NATURWISSENSCHAFT UND TECHNIK IM UNTERRICHT. Jahrgang 54

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1 NATURWISSENSCHAFT UND TECHNIK IM UNTERRICHT Jahrgang 54 Dezember 2012 K E R N E N E R G I E D I E S I T U A T I O N I N D E U T S C H L A N D Ausstieg SICHERHEIT Rückbau Endlagerung

2 Vorwort Liebe Lehrerinnen, liebe Lehrer, die Energiewende ist derzeit eines der wichtigsten gesellschaftspolitischen Themen in Deutschland. Ein zentrales Element darin ist der Ausstieg aus der Kernenergie. Im Rahmen ihres Energiekonzepts aus dem Jahr 2010 hatte die Bundesregierung die Laufzeiten der Kernkraftwerke in Deutschland zunächst teilweise deutlich verlängert. Nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima beschloss die Bundesregierung dann die Rücknahme der Laufzeitverlängerung soll nunmehr das letzte Kernkraftwerk in Deutschland vom Netz gehen. Ist die Kernenergie dann überhaupt noch ein Thema für den Unterricht? Sowohl in Europa als auch weltweit wird die Kernenergie weiter eine Rolle spielen. Einige unserer Nachbarn nutzen Kernkraftwerke langfristig und bauen diese Form der Stromerzeugung sogar aus. Der Rückbau der stillgelegten Kraftwerke und die Entsorgung radioaktiver Abfälle werden uns in Deutschland auch nach 2022 über Jahrzehnte begleiten. Stichworte dabei sind zum einen die Behandlung und der Transport dieser Abfälle, aber auch eine neue Suche nach einem Endlager für hochradioaktive Stoffe. Ausgehend von der Frage Was geschah eigentlich in Fukushima? vermittelt das vorliegende Material aktuelle Fakten zur Kernenergie in Deutschland nach dem Ausstieg, aber auch zum Aufbau und zur Funktionsweise von Kernkraftwerken. Dieses Zeitbild WISSEN ist Teil der Bildungsreihe des Zeitbild Verlags zu Fragen der Energieversorgung und soll dazu beitragen, dass sich Ihre Schülerinnen und Schüler sachkundig an der gesellschaftlichen Debatte um unsere Energiezukunft beteiligen können. Ihre Zeitbild-Redaktion Zeitbild Wissen 2

3 Inhalt Seite 4+5 Die Reaktorkatastrophe von Fukushima Seite 6+7 Stromversorgung im Umbruch Seite 8+9 Kernenergie weltweit Seite Kernenergie in Deutschland Seite Der Aufbau eines Kernkraftwerks Seite Sicherheit von Kernkraftwerken in Deutschland Seite Radioaktive Abfälle Seite Endlagerung von radioaktiven Abfällen in Deutschland Seite Rückbau von Kernkraftwerken Seite 22 Wir sind eine Ingenieurnation Im Gespräch mit Dr. Joachim Knebel Seite 23 Hinweise für den Einsatz im Unterricht Seite Arbeitsblätter Seite 35 Lösungshinweise, Bildnachweis Seite 36 Links und Literaturtipps, Impressum 3 Zeitbild Wissen

4 Die Reaktorkatastrophe von Fukushima Am Freitag, dem 11. März 2011, ereignete sich ein gewaltiges Seebeben der Stärke 9,0 (Magnitude) vor der Ostküste Japans. Ein Tsunami mit einer Wellenhöhe von mehr als 14 m überrollte etwa eine Stunde nach dem Beben, gegen 16:00 Uhr Ortszeit (08:00 Uhr MEZ), die Küste, überflutete die angrenzende Region und richtete schwere Verwüstungen an. Beben und Tsunami forderten Tausende von Menschenleben. SAPPORO AOMORI AKITA SENDAI FUKUSHIMA TOKIO YOKOHAMA HIROSHIMA OSAKA Im unmittelbaren Einwirkungsbereich dieser Naturkatastrophe befinden sich vier Kernkraftwerksstandorte. Während sich die Schäden an drei Standorten in Grenzen hielten, verursachte der Tsunami am Standort Fukushima Daiichi folgenschwere Zerstörungen. In drei Blöcken des Kernkraftwerks kam es dabei zu einer Kernschmelze und zu Wasserstoffexplosionen. Dabei wurden auch radioaktive Stoffe in die Umgebung freigesetzt. Diese Ereignisse wurden auf der internationalen INES-Skala in die höchste Kategorie 7 als katastrophaler Unfall eingestuft. Vermeidbare Tragödie Das Kraftwerk Fukushima Daiichi umfasst sechs Reaktorblöcke und liegt unmittelbar an der Pazifikküste. Bekannt ist, dass große Tsunamis mit mehr als 10 m Wellenhöhe an der japanischen Küste und auch am Küstenabschnitt von Fukushima auftreten können. Der Schutzwall vor dem Kraftwerk war aber nur 5,7 m hoch. Die Welle vom 11. März erreichte an diesem Küstenabschnitt eine Höhe von etwa 13 m, überflutete die Anlage und verursachte dabei schwere Zerstörungen am Kernkraftwerk. Besonders folgenschwer war der Ausfall der Notstromversorgung mit den Dieselgeneratoren und elektrischen Einrichtungen in den Kellerräumen der Maschinenhäuser und damit der Stromversorgung der Notkühlsysteme. Die Anlagen und Räume waren nicht gegen einen solchen Wassereinbruch geschützt, obwohl japanische Sicherheitsexperten in den letzten Jahren immer wieder auf diesen gravierenden Sicherheitsmangel hingewiesen hatten. Zeitbild Wissen 4

