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Endlager-Experte: „Wir sollten so schnell wie möglich einen Standort finden“

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Andere Länder bauen bereits an Endlagern für hoch radioaktive Abfälle. Warum es dem Experten Thorsten Stumpf in Deutschland zu langsam vorangeht.
Veröffentlicht:18.11.2023, 12:00

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as Thema Kernenergie steht derzeit zwar nicht im Fokus der öffentlichen Wahrnehmung, doch das Problem mit der Entsorgung radioaktiver Abfälle ist damit leider nicht aus der Welt. Der Radiochemiker und Radioökologe Thorsten Stumpf vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Technischen Universität Dresden schildert im Gespräch mit Roland Knauer, weshalb ein Endlager für hoch radioaktive Abfälle rasch gefunden werden sollte.

Weshalb brauchen wir ein Endlager für hoch radioaktive Abfälle?

In Deutschland sind bisher rund 25.000 Kubikmeter hoch radioaktiver Abfälle angefallen, die derzeit in Zwischenlagern unmittelbar an den Standorten der inzwischen stillgelegten Kernkraftwerke aufbewahrt werden. Dabei handelt es sich um Brennelemente aus den Reaktoren und Abfälle aus Wiederaufbereitungsanlagen.

Wie viel Radioaktivität steckt in diesen Brennelementen?

Die gesamte Dosis der hoch radioaktiven Abfälle Deutschlands liegt bei rund tausend Milliarden Sievert. Diese Maßeinheit bestimmt das Risiko für Mensch und Umwelt, die solcher Strahlung ausgesetzt sind. Bereits eine Dosis von sieben Sievert ist für einen Menschen tödlich. Dieser Wert gibt einen Anhaltspunkt dafür, welche enormen Mengen an radiotoxischen Stoffen wir allein in Deutschland erzeugt haben.

Weshalb werden Brennelemente zunächst in Zwischenlager gebracht?

Die verbrauchten Brennelemente eines Kernreaktors strahlen anfangs sehr stark und heizen dabei sich selbst und ihre Umgebung kräftig auf. In einem unterirdischen Endlager können sie wegen dieser Wärmeentwicklung daher nicht aufbewahrt werden. Stattdessen klingen die Radioaktivität und Wärmeentwicklung erst einige Jahre in einem Wasserbecken ab. Danach kommen die hochradioaktiven Abfälle in Spezialbehälter, deren dicke Hülle aus Gusseisen die Strahlung gut abschirmt. Kühlrippen auf der Außenseite geben in diesen Castor genannten Behältern die angefallene Wärme an die Außenluft ab. Erst wenn sich die Wärmeabgabe nach etlichen Jahren stark verringert hat, können die Brennelemente in ein Endlager gebracht werden.

Weshalb könnte man die hochradioaktiven Abfälle nicht dauerhaft in Zwischenlagern lassen?

Der Hauptbestandteil der hoch radioaktiven Abfälle ist Plutonium-239, das in Kernreaktoren in relativ großen Mengen entsteht. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von mehr als 24.000 Jahren und muss daher mehrere Hunderttausend Jahre sicher gelagert werden. Für so lange Zeiträume kann niemand eine sichere Aufbewahrung an der Erdoberfläche gewährleisten. Denken Sie nur an den Schutz vor Anschlägen. Obendrein wird Plutonium an der Erdoberfläche vom Sauerstoff der Luft relativ rasch oxidiert. Die so entstehenden Verbindungen sind besser als die Ausgangsstoffe in Wasser löslich. Dadurch wächst die Gefahr, dass sich die Radioaktivität mit dem Wasser in der Umwelt verteilt. Kurz formuliert: Die Zwischenlager an der Erdoberfläche sind zwar sehr sicher, ein Endlager unter der Erde ist aber noch erheblich sicherer.

Wie lange müsste man die Brennstäbe unter der Erde sicher aufbewahren?

Wenn sich die Strahlung von Plutonium-239 nach gut 24.000 Jahren halbiert, sind nach 240.000 Jahren nur noch ein Zehntel Prozent der ursprünglichen Radioaktivität vorhanden. Inzwischen wird dieser Ansatz von zehn Halbwertszeiten häufig durch eine andere Überlegung ersetzt, die aber zu ähnlichen Ergebnissen führt: Man möchte die hoch radioaktiven Abfälle so lange sicher verwahren, bis ihre Strahlung auf das Niveau des uranhaltigen Gesteins gesunken ist, aus dem das Material für die Brennstäbe ursprünglich gewonnen wurde. Das wäre nach rund 300.000 Jahren der Fall. Da der Gesetzgeber auf Nummer Sicher gehen möchte, hat er noch einige Zeit aufgeschlagen und verlangt laut Gesetz, dass ein Endlager die hochradioaktiven Abfälle mindestens eine Million Jahre lang sicher aufbewahren muss.

