Lösungsvorschläge für Atommüll

Nach einer kleinen Betriebspause geht es mit diesem Blog nun weiter. Wir wollen uns zunächst einmal anschauen, welche Lösungsvorschläge es überhaupt gibt. Einige sind zum Glück schon seit Jahrzehnten wieder in der Versenkung verschwunden. Aber wie in den meisten Fällen lohnt auch hier der Blick in die Geschichtsbücher, da sie einen vor allzu leichtfertigen Extrapolationen unseres heutigen Wissens warnen.

Man kann die Vorschläge zum Umgang mit Atommüll ganz grob in mehrere Kategorien einteilen. Noch hat sich allerdings kein einziger Vorschlag als unproblematisch herausgestellt. Verantwortung gegenüber kommenden Generationen ist schließlich kein naturwissenschaftlich-technisches Thema, sondern Angelegenheit der gesamten Zivilgesellschaft. Das Problem liegt darin, dass niemand weiß, wie man den Atommüll über Jahrhunderttausende aus der menschlichen Umgebung fernhalten kann. Ebenso scheint es unmöglich, unsere Nachkommen in einer fernen Zukunft davor zu warnen, wo sich ein Atommülllager befindet. Jeder Vorschlag besitzt seine positiven und negativen Aspekte, die wir in den kommenden Blogbeiträgen dann diskutieren.

Utopisch:

  • per Rakete ins Weltall
  • Verklappen in Tiefseegräben
  • Einschmelzen in der Antarktis
  • Weltraumlift

Eventuell mit künftiger Technologie durchführbar:

  • Transmutation und Lagerung über zirka 1000 Jahre
  • Verbringung in Erdmantel per Tiefenbohrung

Gegenwärtig politisch bevorzugt:

  • Endlagerung über zirka 1 Million Jahre oder länger

Wünschenswert:

  • Interdisziplinäre Forschungsverbünde zur Entsorgung
  • Mehr gesellschaftliche Diskussion

 

Veröffentlicht von

Dirk Eidemüller studierte Physik und Philosophie in Darmstadt, Heidelberg, Rom und Berlin. Nach einem Diplom in der Astroteilchenphysik und Promotion in Wissenschafts- und Erkenntnistheorie führte ihn die Lust am Schreiben zum Wissenschaftsjournalismus.

26 Kommentare Schreibe einen Kommentar

    • Gut, dass sie diesen Reaktortyp ansprechen. Denn der BN-800 (und Nachfolger wie BN-1200) haben auch ihre Tücken. Abgesehen von den heftigen Risiken eines Natrium-Brandes bei schweren Unfällen sind genau diese Reaktoren von der Kernphysik her nicht unproblematisch. Aber zu Transmutation etc. werden demnächst noch einige Blogbeiträge kommen, vielleicht können wir diese Punkte dann etwas tiefer diskutieren.

  1. Der schnelle Brüter fehlt (bei der heute leider diktatorischen political correctness fehlt leider immer was..).
    (Den hatten nach alternativen Infoquellen schon die Nazis [-> black projects].)
    Rußland hat den zweiten in Betrieb genommen.

    Ist außerdem die Frage wie hierzulande überhaupt AKW ohne nachgewiesene Endlager in Betrieb gehen konnten.

    Und wann französische oder belgische AKW hochgehen werden.

    Und warum bis heute keine Energiespeicher (ohne die sind die Regenerativen, die ja auch autark machen!, bestenfalls sinnlos) gebaut werden.

    Etc etc etc etc.

    🙁

  2. Langlebige radioaktive Abfälle sollten separiert und dann transmutiert oder in Tiefbohrungen gelagert werden, denn es handelt sich nur um einen kleinen Bruchteil sämtlicher radioaktiver Abfälle und dafür lohnt sich dann auch der Aufwand.
    Weltweit werden pro Jahr etwa 10,000 m^3 / 12.000 Tonnen an hochradioaktivem Abfall produziert. Nach 10 bis 20 Jahre Zwischenlagerung und einem deutlichen Rückgang der Wärmeabgabe sollten die langlebigen Nuklide separiert und dann transmutiert oder tiefengelagert werden. Selbst wenn aller langlebige Abfall in Tiefbohrungen gelagert wird passt der jährliche Abfall dann in einen Würfel von 15 m Seitenlänge oder in den untersten Kilometer eines einzigen tiefes Bohrlochs von 5 km Tiefe.