5 Schwere Fehler des Kernkraftwerksbetreibers Eine von der japanischen Regierung eingesetzte Expertenkommission hat dem Kraftwerksbetreiber Tepco (Tokyo Power Company) schwere Versäumnisse vor und auch während der Katastrophe vorgeworfen: Tepco rechnete nicht mit einer Situation, bei der alle Stromquellen wegen einer Naturkatastrophe gleichzeitig unterbrochen würden und habe die Mitarbeiter nicht ausgebildet, entsprechend darauf zu reagieren. Das Unternehmen habe zudem falsch auf die Katastrophe reagiert. Die Kernschmelzen in den Reaktoren und das Entweichen radioaktiver Stoffe hätten deutlich begrenzt werden können, wenn in den Reaktoren 1 und 3 früher Überdruck abgebaut und sehr viel schneller Wasser zur Kühlung zugeführt worden wäre. Auch sei die Kommunikation zwischen den Einsatzteams äußerst mangelhaft gewesen. Fukushima und die Folgen in Deutschland Die Katastrophe in Japan hatte direkte Auswirkungen auf die Politik in Deutschland. Am 15. März 2011 entschied die Bundesregierung, sieben vor 1980 ans Netz gegangene Kernreaktoren zunächst abzuschalten. Die Bundesregierung richtete eine Ethikkommission Sichere Energieversorgung zur Neubewertung der Risiken der Kernenergie und als Ratgeber der zukünftigen Energieversorgung ein. Die Reaktor- Sicherheitskommission (RSK) wurde beauftragt, den Zustand der 17 deutschen Kernkraftwerke sicherheitstechnisch zu prüfen. Dieser sogenannte nationale Stresstest bescheinigte den deutschen Kernkraftwerken sicherheitstechnische Robustheit, führte jedoch auch Möglichkeiten zur weiteren Verbesserung der Sicherheitsreserven auf. Zusätzlich wurden deutsche Kernkraftwerke einer EU-weiten Überprüfung (EU-Stresstest) unterzogen. Dieser nukleare EU-Stresstest bestätigte die Ergebnisse der RSK und empfahl ebenfalls Sicherheitsverbesserungen. Im Juni 2011 beschloss der Deutsche Bundestag den Ausstieg aus der Kernenergie bis Ein Jahr danach 2012 In den ersten Tagen der Katastrophe wurde aufgrund der Wetterlage ein großer Teil der radioaktiven Stoffe, insbesondere Jod und Cäsium, aufs Meer verweht. Später gelangten nach Drehen des Windes radioaktive Stoffe in die Provinz Fukushima. Insgesamt wurden zwischen fünf und zehn Prozent der 1986 beim Reaktorunfall von Tschernobyl (damalige UdSSR) freigesetzten Menge emittiert. Bis in eine Entfernung von 40 Kilometern wurden radioaktive Kontaminationen gemessen. Die Weltgesundheitsorganisation WHO berechnete für weite Bereiche der dortigen Präfektur Strahlendosen von 1 bis 10 msv und für zwei höher belastete Beispielgebiete von 10 bis 50 Millisievert (msv) Menschen wurden evakuiert, von denen bislang einige zumindest zeitweise in ihre Heimat zurückkehren konnten. Kernkraftwerk Fukushima Daiichi nach dem Tsunami und den nachfolgenden Wasserstoffexplosionen C h r o n o l o g i e d e r e r s t e n T A g e 11. März :46 Uhr: Seebeben vor der japanischen Küste +++ Automatische Schnellabschaltung aller Kernkraftwerke an der Ostküste +++ Tsunami trifft die Ostküste Japans nachmittags gegen 15: Überflutung des Kraftwerks Fukushima Daiichi +++ Dadurch Ausfall der Strom- und Notstromversorgung sowie der Kühlsysteme +++ Regierung ruft abends den nuklearen Notstand aus +++ Behörden ordnen Evakuierung der lokalen Bevölkerung an. 12. März 2011 Messung von erhöhter Radioaktivität in und um das KKW Fukushima Daiichi +++ Evakuierungszone auf zehn Kilometer erweitert +++ Wasserstoffexplosion in Reaktor 1, Dach und Wände des Gebäudes werden zerstört +++ Radius der Evakuierungszone auf 20 Kilometer vergrößert, Menschen sind betroffen. 13. März 2011 Japanische Atomaufsicht teilt mit, dass in Fukushima möglicherweise eine Kernschmelze begonnen hat. 14. März 2011 Wasserstoffexplosion in Reaktor 3 des KKW Fukushima Daiichi +++ Brennstäbe im Reaktor 2 liegen trocken +++ Regierungssprecher erklärt am Abend, dass möglicherweise in drei Reaktoren eine Kernschmelze droht. 15. März 2011 Explosion in Reaktor 2, Feuer nach einer Explosion in Reaktor Sehr hohe Werte an Radioaktivität auf dem Gelände des Kraftwerks +++ zeit- und stellenweise hohe Strahlungsintensität +++ Erhöhte Radioaktivität am Rand des Großraums Tokio festgestellt. 5 Zeitbild Wissen

6 Stromversorgung im Umbruch Bruttostromerzeugung in Deutschland (2011) Steinkohle 18,5 % Erdgas 13,6% Mineralölprodukte 1,1 % Übrige Energieträger 4,2 % 8 % Wind Braunkohle 24,6 % Erneuerbare 20,3 % 5,4 % Biomasse Im- und Export von Strom zwischen Deutschland und seinen Nachbarländern innerhalb des europäischen Verbundnetzes UCTE Export Import Kernenergie 17,7 % 2,9 % Wasser 3,2 % Photovoltaik 0,8 % Hausmüll Quelle: AG Energiebilanzen 2012 Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland (in Mrd. kwh) 576,6 608,8 621,0 59,9 Mrd. kwh 42,2 Mrd. kwh 56,0 Mrd. kwh 50,0 Mrd. kwh Der Stromexport ging von 2010 auf 2011 deutlich zurück, während der Import stieg * *Vorläufige Prognose, Stand: 10/2011 Quelle: BMWi/AGEB, Studien zur weiteren Entwicklung des Energieverbrauchs bzw. der Stromerzeugung in den nächsten 20 Jahren zeigen eine uneinheitliche Entwicklung. Fachleute rechnen damit, dass sich der Primärenergiebedarf in Deutschland bis 2030 um nahezu 25 Prozent gegenüber dem Referenzjahr 2000 verringern wird. Den Strombedarf in Deutschland sehen Energieexperten dagegen für die nächsten 20 Jahre auf einem annähernd gleichbleibenden Niveau, er könnte trotz aller Bemühungen, Strom zu sparen, in der Zukunft sogar noch leicht ansteigen. Zeitbild Wissen 6

