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Wissen & Umwelt

Darf Kernkraft umweltfreundlich sein?

Berliner Kernforscher haben einen Reaktor entworfen, der Atommüll entschärfen kann. Dafür hat das Publikum sie für einen Umweltpreis nominiert. Glücklich waren die Verleiher des Preises darüber allerdings nicht.

Der Kühlturm des ehemaligen Kernkraftwerkes Schneller Brüter (Foto: Victoria Bonn-Meuser dpa/lnw)

Der Kühlturm des ehemaligen Kernkraftwerkes "Schneller Brüter"

Bei einer Gala in Berlin werden am Freitag (30.08.2013) die GreenTec Awards verliehen, ein Umweltpreis für Innovationen, die umweltfreundlich und gleichzeitig auch marktfähig sind. Auch Kernphysiker des Berliner Instituts für Festkörper-Kernphysik werden dabei sein - obwohl die Organisatoren des Wettbewerbs bis zuletzt vor Gericht versucht haben das zu verhindern.

Beworben hatten sich die Berliner Kernphysiker mit ihrem Konzept eines sogenannten Dual-Fluid-Reaktors: einem Kernreaktor, der mit Flüssigsalzbrennstoff angetrieben und mit flüssigem Blei gekühlt wird. Das Besondere: Er kann langlebigen Atommüll umwandeln - in kurzlebigeren Abfall.

Mit dieser Idee hatten sie ursprünglich in einem Publikums-Nominierungs-Verfahren im Internet den Sieg in der Kategorie "Galileo-Wissenspreis" gewonnen und waren so in die Endausscheidung geraten. Aber darüber war die Jury der GreenTec Awards gar nicht glücklich, denn Kerntechnik und Umweltschutz passen ihrer Meinung nach offenbar nicht gut zusammen.

Juristischer Streit um Nominierung

Nach Abschluss der Online Nominierung teilten die Organisatoren daher den Bewerbern mit, dass der Dual-Fluid-Reaktor "im Licht der Zielsetzung der Awards" vom Wettbewerb ausgeschlossen worden sei und verwiesen darauf, dass beim Wettbewerb der Rechtsweg ausgeschlossen ist. Dieser Ansicht widersprach zwar das Berliner Kammergericht und urteilte mit einer einstweiligen Verfügung am 4. Juli 2013, dass die bestehende Nominierung für die Endrunde Gültigkeit habe, aber noch sind nicht alle rechtlichen Wege ausgeschöpft.

Es besteht deshalb noch immer Unklarheit darüber, ob der Dual-Fluid-Reaktor noch im Rennen ist: Ein zweites Verfahren haben die Kernphysiker in der ersten Instanz am Landgericht Berlin am 22. August zwar verloren, aber auch hier könnte das höhere Kammergericht noch einmal anders entscheiden. Der Dual-Fluid-Reaktor wird auf der Webseite der GreenTec Awards unter den Bewerbern erwähnt und die Kernphysiker haben bereits zwei Einladungen zur Gala als "Nominierte" erhalten.

Leichtere Befüllung und Entleerung

Den Dual-Fluid Reaktor gibt es bisher nur als Idee. Er soll eine Vielzahl von Problemen herkömmlicher Reaktoren lösen: So verwendet er flüssigen Brennstoff für die Erzeugung von Energie: Ein Flüssigsalzgemisch, das Plutoniumchlorid, Uranchlorid oder die Salze weiterer langlebiger Nuklide enthält. Dieser Mix durchströmt den Reaktorkern. Und dort findet die eigentliche Kettenreaktion statt, die nur dort durch die spezielle Anordnung im Reaktorkern aufrechterhalten wird.

Castoren mit hochradioaktivem Atommüll, der hier im Zwischenlager von 400 Grad Celsius auf 200 Grad abkühlt (Foto: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbH)

Ist in diesen Castor-Behältern im Zwischenlager Gorleben Abfall oder wertvoller Brennstoff?

Der Vorteil der Idee: Es gibt keine festen Brennstoffe - wie Brennstäbe - mehr, die in regelmäßigen Abständen in den Reaktorkern hineingetan und wieder herausgeholt werden müssen. Denn stattdessen fließt der flüssige Brennstoff immer im Kreis: Nachdem er im Reaktorkern verbrannt wurde, geht er in eine interne Aufbereitungsanlage, in der die verbrannten Restbestandteile abgesondert werden und die Flüssigkeit mit frischen langlebigen Radionukliden angereichert wird, um dann wieder in den Reaktorkern zu gelangen. Die kürzerlebigen radioaktiven Abfälle werden dann für 100 bis 300 Jahre gelagert und später als wertvolle Metalle recycelt, die unverbrauchten restlichen Nuklide gehen zurück in den Reaktor.