Wie kann man das erreichen?

Auch da macht ein Gesetz klare Vorgaben: Das Endlager soll so tief unter der Erde liegen, dass darüber eine mindestens 300 Meter dicke Gesteinsschicht liegt. Die Sohle darf nicht tiefer als 1500 Meter liegen, weil der tiefere Untergrund einfach zu warm ist. Die Hitze in noch größeren Tiefen erschwert nicht nur die Bauarbeiten, sondern behindert auch das Abführen der Wärme, die solche Abfälle ja nach wie vor produzieren. Außerdem muss das Wirtsgestein, in dem ein zukünftiges Endlager gebaut wird, mindestens hundert Meter mächtig sein.

Welche weiteren Möglichkeiten verbessern die Sicherheit?

Ein Multi-Barrieren-Konzept soll die Sicherheit garantieren: Da ist zunächst einmal der Behälter, der die Brennstäbe aufnimmt. Dieser Pollux-Behälter hat etwa 150 Zentimeter Durchmesser und ist rund fünfeinhalb Meter lang. Die dicke äußere Hülle besteht aus Gusseisen mit eingelagerten Kohlenstoffkügelchen. Darin befindet sich ein Edelstahlbehälter mit Buchsen für die Brennstäbe. Verschlossen wird der innere Behälter mit einem verschraubten Deckel, darüber wird ein zweiter Deckel verschweißt. Dazu kommt eine geotechnische Barriere: Diese Endlagerbehälter werden in Stollen in geeignetem Gestein eingelagert. Anschließend wird der Zugang mit Salzgrus oder mit dem Tonmaterial Bentonit verfüllt.

Welche Standorte kommen dafür infrage?

Vor allem darf kein Wasser durch das zukünftige Endlager strömen oder sickern. Sonst wäre durch Korrosionsprozesse zum Beispiel eine Freisetzung von Plutonium-Verbindungen möglich. Um einen Wasserzutritt möglichst auszuschließen, werden vor allem Ton- und Salzschichten als Formationen für ein Endlager ins Auge gefasst. Die Salzstöcke im Untergrund von Norddeutschland sind seit mindestens 230 Millionen Jahren trocken, und auch die Tongesteine haben seit 180 Millionen Jahren kaum noch Wasser gesehen. Ebenfalls eignet sich kristallines Gestein wie Granit, in dem zwar Wasser fließt. Dort müssen Stollen daher mit dem Tonmaterial Bentonit abgedichtet werden.

Wie weit sind andere Länder mit ihren Endlagern?

Finnland baut bereits ein Endlager in Granitgestein, ähnlich handeln auch die Schweden. Frankreich arbeitet an einem sicheren Depot im Ton, während die USA zum Teil auf Salzstöcke setzen. In Betrieb gehen sollen diese Lager in einigen oder mehreren Jahren.

Weshalb hinkt denn Deutschland beim Thema Endlager so hinterher?

Nach den Erfahrungen mit dem geplanten und gescheiterten Endlager Gorleben soll in Deutschland jetzt der Standort für das sicherste Endlager gesucht werden, das man bis 2048 zu finden hofft. Ist der Standort festgelegt, muss im Prinzip ein komplettes Bergwerk gebaut werden, was Jahrzehnte dauern kann. Länder wie Frankreich oder Finnland sind dagegen der Meinung, jedes Endlager sei sicherer als die heutigen Übergangslösungen mit Zwischenlagern an der Oberfläche. Sichere Endlager aber entstehen dort auch. Ich bin daher der Meinung, dass wir so schnell wie möglich einen Standort festlegen und dann auch zügig mit dem Bau beginnen sollten. Das verbessert auch hier die Sicherheit weiter.

Was trägt die Forschung für das zukünftige Endlager bei?

Hier im HZDR untersuchen wir vor allem die Chemie von Transuranen wie dem Plutonium. Das geht nur in speziellen Sicherheitslabors, die wir hier haben. Derzeit bauen wir ein Radiotechnikum, um das umweltrelevante Verhalten dieser Substanzen im großen Maßstab analysieren zu können. Wir wollen wissen, was passiert, wenn trotz aller Sicherheitsvorkehrungen Wasser eintritt. Sollte das Endlager im Granit gebaut werden, sind zum Beispiel Sicherheitsbehälter aus Kupfer oder mit Kupferbeschichtungen im Gespräch, die sehr langsam korrodieren. Allerdings gibt es Mikroorganismen, die Kupfer durchaus verdauen können. Daher untersuchen wir auch die Mikrobiologie im geplanten Endlager im Untergrund. Liegt der Standort einmal fest, können wir viel gezielter forschen und uns auf die Bedingungen dort konzentrieren.