UMWELTVERSCHMUTZUNG

Nukleare Abfälle: eine unlösbare Aufgabe?

Zeittafel für die Arbeiten am Untertagelabor HADES – High-Activity Disposal Experiment Site in Mol (BE), wo 2010 das Experiment PRACLAY durchgeführt werden soll. Source: GIE EURIDICE
Zeittafel für die Arbeiten am Untertagelabor HADES – High-Activity Disposal Experiment Site in Mol (BE), wo 2010 das Experiment PRACLAY durchgeführt werden soll. Source: GIE EURIDICE
Bagger zum Graben der Stollen. © EURIDICE
Bagger zum Graben der Stollen. © EURIDICE
Der Verbindungsstollen erreicht den Test-Drift. © EURIDICE
Der Verbindungsstollen erreicht den Test-Drift. © EURIDICE
Der Verbindungsstollen erreicht den Test-Drift. © EURIDICE
Der Verbindungsstollen erreicht den Test-Drift. © EURIDICE
Fahrstrecken. © EURIDICE
Fahrstrecken. © EURIDICE
Das HADES-Labor, 224 Meter unter der Erde. © EURIDICE
Das HADES-Labor, 224 Meter unter der Erde. © EURIDICE

Dank Energiekrise und Klimawandel ist die Kernenergie wieder salonfähig geworden. Doch der hervorragende Wirkungsgrad und die schwachen CO2-Emissionen der Kernspaltung können das delikate Problem der atomaren Abfälle nicht verbergen. Die europäische Antwort auf diese Frage anhand des belgischen Modells.

Seit 2008 bemüht sich das Vereinigte Königreich um eine Rückkehr zur Kernenergie indem es den Bau neuer Reaktoren ankündigte. Schweden zieht im Februar 2009 mit der Neubelebung seines Kernenergieprogramms nach, das seit 1980 gestoppt worden war. Gleich danach verkündet die französische Regierung die Unterzeichnung eines Abkommens mit Italien über den Bau der ersten vier Reaktoren in diesem Land, ohne auf einen echten Widerstand in der italienischen Bevölkerung zu stoßen. Einer Eurobarometerumfrage zufolge sprachen sich 2008 44 % der Europäer – gegenüber 37 % im Jahr 2005 – für die Kernenergie aus. Probleme mit der Energieabhängigkeit und der Klimawandel scheinen heute wahrscheinlicher als ein hypothetischer Reaktorunfall zu sein und außerdem imminenter als die Frage nach der zukünftigen Entsorgung atomarer Abfälle.

Eine Definition mit variabler Geometrie

Nach Angaben der World Nuclear Association sollen bis 2030 weltweit 237 Reaktoren gebaut werden. Damit ist die Problematik der Abfallentsorgung aktueller denn je, denn 80 % dieser strahlenden Abfälle werden aus diesen Reaktoren stammen. Die restlichen 20 % resultieren aus medizinischen (Diagnose und Behandlung von Krankheiten) und landwirtschaftlichen Anwendungen (Sterilisierung durch Bestrahlung) sowie aus der wissenschaftlichen Forschung.

Doch was genau ist radioaktiver Abfall? Der Definition der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEO) nach ist radioaktiver Abfall jedes Material, für das keine Verwendung vorgesehen ist und das Radionukleide in einer Konzentration enthält, die über den von den zuständigen Stellen festgelegten Höchst- oder Grenzwerten liegen. In der Europäischen Union legt eine Richtlinie die Normen für den Strahlenschutz fest, doch die Entsorgung der Abfälle bleibt Sache der Mitgliedstaaten.

„Es handelt sich um eine Frage der Verwendung“, erläutert Jean-Paul Minon, Generaldirektor der Nationalen Einrichtung für radioaktiven Abfall und angereicherte Spaltprodukte (NERAS, BE). „Wie auch bei Haushaltsabfällen muss der Besitzer entscheiden, ob sie noch gebraucht werden. In belgischen Krankenhäusern werden die in der Kobalttherapie verwendeten radioaktiven Quellen ausgesondert, sobald ihr Strahlungsvermögen um die Hälfte gesunken ist, denn ab die sem Zeitpunkt müsste der Patient länger bestrahlt werden. Jedoch könnten sie immer noch zahlreiche Leben retten, weshalb wir sie Ländern der Dritten Welt überlassen. Diese müssen allerdings die Transportkosten übernehmen.“

Antwort A, B oder C?

