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    Das Ende des Endlagers? Neue Trenneinheit entsorgt massiv Atommüll

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    Ein neues Trennverfahren verspricht die Reduktion des geologischen Endlagers auf 20 Prozent des ursprünglichen Volumens. Das Ende des strahlenden Abfalls? Ist die Trenneinheit Teil des geplanten Dual-Fluid-Reaktors (DFR), würde sich bei laufendem Betrieb der Atommüll sogar in Luft auflösen. Sputnik hat die Trenneinheit des DFR näher beleuchtet.

    Der patentierte Dual-Fluid-Reaktor (DFR) soll idealerweise bis zu 100 Prozent des radioaktiven Brennstoffs in einem Kreislauf umsetzen. Im Realbetrieb erzeugt er zwar Abfälle, aber mit einer Lebensdauer von maximal einigen 100 Jahren. Deswegen ist beim DFR-Konzept ein Zwischenlager für diese Stoffe bereits im Kraftwerk integriert. So versprechend das klingt: Ob der Reaktor in Deutschland gebaut wird, steht damit nicht fest.

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    Für die hohe Effizienz des Reaktors ist ein Baustein verantwortlich, der die Auftrennung des radioaktiven Stoffgemisches vornimmt, die PPU (Pyrochemical Processing Unit, zu Deutsch etwa: Pyrochemische Trenneinheit). Auch wenn der DFR nie gebaut werden sollte, könnte die PPU in der Atommüllfrage eine entscheidende Rolle spielen, denn mit ihr lässt sich das Endlager-Problem deutlich verkleinern.

    „Beim geologischen Endlager muss man zwei Probleme lösen, die nicht so gut miteinander vereinbar sind“, erklärt Götz Ruprecht, Miterfinder des DFR, das Grundproblem gegenüber Sputnik. „Man muss die wärmeentwickelnden Abfälle tief unter der Erde lagern und dadurch dürfen die Abstände der Fässer oder Castoren nicht zu eng sein. Man muss das Endlager so dimensionieren, dass die Wärmeentwicklung gehandhabt werden kann. Andererseits sind auch nicht stark wärmeentwickelnde Stoffe drin, die eine schwache, aber genügend große Aktivität haben. Die sind alle miteinander vermischt, diese Stoffe. Man muss also das Endlager auslegen auf Wärmeentwicklung und auf lange geologische Lagerung zugleich.“

    Die Lösung: Stoffgemisch trennen – Lager auf 20 Prozent verkleinern

    Ein benutztes Brennelement besteht zu 95 Prozent aus Uran-238 sowie zu einem Prozent aus Uran-235. Das Uran lässt sich prinzipiell nach Wiedergewinnung weiterverwenden. Weitere drei Prozent umfassen Spaltprodukte, von denen die meisten innerhalb von 300 Jahren weiter in stabile Atomkerne zerfallen. Lediglich bei einem Prozent handelt es sich um sehr langlebige Stoffe, die Transurane, zu denen etwa das Plutonium gehört.

    In Deutschland bis 2040 genutzter Kernstbrennstoff (Darstellung)
    © Foto : Dual-Fluid-Reaktor.de
    In Deutschland bis 2040 genutzter Kernstbrennstoff (Darstellung)

    Die PPU trennt dieses Gemisch auf. Dazu wird es zunächst in ein Chlorsalz umgewandelt und dann bei Temperaturen unterhalb von 2000 Grad Celsius zum Sieden gebracht. Vergleichbar sei die Funktionsweise der PPU einer Rektifikationskolonne in einer Erdölraffinerie, allerdings im Gegensatz zu dieser sehr kompakt. Die Bestandteile des Salzes verdampfen, kondensieren in Abhängigkeit von ihrem Siedepunkt auf verschiedener Höhe und laufen in getrennten Fraktionen aus der PPU heraus.

    Fraktionierte Destillation (Darstellung)
    Fraktionierte Destillation (Darstellung)

    Dieser Prozess trennt bei laufendem DFR den Brennstoffkreislauf fortwährend auf, kann aber auch vom Reaktorbetrieb unabhängig zum Einsatz kommen, um die Bestandteile von Atommüll aus Leichtwasser-Reaktoren voneinander zu scheiden. Durch diese Trennung wird der Atommüll aufgeteilt in weiter verwendbares Uran, in kurzlebige Stoffe, deren Aktivität nach 300 Jahren abgeklungen ist und in sehr langlebige Stoffe, die der eigentliche Anlass für ein Endlager sind.

