Langzeitlager in einem Tunnelsystem (Stand 26.06.2011)

Siegfried Niese, Wilsdruff

Einleitung

Hier sollen die Vorzüge eines in einem Tunnel angeordneten kontrollierbaren Langzeitlager beschrieben werden, aus dem radioaktive Rückstände mit vertretbarem Aufwand zurückgeholt werden können. Es wird als Alternative oder Ergänzung zu einem mit einem Schacht zugänglichen tiefen unterirdischem Lager, wie im Salzstock Gorleben diskutiert, aus dem die radioaktiven Rückstände, wenn notwendig, nur mit bergmännischen Arbeitstechniken zurückgeholt werden können.

Unabhängig davon, welche Staaten in den nächsten Jahren die Stromerzeugung mittels Kernenergie einstellen oder erweitern, lagern bei den Kernwaffenmächten große Mengen hochangereichertes Uran und Plutonium, dass nach der Erneuerung und der bei Abrüstungsmaßnahmen erfolgten Reduzierung der Waffen am besten dadurch beseitigt wird, indem man das Kernmaterial mit Natururan verdünnt und in Reaktorbrennelementen zur Stromerzeugung einsetzt.

Bei der Stromerzeugung durch Kernenergie fallen schwach und mittelaktive Betriebsabfälle und bei Rekonstruktionen und Rückbau aktivierten Komponenten an. Die abgebrannten Brennelemente (BE) und die bei deren Wiederaufarbeitung (WA) anfallenden Rückstände bilden das Inventar an hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Abfällen.

Daneben gibt es noch schwach radioaktive Rückstände an UF6 mit verringertem Gehalt an 235U aus der Urananreicherung und schwach radioaktives Uran mit verringerten Anreicherungsgrad aus der WA von abgebrannten BE.

Gegenstand dieser Betrachtung sind nur die hochradioaktiven abgebrannten BE und die verglasten Rückstände aus der WA. Ich habe die in einer vorangegangenen Fassung benutzte Bezeichnung Langzeitzwischenlager durch Langzeitlager ersetzt, weil der Begriff Zwischenlager mit oberirdischen Lagern für eine Betriebszeit von einigen Jahrzehnten assoziiert ist.

Stand der Diskussion

Von den zuständigen Behörden wurde vor einigen Jahren eine für mich nie nachvollziehbare Festlegung auf die Lagerung aller radioaktiven Abfälle in einem einheitlichen Endlager getroffen, aus denen die Abfälle unter keinen Umständen zurückzuholen waren. Allgemein ging man davon aus, dass aus einem Endlager innerhalb von 1 Million Jahren auf keinem Wege Radioaktivität an die Erdoberfläche gelangen darf. Nachdem jetzt für die hoch- und schwach- und mittelradioaktive Abfälle getrennte Endlager wieder akzeptiert wurden, die bergmännische Rückholbarkeit jetzt sogar gefordert wird, und wieder Alternativen zum Standort Gorleben diskutiert werden, ist die Diskussion wieder offener geworden.1, 2, Der Präsident des Bundesamts für Strahlenschutz Wolfram König. Wolfram König sagte in einem Interview mit der Journalistin Dagmar Dehmer am 29.12.2010, "Ich bin gegen Langzeitzwischenlager....Was wir aber ermöglichen sollten ist, dass die Abfälle aus einem verschlossenen Endlager wieder bergmännisch herausgeholt werden können. Wenn es einen Erkenntnisgewinn in der Zukunft geben sollte, dass der von uns eingeschlagene Weg nicht mehr verantwortbar erscheint, Atommüll in tiefen geologischen Schichten abgeschlossen zu lagern, dann sollte man den Atommüll bergen können.“ 3

 Als ich eine Ausarbeitung, zum kontrollierbaren Langzeitzwischenlager in einem Tunnel aus dem radioaktive Rückstände mit vertretbarem Aufwand zurückgeholt werden können, die ich bis Juni 2011 in meiner Homepage propagierte und die auch meine ehemaligen Kollegen für gut hielten, am 12.11.2010 dem Vorsitzenden der Strahlenschutzkommission Prof. Rolf Michel schickte, antworte er damals, "Es ist sicher ein interessanter Diskussionsbeitrag... sollten wir jedoch gefragt werden, werde ich mich sicher an Ihren Beitrag erinnern." 4 Da König in der Öffentlichkeit wenige Tage darauf den Begriff „Langzeitzwischenlager“, wenn auch ablehnend gebrauchte, gehe ich davon aus, dass Prof. Michel zu diesem Thema mit ihm vorher ein Gespräch hatte.