  3. Vielleicht wäre es sogar am ungefährlichsten , Atommüll gar nicht groß zu verbuddeln , sondern einfach vorzuhalten , so wie die vorhandene Atomrakete eine gewissen Zwang zur ständigen Vorsicht mit sich bringt.
    Präsente Gefahren sind vielleicht ungefährlicher als vermeintlich beseitigte.

  4. Transmutation braucht vorher Wiederaufbereitung. Die gibt es nur mit erheblicher Umweltbelastung und Müllmengenvervielfachung. Will man das?

    Was die Russen da vormachen sollen, wie ein Vorredner behauptet, verstehe ich nicht.

    Sepp


    • Transatomic
      entwickelt einen Flüssigsalzreaktor, der verbrauchtes Kernspaltmaterial (spent nuclear fuel) als Brennstoff verwenden kann. Zitat:

      Using uranium also lets us create a reactor that can slowly consume the world’s existing stockpiles of spent nuclear fuel thereby providing a great benefit to society.

      Ob eine Wiederaufbereitung des verbrauchten Kernspaltmaterials nötig ist, kann dem verlinkten White Paper allerdings nicht entnommen werden.

    • Zitat:

      Was die Russen da vormachen sollen, wie ein Vorredner behauptet, verstehe ich nicht.

      Die Russen verwenden einen “Fast-Reactor”. Soche Reaktoren, die mit schnellen Neutronen arbeiten können verbrauchtes Kernspaltmaterial ebenfalls als Brennstoff verwenden. Viele der Generation IV-Reaktoren gehören zu dieser Kategorie und können Transurane (Aktinien) als Brennstoff verwenden. Um verbrauchtes Kernspaltmaterial zu verwenden scheint aber eine Wiederaufbereitung nötig In Processing of Used Nuclear Fuel liest man dazu:

      All but one of the six Generation IV reactors being developed have closed fuel cycles which recycle all the actinides. Although US policy has been to avoid reprocessing, the US budget process for 2006 included $50 million to develop a plan for “integrated spent fuel recycling facilities”, and a program to achieve this with fast reactors has become more explicit since.

  5. Je mehr radioaktive Abfälle anfallen und je langlebiger diese sind, desto aufwendiger wird eine Lagerung bis zum Zeitpunkt wo die Radioaktivität auf das Niveau der Hintergrundstrahlung abfällt.
    Generation IV-Reaktoren (oft “schnelle Reaktoren”) erzeugen pro erzeugte Kilowattstunde deutlich weniger radioaktive Abfälle, vor allem deutlich weniger langlebigen Abfall. Der LithiumFluoridThorium-Reaktor (LFTR) beispielsweise erzeugt 20 Mal weniger Transurane (fast alle langlebigen Isotope sind Transurane) pro Kilowattstunde als ein Leichtwasserreaktor.Ferner können die Transurane im Abfall eines LFTR diesem (nach Abtrennung) wieder zur weiteren Transmuation zugeführt werden. Insgesamt kann ein LFTR so betrieben werden, dass der Endabfall nach 300 Jahren auf das Aktivitätsniveau von natürlichem Uran abfällt.

    Letzlich ist die Endlagerung auch eine Kostenfrage. Je weniger langlebigen Abfall es gibt desto sicherer, aber auch teurer kann die Endlagerung sein. Von diesem Standpunkt gesehen sind die heutigen Leichtwasserreaktoren alles andere als ideal, denn sie erzeugen verglichen mit schnellen Reaktoren oder Reaktoren, die den Thoriumkreislauf verwenden, viel radioaktiven Abfall.

