Anteil der Energieträger an der gesamten Brutto ... · Radioaktiver Abfall (Charakteristik) -...

Braunkohle 25,8 %

Erdgas8,7 %

Wasser3,8 %

Kernenergie31.0 %

Steinkohle 26,0 %

übrige1,5 %

sonstige Gase2,1 %

Öl 1,1 %

Anteil der Energieträger an der gesamten Brutto-Stromerzeugung in der Bundesrepublik Deutschland

Anteil der Energieträger am Primärenergieverbrauch in Deutschland

Erdgas23%

Mineralöl36%

Steinkohle14%

Braunkohle11%

Kernenergie13%

erneuerbare Energieträger

3%

Kernenergie in Deutschland

- Anteil an Elektrizitätsversorgung in Deutschland > 30 %, in EU 36 %

- 17 im Betrieb befindliche Blöcke

- durch Kernenergie jährliche CO2 -Emissionen von bis zu 160 Mio t vermieden

- Betrieb von Forschungsreaktoren

- 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 derWiederaufbereitung 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 Stoffenanfallenden Reststoffe, die nicht dekontaminierbar undnicht 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, RadiotoxizitätActinidengehalt 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

Aktin

iden

U/P

u

Uran im Kernbrennstoffzyklus

U

U

U

RaffinationErzErzkonzentrat

KernkraftwerkAnreicherung

Brennelemen- herstellung

Brennelement

Wiederaufarbeitung

BrennelementelagerKonversion

Brennelemente- konditionierung

ZwischenlagerEndlagerAbfallAbfall-

konditionierungAbfall

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

keine Radioaktivitätsfreisetzung

Entsorgungskonzept (Brennelemente)

- Zwischenlagerung/TransportDirekte Endlagerung 2

Direkte Endlagerung 3Endlagerung

Entsorgungskonzept (Brennelemente)

- Zwischenlagerung/TransportWiederaufarbeitung

Direkte Endlagerung Endlagerung

Verteilung von Actiniden (30 Vol% TBP in Kerosin / HNO3 )

Konzept zur Entsorgung von radioaktiven undNuklearabfällen (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 → Endlagerung

Direkte EndlagerungEndlagerung: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: GranitUSA: Salz, Granit, Basalt, Tuff GenehmigungsverfahrenJapan: Granit, SedimentgesteinFrankreich: Granit, Ton, Sedimentgestein

Zusammenstellung untersuchter Wirtsgesteine zur Endlagerung

Actinides - RadiotoxicityDirect 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

Rad

ioto

xici

ty(S

v/tS

M)

Storage time / y

Fission products

Actinides

Natural uranium

Kriterien der Standorterkundung

- Geographie

- Regionalgeologische Verhältnisse

- Tektonik

- Hydrogeologie

- Wirtsgesteineigenschaften

- Seismizität

- Rohstoffvorkommen, Bergbau, Infrastruktur

Schematische Darstellung eines Endlagerbergwerks

Transport der Radionuklide

- Eigenschaften des Grundwassers, bzw. des eindringenden Wassers

- Hydrogeologie (Fließrichtung, Fließgeschwindigkeit)

- Eigenschaften des umliegenden Gesteins (Salzes)

- Einstellende chemische Gleichgewichte

Chemie der Actinide:

Thorium, Uran, Neptunium, Plutonium, Curium, Americium* Löslichkeiten (Abhängigkeit von Ionenstärke, pH-Wert, Temperatur,

Druck, Redoxpotential)

* Kenntnis der Speziation (chemischer Zustandes desActinids / Radionuklids)

* Sorptionsgleichgewichte, Reaktionskinetik