Ich schickte meine Vorstellungen Ende 2010 auch an den Vorsitzenden des Fachverbandes Nuklearchemie der GDCh, Horst Geckeis, nachdem er in den Nachrichten der Chemie im Oktoberheft ein chemisches Verfahren zur Abtrennung langlebiger Aktiniden aus HAW zum Zwecke der Transmutation vorstellte, wonach die dann verbleibenden Rückstände um mehrere Größenordnungen schneller abklingen als ohne deren Abtrennung 5, sowie an das KKW Neckarwestheim, die ein standortnahes Zwischenlager bereits unterirdisch angeordnet haben.

So gibt es seit dem Frühjahr 2011 zur prinzipiellen Rückholbar weitgehende Übereinstimmung  Am 10.5 2011 entwickelte in einem SPIEGEL - Online – Interview Professor Frank Schilling aus Karlsruhe die Idee über ein bis zu 500 Jahre kontrollierbares „Kurzzeitendlager“ 6. In Verlautbarungen der Ethikkommission wurde die Notwendigkeit der Rückholbarkeit aus einem Lager wieder explizit betont, und über ein von der Bundestagsfraktion der Grünen organisiertes Fachgespräch am 09.05.2011, im Deutscher Bundestag, mit dem Thema "Soll Atommüll rückholbar endgelagert werden?“ 7 wo auch der Präsident des Bundesamts für Strahlenschutz Wolfram König sprach, wurde berichtet.

Am 15.6.2011 präzisierte König seine Gedanken im Interview mit Nana Brink vom Deutschlandradio Kultur: „Ja, ich glaube, das ist eine richtige Konsequenz aus den Erfahrungen zum Beispiel der Asse: Die Abfälle sollen und müssen so gelagert werden, dass man, auch wenn man ein Endlager wieder verschlossen hat, wieder an diese Abfälle herankommen kann, zukünftigen Generationen die Möglichkeit eröffnet, im Fall eines Störfalls oder dass man meint, man hat bessere Methoden, diese Abfälle zu behandeln, dass man zumindest die wieder einigermaßen sicher bergen kann. Das ist eine Aufforderung, die wir schon heute haben durch die neuen Sicherheitskriterien des Bundesumweltministers, im letzten Jahr erlassen, das heißt, die Abfälle müssen im Behälter gelagert werden in geologisch geeigneten Schichten, die auch wieder dann die Sicherheit garantieren, wenn zukünftige Generationen herangehen wollen. Das kann nach einem Verschluss eines solchen Endlagers eben zum Beispiel bergmännisch sein und setzt voraus, dass man das Wissen um die Abfälle, um die Gefährlichkeit und insbesondere die Lage der Behälter so dokumentiert, dass sie über mehrere hundert Jahre auch wieder abgreifbar sind.“ 8

Auch wenn er den Begriff Langzeitzwischenlager auf eine oberirdisches Lager bezieht und die bergmännische Rückholbarkeit nach Verschluss hier nur als Option gelten lässt, wenn man eine „bessere Methode, diese Abfälle zu behandeln“ hat, dann ist sogar unter den besseren Methoden eine spätere Wiederaufarbeitung nicht ausgeschlossen.

Prinzipiell ist eine Rückholung aus vielen projektierten Endlagern möglich 9. Nach H. Geckeis wird die Diskussion der Rückholbarkeit hochradioaktiver Abfälle aus einem Endlager derzeit noch sehr kontrovers geführt. „Das 'Offenlassen' eines Endlagers zwecks späterer Rückhaltung widerspricht ganz klar Sicherheitsüberlegungen, weil offene Hohlräume erhöhen das Risiko eines unkontrollierten Wasserzutritts zum Abfall - siehe Fall Asse.“ 10

  Das Rückholen kann sinnvoll werden, wenn

- sich herausstellt, dass das eingerichtete Lager nicht sicher genug ist,

- man eine für einen längeren Zeitraum im nationalen oder internationalen Maßstab günstigere Zwischen – oder Endlagerung gefunden hat,

- sich die Wiederverwendung von Wertstoffen lohnt, z.b. für die Wiederaufarbeitung (WA) von bestrahlten Kernbrennelementen zur Gewinnung von Spaltstoffen,

die Abtrennung weiterer extrem langlebiger radiotoxischer Alphastrahler durch zusätzliche Extraktionsstufen sinnvoll ist.5

  Das Tunnelprinzip zur Langzeitlagerung

Im tunnelartigen unterirdischem Langzeitlager werden radioaktive Abfälle eingelagert und können mit vertretbaren Aufwand wieder zurückgeholt werden. Es muss von vornherein nicht als Endlager vorgesehen werden, wogegen bei einem Endlager im Schacht mit der Möglichkeit der Rückholung, wie sie König in seinen letzen Interviews propagiert, eine endgültige Lagerung die Vorzugsoption sein könnte. Man kann aber auch in einem Tunnel durchaus Abzweige bzw. Nischen anordnen und verschließen und von einer Rückholung von dort absehen.