    • Thorium-Reaktoren sehen (schon seit vielen Jahren) auf dem Papier gut aus. Es gibt aber entscheidende geostrategische Gründe gegen sie. So hat 2012 das Wissenschaftsjournal “Nature” eine Studie veröffentlicht, nach der Thorium-Reaktoren auf erstaunlich einfache Weise die Extraktion von waffenfähigem Spaltmaterial ermöglichen:
      http://www.nature.com/nature/journal/v492/n7427/full/492031a.html

      Man darf vermuten, dass diese Erkenntnisse den Atomwaffenlaboren in den USA und Russland schon lange bekannt sind. Ein verbreiteter Einsatz von Thorium-Reaktoren würde also einen wesentlichen neuen “Proliferations-Vektor” in die globale Politik bringen. Das will niemand – außer einigen Politikern und Militärs in politisch instabilen Regionen. Nur Indien verfolgt diesen Technologiepfad, unter anderem aufgrund seiner Thorium-Vorkommen.

      • Am einfachsten geht die Extraktion von Spaltmaterial aus den heute dominierenden Leichtwasserreaktoren. Beim LFTR wirds schwieriger. Nach meinen Wissen müsste man für die Entnahme beim LFTR Radionuklide voneinander trennen, denn es gibt Gammastrahler darunter, die beim Waffenbau stören. In der Wikipedia liest man dazu:

        U-232 has a decay chain product (thallium-208) that emits powerful, dangerous gamma rays. These are not a problem inside a reactor, but in a bomb, they complicate bomb manufacture, harm electronics and reveal the bomb’s location.[57] The second proliferation resistant feature comes from the fact that LFTRs produce very little plutonium, around 15 kg per gigawatt-year of electricity (this is the output of a single large reactor over a year). This plutonium is also mostly Pu-238, which makes it unsuitable for fission bomb building, due to the high heat and spontaneous neutrons emitted. The third track, a LFTR doesn’t make much spare fuel. It produces at most 9% more fuel than it burns each year, and it’s even easier to design a reactor that makes only 1% more fuel. With this kind of reactor, building bombs quickly will take power plants out of operation, and this is an easy indication of national intentions. And finally, use of thorium can reduce and eventually eliminate the need to enrich uranium. Uranium enrichment is one of the two primary methods by which states have obtained bomb making materials

        Im übrigen scheint der Betrieb eigener Zentrifugen (oder neuerdings mit Laser) die einfachste Lösung um spaltbares Material zu gewinnen. Das macht inzwischen auch der Iran, obwohl er über Atomreaktoren verfügt. Zivil betriebene Reaktoren werden heute alle von der IAEA (International Atomic Energy Agency) überwacht und eine Entnahme von Reaktorinhalt wäre relativ einfach nachzuweisen.

        • Im Nature-Artikel ging es über die Umwandlung zu Protactinium und dann weiter zu Uran-233, wovon schon wenige Kilogramm zum Bau einer Atombombe reichen. Heute nicht gängig, da man mit U-235 und Pu-239 arbeitet, aber im Prinzip genauso möglich. Und ja, die Laser-Separation macht den Strategen der Großmächte auch großes Bedenken.

          • Nach LFTRs Are Worthless for Making Nuclear Weapons eigne sich Uran-233 nicht für Atombomben:
            No nuclear weapon has Ever been made using U-233, because of inevitable U-232 contamination. [Correction: one tiny experimental bomb, see comments.] (Separating out U-232 is even more complex than U-235 enrichment or plutonium breeding.)

            “The uranium-233 produced from thorium-232 is necessarily accompanied by uranium-232,… [which] has a relatively short half-life of 73.6 years, burning itself out by producing decay products that include strong emitters of high-energy gamma radiation. The gamma emissions are easily detectable and highly destructive to ordnance components, circuitry and especially personnel. Uranium-232 is chemically identical to and essentially inseparable from uranium-233.”

          • Die Nature-Autoren identifizieren einen anderen Weg, der chemisch abläuft und sehr viel einfacher ist als die Uran-Separation von U-232/233. Der Artikel ist auch jüngeren Datums als die in diesem Blog-Beitrag zitierten Studien.