7 Weltstrombedarf steigt Der globale Bedarf an elektrischer Energie ist in den letzten 20 Jahren rasant angestiegen und wird nach Auffassung von Energieexperten auch in der Zukunft voraussichtlich weiter zunehmen. Die Gründe hierfür liegen vor allem im Wirtschaftswachstum einiger bevölkerungsreicher Schwellenländer wie China, Indien und Brasilien. Auch die Forderung nach Zugang zu Elektrizität für alle, wie sie UN-Generalsekretär Ban Ki-Moon schon mehrmals geäußert hat, lässt angesichts der Tatsache, dass noch immer mehr als 1,6 Milliarden Menschen keinen Zugang zu Elektrizität haben, für die Zukunft einen rasanten Anstieg des Verbrauchs um bis zu 45 Prozent bis 2035 erwarten. Strom kennt keine Grenzen Deutschlands Stromnetz gilt als eines der weltweit sichersten. Sollte es dennoch einmal zu einem Engpass in der Energieversorgung kommen, gibt es Unterstützung aus anderen europäischen Ländern. Für den Stromaustausch haben sich europäische Länder zu einem grenzübergreifenden Verbundnetz zusammengeschlossen. Das Verbundnetz ermöglicht auch den Stromhandel. Strom wird dort gekauft, wo er gerade am günstigsten produziert wird. Wer beispielsweise gerade über freie Stromkapazitäten verfügt, bietet diese über die Strombörse zum Kauf an. Im Herbst 2010 beschloss die Bundesregierung ein Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. Nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima hat der Deutsche Bundestag beschlossen, zügig aus der Nutzung der Kernenergie auszusteigen. Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung, bezogen auf elektrische Energie: Reduktion des Stromverbrauchs um 10 % bis 2020 und um 25 % bis 2050 (gegenüber 2008). Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch: 35 % bis 2020 und 80 % bis Beschleunigung des Ausbaus der Offshore-Windleistung sowie Ausbau der Netzinfrastruktur (Nord-Süd-Trassen). Ausstieg aus der Kernenergienutzung in Deutschland bis Auswirkungen auf die Stromversorgung Vor dem Hintergrund des Kernenergieausstiegs geht es mittelfristig vor allem darum, eine sichere Stromversorgung zu gewährleisten, um mögliche Stromausfälle zu vermeiden. Hierzu muss parallel zum Ausbau der erneuerbaren Energien das vorhandene Stromnetz so erweitert und modernisiert werden, dass es künftigen Anforderungen gerecht wird, insbesondere mit Blick auf eine Nord-Süd-Stromachse von Offshore-Windparks zu den Verbrauchszentren der Ballungsräume in West- und Süddeutschland. Auch die Frage der Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien stellt sich für die Zukunft. Diese Speicher gleichen die Unterschiede zwischen Stromnachfrage und schwankendem Stromangebot von Windkraft- und Photovoltaikanlagen aus. In Deutschland dienen Pumpspeicherkraftwerke diesem Zweck, die wenigen Anlagen sind aber schon heute nicht ausreichend in der Lage, Stromproduktionsspitzen durch die erneuerbaren Energien aufzunehmen. 7 Zeitbild Wissen

8 Kernenergie w e lt w e i t KernenergieNUtzung Keine KernenergieNUtzung KernenergieNUtzung geplant AUSSTIEG AUS DER KernenergieNUtzung Beschlossen Zum Jahresende 2011 waren weltweit 437 Kernkraftwerke in Betrieb. Stand 9/2012. Quelle: IAEA Die zivile Nutzung der Kernenergie in Kernkraftwerken begann Mitte der 1950er-Jahre. In den folgenden Jahrzehnten wurden in vielen Industriestaaten Kernkraftwerke gebaut; deren Leistung pro Reaktor wuchs schnell an. Im Jahr 1951 erzeugte der erste Versuchsreaktor in den USA Strom aus Kernenergie. Das erste Kraftwerk zur großtechnischen Erzeugung von elektrischer Energie wurde 1954 bei Moskau in Betrieb genommen folgte in England das weltweit erste kommerzielle Kraftwerk, 1957 in Pennsylvania in den USA und 1961 in Deutschland. Zahlreiche Länder wandten sich in den folgenden Jahren der Nutzung der Kernenergie zur Stromerzeugung zu. Zeitbild Wissen 8