Seit den 1950er Jahren genehmigt die internationale Gemeinschaft die Einleitung radioaktiver Abfälle in die Umwelt. Vor allem im Atlantik wurden mehr als 100 000 Tonnen radioaktiver Abfall in Betonfässern eingeschlossen versenkt. Diese zweifelhafte Praxis wurde 1982 zugunsten anderer Methoden der Endlagerung aufgegeben. Derzeit wird die geeignete Entsorgungsmethode durch die Halbwertzeit (siehe Kasten) und die Aktivität des Abfalls bestimmt. Im belgischen Modell, das stellvertretend für die Praxis in den meisten Mitgliedstaaten steht, werden die Abfälle in drei Kategorien eingeteilt: A, B und C. Von der Kategorie hängen die Art des Behälters, die Form der Endlagerung und die erlaubte Expositionszeit ab.

Für Abfälle der Kategorie A etwa ist die oberirdische Endlagerung vorgesehen. Den Erläuterungen Jean-Paul Minons zufolge sind die zu entsorgenden Mengen zu bewältigen. „Für ein Land wie Belgien mit 10 Millionen Einwohnern, wo 55 % des erzeugten Stroms aus der Kernenergie stammen, fallen rund 72 000 m³ radioaktive Abfälle während der Laufzeiten der Kernkraftwerke, also 40 Jahre, einschließlich ihrer Demontage an.“ Die Abfälle werden in Stahlfässern konditioniert und bei Belgoprocess in Dessel (BE) zwischengelagert, bevor sie zu ihrem Endlager gebracht werden. Die Panzerung und die Dicke der Stahlbetonwände, zwischen 25 und 80 cm, garantieren, dass keine Strahlung austreten kann.

„Wir können folglich eine sichere oberirdische Entsorgung dieser Abfälle gewährleisten“, erklärt Jean-Paul Minon, „weil diese erst nach 300 Jahren eine Aktivitätsrate erreichen werden, die in der Nähe der natürlichen Strahlung liegt. Doch bei den Abfällen der Kategorien B und C, deren Endlagerungszeiten sich auf mehrere hunderttausend Jahre erstrecken können, sieht es anders aus. Diese nach menschlichem Maßstab nicht handhabbaren Zeiten zwingen uns dazu, die geologische Endlagerung in tiefen Schichten in Betracht zu ziehen.“

Bohren zum Testen

„Es herrscht die Vorstellung, dass die Länder ihre radioaktiven Abfälle bereits vergraben“, bemerkt Émile Biesemans, Sprecher von NERAS. „Das ist aber absolut nicht der Fall.“ Die europäischen Länder befinden sich noch in der Testphase, um ausreichende Kenntnisse in diesem Bereich zu sammeln und um sich der Machbarkeit dieser Form der Endlagerung zu versichern. Europa beschäftigt sich zur rechten Zeit mit dem Thema, weil Abfälle der Kategorie C sehr lange – mindestens 60 Jahre lang – im Wasserbecken oder oberirdisch gekühlt werden müssen, bevor sie geologisch endgelagert werden können.“

Derzeit verfügt die EU über zehn der 14 weltweit existierenden Untertagelabors. Zu den ersten gehört das 1980 errichtete Untertagelabor HADES (High-Activity Disposal Experiment Site) in Mol (BE). Dieses Forschungszentrum liegt 225 m unter der Erdoberfläche in der Tonschicht von Boom. In diesem Labor wird die Machbarkeit der unterirdischen Lagerung langlebiger radioaktiver Abfälle in Tonschichten aus hydrogeologischer, geomechanischer und geochemischer Sicht untersucht und mit den gesammelten Ergebnissen wird es möglich sein, Prognosen und Bewertungen für lang- und kurzfristige Modelle zu erstellen.

Hitze voraus!

