Weitere Nutzung für "Atommüll" - Eike

Weitere Nutzung für „Atommüll“

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

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

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

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

Die Kerntechnik war der erste Industriezweig der nicht einfach Abfall
produzieren wollte, sondern vielmehr der Begründer des industriellen

Recyclings. In einem „abgebrannten“ — oder besser abgenutzten und für seinen
ursprünglichen Verwendungszweck nicht mehr geeigneten — Brennelement sind
lediglich rund 5 % Spaltprodukte. Das ist die „Asche“ der nuklearen
Energieherstellung. Aber über 93% des Urans und zusätzlich rund 1% Plutonium
sind für die Energiegewinnung wiederverwendbar!

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

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

Man kann etwa mit dem recycelten Uran aus vier Leichtwasserreaktoren einen
zusätzlichen Schwerwasserreaktor betreiben. Die zusätzliche Energie wird ohne
zusätzlichen Verbrauch von Natururan erzeugt — Energie aus „Atommüll“. China
betrachtet ihr kerntechnisches Programm offensichtlich von Anfang an als
System. Im Zentrum stehen die Leichtwasserreaktoren und eine
Wiederaufbereitung des „Atommülls“. Nach dem Vorbild von Frankreich wird
dadurch der endgültig zu lagernde Abfall beträchtlich entschärft und
verringert. Das anfallende Plutonium wird über Mischoxid wieder den
Leichtwasserreaktoren zugeführt. Das zurückgewonnene Uran den
Schwerwasserreaktoren. Mittelfristig soll eine weitere Nutzung über
natriumgekühlte Reaktoren mit schnellem Neutronenspektrum erfolgen.
Beachtenswert ist die Vorgehensweise: Zwar in voller Breite aller am
Weltmarkt erhältlichen Reaktortypen, aber stets in kleinen Schritten in enger

Kooperation mit internationalen Partnern. Ganz nebenbei ist dadurch eine der
bedeutendsten kerntechnischen Industrien der Welt aufgebaut worden. Ein nicht
zu unterschätzender und bewußt angestrebter Nebeneffekt. Kerntechnik ist eine
Schlüsseltechnologie, die weit in die industrielle Welt ausstrahlt. So war es
einst auch in Deutschland, aber hier wird dieser Vorteil zusehends
aufgebraucht. Manch ein Grüner wird sich noch die Augen reiben, wie schnell
der „Exportweltmeister“ zu einem mittelmäßigen Industriestandort verkommen
sein wird.

Der Beitrag erschien zuerst bei NUKEKLAUS hier

Plutonium Vernichtung in den USA!
Notbremse gezogen?

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

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

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

Das besondere Plutonium
Plutonium ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 94 (94 Protonen im
Kern), welches faktisch nicht in der Natur vorkommt. Es kann zwar in
verschiedene chemische Verbindungen mit verschiedenen chemischen
Eigenschaften überführt werden, nicht aber auf chemischen Wegen wieder aus
der Welt geschafft werden. Es kommt in zahlreichen Isotopen (unterschiedliche
Anzahl von Neutronen im Kern) — von Pu236 bis Pu244 — mit jeweils eigener

Halbwertszeit und eigenem Einfangquerschnitt für Neutronen vor. Die einzige
Möglichkeit es wieder aus der Welt zu schaffen, ist es mittels Neutronen zu
spalten oder wenigstens in andere Isotopen um zu formen.

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

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

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

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

Damit ist auch ein Weg aufgezeigt, wie man „altes Bombenplutonium“ dauerhaft
und sicher beseitigen kann. Setzt man es als Brennstoff in Leistungsreaktoren
ein, wird dadurch ein erheblicher Teil der Ursprungsmenge „verbrannt“ und
gleichzeitig der Rest durch die Bildung von anderen Isotopen verdorben. Denn
nicht jeder Kern Pu239 wird durch das Einfangen eines Neutrons gespalten,

sondern wird teilweise bloß in ein anderes Isotop (Pu240, Pu241 usw.)
umgewandelt. Man kann das mit dem vergällen von trinkbarem Alkohol
vergleichen: Der Zusatz von geringen Mengen ähnlicher Stoffe macht aus einer
großen Menge Genussmittel einen für Menschen giftigen Industriealkohol. Der
Trick ist der Gleiche: Der Aufwand zur Trennung wäre um ein vielfaches höher,
als die erneute Herstellung von Trinkalkohol.

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

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

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

Nachdem der Baubeginn bereits erfolgt war, stellte man fest, daß der
spezielle Eingangsstoff — besagtes Waffenplutonium zur Vernichtung in
Leichtwasserreaktoren — anders, als das übliche Plutonium — Plutonium aus
französischer Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff— war. Flugs mußte noch

ein kompletter zusätzlicher Verfahrensschritt zur Entfernung von
Verunreinigungen eingeführt werden. Die Anlage — fast genau so groß, wie die
bereits im Bau befindliche — wurde verniedlichend „Aqueous Polishing“
genannt. Die geplante Fertigstellung verschob sich auf 2019 und die geplanten
Kosten schossen auf 4,9 Milliarden Dollar hoch.

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

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

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

Wie geht’s weiter
Allerdings ist mit dem Baustopp der Anlage noch lange nicht das Problem
beseitigt. Dabei ist das Plutonium selbst das geringste Problem: Es
schlummert weiterhin in den Tresoren vor sich hin. Was drückt, sind die
Abrüstungsverträge mit Russland. Im Moment herrscht ein seltsames
gegenseitiges „Wegsehen“: Die USA kommen nicht mit der Vernichtung ihres
„Überschussplutonium“ voran, dafür regt man sich nicht sonderlich über den

Bruch des Abrüstungsabkommens über Mittelstreckenwaffen (Landgestützte Cruise
missile mit „Atomsprengköpfen“) durch Putin auf.

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

Der Beitrag erschien zuerst bei NUKEKLAUS hier