Warum die Welt das Atommüll-Recycling immer noch nicht bewältigt

Das Recyclingproblem, das Kernenergie nicht lösen kann

Kernenergie erlebt derzeit eine echte Renaissance, mit neuen Reaktoren, die in Dutzenden von Ländern gebaut oder in fortgeschrittener Planung sind, fortgeschrittene Reaktordesigns, die beispiellose private Investitionen anziehen, und Regierungen, die Kernenergie als Kernkomponente ihrer Strategien für saubere Energie einspannen. Doch eine der hartnäckigsten praktischen Herausforderungen der Kernenergie — was mit verbrauchtem Brennstoff zu tun ist — bleibt weitgehend ungelöst, und eine detaillierte Analyse von MIT Technology Review untersucht, warum die offensichtliche Lösung der Wiederaufarbeitung und des Recyclings dieses Brennstoffs keine breitere Anwendung gefunden hat.

Die grundlegende Chemie von verbrauchtem Kernbrennstoff macht das Recycling konzeptionell unkompliziert. Nachdem Uranbrennstäbe in einem Reaktor verwendet wurden, wurde nur ein Bruchteil ihres spaltbaren Materials tatsächlich verbraucht. Der verbrauchte Brennstoff enthält große Mengen Uran-238, kleinere Mengen des spaltbaren Plutonium-239 und Uran-235 sowie eine Sammlung von kurzlebigeren Spaltprodukten und langlebigeren Aktiniden. Die Trennung dieser Komponenten durch chemische Wiederaufarbeitung ermöglicht es, Uran und Plutonium in neuem Brennstoff wiederzuverwenden, was sowohl das Volumen des hochradioaktiven Abfalls, der eine Endlagerung erfordert, als auch die Nachfrage nach neu gewonnenem Uran reduziert.

Warum Frankreich es tut und Amerika nicht

Frankreich betreibt seit 1976 kommerziell Kernbrennstoff-Wiederaufarbeitung in seiner La-Hague-Anlage und recycelt verbrauchten Brennstoff aus seinen eigenen Reaktoren und von Kunden in Japan, Deutschland und anderen Nationen. Das französische Programm hat Tausende Tonnen verbrauchten Brennstoffs verarbeitet und gezeigt, dass Wiederaufarbeitung im industriellen Maßstab technisch machbar ist. Japan hat ähnlich in Wiederaufarbeitungsinfrastruktur in Rokkasho investiert, wobei diese Anlage mit wiederholten Verzögerungen konfrontiert war.

Die USA hingegen haben die kommerzielle Wiederaufarbeitung 1977 unter Präsident Carter explizit verboten, getrieben durch Bedenken bezüglich des Proliferationsrisikos der Trennung von Plutonium — das in Kernwaffen verwendet werden kann — in zivilen Kernkraftanlagen. Diese Politik wurde unter Präsident Reagan nominell rückgängig gemacht, aber die kommerzielle Wiederaufarbeitung wurde nie wiederaufgenommen, und amerikanischer verbrauchter Brennstoff hat sich an Reaktorstandorten in trockener Zwischenlagerung angehäuft und wartet auf ein permanentes Endlager, das nicht gebaut wurde.

Wirtschaftliche Faktoren spielen hier eine wesentliche Rolle. Wiederaufarbeitung ist teurer als der Abbau von frischem Uran bei aktuellen Uranpreisen, die niedrig genug geblieben sind, dass Energieversorger wenig Anreiz haben, die höheren Kosten für recycelten Brennstoff zu tragen. Ohne einen Kohlenstoffpreis, der die Langzeitkosten des Uranabbaus berücksichtigt, oder ein politisches Mandat zur Wiederaufarbeitung, weist das Marktsignal auf die fortgesetzte Verwendung von Frischbrennstoff und die fortgesetzte Ansammlung von verbrauchtem Brennstoff in Zwischenlagerung hin.

Die Proliferationsgefahr

Die Proliferationsgefahr, die Carters ursprüngliches Verbot motivierte, ist nicht verschwunden. Der PUREX-Prozess, der in der konventionellen Wiederaufarbeitung verwendet wird, trennt Plutonium in einer reinen Form, die theoretisch für Waffenverwendung abgezweigt werden könnte — ein Bedenken, das besonders akut ist, wenn Wiederaufarbeitungstechnologie von Nationen mit mehrdeutigen Kernabsichten gesucht wird.

Alternative Wiederaufarbeitungstechnologien, die Plutonium mit anderen Aktiniden gemischt halten — es weniger für Waffenverwendung geeignet macht, während sie es dennoch ermöglichen, in Reaktorbrennstoff recycelt zu werden — wurden in kleinerer Skala entwickelt und demonstriert. Die UREX+- und Pyroaufarbeitungsansätze fallen in diese Kategorie, aber weder wurde kommerziell eingesetzt, und der Übergang von Labordemonstrationen zu industrieller Großfertigung erfordert anhaltende Investitionen und behördliche Genehmigungen, die in den meisten Ländern nicht gewährt wurden.

Fortgeschrittene Reaktoren ändern die Gleichung

Die aufstrebende Generation von fortgeschrittenen Kernreaktoren — besonders Schnellneutronenreaktoren — verändert die Abfallrechnung auf wichtige Weise. Schnellreaktoren können die Aktiniden, die die langlebigste Komponente des hochradioaktiven Kernabfalls darstellen, als Brennstoff verwenden und die problematischsten Abfallkomponenten effektiv in kurzlebigere Spaltprodukte umwandeln. Eine Flotte von Schnellreaktoren, gepaart mit Wiederaufarbeitungsanlagen, könnte grundsätzlich das Volumen und die Dauerhaftigkeit des Abfalls, der eine permanente geologische Entsorgung erfordert, dramatisch reduzieren.

Dieses Szenario belebt das erneuerte Interesse an Wiederaufarbeitung unter fortgeschrittenen Reaktorentwicklern und Kernenergiepolitikanalytikern. Aber es erfordert eine systemische Investition — sowohl in Wiederaufarbeitungskapazität als auch in die Bereitstellung von Schnellreaktoren — die weit über das hinausgeht, wozu sich ein einzelnes Land verpflichtet hat, und der Zeitrahmen für die Reife dieses Systems wird in Jahrzehnten statt Jahren gemessen.

Dieser Artikel basiert auf Berichterstattung von MIT Technology Review. Lesen Sie den ursprünglichen Artikel.