9 Standorte von Kernkraftwerken in Europa Entwicklung weltweit Nach der Reaktorkatastrophe in Japan legte neben Deutschland auch die Schweiz verbindlich fest, aus der Nutzung auszusteigen, Deutschland nunmehr beschleunigt bis zum Jahr 2022, die Schweiz bis Auch Italien lehnte die Kernenergienutzung erneut ab. Unter den Staaten, die weiter an der Kernenergienutzung festhalten, sind besonders Indien und China hervorzuheben. Beide Länder setzen aufgrund ihrer wirtschaftlichen Entwicklung und ihres großen Strombedarfs auf den Ausbau der Kernenergie und planen zahlreiche neue Kraftwerke. Auch europäische Staaten wie Frankreich, Großbritannien und Finnland, aber auch die USA halten weiter an der Kernenergie fest und planen zum Teil, ihre Kernenergiekapazitäten zu ersetzen oder weiter auszubauen. Internationale Zusammenarbeit Stimmen gegen die Kernenergie Seit den 1970er-Jahren entstanden in vielen Ländern Bewegungen, die die Nutzung von Kernenergie ablehnten, weil sie Risiken für Bevölkerung und Natur befürchteten. Vor allem in Deutschland ist diese Bewegung seit über 40 Jahren sehr aktiv. Die teilweise Kernschmelze im Kernkraftwerk Three Mile Island 1979 in den USA und insbesondere die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl 1986 in der Sowjetunion, heute Ukraine, bestärkten diese Bewegungen in ihrer Ablehnung. Ab den 1990er-Jahren verlangsamte sich der Ausbau der Atomkraft deutlich; in Deutschland wurde im Jahr 2000 vereinbart, die Nutzung der Kernenergie bis 2024 geordnet zu beenden. Diese Frist wurde von der Bundesregierung 2010 zunächst wieder verlängert. 9 Die Internationale Atomenergieorganisation (IAEO) wurde 1957 mit dem Ziel gegründet, die internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der friedlichen Nutzung der Kernenergie und der Anwendung radioaktiver Stoffe zu fördern und gleichzeitig den Missbrauch dieser Technologie (insbesondere die Weiterverbreitung von Kernwaffen) zu verhindern. Der Sitz der IAEO ist in Wien. Die IAEO befasst sich intensiv mit der Sicherheit von Kernkraftwerken und anderen kerntechnischen Anlagen insbesondere mit denen in Osteuropa und Asien, wo derzeit die meisten neuen Kernkraftwerke entstehen. Die Organisation formuliert und überwacht nicht nur technische Sicherheitsstandards, sondern auch zum Beispiel Standards für Gesetze und die Einschätzung der Sicherheit und des Managements von Kernkraftanlagen sowie die Verteilung der Uranvorräte weltweit. Zeitbild Wissen

10 Kernenergie in Deutschland In Deutschland erlaubten die alliierten Siegermächte bis 1955 keine kerntechnische Forschung, auch nicht für die friedliche Anwendung. Als dieses Verbot aufgehoben war, arbeitete man in der Bundesrepublik Deutschland intensiv daran, den Rückstand zum internationalen Forschungsstand möglichst schnell aufzuholen. Schon nach zwei Jahren war es so weit: 1957 wurde der erste deutsche Forschungsreaktor in Garching bei München auch als Atomei bezeichnet in Betrieb genommen folgte das erste deutsche Kernkraftwerk in Kahl am Main mit einer Leistung von 15 MW wenig im Vergleich zu heute üblichen MW und mehr. Es wurde 1985 stillgelegt. In den folgenden zwei Jahrzehnten wurden in der Bundesrepublik und in der DDR insgesamt mehr als 30 Kernkraftwerke zur Stromerzeugung gebaut. Zeitbild Wissen 10

11 Brunsbüttel Unterweser Brokdorf Krümmel Kernkraftwerk Neckarwestheim In Deutschland wurden insgesamt etwa 100 kerntechnische Anlagen in Betrieb genommen. Dabei muss zwischen Kernreaktoren zur Energiegewinnung und Forschungsreaktoren unterschieden werden. Als letzter kommerzieller Kernreaktor ging 1989 der Block 5 des Kernkraftwerks Greifswald ans Netz. Der Ausbildungskernreaktor Dresden erhielt 2004 als bislang letzter Forschungsreaktor seine Betriebsgenehmigung. Am 1. Januar 1960 trat das Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren (kurz Atomgesetz) in Kraft. Seitdem wurde es mehrfach geändert und ergänzt. Im Zuge der Wiedervereinigung wurden die Kernkraftwerke der ehemaligen DDR abgeschaltet vereinbarte die damalige Bundesregierung mit den Energieversorgungsunternehmen, dass die Nutzung der vorhandenen Kernkraftwerke zeitlich begrenzt wird und keine neuen Kernkraftwerke gebaut werden. Vorgesehen war, dass die ursprünglich 19 kommerziell genutzten Kernkraftwerke (bezogen auf das Jahr 2002) bis 2021 abgeschaltet werden. Zwei Kernkraftwerke, Stade und Obrigheim, wurden in den Jahren 2003 und 2005 abgeschaltet, in Betrieb waren 17 kommerziell genutzte Kernkraftwerke. Im Zuge eines neuen Energiekonzeptes entschied die Bundesregierung 2010, die Laufzeiten der deutschen Kernkraftwerke um durchschnittlich 12 Jahre zu verlängern. Aufgrund der Reaktorkatastrophe von Fukushima beschloss sie im März 2011 jedoch ein Moratorium zur Sicherheitsüberprüfung aller deutschen Kernkraftwerke. Dieses beinhaltete die vorläufige Abschaltung der sieben vor 1980 ans Netz gegangenen Kraftwerke. Mit der Novellierung des Atomgesetzes im August 2011 erlosch die Betriebsgenehmigung dieser sieben Kernkraftwerke sowie des Kernkraftwerks Krümmel. Die verbleibenden neun Reaktoren sollen gemäß dem Atomgesetz nun bis spätestens Ende 2022 abgeschaltet werden. In Betrieb sind acht Forschungsreaktoren und fünf Unterrichtsreaktoren. Philippsburg 1 Emsland Neckarwestheim 1 Stromerzeugung in GWh Biblis A Biblis B Grohnde Grafenrheinfeld Philippsburg 2 Isar 1 Neckarwestheim 2 Gundremmingen B Gundremmingen C gemäß Atomgesetz-Novelle von 2011 außer Betrieb Kernkraftwerke in Betrieb Isar 2 Stromerzeugung aus Kernkraft in Deutschland Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez ø Quelle: VGB PowerTech 11 Zeitbild Wissen