  Bei einem Langzeitlager in einem Tunnelsystem können die Erfahrungen der vielfältigen Verkehrstunnel berücksichtigt werden, wobei bei einer leichten Neigung am niedrig gelegenen Ausgang das Wasser auch kontrolliert und gegebenenfalls gereinigt werden kann. Den Anforderungen an eine Rückholbarkeit kann ein als Tunnel konstruiertes Lager eher gerecht werden als ein Bergwerksschacht. In einem Tunnel gibt es auch bessere Kontrollmöglichkeiten. Aus den genannten Gründen halte ich es für sinnvoll, in die Überlegungen für einen weiteren Endlagerstandort in Deutschland oder für mehrere Länder in Europa auch ein Langzeitlager nach dem Tunnelprinzip einzubeziehen.

  Beispiele für Tunnelanordnungen sind das Standortzwischenlager in Neckerwestheim, das Untertagelaboratorium unter dem Mont Terri in der Schweiz, in dem Forscher aus verschiedenen Ländern auch aus Deutschland tätig sind 11, ein Tunnel für schwach- und mittelaktive Abfälle in Ungarn in Bataapati 180km südwestlich von Budapest und 100km vom KKW Paks entfernt, zu dessen Eröffnung der Präsident der Ungarischen Akademie der Wissenschaften, Jozsef Palinkas, erklärte:“The Bataapati National Radioactive Waste Disposal Facility provides the most extensive security permitted by current scientific and technological knowledge." 12 der Tunnel befindet sich in Granitgestein, hat zwei Eingänge, zwei 1750 m lange Zugangstunnel, Quergänge, einen Transformatorraum, Pumpenkammern u.s.w. Die Gesamtlänge beträgt gegenwärtig 5200 m und erreicht eine Tiefe von 250 m unter der Oberfläche.

  Auch das in den USA ursprünglich geplante „Endlager“ in den Yucca Mountains in Nevada ist ein Tunnel. Das Einlagerungsfeld liegt zwischen 200 und 425 m unter der Oberfläche. Das Wirtsgestein ist vulkanischer Tuff. Das Endlager soll aus großen unterirdischen Hohlräumen mit einer Vielzahl von Verbindungsstollen bestehen, in denen die Abfälle eingelagert werden. Das angelieferte Material soll aus den Transportbehältern entladen und in dichte Endlagerbehälter umgefüllt werden. Diese werden horizontal in den Stollen eingelagert. Die Wirksamkeit verschiedener technischer Barrieren wird zur Zeit vom Department of Energy untersucht 13. Durch den Stop der Finanzierung im März 2011 ist dieser Standort aber wieder in Frage gestellt.

  Das Problem der Wiederaufarbeitung

Die jetzt vom BfS anerkannte Notwendigkeit der Rückholbarkeit bis zu einem Zeitraum von 500 Jahren ermöglicht auch eine spätere Wiederaufarbeitung (WA) der bestrahlten Brennelemente, die noch über 95% der ursprünglich im Uran enthaltenden Kernspaltungsenergie enthalten. Gerade wegen der in den Druck- und Siedewasserreaktoren geringen Ausnutzung der Kernspaltungsenergie und der als zu gering eingeschätzten Uranvorräte hat man vor 50 Jahren geglaubt, dass man zur Energieerzeugung vorwiegend schnelle Brutreaktoren einsetzen muss, für die eine WA unumgänglich ist. Das wurde bis jetzt nicht umfassend realisiert, weil der Weg über die Anreicherungen gegenwärtig preiswerter und sicherer ist.

  Es muss hier daran erinnert werden, dass das ursprüngliche Ziel der chemischen Aufarbeitung von bestrahltem Kernbrennstoff die Gewinnung von Plutonium für Atomwaffen als paralleler Weg zur Anreicherung von 235U aus Natururan war. Beide Entwicklungen führten in den USA gleichzeitig zu einer Atombombe. So wurde kurz hintereinander je eine Bombe mit 235U und 239Pu in den letzten Kriegstagen in Japan abgeworfen. Nachdem für die Entwicklung der Plutoniumbombe die Grundzüge der Wiederaufarbeitung von bestrahltem Uran entwickelt waren, wollte man die WA auch für die bessere Spaltstoffausnutzung in KKW mit schnellen Brütern zur Stromerzeugung nutzen. Ursprüngliches Ziel der WA bestrahlter Kernbrennelemente war die Abtrennung des erzeugten Plutoniums und des noch nicht gespaltenen Urans zur Wiederverwendung in Brutreaktoren oder MOX-BE.

