Atommüll: Die Mythen und die Praxis

Weltweit sind über 450 Kernreaktoren in Betrieb und bereits 156 stillgelegt. Hinzu kommen noch zahlreiche Anreicherungsanlagen, Wiederaufbereitungsanlagen, Forschungseinrichtungen und so weiter. 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.

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 technische 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 und so weiter) 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.

Die Dosis ist entscheidend

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, es umso heftiger strahlt. 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 könne Krebs auslösen – schlichtweg Unsinn. Gleichwohl gilt auch der andere Grundsatz, keine radioaktiven Stoffe unnötig in die Umwelt zu entlassen, um zum Beispiel 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.

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, das heißt Mundschutz, Handschuhe und so weiter tragen oder sichere Gebinde verwenden) umgehen. Mittelaktiver Abfall erfordert eine zusätzliche Abschirmung, zum Beispiel Betonabschirmung um ein Fass mit ILW. Hochaktiver Abfall erzeugt so viel Zerfallswärme, dass eine Kühlung erforderlich ist, da sonst der Abfall sich selbst physikalisch/chemisch zersetzen kann.

„Notwendige Rückholung“ von Atommüll?

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, Bohrschlämmen, Aschen und so weiter. 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 (zum Beispiel alte Armbanduhren und Messgeräte mit selbstleuchtenden Ziffern) werden deshalb meist auf Sondermülldeponien entsorgt.

Der Arbeitsschutz ist aber nur ein Gesichtspunkt. 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 (zum Beispiel 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 beziehungsweise geht es bei der „notwendigen Rückholung“ um ganz andere Dinge.

Eine genaue Dokumentation ist das A und O

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. Die 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 und so weiter).

Schon während des Betriebes fällt radioaktiver Müll an: Filter, Arbeitsbekleidung, Werkzeuge, Ersatzteile und so weiter. 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 zum Beispiel Standard, komplette Dampferzeuger nicht mehr als „Atommüll“ endzulagern, sondern sie zu Spezialfirmen (zum Beispiel 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.

Hoch politisch und damit unbestimmbar

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 beziehungsweise 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 beziehungsweise 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.mSehr wichtig für die Planung und Durchführung einer Rückbaumaßnahme ist der angestrebte Endzustand. Im Folgenden eine Übersicht.

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 beziehungsweise, 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 kerntechnische Anlage zu betrachten (Überwachung, Bewachung, Wartung etc.). Sie kommt eher einem Zwischenlager für hochaktive Abfälle gleich.

Der Autor, Dr. Klaus-Dieter Humpich, studierte Maschinenbau und Energie- und Verfahrenstechnik mit Schwerpunkt Kerntechnik, bevor er zehn Jahre am Institut für Kerntechnik in der Technischen Universität Berlin arbeitete. Seit 20 Jahren ist er freiberuflich im Bereich Energietechnik tätig. Dieser Beitrag erschien zuerst auf Klaus-Dieter Humpichs Blog nukeklaus.net.

Foto: Rosenergoatom

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Arnold Balzer / 30.03.2019

Vielen Dank für diesen aufschlussreichen Beitrag. Die Tatsache, dass man aus dem Salzbergwerk Asse mehr strahlendes Material herausgeholt hat als dort anschließend deponiert werden sollte, war mir bisher nicht bekannt. Dies gibt zu denken, und zeigt, auf welch bornierte/ideologische Weise sinnvolle Maßnahmen verhindert werden. Was mir ein im Bereich Kernforschung tätig gewesener Ingenieur einmal erzählte, ist die Tatsache, dass die gesamten Kohletransporte, die während der Betriebsdauer eines Kohle-KW transportiert werden, mehr radioaktives Material enthalten, als die Brennstäbe, die zum KKW transportiert werden. (Ich weiß nicht, ob dies den Tatsachen entspricht, habe es nicht selbst überprüft.) Weshalb sich keiner der Linksgrünen über Kohletransporte aufregt (wenn man einmal von der heutigen Propaganda wegen angeblich klimaschädlicher Kohleverstromung absieht), liegt daran, dass die über Jahrzehnte hinweg verbrannte Gesamtmenge an Kohle volumenmäßig um viele Größenordnungen größer ist, und deshalb die strahlenden Verunreinigungen weitaus verdünnter darin enthalten sind, so dass keiner fordert, Kohle müsste in CASTOREN zu den KWs befördert werden.  Dass während der Laufzeit eines Kernkraftwerkes durch die Kettenreaktion weitaus mehr strahlendes Material (in Bq/kg gemessen) entsteht als zuvor angeliefert wurde, steht freilich auf einem anderen Blatt.

