Streitpunkt Kernenergie: Das Problem der Nuklearen Entsorgung und Lösungsvorschläge aus der Chemie
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Streitpunkt Kernenergie:
Das Problem der Nuklearen Entsorgung
g g aus der Chemie
und Lösungsvorschläge
INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu
Radioaktiver Abfall
Abgebrannter Kernbrennstoff / HAW-Glas
Bis ca. 2020 (Ausstiegsbeschluss) + ca. 12 Jahre Laufzeitverlängerung:
Abfälle mit vernachlässigbarer 000 m3
277.000
277
Wärmeentwicklung: + 9.180 m3
(Schwach-, mittelradioaktiv)
Wärmeentwickelnde Abfälle: 29.000 m3
(Hochradioaktiv)
abgebrannter Kernbrennstoff 17.400 t + 4.440 t
wiederaufgearbeitet Î 6.900 t
HAW-Glas ca. 2.750 t
(BfS, 2010)
2 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)
Streitpunkt Kernenergie:
… ausschließlich die Isolation dieser Abfälle durch den sicheren
Einschluss in einer tiefen geologischen Formation eine sichere
Lösung darstellt und als einziger realisierbarer Entsorgungsweg
in Frage kommt.
GRS, 247, 30.09.2008
3 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)
40 Jahre chemische/geochemische Endlagerforschung
- Deutlich verbessertes Verständnis des Verhaltens hochradioaktiver
Abfälle beim Kontakt mit Wasser (Löslichkeitslimitierung, Radio-
nuklidrückhaltung in ‘Sekundärphasen‘)
- Konsistente Sammlungen abgesicherter Daten zur Geochemie
von Radionukliden insbesondere der Actiniden (Uran,
Neptunium Plutonium
Neptunium, Plutonium, Americium) - NEA-TDB,
NEA TDB THEREDA
- Aufklärung einer Vielzahl von Radionuklidrückhaltereaktionen,
die bislang nicht in konservativen Sicherheitsanalyen
berücksichtigt werden
- Reduktion und signifikante Verringerung der Löslichkeit
- Mineralisierungsreaktionen (Radionuklideinbau in
Mineralphasen)
… Es bleibt das Problem des Sicherheitsnachweises über eine
Zeitraum von 1 Mio Jahre!
4 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)
Das Partitioning & Transmutation (P&T) Konzept
Schnelle
Neutronen
Am-241
Am-242
Kurzlebige und stabile
Spaltprodukte
Transmutation langlebiger Abfallradionuklide in einem
beschleunigergetriebenen Reaktor (ADS)
http://myrrha.sckcen.be/en/MYRRHA/ADS
5 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)
Einfluss von P&T auf die Langzeitradiotoxizität des Abfalls
Abgebrannter Kernbrennstoff
Abtrennung
Spalt- von Plutonium
Produkte A = 99,5 % P&T Effizienz
(137Cs, 90Sr)
B = 95 % P&T Effizienz
Abtrennung
von Americium,
A i i
Curium
Gompper, Geist, Geckeis, GDCH Nachrichten, 58, 1015
6 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)
Inhalt des hochradioaktiven Abfalls
Abgebrannter
g Kernbrennstoff
0.86 % U-235
0.42 % U-236
Wichtige
Transuranelemente:
3.25 % fission
Spalt- Pu-238 (t1/2 ~ 88 a)
products
produkte Pu-239 (t1/2 ~ 24.110 a)
0.06 %
Np, Am, Cm Am-241(t1/2 ~ 432 a)
Cm-243(t1/2 ~ 29 a)
0.93 % Pu
Np-237 (t1/2 ~ 2.1 Ma)
94.48 %
U-238
PWR; Abbrand 33GWd/tU
7 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)Das Europäische SANEX Konzept (Selective
Verbrauchter Brennstoff ActiNide
EXtraction)
U P
U, Pu
PUREX
Np
Am, Cm
Am
DIAMEX SANEX
Ln Cm
Spaltprodukte Lanthaniden
Mn+wss + n A-wss + Lorg MAnLorg
8 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)Selektive Abtrennung von Americium/Curium von
Spaltlanthaniden
SANEX
102
R N N R
N D. Magnusson, Thesis, 2008
N N
R N N R
101
BTP Am(III)
100 SFAm(III)/Eu(III) = 140
N N
DM(III)
N N
R N N R
N N
10-1
R
BTBP R
Eu(III)
10-2
N N 40 mM n-Pr-BTP in kerosene/octanol
N
241 152
N N Am(III)
( ) + Eu(III)
( ) in HNO3
N N
10-3
CA-BTP 10-1 100
Z. Kolarik et al., Solvent Extr. Ion Exch. 1999, 17, 23 [HNO3]ini [mol/L]
M.R.S.
