Das Abfallwirtschafts-Konzept für Kernkraft und seine Grenzen
Die Kernkraftwerke der Welt produzieren jährlich etwa 10.000 Tonnen verbrauchten Brennstoff, während sie etwa 10 Prozent des globalen Stroms erzeugen. Über sieben Jahrzehnte hat die Industrie ein gut verstandenes Handhabungssystem entwickelt: Verbrauchter Brennstoff geht vom Reaktor in Kühlbecken, dann in Trockenlager und schließlich in tiefe geologische Endlager. Finnland ist am weitesten fortgeschritten beim Bau einer solchen Anlage; die Onkalo-Stätte an der Südwestküste soll in diesem Jahr in Betrieb gehen. Die Vereinigten Staaten dagegen haben es nie geschafft, ihr designiertes Yucca-Mountain-Endlager aufgrund von politischem Widerstand voranzutreiben.
Nun nähert sich eine neue Generation von Reaktordesigns der Kommerzialisierung, und Experten warnen, dass Änderungen erforderlich sein werden – in einigen Fällen erhebliche – sowohl in der physischen Abfallwirtschafts-Infrastruktur als auch in den Regelwerken, die sie regeln.
Neue Brennstoffe, neue Probleme
Hochtemperatur-Gaskühlreaktoren, wie die von X-energy entwickelt werden, verwenden TRISO-Brennstoff – Urankerne, die von mehreren Schutzschichten eingebettet in Graphitkugeln umgeben sind. Der Graphit, der während des Betriebs kontaminiert wird, kann nicht leicht vom uranhaltigen Material getrennt werden. Die gesamte Baugruppe muss als hochradioaktiver Abfall behandelt werden, was den Abfallstrom deutlich voluminöser macht als bei einem äquivalenten Leichtwasserreaktor. X-energy merkt an, dass die Schutzschichten von TRISO die Notwendigkeit der Nasslagerung entfallen lassen – Brennstoff kann direkt in Trockenlagerung gehen – aber die Herausforderungen bei der Massenlagerung bleiben real.
Salzschmelze-Reaktoren präsentieren ein anderes Problem. Der Kernbrennstoff wird direkt in eine Salzschmelze aufgelöst, die auch als Kühlmittel dient. Das bedeutet, dass das gesamte Volumen der Salzschmelze effektiv hochradioaktiver Abfall ist, wenn der Reaktor stillgelegt wird, weit mehr als bei konventionellen Designs, wo nur Brennstoffbündel hochradioaktiver Abfall sind.
Schnellreaktoren und das Wärmeproblem
Natriumgekühlte Schnellreaktoren, vertreten durch TerraPowers Natrium-Design (das seine NRC-Baugenehmigung Anfang März erhielt), verbrennen Brennstoff gründlicher und extrahieren mehr Energie pro Materialeinheit. Aber verbrauchter Brennstoff aus Schnellreaktoren enthält eine höhere Konzentration von Spaltprodukten und erzeugt signifikant mehr Wärme pro Masseneinheit.
Wärme ist die primäre technische Einschränkung im Design von Endlagern. Tiefe Endlager müssen sicherstellen, dass verbrauchter Brennstoff das umgebende Gestein nicht so sehr erhitzt, dass es zu strukturellen Kompromissen oder Veränderungen der Grundwasserchemie kommt. Die hohe Wärmeabgabe von Schnellreaktorbrennstoffen bedeutet, dass Endlager viel größere Abstände zwischen Abfallpaketen oder aktive Kühlung für längere Zeiträume vor der permanenten Einlagerung benötigen – beides beeinflusst Kapazität und Kosten.
Natriumkühlmittel führt auch zu einer chemischen Komplikation: Natrium reagiert heftig mit Wasser, daher kann natriumkontaminierter Brennstoff nicht einfach in Wasserkühltücher gehen. TerraPower hat einen Stickstoff-Blasenprozess entwickelt, um zunächst Restnatrium zu entfernen, was einen Handhabungsschritt mit seinen eigenen Sicherheitsanforderungen hinzufügt.
Was die Industrie dagegen unternimmt
Die Nuclear Innovation Alliance veröffentlichte einen umfassenden Bericht von 2024, der Entsorgungswege für jeden großen fortschrittlichen Reaktortyp untersucht. Die meisten Experten sind sich einig, dass bestehende institutionelle Rahmen neue Abfalltypen mit technischen Änderungen aufnehmen können, auch wenn das Ausmaß dieser Änderungen bis zur tatsächlichen Inbetriebnahme von Reaktoren unsicher bleibt. Wie die Forscherin Allison MacFarlane zusammenfasst: "Diese Reaktoren gibt es noch nicht, daher wissen wir nicht wirklich viel, im großen Detail, über den Abfall, den sie produzieren werden."
Dieser Artikel basiert auf Berichten von MIT Technology Review. Lesen Sie den ursprünglichen Artikel.
