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

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1 Anteil der Energieträger an der gesamten Brutto-Stromerzeugung in der Bundesrepublik Deutschland Kernenergie 31.0 % Braunkohle 25,8 % Erdgas 8,7 % Steinkohle 26,0 % übrige 1,5 % Wasser 3,8 % Öl 1,1 % sonstige Gase 2,1 %

2 Anteil der Energieträger am Primärenergieverbrauch in Deutschland erneuerbare Energieträger 3% Braunkohle 11% Mineralöl 36% Kernenergie 13% Steinkohle 14% Erdgas 23%

3 Kernenergie in Deutschland - Anteil an Elektrizitätsversorgung in Deutschland > 30 %, in EU 36 % - 17 im Betrieb befindliche Blöcke - durch Kernenergie jährliche CO 2 -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)

4 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)

5 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

6 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

7 Stilllegung kerntechnischer Anlagen - Erreichen der Auslegungsbetriebszeit - Unwirtschaftlichkeit - Sicherheitsbedenken -Störfall - politischer Wille

8 Jährlicher Anfall von festen Reaktorbetriebsabfällen und abgebrannten Brennelementen vereinfachtes Schema

9 Industriell genutzte Isotopentrennverfahren

10 Uran im Kernbrennstoffzyklus Uranerzgrube Raffination Erzkonzentrat Aufbereitung Erz Waste depleted uranium Konversion U Anreicherung U Brennelemenherstellung Aktiniden U/Pu Brennelement Brennelementelager Kernkraftwerk U Wiederaufarbeitung Brennelementekonditionierung Abfallkonditionierung Abfall Zwischenlager Endlager Abfall

11 Chemie des Kernbrennstoffzyklusses I

12 Chemie des Kernbrennstoffzyklusses II

13 Chemie des Kernbrennstoffzyklusses III

14 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 (C 12 H 26 ) / Kerosin Salpetersaure Lösung der zu trennenden Kernbrennstoffe und Spaltprodukte Flussverhältnis Speiselsg./Extraktionslsg. 1:3 bis 1:5 - Trennfaktoren bis 10 7 notwendig - Mixer-Settler, Siebbodenkolonnen, gepulste Kolonnen - U/Pu Trennschritt Reduktion des Pu +4/+6 zu Pu +3

15 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 ( m 3 ) Jahr 2000: - wärmeentwickelnde Abfälle 1000 m³ - radioaktiver Abfall mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung m³

16 Castor Cask for Storage and Transport of Radioactive material Lager- und Transportbehälter für hochradioaktives Material (Kokillen mit verglasten Spaltprodukten und Nuklearmaterial (Brennelemente) Behälterfalltest

17 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

18 Entsorgungskonzept (Brennelemente) - Zwischenlagerung/Transport Direkte Endlagerung 2 Direkte Endlagerung 3 Endlagerung

19 Entsorgungskonzept (Brennelemente) - Zwischenlagerung/Transport Wiederaufarbeitung Direkte Endlagerung Endlagerung

20 Verteilung von Actiniden (30 Vol% TBP in Kerosin / HNO 3 )

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22 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

23 Ziel der Endlagerung Verhinderung, dass aus dem Abfall stammende Radionuklide in die Biosphäre gelangen, bevor ihre Radioaktivität auf unbedenkliche Konzentrationen abgeklungen ist.

24 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

25 Entsorgungskonzept (Brennelemente) Wiederaufarbeitung - Zwischenlagerung/Transport Endlagerung Direkte 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

26 Zusammenstellung untersuchter Wirtsgesteine zur Endlagerung

27 Actinides - Radiotoxicity Direct Final Storage of Fuel Elements Barrier system: - Technical Barrier - Geotechnical Barrier - Geological Barrier Radiotoxicity (Sv/tSM) Actinides Natural uranium Fission products Storage time / y - After y actinides determine the radiotoxicity in a nuclear waste disposal Actinides are source term for long-term safety analysis

28 Kriterien der Standorterkundung - Geographie - Regionalgeologische Verhältnisse - Tektonik - Hydrogeologie - Wirtsgesteineigenschaften - Seismizität - Rohstoffvorkommen, Bergbau, Infrastruktur

29 Schematische Darstellung eines Endlagerbergwerks

30 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 des Actinids / Radionuklids) * Sorptionsgleichgewichte, Reaktionskinetik