragen Einigung erzielt worden ist, kann sachlich fundiert über Standorte entschieden werden. Dieser Prozeß muß in einer Demokratie über die Parlamente geschehen. Die Politiker – da grundsätzlich Laien – haben vorher den Sachverstand der Wissenschaft zu konsultieren. Die Entscheidung jedoch, kann ihnen keiner abnehmen.

Ganz nebenbei, die „Endlagerfindung“ ist mitnichten die endgültige Lösung. Auch bei einem kompletten Ausstieg aus der Kernenergie und Forschung wird weiterhin mit radioaktiven Stoffen in Medizin und Fertigung umgegangen werden. Radioaktiver Abfall wird weiterhin entstehen.

Die moralische Überhöhung

„Atommüll“ sei Teufelszeug, für das die heutige Generation die Verantwortung tragen müßte, da sie auch den Nutzen davon gehabt hätte. Abgesehen davon, daß dies eine eigenartige Auffassung von der Entwicklung der Menschheit ist, ist diese Aussage auch in höchstem Maße zynisch. Diese Denkweise gipfelt in der Forderung eines generellen Exportverbotes für radioaktive Stoffe. Man will die abgebrannten Brennelemente unwiederbringlich verbuddeln. Deutschland will aus der Kernenergie aussteigen, gut, das ist sein Recht. Aber woher nimmt dieses grün-alternative Milieu eigentlich das Recht, dem Rest der Welt seine Sichtweise aufzuzwingen? Für den überwiegenden Teil der Menschheit sind Brennelemente kein Müll, sondern Rohstoff für die Energiegewinnung. Das Recycling ist erprobte Praxis. Wo bleibt da eigentlich die „Nachhaltigkeit“, die sonst immer, wie eine Monstranz vor sich her getragen wird. Allein China baut alle drei Monate einen neuen Kernreaktor. Der Uranbedarf wird entsprechend steigen. Die Urangewinnung erfordert viele menschliche und materielle Ressourcen, aber wir maßen uns an, Wertstoffe durch vergraben dem Weltmarkt zu entziehen. Am Deutschen Wesen, wird die Welt genesen.

Wie in sich unlogisch die Argumentation ist, zeigt sich daran, daß ein grüner Umweltminister sogar fordert, man müsse für die Endlagerung auch ausdrücklich das tail-end (abgereicherter Teilstrom bei der Urananreicherung) aus deutschen Urananreicherungsanlagen einbeziehen. Was bitte, strahlt denn mehr: Uran-235 oder Uran-238? Das abgereicherte Uran strahlt daher weniger als Natururan. Bisher ist es ein frei handelbares Wirtschaftsgut. Wenn wir die Grenzwerte so tief nach unten schrauben, sollten wir schleunigst Zwischenlager für Kohlenasche (aus der wird gerne Zement und Pflastersteine gemacht), Rückstände aus der heimischen Öl- und Gasförderung usw. anlegen. Außerdem müßten wir schleunigst alle Panzer, panzerbrechende Munition und Ausgleichsgewichte in diversen Flugzeugen mit Aufklebern zur Warnung vor Radioaktivität versehen und das Personal mit Dosimetern ausrüsten. Schöne Grüße aus Absurdistan.

Der Müll geht aus

Der bisherige Gesetzentwurf lautet im Untertitel …ein Endlager für Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle…. Wahrscheinlich der kleinste gemeinsame Nenner zwischen den Parteien. Durchaus sinnvoll, denn es gibt ja bereits den Standort Konrad für mittelaktiven Abfall. Wenn man nun aber alle Kernkraftwerke abgeschaltet hat, kommt kein neuer (hochaktiver) Müll mehr hinzu. Der bereits zwischengelagerte Abfall aus der Wiederaufbereitung ist schon recht alt. Bis ein Endlager betriebsbereit ist und die erste Einlagerung möglich wird, werden mindestens noch weitere 50 Jahre vergehen. Je länger der Abfall lagert, um so mehr radioaktive Stoffe sind zerfallen. Es bleiben nur die langlebigen über, die aber gerade wegen ihrer Langlebigkeit wenig Wärmeleistung produzieren. Deshalb ist es z.B. kein Problem, eine Oberflächentemperatur von 90°C (z. B. französische Vorschrift für deren Endlager) bei den Gebinden einzuhalten. Der deutsche Gesetzentwurf schweigt sich bisher dazu aus, was durchaus sinnvoll ist, da ja noch keine konkreten geologischen Verhältnisse vorliegen sollen (Entscheidungsfreiheit).