12 Der Aufbau eines Kernkraftwerks In einem Kernkraftwerk (KKW), auch als Atomkraftwerk (AKW) bezeichnet, entsteht Wärme durch die kontrollierte Kernspaltung von radioaktivem Uran-235. Diese Wärme erhitzt Wasser, mit dem entstehenden Dampf wird eine Turbine angetrieben, an der ein Generator angeschlossen ist. Der Generator erzeugt schließlich elektrischen Strom. Typen von Kernreaktoren Es gibt weltweit verschiedene Reaktortypen. Man unterscheidet sie danach, wie der Reaktorkern gekühlt wird entweder mit Wasser, Natrium oder Heliumgas. In Deutschland gibt es nur wassergekühlte Reaktoren, die sogenannten Leichtwasserreaktoren. Leichtes Wasser ist dabei die Bezeichnung für gewöhnliches Wasser, dessen Wasserstoffatome aus dem leichtesten Wasserstoffisotop, aus Protium, bestehen. Das Wasser umspült die Brennstäbe im Reaktorkern und dient als Moderator* und zur Kühlung der Brennstäbe. Leichtwasserreaktoren gibt es in zwei unterschiedlichen Formen: Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren. Von den neun deutschen Kernkraftwerken in Betrieb gehören sieben Anlagen zum Typ Druckwasserreaktor, zwei Anlagen zum Typ Siedewasserreaktor. *Der Moderator dient dazu, schnelle Neutronen abzubremsen, um so die Kettenreaktion zu ermöglichen. Der Druckwasserreaktor (DWR) ist weltweit die häufigste Bauform der Leichtwasserreaktoren. Der Betriebsdruck des Wassers ist mit bis zu 150 bar so hoch gewählt, dass es bei der vorgesehenen Temperatur nicht siedet. Dadurch erfolgt eine gleichmäßige Benetzung der Brennstäbe und eine ausgeglichene Wärmeverteilung. Druckwasserreaktoren verfügen über drei Wasserkreisläufe. Der Primärkreislauf nimmt die Wärme des Reaktors auf und gibt sie an den Sekundärkreislauf ab. Dadurch verdampft darin das Wasser; der Dampf treibt die Turbine an. Der Kühlkreislauf kühlt den Dampf im Sekundärkreislauf im Kondensator wieder zu Wasser. Der Vorteil: Die Radioaktivität bleibt im Primärkreislauf, sie gelangt nicht in die Turbine und den Kondensator. Schemazeichnung eines Druckwasserreaktors (DWR) Reaktordruckbehälter Hauptkühlmittelpumpe Dampferzeuger Sicherheitsbehälter Brennelementlagerbecken Turbinen-Hochdruckteil Wasserabscheider und Zwischenüberhitzer Turbinen-Niederdruckteil Generator Transformator Kondensator Vorwärmanlage Speisewasserpumpe Hauptkühlwasserpumpe Kühlturm Zeitbild Wissen 12

13 Der Siedewasserreaktor (SWR) Dieser Reaktortyp verfügt über zwei Wasserkreisläufe. Beim Siedewasserreaktor wird der Dampf, der die Turbinen antreibt, direkt im Reaktor erzeugt. Die Brennstäbe geben die Wärme direkt an das Wasser ab, das sie umgibt. Dieses beginnt dadurch zu sieden daher der Name. Der entstehende Dampf wird direkt an die Turbinen weitergeleitet, gelangt von dort in einen Kondensator, wo er wieder zu flüssigem Wasser abkühlt. Und von hier geht es wieder zurück in den Reaktor. Abklingbecken für Brennelemente Der Betriebsdruck eines Siedewasserreaktors ist mit etwa 70 bar relativ niedrig. So muss der Druckbehälter nur für einen Druck einschließlich Sicherheitszuschlag von etwa 90 bar ausgelegt werden. Außerdem gibt es beim Siedewasserreaktor nur einen Wasserkreislauf zwischen Turbine und Reaktor. Das Wasser dient im Reaktor auch als Moderator. Im Dampf befinden sich weniger Wassermoleküle, daher verschlechtert sich bei steigender Hitze die Moderatorwirkung: Je heißer der Reaktor wird, desto mehr bremst er sich selbst, eine vorteilhafte Sicherheitseigenschaft. Das Wasser im Reaktor enthält hochradioaktive Stoffe. Sie werden durch die Dampf- Wasser- Trennung zum weitaus größten Teil im Reaktordruckbehälter zurückgehalten. Gasförmige radioaktive Stoffe, die mit dem Dampf mitgerissen werden, werden im Kondensator abgesaugt und damit dem Kühlmittelkreis entzogen. Deshalb sind auch Maschinenhaus und Turbine in die Sicherheitsmaßnahmen des Strahlenschutzes einbezogen. Aus diesem Grund sind Sicherheitseinrichtungen eingebaut, die bei einer Störung den Dampfstrom zum Maschinenhaus sofort unterbrechen. 13 Zeitbild Wissen