Bereits 2010 wird im HADES-Labor das thermische Experiment PRACLAY (Preliminary demonstration test for clay disposal of high-level radioactive waste) beginnen, das zehn Jahre lang laufen wird. Xiangling Li, wissenschaftliche Koordinatorin des Projekts, entwickelt die Ziele dafür. „Die in Glas eingeschmolzenen hoch aktiven Abfälle, die für diese Form der Endlagerung vorgesehen sind, geben noch jahrhundertelang Hitze ab. Wir wollen über einen langen Zeitraum überprüfen, dass dem Boden durch die Hitze keine größeren Schäden zugefügt werden, welche die Stabilität des Aushubs sowie das Einschluss- und Isolationsvermögen des Tons von Boom beeinträchtigen. Die von uns im Labor und vor Ort in kleinem Maßstab durchgeführten Vorversuche lassen vermuten, dass der Ton von Boom ein hervorragender Kandidat ist. Wir sind zuversichtlich, dass sich unsere Prognosen durch dieses Experiment unter realen Bedingungen bestätigen werden.“

Die technologischen und wissenschaftlichen Erkenntnisse dieses Projekts, das sowohl aus nationalen als auch aus europäischen Mitteln finanziert wird, werden bei weitem nicht nur Belgien zugutekommen. Von der Verbreitung des Wissens werden auch Länder wie Frankreich und die Schweiz profitieren, die über ähnliche geologische Formationen verfügen, und im Hinblick auf gewisse technische Aspekte auch die Länder der Union, die ähnliche Endlager in kristallinen Felsen oder stillgelegten Salzminen anlegen möchten. „Unsere Expertise könnte sogar neue Wege für die Speicherung des atmosphärischen CO2 eröffnen, weil die geologische Speicherung dieses Gases sich auf ähnliche Techniken stützt“, meint Xiangling Li abschließend.

Ein wirksamer Schutzschild?

Bevor die flüssigen hoch radioaktiven Abfälle aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente vergraben werden, müssen sie in einer Matrix aus Glas fixiert werden. In dieser Form soll sich die radioaktive Strahlung erheblich verlangsamen. „Das wollen wir jedenfalls überprüfen“, erläutert Elie Valcke, Projektleiter von CORALUS (Corrosion of alpha-active glass in underground storage conditions). „Zwischen 2000 und 2003 haben wir vier große Behälter mit in Glas eingeschmolzenen zum Teil radioaktiven Versuchsproben in die Tonschicht von Boom versenkt, wobei die Behälter mit verschiedenen Sorten Füllgut in Berührung kommen. 2004 wurden zwei Behälter entnommen, von denen der eine 3,3 Jahre lang bei 30 °C und der andere für 1,3 Jahre bei 90 °C gelagert worden war. Die Ergebnisse sind als eher positiv einzuschätzen, da der Masseverlust aufgrund der Auflösung des Glases bei lediglich 0,2 % für den ersten Behälter und bei 2 % für den zweiten Behälter lag. Außerdem wurde in beiden Fällen die gesamte freigesetzte Radioaktivität von dem Füllgut aufgehalten, davon 99,9 % in einer Reichweite von maximal fünf Millimetern.“ Die Wissenschaftler sind der Ansicht, dass die Analyse der letzten Behälter, die 2009 (6,5 Jahre bei 90 °C) und 2014 (10 Jahre bei 30 °C) herausgeholt werden sollen, die Wirksamkeit des Einschmelzens in Glas bestätigen werden.

Jean-Paul Minon betont auch, dass, obwohl Abfälle der Kategorie A ab 2016 oberirdisch gelagert werden sollen, in Belgien noch keine abschließende Entscheidung über die Endlagerung der Abfälle der Kategorien B und C gefallen sei. „Selbst wenn die Machbarkeit einer Endlagerung in einer tiefen geologischen Schicht bewiesen wäre, ist die abschließende Entscheidung nicht nur eine politische, sondern auch eine gesellschaftliche Frage. Der Dialog mit der Öffentlichkeit ist unausweichlich und das ist auch gut so. Bis dahin wird es vielleicht auch neue Lösungen geben. Manche glauben zum Beispiel an die Entsorgung radioaktiver Abfälle im Weltraum, doch unsere Shuttles sind noch lange nicht zuverlässig genug, um daran ernsthaft zu denken.“