    Die größten Wärmeerzeuger sind die kurzlebigen Strahler. Da sie nicht in das Endlager wandern, muss dieses nicht mehr auf eine dermaßen hohe Wärmeentwicklung ausgerichtet werden, die Abstände zwischen den Containern schrumpfen zusammen. Das Endlager selbst lässt sich durch den Einsatz einer PPU Ruprecht zufolge bei geeigneter Lagerlogistik in den ersten Jahrhunderten auf 20 Prozent herunter reduzieren.

    Bonus: Edelmetalle aus radioaktiven Abfällen abgreifen

    „Unter den Elementen, die in 100 bis 300 Jahren entnommen werden können, befinden sich auch sehr wertvolle Edelmetalle, die in der Industrie hochgefragt sind“, hebt Ruprecht weiter hervor. Dazu zählen Rhodium, Ruthenium und Palladium. Rhodium sei deutlich teurer als Platin merkt Armin Huke an, Geschäftsführer des Instituts für Festkörper-Kernphysik, an dem der DFR und die PPU konzipiert wurden. Es handle sich bei den Abfällen keineswegs um giftigen Schwermetallmüll, diese verfügten über eine „sehr geringe Giftigkeit“.

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    Allerdings stehe der Wert der darin enthaltenden Edelmetalle in keinem Verhältnis zu den Möglichkeiten des DFR: „Da bei der Kernkraftnutzung der Massenumsatz sehr gering ist, haben diese Metalle zwar wirtschaftlich einen erheblichen Wert, aber ihr Marktwert ist vergleichsweise verschwindend zu dem Marktwert der Energie, den die Kernspaltung vorher erzeugt hat“, so Huke.

    Nur im Kraftwerkverbund: Für Medizin wichtiges Molybdän

    Für die Medizin ist das metastabile Technecium-99-Isotop von großer Bedeutung. Dieses entsteht aus dem Isotop Molybdän-99 und wird in sogenannten Technicium-Generatoren vom Molybdän getrennt und in der Radiologie als Radiotracer etwa bei der Krebsdiagnostik eingesetzt. Das metastabile Technecium-99 hat noch eine kürzere Halbwertszeit als Molybdän-99.

    Die Trenneinheit kann auch Molybdän-99 aus dem radioaktiven Gemisch entnehmen, allerdings nur im Verbund mit dem Reaktorkern und Kreislaufsystem des DFR. Denn bis der Atommüll bei der PPU angekommen ist, ist das wertvolle Molybdän längst zerfallen.

    „Das Molybdän war im Grunde der Anlass, dass der DFR entwickelt wurde“, merkt Ruprecht an. Denn vor etwa zehn Jahren sei es zur Technecium-Krise in der Medizin gekommen. Grund dafür: Fast zeitgleich wurden zwei Forschungsreaktoren zu Wartungszwecken geschlossen. „In dem Moment wurde den Medizinern bewusst, dass sie ihr ganzes Molybdän-99 für Nordamerika und Europa nur aus diesen beiden Reaktoren beziehen. Und da wurde ihnen auch bewusst, dass das Zeug zerfällt. Nach wenigen Tagen gab es eine Molybdän-Krise und die Krankenhäuser konnten nicht versorgt werden“, so Ruprecht.

    Also habe man sich Gedanken gemacht, ob Molybdän auch anders hergestellt werden kann. Das Institut für Festkörper-Kernphysik verfolgte dabei eine mögliche Herstellung mittels Beschleuniger. Das Endergebnis war der Dual-Fluid-Reaktor. „Ein Reaktor könnte im Grunde den ganzen Weltbedarf decken“, so Ruprecht.

    Eine Studie zur PPU wurde laut Huke vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) gefördert. Die Forscher verbinden mit dieser Studie eine Hoffnung auf eine Anschlussförderung. Das würde wiederum den Bau solcher Aufbereitungsanlagen näher rücken.

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    Das Interview mit Götz Ruprecht und Armin Huke in voller Länge:

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    Elemente, Edelmetalle, Palladium, Ruthenium, Kernphysik, Reaktoren, Plutonium, Uran, Debatte, Diskussion, Atommüll, Kraftwerke, Kraftwerk, abgebrannter Kernbrennstoff, Kernbrennstoff, Atombrennstoff, Brennstoff, radioaktive Grundstrahlung, radioaktive Verschmutzung, Radioaktivität, Sputnik, Atomkraftwerk, Atomkraftweke, Atomkraft, Deutschland, Giftstoff, Giftstoffe, giftig, Gift, Abfall, Endlagerung