14 Sicherheit von Kernkraftwerken in Deutschland Der Schutz der Bevölkerung vor einer radioaktiven Belastung ist beim Betrieb eines Kernkraftwerkes ganz besonders wichtig. Deshalb unterliegen in Deutschland gemäß den Vorgaben des Atomgesetzes Planung, Bau, Betrieb und Rückbau eines KKW sehr strengen Vorschriften und staatlicher Aufsicht. Auf der Bundesebene ist das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) zuständig. Das BMU überträgt den Ländern die Aufsicht über den Betrieb der Kernkraftwerke. Die Umweltministerien der Länder wachen mit Unterstützung von Gutachterorganisationen (z. B. TÜV) darüber, dass die Anlagen nach den rechtlichen Vorgaben betrieben werden und dass der gesetzlich geforderte Schutz gewährleistet wird. Sicherheitsüberprüfungen und -analysen Nationale und internationale Aufsichtsbehörden führen regelmäßige Kontrollen aller Kernkraftwerke durch. Die technischen Systeme werden ständig weiterentwickelt und modernisiert. Der Erfahrungsaustausch mit anderen Staaten trägt dazu bei, dass alle Kernkraftwerksbetreiber von den neuesten Erkenntnissen profitieren können. Auch die Aus- und Weiterbildung des Personals spielt eine wichtige Rolle: Die Kernkraftwerksmitarbeiter bilden sich regelmäßig fort, zum Beispiel durch Sicherheitstrainings am Simulator. Aktive Sicherheitsmaßnahmen Neben den hier vorgestellten passiven Sicherheitsmaßnahmen verfügen Kernkraftwerke noch über aktive Sicherheitsmaßnahmen. Dazu gehören: Redundanz alle Sicherheitssysteme sind mehrfach vorhanden. Diversität die Sicherheitssysteme sind nicht nur mehrfach vorhanden, sondern auch unterschiedlich ausgelegt. Räumliche Trennung stellt sicher, dass nicht mehrere Systeme gleichzeitig beschädigt oder zerstört werden können. Fail-Safe bedeutet, dass die Sicherheitssysteme bei eventuellen Fehlern sofort aktiv werden. Sicherheitsschleuse Das Zwiebelschalenprinzip In westlichen Leichtwasserreaktoren dienen mehrere Barrieren zum Zurückhalten der radioaktiven Stoffe. Wie bei einer Zwiebel, deren Keim von vielen Schutzschichten umschlossen ist, wirken beim Kernkraftwerk mehrere nacheinander gestaffelte Barrieren. Selbst wenn eine Barriere versagen sollte, sorgen die übrigen weiterhin für Sicherheit. Die Mehrfachbarrieren schließen somit die Radioaktivität sicher ein. Darüber hinaus herrscht im Reaktorgebäude ein konstanter Unterdruck, der das Austreten von Radioaktivität aus dem Inneren verhindern kann. Zeitbild Wissen 14

15 Barriere 1 Das Kristallgitter des Brennstoffes selbst: Die erste Barriere stellen die Kernbrennstofftabletten selbst dar, da sie den größten Teil der Spaltprodukte zurückhalten. In Leichtwasserreaktoren wird heute nahezu ausschließlich Uran-235 für die Kernspaltung verwendet. Dieses ist in dem natürlich vorkommenden Uran in einem Anteil von 0,7 Prozent enthalten. Im Kernbrennstoff wird dieser Anteil auf 3 bis 5 Prozent angereichert. Barriere 2 Die Brennstabhülle: Die gasdicht und druckfest verschweißte Brennstabhülle trennt den Kernbrennstoff vom Kühlmittel und verhindert, dass die bei der Kernspaltung entstehenden Spaltprodukte in das Kühlmittel gelangen. Darüber hinaus muss die Brennstabhülle über mechanische Festigkeit verfügen, korrosions- und hitzebeständig sein sowie eine geringe Neigung zur Neutronenabsorption aufweisen. Die Brennstäbe eines Druckwasserreaktors sind bspw. wie im Kernkraftwerk Brokdorf 4,8 Meter lang, 11 Millimeter dick und bestehen aus einer 0,65-Millimeter starken Umhüllung aus Zirkaloy (Zirkonium-Legierung). Barriere 3 Der Reaktordruckbehälter mit dem angeschlossenen Rohrsystem: Der Reaktordruckbehälter ein dickwandiger zylindrischer Stahlbehälter mit einer Höhe von zwölf und einem Innendurchmesser von fünf Metern besitzt eine Wandstärke von 25 Zentimetern und ein Leergewicht von etwa 530 Tonnen. Das Reaktordruckgefäß und die Wandungen des Kühlmittelkreislaufes verhindern das Austreten der im Brennstoff entstandenen radioaktiven Substanzen und der sich im Kühlwasser befindlichen durch Neutronen aktivierten Korrosionsprodukte. Barriere 4 Betonabschirmung (Biologischer Schild): Der Reaktordruckbehälter befindet sich in einer Betonkammer. Diese verfügt über eine besondere Kühlung und übernimmt die Funktion eines biologischen Schildes und der Strahlenabschirmung. Ein geringer Anteil der entstandenen Spaltprodukte kann gegebenenfalls in das Kühlmittel gelangen. Barriere 5 Der Sicherheitsbehälter (Containment): Der Reaktordruckbehälter und der sich daran unmittelbar anschließende Teil des Kühlmittelkreislaufes werden vom gasdichten und druckfesten Sicherheitsbehälter mit einer Wanddicke von z. B. 30 mm umschlossen. Um den Sicherheitsbehälter befindet sich in einigen Zentimetern Abstand eine Dichthaut aus Stahl von vier Millimetern Stärke. Der Reaktordruckbehälter ist so ausgelegt, dass er bei Störungen den austretenden Dampf aufnimmt, sodass keine radioaktiven Stoffe in die Atmosphäre und Umgebung entweichen können. Barriere 6 Stahlbetonhülle: Der stählerne Sicherheitsbehälter ist mit einer bis zu zwei Meter dicken Stahlbetonhülle umschlossen. Diese bildet das sichtbare Reaktorgebäude und schützt gegen äußere Einwirkungen. 100-prozentige Sicherheit? Kritiker der Kernkraftnutzung wie zum Beispiel Umweltorganisationen bemängeln, dass bei allen ausgefeilten technischen Sicherheitssystemen der Faktor Mensch ein unkalkulierbares Risiko darstelle. Die Erfahrung zeige, dass Menschen unvorhersehbare Fehler machen können. Auch eine noch so ausgefeilte Technik und Sicherheit könne diese Risiken allenfalls minimieren, aber nicht ausschließen. Hinzu käme, dass es erfahrungsgemäß kein technisches System gebe, das zu 100 Prozent sicher sei. Ein schwerer Reaktorunfall insbesondere in einem dicht besiedelten Industrieland könne nach Auffassung von Kritikern zu unüberschaubaren Folgen führen. Sicherheit nach Fukushima 1 Kristallgitter des Brennstoffs 2 Brennstabhülle 3 Reaktordruckbehäter 4 Betonabschirmung 5 Sicherheitsbehälter 6 Stahlbetonhülle Die Bundesregierung ordnete nach der Katastrophe von Fukushima an, eine Untersuchung aller deutschen Kernkraftwerke auf ihre Sicherheit gegen Naturkatastrophen (Erdbeben und Hochwasser mit Überflutung der Anlage), gegen einen Ausfall der Kühlwasserversorgung sowie gegen Flugzeugabstürze durchzuführen. Für die deutschen Anlagen hat die untersuchende Reaktorsicherheitskommission (RSK) des Bundesumweltministeriums festgestellt, dass sie durchgehend robuster sind als die von Fukushima I [Daiichi]. Gleichzeitig wurden Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheitsreserven empfohlen. 15 Zeitbild Wissen