Marie-Françoise Lefèvre



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Mehr Einzelheiten

Das ABC der Radioaktivität

Radioaktivität ist ein spontaner Prozess, bei dem sich instabile Atomkerne spalten, wobei sie Energie freisetzen und stabilere Kerne mit geringerer Masse bilden. Die Energie wird in Form von Alpha- oder Beta-Strahlen abgegeben, die oft auch von Gammastrahlen begleitet werden. Die Alphastrahlung betrifft sehr schwere Kerne wie etwa Uran. Sie entspricht der Freisetzung eines Heliumkerns. Die Betastrahlung stammt von Kernen, die einen Überschuss an Neutronen oder Protonen aufweisen. Bei diesem Zerfallsprozess wandeln sich entweder überschüssige Neutronen in Protonen um, wobei Elektronen ausgestrahlt werden oder – umgekehrt – Protonen transformieren sich in Neutronen, wobei Positronen ausgestrahlt werden. Gammastrahlung besteht aus energiereichen Photonen und entsteht beim Zerfall von Atomkernen.

Je nach Art des Kerns können diese Strahlungsprozesse unterschiedlich lange dauern. Der Begriff „Halbwertzeit“ bezeichnet die Zerfallsgeschwindigkeit von radioaktiven Elementen. Ein Beispiel: Eine Probe mit 1 mg des Isotops 60Co (Cobalt-60) – dessen Halbwertzeit 5,2 Jahre beträgt – wird nach 5,2 Jahren nur noch 0,5 mg und nach 10,4 Jahren nur noch 0,25 mg Co enthalten.

Mit der Aktivität einer radioaktiven Stoffmenge wird die Anzahl der Kernzerfälle pro Sekunde bezeichnet. Die Maßeinheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq). Strahlendosen werden in Sievert (Sv) gemessen, einer Maßeinheit, die mit der biologischen Wirksamkeit der Strahlung in Zusammenhang steht. Eine tödliche Strahlendosis liegt bei 10 Sv. Ein annehmbarer Strahlenschutz der Bevölkerung liegt bei einer Belastung von 0,001 Sv pro Jahr. Bei radioaktiven Abfällen spricht man von schwacher Aktivität, wenn die Strahlendosis unter 0,005 Sv pro Stunde liegt, von mittlerer Aktivität bei Werten zwischen 0,005 und 2 Sv und von hoher Aktivität bei Werten über 2 Sv.



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Organisationen für die nukleare Sicherheit

Obwohl die Politik in der Frage der Entsorgung radioaktiver Abfälle Ländersache ist, gibt es mehrere internationale Organisationen, die mit der Verbreitung guter Praktiken in dieser Sache betraut sind.

IAEO: die Internationale Atomenergieorganisation ist ein Organ des Sicherheitsrats der Vereinten Nationen. Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin, die sichere und friedvolle Nutzung der Kernenergie zu unterstützen. Dafür hat die IAEO eine Liste mit Sicherheitsstandards (Radioactive Waste Safety Standards – RADWASS) für radioaktive Abfälle erstellt.

UNSCEAR: Die Aufgabe des Wissenschaftlichen Ausschusses der Vereinten Nationen zur Untersuchung der Auswirkungen der atomaren Strahlung ist es, die Höhe und Folgen der Strahlenbelastung zu bewerten und die Ergebnisse den Regierungen mitzuteilen, um die Ausarbeitung nationaler Sicherheitsmaßnahmen zu unterstützen.

ICPR: Die Internationale Kommission für Strahlenschutz ist eine unabhängige Organisation, die sich für die öffentliche Verbreitung der wissenschaftlichen Erkenntnisse im Bereich des Strahlenschutzes einsetzt und Empfehlungen für Sicherheitsmaßnahmen im Hinblick auf ionisierende Strahlung ausspricht

NEA: Die Kernenergie-Agentur unterstützt die Mitgliedstaaten der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) bei der Wahrung der wissenschaftlichen Grundlagen, die für die sichere, wirtschaftliche und umweltfreundliche Nutzung der Kernenergie notwendig sind.

www.iaea.org
www.unscear.org
www.icrp.org
www.nea.fr



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