  6. Anderas, Holzherr,
    …….Transmutationsreaktoren,
    das wäre eine Art Radionuklidkreislauf. Vielleicht ist dieses Thema für die meisten Politiker, die letztlich die Entscheidungen treffen, zu komplex und ihnen fehlt die physikalische Einsicht.
    Zu untersuchen wäre dabei auch, was kostet diese Technologie.
    Im Meer versenken ist halt immer noch am billigsten.
    Wir sind raus, aber das Damoklesschwert Supergau hängt immer noch über uns. Wenn in Cattenom so etwas stattfindet, dann wird Deutschland und Nordfrankreich zum Notstandsgebiet.

  7. Schon seit dem Abschalten von Atomreaktoren durch eine Physikerin habe ich mich für Ersatzlösungen interessiert, weil der Energiebedarf der Zukunft riesig wird.
    1.Eine Gruppe von engagierten Ingenieuren vom Festkörperinstitut in Berlin hat damals schon Doppel-Fluid-Reaktoren mit Blei-Umlauf im Internet vorgestellt, die eigensicher sind und extrem kostengünstig (2 ct/KWh) bei Strom-Erzeugung aus gelagerten Brennstäben, die praktisch komplett aufgebraucht werden. Die Menge von Atommüll vergrößert sich erheblich, ist aber so kurzlebig (mit etwa 40 bis 50 Jahren), dass man eine übliche Lagerung in Wasser riskieren kann. Es wird ja jetzt auch gemacht.
    2. Im Fersehen lief zu später Stunde eine niederländische Dokumentation über die Entwicklung von Atomreaktoren aus der U-Boot-Technik. Die Gefährlichkeit entsteht, weil bei einem Unfall Wasser gegen Luft vertauscht worden ist. Doppel-Fluid-Reaktoren haben dieses Risiko nicht. Sie können auch sehr viel kleiner gebaut werden. Auch Thorium kann verwendet werden.
    3. Die EU hat dem Bau eines Doppel-Fluid-Versuchsreaktors in Belgien zugestimmt. In den USA soll solch ein Reaktor-Typ 1950 etwa 10 Jahre störungsfrei gelaufen sein.
    4. Aus geologischen Kenntnissen heraus kann ich nur davor warnen, irgendwelche Endlager im Untergrund einzurichten. (Siehe auch Asse). Es gibt zwar eine sicherste Lagerung, aber keine sichere.
    5. Die Technik-Feindlichkeit in Deutschland wird vermutlich jede Entwicklung verhindern, auch wenn sie vernünftig und rentabel ist. Ich habe Kontakt mit meinen Landtags-, Bundestags- und Europa-Abgeordneten aufgenommen, um für Doppel-Flow- und Thorium Reaktoren zu werben. Was kann ich denen über neueste Entwicklungen sagen? Können wir die Kosten für Endlager wirklich sparen?

  8. Die Einstufung mancher Lösungsvorschläge kann ich nicht nachvollziehen. “Per Rakete ins Weltall”, “Verklappen in Tiefseegräben” und “Einschmelzen in der Antarktis” sind schon heute technisch möglich (wenn auch nicht ideal). Der Weltraumlift ist eine mögliche Zukunftstechnologie. Also warum werden sie hier als utopisch abgetan?

    • “per Rakete in’s All” ist nur nach vorheriger Wiederaufarbeitung sinnvoll – Spaltprodukte in die Rakete, Aktinide zurück in den Brennstoffkreislauf. Jedes Gramm zählt.

      Wenn man aber den Aufwand der Aufarbeitung treibt, braucht man weder die Rakete noch ein Endlager, weil die Spaltprodukte Halbwertzeiten bis ca. 30 Jahre haben und nach 300 Jahren in einem gewöhnlichen bewachten Bunker weniger radioaktiv sind als natürliche Erze.

  9. JC Denton,
    der Weltraum als Müllhalde, da sind die Folgen nicht absehbar.
    Andererseits sind die Müllhalden die Rohstofflager der Zukunft.
    Durchrechnen kann man ja diesen Gedanken.
    Seibicke,
    Doppelfluid Reaktoren, die Lobby dafür sollte mehr Werbung machen. Wenn schon hier im Wissenschaftsblog ein Wissensdefizit besteht, dann ist das in der Öffentlichkeit noch größer.