16 Radioaktive Abfälle Blick in den Reaktorkern In Deutschland werden zwei Arten radioaktiver Abfälle unterschieden: Für die Behandlung der Abfallstoffe, den Transport und die Zwischenlagerung sind in Deutschland die Abfallverursacher, das heißt bei Abfällen aus Kernkraftwerken die Energieversorgungsunternehmen, verantwortlich. Für die Endlagerung liegt die Verantwortung gemäß Atomgesetz bei der Bundesrepublik Deutschland. wärmeentwickelnde Abfälle (hochradioaktiv) Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung (schwach- und mittelradioaktiv) Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung sind beispielsweise Schutzkleidung, Filter, Reinigungsmittel oder auch kontaminierte Werkzeuge aus dem Betrieb der Anlagen sowie Rohre, Kabel oder auch ausgediente Anlagenteile wie z. B. Pumpen oder Rohrleitungen, die vor allem beim Rückbau anfallen. Zu den wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen zählen die abgebrannten Brennelemente der Kernkraftwerke sowie die radioaktiven Abfälle, die aus der Wiederaufarbeitung deutscher Brennelemente in Frankreich und England stammen. In Deutschland ist vorgesehen, alle radioaktiven Abfälle für immer in tiefe geologische Formationen (bis ca m Tiefe) einzulagern, um sie dauerhaft von der Biosphäre abzuschließen. Was passiert mit den Abfällen? Bevor Abfälle in einem Endlager eingelagert werden können, müssen sie behandelt und endlagergerecht verpackt werden. Hierbei steht insbesondere die Volumenreduzierung im Vordergrund. Die Behandlung der Abfälle hängt in starkem Maße von ihrer Radioaktivität und von der Form ab, in der sie vorliegen. Schwach und mittelradioaktive Stoffe, die in fester Form vorliegen, werden zunächst gepresst, damit sie möglichst wenig Platz benötigen, und anschließend in Stahlfässern verpackt. Bei Flüssigkeiten trennt man die radioaktiven Stoffe durch Verdampfen, Fällen oder Filtern von der nicht aktiven Flüssigkeit ab und verfestigt die Rückstände in Bitumen oder Zement. Sie werden ebenfalls in Stahlfässern eingeschlossen. Jährlich werden in einem Druckwasser-Kernkraftwerk ungefähr 40 Brennelemente mit einem Gesamtgewicht von ca. 20 Tonnen ausgetauscht. Die abgebrannten Brennelemente lagern zunächst einige Jahre im Abklingbecken des Kraftwerks, bis ihre Radioaktivität und Wärmeproduktion so weit abgeklungen sind, dass sie in Zwischenlagerbehälter verpackt werden können. Bis 2005 kam ein Teil der abgebrannten Brennelemente aus Deutschland zur Wiederaufarbeitung, die gesetzlich vorgesehen war, in spezielle Anlagen nach Frankreich und Großbritannien. In einem komplizierten Verfahren wurden Plutonium und Uran abgetrennt, um sie zu neuen Brennelementen zu verarbeiten. Die übrigen, nicht wieder verwertbaren Spaltprodukte aus den abgebrannten Brennelementen werden in einer Borsilikatglasschmelze eingeschlossen und in Behälter aus Edelstahl gefüllt. Deutschland ist zur Rücknahme der bei der Wiederaufarbeitung entstandenen radioaktiven Abfälle verpflichtet. Die Abfälle wurden zu einem großen Teil bereits nach Deutschland zurückgebracht beziehungsweise werden in den nächsten Jahren noch nach Deutschland zurückgeführt. Transpor- Zeitbild Wissen 16