S Foreman et al., Solvent
S Extr. Ion Exch. 2005, 23, 645
S. Trumm et al., EP 10157567.8 (24.3.2010)
9 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)„Nuclear Recycling“ + Partitioning & Transmutation
Reference
Referenzszenario:
case: Once
Direkte
through
Endlagerung
then out
Case (1b): Conv.
Szenario: reprocessingcycle
Wiederaufarbeitung
U anr
enr .
100% U anr.
enr..
89%
U
FP, MA
SP,
Szenario: Nukleares Recycling
PWR
DWR
Direct
Direkte
UOX B
Brenn- HAW
HLW + Transmutation
UOX Brenn-
fuel disposal
Endlagerung UOX fuel PWR
DWR PUREX
element ILW
MAW
elemente
Pu LLW
LAW
U depl.
abger.
.
11%
Direkte
Direct
MOX Brenn- PWR
DWR
MOX fuel disposal
Endlagerung
element
Transmutationsmaschine
Schwermetall-
„Verbrennen“ der langlebigen
verluste Spalt- Hochaktiver Transurane und Spaltprodukte
durch Transmutation
Î Abfall produkte Abfall
kg/TWhe kg/TWhe m3/TWhe Protonenstrahl Protonenstrahl
Steam
Dampferzeuger
Proton beam
Pumpe
generator Main pump
Direkte Endlagerung (DWR) 1920.0 130 4.1
Pu Recycling (1x) (DWR) 215 131 0.23 Beam duct
Strahlrohr Pb-Bi
‚Double strata‘ (DWR - ADS) 2.0 122 0.28 Fuel region
Kern
Beam window
Strahlfenster
NEA 2006, Advanced Nuclear Fuel Cycles and Radioactive Waste Management
10 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)Reichweite der Kernbrennstoffvorkommen
auf der Basis des Energieverbrauchs von 1999
20000
es Kernbrenn-
ahre
15000
mens / Ja
10000
stofffvorkomm
hweite de
5000
Reich
http://www.ted.com/
talks/bill_gates.html
0
Price, Blaise, NEA updates, 2002
11 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)Schlußfolgerung:
- Unabhängig davon
davon, ob wir Kernenergie weiter nutzen wollen oder nicht:
Sichere Entsorgungswege für Abfälle müssen geschaffen werden.
- Nuklearchemische Grundlagenforschung macht Prognosen zur Entwicklung eines
E dl
Endlagersystems zuverlässiger.
lä i
-„Nukleares Recycling“ (Partitioning & Transmutation) reduziert die Menge und
p
die Wärmeproduktion des hochradioaktiven Abfalls
… wichtiger: das Inventar an langzeitradiotoxischen Elementen
Î - erleichtert den Sicherheitsnachweis für ein Endlager für
hochradioaktive Abfälle
- Endlagerkapazitäten können evtl. besser genutzt werden
(Um Faktor ~ 3 kleineres Endlager wird benötigt, NEA 2006)
- Entwicklung neuer chemischer Ligandensysteme zur hochselektiven Actiniden/
Lanthaniden Trennung ist unabdingbare Voraussetzung zur Realisierung von P&T.
- Endlagerung in tiefen geologischen Formationen wird durch P&T nicht überflüssig
- Spaltprodukte (Zerfall über einige hundert Jahre)
- Verglaste Abfälle aus der Wiederaufarbeitung bereits vorhanden
- Geringe Mengen an Actiniden gelangen als Verluste bei P&T Zyklen in den Abfall
12 INSTITUT FÜR NUKLEARE ENTSORGUNG (INE)Sie können auch lesen
