Wie man am besten mit radioaktiven Abfällen umgeht, ist noch unklar. Experten vom Helmholtz-Zentrum-Dresden-Rossendorf (HZDR) haben nun eine innovative Idee entwickelt: Das Recyclen des Atommülls – inklusive Rohstoffgewinnung. Für das jüngst bewilligte Projekt "MaLaR – Novel 2D-3D Materials for Lanthanide Recovery from nuclear waste" (Neuartige 2D-3D-Materialien zur Lanthanidrückgewinnung aus Atommüll) stehen in den nächsten drei Jahren 2,3 Millionen Euro Fördermittel bereit.
Recycelt werden sollen Lanthanoide, eine chemische Elementgruppe, zu der auch ein Teil der Seltenen Erden gehört. Sie finden breite Anwendung zum Beispiel in Bildschirmen, Batterien, Magneten, Kontrastmitteln und biologischen Sonden. "Lanthanoide sind ein sehr rarer Rohstoff, die Hauptversorgung kommt aus China. Deswegen wird versucht, diesen Rohstoff aus Müll zu recyceln, sogar aus Atommüll", erläutert die HZDR-Forscherin Kristina Kvashnina, die Koordinatorin des MaLaR-Projekts.
Methode auch für sichere Endlagerung von Atommüll anwendbar
Um recyceln zu können, muss man Müll zunächst trennen. Neben den grundsätzlichen Sicherheitsrisiken im Umgang mit radioaktiven Elementen stellt sich für Atommüll noch ein Problem: Die enthaltenen Stoffe ähneln einander in ihren chemischen Reaktionen stark. "Daher ist es sehr schwierig, etwas zu finden, auf das nur ein Element reagiert und das andere nicht, sodass man ein einzelnes herauslösen kann", erklärt Kvashnina. Bei den derzeitigen Trennverfahren werden häufig gefährliche Chemikalien eingesetzt, es wird viel Energie verbraucht und es können zusätzliche Abfallströme entstehen. Das MaLaR-Konsortium arbeitet an einem innovativen Verfahren. Die Idee: Neuartige dreidimensionale Materialien sollen zum entscheidenden Werkzeug für effektive, umweltfreundliche und nachhaltige Trennverfahren werden. Das gilt für Atommüll ebenso wie für Industriemüll, etwa aus radiomedizinischen Anwendungen.
"Unser Ziel ist es, ein Material zu designen, mit dem wir einzelne Elemente zunächst aus synthetischen Element-Mischungen herausziehen können", so Kvashnina." Das ließe sich dann zukünftig auf vielfältige Anwendungen übertragen. In drei Jahren können wir zwar nur einen ersten Schritt Richtung Recycling machen. Aber wenn wir damit Erfolg haben, sind Anwendungen in greifbarer Nähe." Nicht nur bei der Wiedergewinnung von Rohstoffen aus Atom- und anderem Industriemüll, auch bei der sicheren Endlagerung von hochradioaktivem Abfall könnten die neuartigen Trennverfahren helfen, etwa wenn unterschiedlich langlebige Isotope separiert und dann getrennt verwahrt werden können. Ziel des Projekts ist explizit die marktnahe Entwicklung passender technologischer Lösungen.
WDH/Studie: Umwandlung von Atommüll konkret möglich
Die radioaktiven Abfälle aus Kernkraftwerken können nach einer Studie von Experten der TU München und des TÜVs in deutlich weniger schädliche Elemente umgewandelt werden. Die Umsetzungsstudie für den Bau einer sogenannten Transmutationsanlage wurde von der Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND in Auftrag gegeben. Dabei wurde ein Szenario durchgespielt, bei dem die Umwandlungsanlage in einem der stillgelegten Atomkraftwerke entsteht, die in Deutschland mittlerweile als Zwischenlager für Atommüll dienen.
Radioaktivität und Strahlungsdauer verringert
Bei der Transmutation handelt es sich um eine spezielle Behandlung radioaktiver Abfälle. Sie soll vor allem dafür sorgen, dass die Strahlungsintensität des Mülls verringert und die Strahlungsdauer extrem verkürzt wird. Um diese Ziele zu erreichen, werden bei dieser Methode die Atomkerne alter Brennstäbe mit Neutronen beschossen. Dabei sollen die Kerne zerfallen und weniger gefährliche Elemente entstehen.
Neben der eigentlichen Umwandlung der radioaktiven Abfälle ermöglicht das Projekt der Studie zufolge auch die Rückgewinnung verschiedener wertvoller Materialien aus abgebrannten Brennelementen. Dazu gehören unter anderem Uran sowie die wertvollen Edelmetalle Rhodium und Ruthenium, die in verschiedenen Industriezweigen benötigt werden.
Daneben fallen bei dem Umwandlungsprozess die Edelgase Xenon und Krypton an. Außerdem können die Elemente Cäsium und Strontium gewonnen werden, die unter anderem als sogenannte Radioisotope in der Medizin oder Forschung verwendet werden. Durch den Prozess entsteht zudem viel Hitze, die in Fernwärme-Netze eingespeist werden könnte.
16 Zwischenlager als potenzielle Standorte
Die Studie geht in dem Anwendungsszenario davon aus, dass eine Anlage des Schweizer Start-ups Transmutex aus Genf zum Einsatz kommen würde. Als möglicher Standort komme eines der 16 Zwischenlager für Atommüll infrage, auch weil dadurch kein Atommüll quer durch Deutschland bewegt werden müsse. In der Bundesrepublik gibt es zwei zentrale Zwischenlager in Gorleben und Ahaus sowie 14 dezentrale Zwischenlager, darunter zwölf Standorte, die sich an oder in der Nähe von ehemaligen Atomkraftwerken befinden, sowie spezielle Lager wie Jülich und Lubmin, die eine Sonderstellung einnehmen.
Die Bundesagentur für Sprunginnovationen in Leipzig erklärte, schon die erste Demonstrationsanlage wäre laut Studie hochrentabel. Die Anlage würde die Investitionskosten von rund 1,5 Milliarden Euro und jährlichen Betriebskosten von gut 115 Millionen Euro mehrfach wieder einspielen. Den Kosten stünden nämlich Einnahmen aus den gewonnenen Elementen, der Entsorgung atomarer Abfälle und aus der Prozesswärme gegenüber. Bei einem Betrieb an einem ehemaligen AKW-Standort würden sich die Baukosten um rund 30 Prozent verringern.
Die nicht wiederverwertbaren Abfälle des untersuchten AKW ließen sich voraussichtlich innerhalb der Mindestbetriebsdauer der Anlage von 50 Jahren umwandeln. Die Strahlungsdauer werde dadurch von einer Million Jahre auf rund 800 Jahre verringert.