  10. Per Rakete ins Weltall ist wahrscheinlich die teuerste und gefährlichste Option von allen.

    Das Unfallrisiko ist enorm im Vergleich, zudem muss man die Rakete danach noch beschleunigen bis sie das System verlässt oder abbremsen bis sie in die Sonne fällt, was einfach enorm teuer und schwierig ist. Erst recht wenn man es nicht nur einmal für eine Sonde macht, sondern für sämtlichen Müll auf der Welt.

    Den Müll in etwas ungefährlicheres umwandeln und dabei noch Geld verdienen mit einem Transmutationsreaktor scheint mir schlauer.

  11. Anderas,
    einen Energieträger als Müll zu bezeichnen, ist ja schon gedankenlos. Deswegen finde ich diese Art von Recycling genial. Bleiben wir optimistisch!

  12. Langlebiger radioaktiver Abfall kann in extrem tiefen Bohrlöchern sicher gelagert werden oder er kann in kurzlebigeren radioaktiven Abfall umgewandelt, also transmutiert (das Fachwort) werden. Die Transmutation kann in schnellen Brütern, in subkritischen mit Teilchenbeschleunigern aktivierten Reaktoren oder in Fusiosreaktoren erfolgen.
    Die Lagerung von radioaktivem Abfall in extremer Tiefe
    An geeigneter Stelle in 5 km Tiefe verbrachtes Material kann von dort nicht mehr aufsteigen und ist von der Biosphäre für Millionen von Jahren getrennt, denn in dieser Tiefe gibt es kein Grundwasser mehr und keinen Wasserkreilauf, der Material wegtragen könnte. Restwasser dort unten ist stark salzhaltig und basisch und hat keine Tendenz mehr aufzusteigen.
    Frage: Wäre es nicht sogar besser, lange zu lagerndes radioaktives Material im Erdmantel zu versenken, wie das vom Autor dieses Beitrages vorgeschlagen wird? Meine Internetrecherche spricht dagegen. Nicht nur wäre das Risiko der Bohrung allein schon zu hoch, nein, beim Verbringen in eine Subduktionszone könnte sogar Vulkanismus den Abfall wieder ausspeien.
    Transmutation von langlebigem radioaktiven Material
    – in Kernspaltungsreaktoren, die mit unmoderierten, schnellen Neutronen arbeiten, werden Transurane und damit langlebige radioaktive Stoffe, von Natur aus gespalten. Würde eine zukünftige Kernreaktorgeneration vor allem aus schnellen Reaktoren bestehen, könnte verbrauchter Kernbrennstoff wiederaubereitet und in diesen Kernreaktoren verbrannt werden. China strebt möglicherweise diese Lösung an.
    – Subkritische von Teichenbeschleunigern mit Neutronen versorgte Reaktoren könnten sehr effektive Transmutatoren von radioaktivem Material sein
    – Fusionsreaktoren vom Tokomaktyp wären geradezu ideale Transmuatatoren. Ihre intensiven harten Neutronenstrahlen könnten sehr viel langlebiges radioaktives Material in kurzer Zeit transmutieren.

    Fazit: die weitere Zwischenlagerung von langlebigem radioaktiven Abfall ist die beste Zwischenlösung, die Endlagerung allen radioaktiven Abfalls schon jetzt wäre dagegen kurzsichtig, könnten sich doch in der Transmutation viel bessere Lösungen entwickeln (neue Reaktortypen, Fusionsreaktor).
    Allerdings hat auch die Zwischenlagerung ihre Risiken, denn ein solches Lager ist in den Augen von Terroristen und zukünftigen Kriegsparteien nichts anderes als ein Munitionslager für schmutzige Bomben.