Damit die „Atommüll-Story“ weiter am Laufen gehalten werden kann, muß man virtuellen Müll erschaffen. Man redet gewaltige Mengen aus der Asse herbei, die angeblich wieder vollständig ausgebaggert werden muß. Hinzu kommen die Mengen an leicht radioaktiven Abfällen aus den Kernkraftwerken und dem Abbruch der kerntechnischen Anlagen. Es wird dabei tunlichst verschwiegen, daß das Volumen von radioaktivem Müll vollkommen beliebig ist. Man kann durch Nachbehandlung (Dekontaminierung, Verbrennung etc.) und Sortierung das Volumen beliebig verringern. Alles nur eine Frage der Kosten. Die jetzt aufgeworfene Forderung der grünen Problemerschaffungs-Partei, auch dieser Müll müßte in dem geologischen Tiefenlager eingelagert werden, setzt dem Ganzen die Krone auf. Müll, der weltweit auf normalen oberirdischen Sondermülldeponien gelagert wird. Dies nur um den Popanz eines nicht vorhandenen Endlagers aufrecht erhalten zu können. Dieses muß natürlich möglichst groß sein, um den Widerstand in der Region anfachen zu können und gleichzeitig möglichst teuer, um das Märchen von der viel zu teuren Kernenergie erfüllen zu können. Als Nebenprodukt kann man noch ein Endlager erschaffen, das sicherheitstechnisch deutlich hinter internationalen Standards zurückbleibt. Nach dem Murks der Energiewende, noch ein Murks mit radioaktiven Stoffen.

Das erschaffene Endlagerproblem

Das größte Bubenstück der Grünen war jedoch das Verbot einer Wiederaufbereitung, das jetzt noch einmal durch das Exportverbot für Kernbrennstoffe verschärft werden soll. Man muß es immer wieder betonen, der verglaste Abfall aus der Wiederaufbereitung in Frankreich und England ist nach maximal 100 000 Jahren auf das Niveau von Natururan abgeklungen. Man kann ihn bereits nach wenigen hundert Jahren in die Hand nehmen, wenn man keine Strahlenphobie hat. Genau das, war der sicherheitstechnische Sinn der Wiederaufbereitung: Verkleinere drastisch das Volumen und entschärfe den Abfall durch die Entfernung des Plutoniums.

Durch die jetzt geplante Endlagerung der unbehandelten Brennstäbe hat man wegen des hohen Plutoniumgehaltes einen wesentlich problematischeren Abfall erschaffen. Man kann nicht einfach die Castoren verbuddeln, sondern die Brennelemente müssen aufwendig neu verpackt werden. Verfahren hierfür, die auch nur ansatzweise die gleiche Sicherheit bieten wie der verglaste Abfall, gibt es nicht. Wer soll die eigentlich entwickeln und wo wird später die Anlage hierfür errichtet?

Zusammenfassung

Es ist der klassische Politikablauf: Erschaffe ein Problem, das du anschließend vorgibst zu lösen. Halte Fachleute fern und laß nach dem Prinzip des Berliner Willi Brand Flughafens Laien vor sich hin wurschteln. Je länger die Sache dauert, je höher sind die Pfründe für alle Günstlinge. Tarne die Angelegenheit über eine „Bürgerbeteiligung“. Gleichzeitig schaffst du dadurch Arbeitsplätze für nicht vom Arbeitsmarkt nachgefragte Akademikergruppen. Diese sind dir deshalb treu ergeben und werden dir den Rücken frei halten. Je besser du die Verantwortungslosigkeit organisiert, je besser ist die Chance wiedergewählt zu werden.

Es wird eine endlose Geschichte inszeniert. Jetzt, wo man sich die Rücklagen für die Entsorgung einverleibt hat, hat man alle Zeit der Welt, das Geld für andere Dinge auszugeben. Politiker als Vermögensverwalter ist genauso, wie gierige Hunde zur Bewachung von Steaks. Ist das Geld weg, wird man die Gesetze ändern. Schacht Konrad und Gorleben laufen ja nicht weg.