Holger Sulz / 30.03.2019

Lieber Herr Humprecht, mit “α-Strahler sind besonders langlebig” und eher harmlos zu händeln implizieren Sie einen potentiell gefährlichen Irrtum. Als krassestes Gegenbeispiel greife ich mir mal Polonium 210 heraus, das ja im Agentenkrimi Litwinenko eine überragende Rolle spielte. Es hat eine HWZ von nur 138 Tagen und die geradezu gigantische spezifische Aktivität von 1,67x10 hoch 14 Bq/g, was ausreicht,  um Inkorporationen dieses Elements und seiner Verbindungen zu einer der letalsten überhaupt zu machen, man schätzt, daß die letale Dosis bei 0,06 bis 1,2 Millionstel Gramm liegt entsprechend einer Dosisleistung von 10 Sv innerhalb von 3 bis 100 Tagen. Als knochenmarkaffines Schwermetall killt sowas irreversibel jede Hämato- und Leukopoese, siehe Litwinenko. Interessant ist die breite Anwendungspraxis von Po 210 und folgt man P. Zimmerman vom King’s College in London, reichen für einen begnadeten Laboranten 10 antistatische Haarbürsten aus, um eine tödliche Dosis zu extrahieren und kommerzielle Anti-Statik-Gebläse übertreffen eine Haarbürste locker um das Tausendfache an Poloniumgehalt. Kreativen Mördern sind keine Grenzen gesetzt und sie brauchen noch nicht mal die pösen Reaktoren Putins :-) Zu danken habe ich für den Hinweis auf den grünroten Polit- Mummenschanz, die Asse wieder ausräumen zu wollen. Es fehlt noch der Hinweis, was mit dem in Millionen Tonnen weltweit gewonnenen, K 40- haltigen Kalisalz angestellt wird: Düngerproduktion! Wohl bekomms, Veganer*_Innen!     

Olaf Nitzsche / 30.03.2019

Sehr schöner Artikel, der die Problematik des Umgangs mit radioaktiven Abfällen leicht verständlich beschreibt. Ergänzend möchte ich darauf hinweisen, dass in Deutschland das international übliche Konzept der Klassifizierung VLLW, LWL, ILW, HLW etwas modifiziert angewendet wird. VLLW gibt es in Deutschland nicht. Dafür haben wir ein sehr komplexes Freigabekonzept. Freigabe ist ein Verwaltungsakt, der Stoffe als nichtradioaktiv erklärt (obwohl diese, wie schon im Artikel beschrieben dies nicht vollständig sind und je sein können), wenn nachgewiesen wurde, dass bestimmte Konzentrationen an Radioaktivität nicht überschritten werden. Die dabei zu beachtenden maximalen Konzentrationen leiten sich aus einem Dosisrichtwert ab. Dieser ist die sogenannte de-minimis Dosis von 10 µSv pro Jahr. Bei der Freigabe gibt es dabei auch Optionen, dass die freigegebenen Stoffe deponiert werden, auf Deponien mit mindestens Deponieklasse II. Diese Freigabeoption entspricht zum Teil dem in anderen Ländern angewandten Verfahren zur Endlagerung von VLLW in oberflächennahen Endlagern. LLW und ILW sind in Deutschland für das planfestgestellte und in Errichtung befindliche untertägige Endlager Konrad vorgesehen. Allerdings verzögert sich die Inbetriebnahme von Konrad immer weiter, was durchaus auch am politischen Einfluss von Kreisen liegt, denen eine Lösung von Endlagerproblemen ihre ideologischen Argumente schwächt. Das bedeutet, wir bauen und betreiben erst mal jede Menge Zwischenläger, bis Konrad mal arbeitet, wenn überhaupt jemals. Das kostet natürlich, bezahlt wird es vom Steuerzahler und von den Stromkunden, die meisten von uns sind natürlich beides. Eigentlich haben wir in Deutschland für alles bis ILW ein gutes Konzept, nur bei der Umsetzung sieht es fürchterlich aus. Für HLW haben wir es geschafft, eine „Endlager-Suchkommission“ auf den Weg zu bringen in der neben ganz wenigen Fachleuten jede Menge Leute mit wenig Durchblick aber großem Sendungsbewusstsein sitzen.

Anders Dairie / 30.03.2019

In mir steckt das sichere Gefühl,  dass Herr Hofreiter, Frau Göring-Eckardt sowie die neue Grünen-Führung mittelfristig in schweres Fahrwasser mit der Energie-wende   kommen wird.  Sie werden ihres Lebens nicht mehr froh, wenn die Energiepreise explodieren und die Versorgungssicherheit bricht.  Wir haben uns an Netz-Stabilität gewöhnt.  Wie an volle Kaufhallen.  Die die Probleme,  die es geben kann werden nicht mehr wahrgenommen.  Wenn der GAU in der Energie-versorgung—nur regional—eintritt,  kommt automatisch die Schuldfrage:  “...war Erfolg haben Pflicht?”  Die Ingenieure der Versorger besitzen,  in aller Stille,  unheimliche Macht.  Wirken sie etwaigen Netz-Zusammenbrüchen nur mit mäßigem Eifer entgegen,  kann ihnen das später niemand mit Sicherheit nachweisen.  Im Prinzip sind die politisch Verantwortlichen schon heute in schwerem Fahrwasser.  Ihr Unwissen schützt sie vor des Volkes Strafe nicht.

HaJo Wolf / 30.03.2019

Wer sich dem Thema Kernenergie und AKW vorurteilsfrei und wissenschaftlich nähert, kann nur zum Schluss kommen, dass es keine preiswertere, zuverlässigere (!) und sauberere Energie gibt. Was Merkel und ihre Energiewende-Handlanger treiben, ist ein Verbrechen an Volk und Wirtschaft. Schade, dass es heute dafür nur keine bis lasche Strafen gibt… nicht alles war früher schlechter…

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