  Es war in den USA ein Extraktionsprozess mit Tributylphosphat 14 entwickelt worden, um das durch kurze Bestrahlungszeiten aus 238U durch Neutroneneinfang erbrütete waffenfähige 239Pu von Uran und Spaltprodukten abzutrennen. Dieser Prozess wurde dann auch für die Anlagen für die WA von den in Kernkraftwerken bestrahlten Kernbrennelementen angepasst und in den Anlagen z.B. in LaHague, Sellafield, Jekaterinenburg und auch in der Wiederaufarbeitungsanlage Karlsruhe (WAK) eingesetzt. Bei den langen Bestrahlungszeiten entstehen neben dem 239Pu auch die Isotope 238Pu, 240Pu, 241Pu und 242Pu, die eine unmittelbare Verwendung des Plutoniumgemisches für Waffenzwecke unmöglich machen. Das Pu-Isotopengemisch kann aber für die Brennelemente gering angereichertem Uran zugemischt werden. Diese Mischoxidbrennelemente (MOX-BE ) werden genauso wie die BE mit schwach angereichertem Uran in KKW erfolgreich eingesetzt. Nach der Entscheidung der BRD, keinen schnellen Brüter zu entwickeln und keine eigene Wiederaufarbeitung mehr durchzuführen und daraufhin das Projekt Wackersdorf gestoppt und der Betrieb der WAK eingestellt wurde, hat man einen mehrjährigen demnächst auslaufenden Vertrag mit der französischen Firma COGEMA abgeschlossen, nach dem über einen bestimmten Zeitraum eine Menge BE in LaHague wiederaufgearbeitet wurden. Die BRD hatte sich verpflichtet, die in Glaskokillen eingeschmolzenen hochaktiven Spaltprodukte und Transplutoniumelemente enthaltenden Rückstände und das Plutonium zurückzunehmen, wobei letzteres in MOX-BE eingesetzt wird.

  Entgegen der vor 40 Jahren international herrschen Meinung ist der Einsatz der DWR und SWR auch gegenwärtig und noch für viele weitere Jahre dem von schnellen Brütern überlegen. Aus dieser damaligen Einschätzung sind auch in Deutschland einige große Prototypanlagen wie der schneller Brüter in Kalkar, die Wiederaufarbeitungsanlage in Karlsruhe und Projekte wie die WA Wackersdorf entstanden, die gegenwärtig zurückgebaut bzw. aufgegeben werden.

  Das Endlager für hochradioaktive Abfälle in Gorleben war ursprünglich nur für die Rückstände der Wiederaufarbeitung und nicht für abgebrannte Brennelemente geplant worden. 15. Als man daran dachte, auch die abgebrannten Brennelemente dort zu lagern, kam auch gleich der Gedanke der "Rückholbarkeit" auf, und Ministerpräsident Albrecht gebrauchte in diesem Zusammenhang den Begriff der Langzeitzwischenlagerung. 16

  In welchem Umfang in den nächsten Jahrzehnten oder Jahrhunderten eine WA wirtschaftlich und deshalb sinnvoll werden wird, kann man heute nicht beurteilen. Wenn aber die WA erst nach einem längeren Zeitraum erfolgt, wird wegen der drastischen Verringerung der Gammastrahlungsdosen die WA und auch eine Abtrennung der langlebigen alphastrahlenden Isotope von Np, Am und Cm erleichtert, wodurch das radiotoxische Potential der Restaktivität schon nach einigen hundert Jahren auf das Niveau von Natururan absinkt und kaum jemand mehr Einwände gegen eine Endlagerung dieser Rückstände im einem Standort wie den Salzstock Gorleben haben kann. Wesentliche Verbesserungen sind zu einem späteren Zeitraum sowohl durch wissenschaftliche und technische Fortschritte, andere politische Strukturen und territoriale Optimierung zu erwarten.