Entsorgung von Atommüll

Grundlage für den flüssigen Brennstoff sind Nuklearabfälle aus herkömmlichen Kernkraftwerken: Ihre langlebigsten Bestandteile sind Plutonium und die sogenannten minoren Actinide. Erst nach etwa 100.000 Jahren erreichen diese die Radiotoxizität (Giftigkeit) von Natururan und müssen deshalb so lange in Endlagern sicher vorm Menschen weggesperrt werden.

In sogenannten Schnellspalt-Reaktoren, wie dem Dual-Fluid-Reaktor, lassen sich diese Stoffe aber noch weiter abbrennen. Dann werden daraus Spaltprodukte, deren Radiotoxizität schneller abklingt. Einige davon erreichen schon nach 300 Jahren die Giftigkeit von in der Natur vorkommendem Uran, andere nach 600 Jahren. Dieses Verfahren nennt sich Transmutation.

Ein wichtiger Unterschied zu anderen Schnellspalt-Reaktoren (wie dem im obigen Artikelbild abgebildeten, aber nie in Betrieb gegangenen Kernkraftwerk in Kalkar) oder zu Transmutationsanlagen für Festbrennstoffe: Für die Herstellung des Flüssigsalz-Brennstoffs ist es nicht nötig, die Bestandteile des Brennstoff-Mixes zuerst aufwendig chemisch mit dem sogenannten Purex-Verfahren zu trennen - um daraus Brennstäbe oder -Kugeln herzustellen. Die Ausgangsmaterialien kommen einfach in die Brennstoff-Suppe hinein.

Ein Flüssigmetallstrahl, der im Flüssigmetalllabor des Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) erzeugt wurde. (Foto: KIT)

Flüssigmetallkühlung im Versuch: Am Karlsruhe Institut für Technologie fließt Blei-Wismut

Sicherheit des Reaktors

Der Reaktorkern selbst funktioniert als Wärmetauscher und gibt die entstehende Hitze an den Kühlkreislauf ab: Flüssiges Blei dient als Kühlmittel. Bei den meisten heute verwendeten Schnellspalt-Reaktoren kommt hingegen Natrium zum Einsatz. Natrium ist weniger korrosiv als Blei und mit Blei gekühlte Reaktoren laufen bei höherer Temperatur - deshalb müssen die Rohrmaterialen mehr Hitze aushalten.

Dafür hat Blei, das beim Dual-Fluid-Reaktor genutzt wird, den Vorteil, dass es nicht so aggressiv reagiert wie Natrium, wenn es mit Luft und Wasser in Berührung kommt. Es brennt nicht. Und Blei hat viele weitere Vorteile als Kühlmittel im Reaktorkern: Es ist in der Lage Neutronen zurückzuhalten, die man beim Verbrennungsprozess braucht, um die Actinide abzubrennen. Dadurch gehen sie beim Spaltprozess nicht so schnell verloren.

Und kommt es doch einmal zu einem Schaden am System und Blei tritt aus, entzündet es sich nicht, sondern kühlt sehr schnell ab und gefriert. Damit dichtet es ein etwaiges undichtes Rohrsystem von selbst ab. Auch besonders wichtig: Der Reaktorkern hat einen sogenannten "negativen Temperaturkoeffizienten". Das heißt, der Reaktor ist so konzipiert, dass eine Kettenreaktion nicht außer Kontrolle geraten kann, wie etwa in Tschernobyl. Stoppt der Brennstoffkreislauf aus irgendeinem Grunde, geht zwar die Kettenreaktion weiter, aber lässt mit der Zeit immer weiter nach. So kühlt sich der Reaktor aufgrund seiner Bauweise langsam selbst herunter.

Und weil solche Dual-Fluid-Reaktoren als baulich sehr kleine Kraftwerke unterirdisch gebaut werden können, sind sie auch gut gegen äußere Einwirkungen, wie Flugzeugabstürze, Erdbeben oder Terroranschläge zu sichern.

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