Braunkohle 25,8 %
Erdgas 8,7 % Wasser 3,8 % Kernenergie
31.0 %
Steinkohle 26,0 %
übrige
1,5 % sonstige Gase 2,1 %
Öl 1,1 %
Anteil der Energieträger an der gesamten Brutto-Stromerzeugung
im Jahre 1997 in der Bundesrepublik Deutschland
Anteil der Energieträger am Primärenergieverbrauch in Deutschland
Erdgas 23%
Mineralöl 36%
Steinkohle 14%
Braunkohle 11%
Kernenergie 13%
erneuerbare Energieträger
3%
Kernenergie in Deutschland
- Anteil an Elektrizitätsversorgung in Deutschland > 30 %, in EU 36 % - 18 im Betrieb befindliche Blöcke
- durch Kernenergie jährliche CO
2-Emissionen von bis zu 160 Mio t vermieden - Betrieb von Forschungsreaktoren
- z. Zt. ein Forschungsreaktor im Bau (München-Garching)
- alle im Osten Deutschlands befindlichen russischen Reaktoren außer Betrieb, Vorbereitung des Abbaus
- Verzicht auf deutsche Wiederaufarbeitung (Wackersdorf)
- Rückbau von kerntechnischen Anlagen in Karlsruhe, Jülich und Rossendorf - Stillsetzung der WA-Karlsruhe (Konzept „Grüne Wiese“)
- Abbau eines Kernkraftwerkes (KKW Niedereichbach) zur „Grünen Wiese“ erfolgreich durchgeführt
regierungspolitischer Wille „Ausstieg aus Kernenergie“ (20 – 25 Jahre)
„Atommüll“
- abgebrannte Brennelemente der Reaktoren
- radioaktive Prozessabfälle (Glaskokillen), die bei der Wiederaufbereitung von Brennelementen entstehen - aktivierte, bzw. kontaminierte Bauteile von Reaktoren,
Kernanlagen und Produktionsanlagen für radioaktive Isotope - anfallende radioaktive Abfälle aus nuklearmedizinischer,
industrieller und forschungsseitiger Anwendung
- Prozessabfälle bei der Urangewinnung und Aufarbeitung
= Radioaktiver Abfall:
jegliche radioaktiv kontaminierte, bei Betrieb und Abbau von Kernanlagen und den Umgang mit radioaktiven Stoffen anfallenden Reststoffe, die nicht dekontaminierbar und
nicht wiederverwendbar sind.
Vielfalt der Abfälle (kontaminierte Kleidung und Geräte, Bauschutt,
Reinigungsmittel, Filter, Austauscherharze, Stahl- und Betonstrukturen)
Radioaktiver Abfall (Charakteristik)
- Toxizität ist im wesentlichen durch die von den radioaktiven Nukliden ausgesandte Strahlung (Art, Energie) bestimmt
- Radioaktivität nimmt nach physikalischer Gesetzmäßigkeit im
Laufe der Zeit ab, Halbwertszeit für endlagerrelevante Radionuklide von wenigen Jahren bis mehrere zehntausend Jahre
- Charakterisierung nach Radioaktivitätsinventar, Radiotoxizität Actinidengehalt und Wärmeentwicklung
⇒ hoch-, mittel- und schwachradioaktiv
- durch geeignete Konditionierung Überführung in zwischen- und endlagerfähige Form (Behandlung, Fixierung, Verpackung)
⇒ Abfallgebinde
- Abgabe, Zwischen- und Endlagerung geregelt
Bewertungskriterien für Abfallgebinde (Produktkontrolle)
- Technologie (Prozess des Einschlusses der Radionuklide in einer Matrix führen)
- Charakteristika der Produkte Homogenität
Chemische Stabilität Mechanische Stabilität
Reaktion mit Behältermaterial
- Korrosion des Behälters
- Auslaugungsbeständigkeit der Abfallform
Reaktion mit Korrosionsprodukten des Behälters
Verbindungsbildung oder Adsorption mit Verfüllmaterialien
mögliche Reaktion und Migration der Radionuklide im Geomedium
Stilllegung kerntechnischer Anlagen
- Erreichen der Auslegungsbetriebszeit - Unwirtschaftlichkeit
- Sicherheitsbedenken - Störfall
- „politischer Wille“
Jährlicher Anfall von festen Reaktorbetriebsabfällen und
abgebrannten Brennelementen – vereinfachtes Schema
Industriell genutzte Isotopentrennverfahren
Aktiniden U/Pu
Uran im Kernbrennstoffzyklus
U
U
U Raffination
Erzkonzentrat Erz
Kernkraftwerk
Anreicherung Brennelemen-
herstellung
Brennelement
Wiederaufarbeitung
Brennelementelager Konversion
Brennelemente- konditionierung
Zwischenlager
Endlager
Abfall
Abfall-
konditionierung
Abfall
Uranerzgrube Aufbereitung
Waste
depleted uranium
Chemie des Kernbrennstoffzyklusses I
Chemie des Kernbrennstoffzyklusses II
Chemie des Kernbrennstoffzyklusses III
PUREX-Verfahren
Plutonium-Uranium-Recovery by Extraction
- Viele Verfahren getestet, unterschiedliche Extraktions- und Fällungsverfahren - Extraktionsmittel: Tri-n-butylphosphat (TBP)
30 %ige Lösung von TBP in Dodecan (C12 H26 ) / Kerosin
Salpetersaure Lösung der zu trennenden Kernbrennstoffe und Spaltprodukte Flussverhältnis Speiselsg./Extraktionslsg. 1:3 bis 1:5