  In Deutschland wurde nach meinen Kenntnissen ein Tunnel als End- bzw. Langzeitzwischenlager noch nicht in Erwägung gezogen. Selbst die 2007 abgeschlossene Studie hat das Bundesamt für Geologie und Rohstoffe nur Tiefenformationen für die Endlagerung auf ihre Eignung untersucht.17

  Abklinglager für aktivierte Materialien

Im Stahl von Druckbehältern rückgebauter Kraftwerksreaktoren ist für die ersten Jahrzehnte 60Co mit einer hochenergetischen Gammastrahlung das radiologisch bestimmende Radionuklid. Nach dessen Abklingen ist der Betastrahler 63Ni mit einer Halbwertszeit von 100 Jahren die Hauptaktivität. Trotzdem ist eine Verwendung des Stahls als Behälter und Schutzmauern für radioaktive Abfälle möglich. Zircaloy- und andere Zirkonmaterialien werden als Brennelementhüllrohre und andere Einbauten im Reaktorcore stark aktiviert. Ob für diese über eine Wiederverwendung oder nachgedacht wird, ist mir nicht bekannt. Die vorhandenen oberirdischen Zwischenlager sind dafür sicher geeignet.

  Zusammenfassung

Seitdem das Endlager ohne Rückholmöglichkeit nicht mehr als politisches Druckmittel für den inzwischen von allen Bundestagsparteien akzeptieren deutschen Atomausstieg benutzt wird, ist eine offene fachliche Variantendiskussion über die Verwahrung radioaktiver Abfälle wieder möglich. In diesem Rahmen sollte über ein Langzeitlager in einem Tunnelsystem, sofern noch nicht geschehen unbedingt auch in Deutschland nachgedacht werden. Es liegen viele Erfahrungen sowohl in den Tunnelbauten für den Verkehr als auch bei dem bisherigen Endlager für schwach und mittelaktive Abfälle ERAM. Für sehr schwache radioaktive Rückstände aus dem Uranbergbau gibt es besonders in Sachsen und Thüringen reichliche Erfahrungen, und beim Braunkohlenbergbau über den Transport und die Bereitstellung von Materialmassen für Überschichtungen und Verfüllungen.

  Literatur

  1. Bundesamt für Strahlenschutz: „Was bedeutet die Bergbarkeit oder Rückholbarkeit im Zusammenhang mit der Endlagerung radioaktiver Abfälle?“ Information des BfS, 19.05.2011.

2. Bundesamt für Strahlenschutz vom 30.05.2011: „Stellungnahme zur Endlagerung im Abschlussbericht der Ethikkommission“ Information vom 30.05.2011

3. W. König. “Ich bin gegen Langzeitzwischenlager“, Interview mit D. Dehmer, Tagesspiegel, 29.12.2010

4. Michel, R., persönl. Mitt. 18.12.2010

5. K. Gompper, A. Geist, H. Geckeis: Aktinoidenabtrennung aus hochaktiven Abfällen, Nachrichten aus der Chemie 58 (2010) 1015-1019

6. F. Schilling, Kurzzeitendlager, Spiegel – Online, 10.5 2011

7. Bundestagsfraktion der Grünen: Fachgespräch "Soll Atommüll rückholbar endgelagert werden?“ 9.5.2011

8. 15.6.2011 präzisierte König seine Gedanken im Interview mit Nana Brink vom Deutschlandradio Kultur

9. F.-P. Weiss: Pers. Mitt.: 4.10.2010

10. H. Geckeis: Pers. Mitt. 16.11. 2010

11. http://www.kernenergie.ch/de/felslabor-montterri.html (26.06.2011)

12. Staff wríter: Hungary inaugurates first stage of nuclear waste disposal facility, AFP Budapest, 6.10.2006

13. http://en.wikipedia.org/wiki/Yucca_Mountain_nuclear_waste_repository, gelesen 26.06.2011

14. S. Niese, M. Beer, D. Naumann, K. Köpsel: Extraktive Aufarbeitung bestrahlter Kernbrennstoffe, Akademie-Verlag , Berlin, 1960

15. Chemie der Nuklearen Entsorgung ,Teil I , F. Baumgärtner (Hrsg.), München 1978. Hier S. 215

16. M Jungblut: Selbstverstümmlung einer Industrienation?, ZEIT - Gespräch mit Professor Kurt Beckurts über den Gorleben-Beschluss, Zeit-Online, 25.5.1979

17. http://www.bgr.bund.de/cln_145/nn_329630/DE/Themen/Geotechnik/Downloads/BGR__wirtsgest__dtl,templateId=raw,property=publicationFile.pdf/BGR_wirtsgest_dtl.pdf

 

 
Einfahrt in den Stollen des geplanten Endlagers Yucca Mountains  

 

 

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