  13. Langlebiger radioaktiver Abfall kann in extrem tiefen Bohrlöchern sicher gelagert werden oder er kann in kurzlebigeren radioaktiven Abfall umgewandelt, transmutiert (das Fachwort), werden. Die Transmutation kann in schnellen Brütern, in subkritischen mit Teilchenbeschleunigern aktivierten Reaktoren oder in Fusiosreaktoren erfolgen.
    Die Lagerung von radioaktivem Abfall in extremer Tiefe
    An geeigneter Stelle in 5 km Tiefe verbrachtes Material kann von dort nicht mehr aufsteigen und ist von der Biosphäre für Millionen von Jahren getrennt, denn in dieser Tiefe gibt es kein Grundwasser mehr und keinen Wasserkreilauf, der Material wegtragen könnte. Restwasser dort unten ist stark salzhaltig und basisch und hat keine Tendenz mehr aufzusteigen.
    Frage: Wäre es nicht sogar besser, lange zu lagerndes radioaktives Material im Erdmantel zu versenken, wie das vom Autor dieses Beitrages vorgeschlagen wird? Meine Internetrecherche spricht dagegen. Nicht nur wäre das Risiko der Bohrung allein schon zu hoch, nein, beim Verbringen in eine Subduktionszone könnte sogar Vulkanismus den Abfall wieder ausspeien.
    Transmutation von langlebigem radioaktiven Material
    – in Kernspaltungsreaktoren, die mit unmoderierten, schnellen Neutronen arbeiten, werden Transurane und damit langlebige radioaktive Stoffe, von Natur aus gespalten. Würde eine zukünftige Kernreaktorgeneration vor allem aus schnellen Reaktoren bestehen, könnte verbrauchter Kernbrennstoff wiederaubereitet und in diesen Kernreaktoren verbrannt werden. China strebt möglicherweise diese Lösung an.
    – Subkritische von Teichenbeschleunigern mit Neutronen versorgte Reaktoren könnten sehr effektive Transmutatoren von radioaktivem Material sein
    – Fusionsreaktoren vom Tokomaktyp wären geradezu ideale Transmuatatoren. Ihre intensiven harten Neutronenstrahlen könnten sehr viel langlebiges radioaktives Material in kurzer Zeit transmutieren.

    Fazit: die weitere Zwischenlagerung von langlebigem radioaktiven Abfall ist die beste Zwischenlösung, die Endlagerung allen radioaktiven Abfalls schon jetzt wäre dagegen kurzsichtig, könnten sich doch in der Transmutation viel bessere Lösungen entwickeln (neue Reaktortypen, Fusionsreaktor).
    Allerdings hat auch die Zwischenlagerung ihre Risiken, denn ein solches Lager ist in den Augen von Terroristen und zukünftigen Kriegsparteien nichts anderes als ein Munitionslager für schmutzige Bomben.

  14. Nachtrag zur Lagerung in Tiefengestein; Meine letzte übertiefe Bohrung mit 4800 m habe ich 1959 in Schönberg Z1 bei Kiel erlebt. Die technischen Schwierigkeiten waren (damals) enorm: (Gestängebrüche, eingeklemmte Meißel durch plastisches Gestein, chemische Cocktails aus Laugen und Giftgasen,…). Wir suchen natürlich jetzt keine Lagerstätte, sondern das Gegenteil.
    Bei 5000 m herrscht ein Wasserdruck von 520 bar, je nach Lage eventuell ein Gesteinsdruck von 1050 bar, Temperaturen von etwa 200 bis 400 ° C. Das Unberechenbarste sind tektonische Verwerfungen, die in dieser Tiefe fast horizontal verlaufen und sehr weit reichen können. Nicht umsonst haben wir überall in Deutschland Heilquellen. Wenn ein zuzementiertes Bohrloch nach mehreren Menschenaltern undicht wird an der Grenzfläche zwischen Beton und Gestein, gibt es fast keine Reparaturmöglichkeit. Also Atombrennstoffe aufbrauchen!
    Inzwischen heißt die Müllabfuhr schon Wertstoffsammlung.

  15. Ich habe einen Lösungsvorschlag der die Endlagerung sowie Entsorgung des Atomaren Material ermöglicht. Jedoch eine Wiedererschliessung nahezu ausgeschlossen macht. Im Gegenzug den Missbrauch auf ein Minimum reduziert.

    Die Kosten könnte man sich durch die Verursacherstaaten pro Tonn für 500.000-1.000.000€ erstatten lassen, als auch Gewinn einfahren.

    Als Startinvestitionssumme sind ca. 600-1200 Millionen Euro nötig.

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