- Trennfaktoren bis 107 notwendig
- Mixer-Settler, Siebbodenkolonnen, gepulste Kolonnen - U/Pu Trennschritt Reduktion des Pu +4/+6 zu Pu +3
Zwischenlagerung
Derzeit werden radioaktive Abfälle an ca. 50 Standorten in der BRD aufbewahrt
- Bei Kernkraftwerken an 18 Standorten
- In 2 externen Zwischenlagern für Abfälle aus Kernkraftwerken - In den entsprechenden Landessammelstellen
- In Großforschungszentren
Kapazität ist zu etwa 43% ausgenutzt (127 000 m3)
Jahr 2000:
- wärmeentwickelnde Abfälle 1000 m³
- radioaktiver Abfall mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung 200.000 m³
Castor
Cask for Storage and Transport of Radioactive material
Lager- und Transportbehälter für hochradioaktives Material (Kokillen mit verglasten Spaltprodukten und Nuklearmaterial (Brennelemente)
Behälterfalltest
Castor
Cask for Storage and Transport of Radioactive material
Lager- und Transportbehälter für hochradioaktives Material (Kokillen mit verglasten Spaltprodukten und Nuklearmaterial (Brennelemente)
Castor für KKW-Brennelemente
- Gewicht 120 t (Spezialguss), Wandstärke 44 cm - Prüfungen:
Fallprüfung
- z. B. aus 9 m Höhe auf Beton-Stahl-Fundament aus 1 m auf einen Dorn von 15 cm
Erhitzungsprüfung
- 0,5 h auf 800°C, Feuertest bei 1100°C, 90 min Wassereindringprüfung
- z. B. 8 h auf 15 m Tiefe, 30 min auf 200 m Tiefe Kollision
- Straßenfahrzeug, Lokomotive mit ca. 130 km/h, - Simulation Flugzeugabsturz,
- Beschuss mittels 1t schwerem Stahlprojektil mit Schallgeschwindigkeit Æ keine Radioaktivitätsfreisetzung
Entsorgungskonzept (Brennelemente)
- Zwischenlagerung/Transport
Direkte Endlagerung 2 Direkte Endlagerung 3
Endlagerung
Entsorgungskonzept (Brennelemente)
- Zwischenlagerung/Transport
Wiederaufarbeitung Direkte Endlagerung
Endlagerung
Fernbediente Modultechnik (FEMO)
Verteilung von Actiniden (30 Vol% TBP in Kerosin / HNO
3)
Konzept zur Entsorgung von radioaktiven und Nuklearabfällen (D)
- Kurzzeitlagerung beim Verursacher
- Abgabe an Landessammelstelle (kein Kernmaterial) - Zwischenlagerung in zentralen Lagern
- Endlagerung in untertägigen geologischen Formationen (Salz ? Granit ? Tongestein ?)
Politisches Moratorium zur Endlagerproblematik
Ziel der Endlagerung
Verhinderung, dass aus dem Abfall stammende Radionuklide in die Biosphäre gelangen, bevor ihre Radioaktivität auf unbedenkliche Konzentrationen abgeklungen ist.
Beseitigung von radiaktiven und Nuklearabfällen (mögliche Prinzipien)
- Oberflächennahe Lagerung
- Lagerung untertätig in geologischen Formationen
* mit Option Rückholbarkeit
* keine Rückholbarkeit - Transmutation langlebiger Nuklide - Transport in den Weltraum
- Meeresverkippung, Versenkung
- Freisetzung / Verteilung / Verdünnung
Entsorgungskonzept (Brennelemente)
Wiederaufarbeitung
- Zwischenlagerung/Transport
→
EndlagerungDirekte Endlagerung
Endlagerung:
Ziel:
Verhinderung, dass aus dem Abfall stammende Radionuklide in die Biosphäre
gelangen, bevor ihre Radioaktivität auf unbedenkliche Konzentration abgeklungen ist.
Einbringen von: Container mit Brennelementen, Container mit Glaskokillen
Standortkriterien:
- Wirtsgestein und dessen Eigenschaften (Größe, Homogenität) - Geogene Faktoren (Tektonik, Seismizität, Hydrogeologie)
- Ökologische Faktoren (Schutzgebiete, Bevölkerungs- und Industriedichte, potenzielle Rohstoffvorkommen, Infrastruktur)
Potenzielle Wirtsgesteine:
Deutschland: Salz?, Ton?, Granit?
Finnland, Schweden, Schweiz: Granit
USA: Salz, Granit, Basalt, Tuff
Genehmigungsverfahren
Japan: Granit, Sedimentgestein
Frankreich: Granit, Ton, Sedimentgestein
Zusammenstellung untersuchter Wirtsgesteine
zur Endlagerung
Actinides - Radiotoxicity
Direct Final Storage of Fuel Elements
Barrier system:
- Technical Barrier - Geotechnical Barrier - Geological Barrier
- After 10.000 y actinides determine the radiotoxicity in a nuclear waste disposal
Actinides are source term for long-term safety analysis
Radiotoxicity (Sv/tSM)
Storage time / y
Fission products Actinides
Natural uranium
Kriterien der Standorterkundung
- Geographie
- Regionalgeologische Verhältnisse - Tektonik
- Hydrogeologie
- Wirtsgesteineigenschaften - Seismizität
- Rohstoffvorkommen, Bergbau, Infrastruktur