17 Schutzplatte te in die Wiederaufarbeitung sind seit dem 1. Juli 2005 verboten. Seither lagern alle abgebrannten Brennelemente bis zu ihrer Endlagerung in eigens errichteten Zwischenlagern an den Standorten der einzelnen Kernkraftwerke. Die CASTOR-Behälter Für den Transport und die langjährige Zwischenlagerung von abgebrannten Brennelementen und hochradioaktiven Abfällen werden in Deutschland hauptsächlich sogenannte CASTOR-Behälter verwendet. Es gibt hiervon unterschiedliche Bauformen, je nachdem für welche Art von Brennelementen oder Abfällen. Ein aktueller CASTOR- Behälter für bestrahlte Brennelemente ist an die 6 Meter lang, hat einen Durchmesser von etwa 2,5 Meter, eine Wandstärke von 40 cm und ein Leergewicht von rund 100 Tonnen. Sein Behälterkörper ist aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt, einem speziellen Material, das über eine extrem hohe Festigkeit und Zähigkeit verfügt. Der Behälter schirmt die Gamma- und Neutronenstrahlung weitgehend ab. Die Anforderungen an einen Transportbehälter sind in Bezug auf mechanische Stabilität, Dichtheit und Temperaturfestigkeit sehr hoch. Behälter, wie sie für abgebrannte Brennelemente eingesetzt werden, müssen gemäß international gültigen Gefahrgutbestimmungen folgende Prüfungen bestehen, ohne undicht zu werden: Sekundärdeckel Primärdeckel Abschirmungselemente Tragekorb mir Einzelbehältern für strahlende Glaszylinder oder Brennelemente Behälterkörper aus besonders dickem und stabilem Gusseisen Kühlrippen Tragzapfen Quelle: GNS Freier Fall des Behälters aus 9 m Höhe auf ein unnachgiebiges Fundament. Freier Fall des Behälters aus 1 m Höhe auf einen Stahldorn mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Höhe von mindestens 20 cm. Feuertest von 30 Minuten bei mindestens 800 C. Eintauchen des Behälters in Wasser für 15 Stunden bei einer Wassertiefe von 15 m oder bei Zulassung für besonders große Gesamtaktivität für 1 Stunde bei einer Wassertiefe von 200 m. Umstrittene Transporte Verladen eines CASTOR-Behälters Als Castortransporte mit Güterzügen und Schwerlasttransportern sind die zwischen 1996 und 2011 durchgeführten Rückführungstransporte von hochradioaktiven Wiederaufarbeitungsabfällen aus Frankreich ins Zwischenlager in Gorleben bekannt geworden. Gorleben ist die einzige Anlage in Deutschland, die über eine Genehmigung verfügt, hochradioaktive Abfälle aus der Wiederaufarbeitung deutscher Brennelemente aufzunehmen. Diese Transporte wurden von einem großen Polizeiaufgebot begleitet. Kernkraftgegner nahmen sie zum Anlass, um beispielsweise mit Kundgebungen und Sitzblockaden, an denen sich bis zu mehrere tausend Menschen beteiligten, gegen die Transporte selbst, aber auch gegen die Nutzung der Kernenergie insgesamt zu demonstrieren. Der letzte Transport mit hochradioaktiven Wiederaufarbeitungsabfällen aus Frankreich hat 2011 stattgefunden. Weitere Transporte aus England (hochradioaktiv) und Frankreich (mittelradioaktiv) sind nicht vor 2015 geplant. 17 Zeitbild Wissen

18 Endlagerung von radioaktiven Abfällen in Deutschland Die Endlagerung von radioaktiven Abfällen in Deutschland ist im Atomgesetz (AtG) geregelt. Demnach muss die Bundesregierung Anlagen zur Sicherstellung und zur Endlagerung radioaktiver Abfälle einrichten. Die Zuständigkeit innerhalb des Bundes liegt beim Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) mit seiner nachgeordneten Behörde, dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS). sich bereits radioaktive Abfälle, es finden jedoch keine neuen Einlagerungen mehr statt. Aufgrund von Wasserzuflüssen in die unterirdischen Lagerräume prüft die Behörde gegenwärtig Möglichkeiten, die Abfälle in der Asse aus dem Bergwerk zurückzuholen. Das stillgelegte Eisenerzbergwerk Schachtanlage Konrad, nahe Salzgitter, ist als Endlager für schwach- und mittelradioaktive Abfälle gesetzlich genehmigt und wird für die Einlagerung der Abfälle ausgebaut. Gorleben als Endlager? Technische Messungen in Gorleben In Deutschland sind etwa 95 Prozent der anfallenden nuklearen Abfälle schwach- und mittelradioaktiv. Etwa 5 Prozent sind hochradioaktiv, enthalten aber 99 Prozent der gesamten Radioaktivität. Radioaktive Abfälle sollen für 1 Million Jahre sicher von der Umwelt abgeschirmt werden. International besteht Konsens, tiefe geologische Formationen für die Endlagerung zu nutzen. In Deutschland gibt es vier Endlager bzw. Endlagerprojekte, die unter der fachlichen Aufsicht des BfS stehen: das Endlager Morsleben in Sachsen- Anhalt, die Endlager Asse und Schacht Konrad und das Erkundungsbergwerk Gorleben in Niedersachsen. In Morsleben und der Asse befinden Am Standort Gorleben befindet sich ein unberührter Salzstock (anders als die Asse, die früher als Salzbergwerk diente und riesige Hohlräume enthält, vergleichbar einem groben Schwamm), der seit 1979 auf seine Eignung als mögliches Endlager für hochradioaktive Abfälle hin untersucht wird die sogenannte Erkundung. Nach Auffassung vieler Fachleute lassen sich radioaktive Abfälle in Salzformationen besonders sicher lagern: Salzlagerstätten weisen eine besonders hohe geologische Stabilität auf, verändern sich also über lange Zeiträume hinweg nicht; der Salzstock Gorleben z. B. existiert über 200 Mio. Jahre. In Salzstöcken lassen sich gut Hohlräume für den Einlagerungsbetrieb anlegen. Das Innere von Salzlagerstätten steht nicht mit dem Grundwasser in Verbindung. Damit kann Zeitbild Wissen 18

19 Deckgebirge Sohle 840 m Salzstock Schacht 1 Schacht 2 Sohle 870 m e über Länge des Streckensystems: ca. 7 km Schacht- und Sohlensystem in Gorleben der Ein Salzstock ist nach heutigen den nuklearen Abfall unwiederbringlich umschließt. Kölner Doms. kein Erkenntnissen radioaktives für Material die End-inlagerung besonders gut geeignet, die Wärme des nuklearen Abfalls Grundwasser 870-m-Sohle gelangen. gert werden Salz weil besitzt das Steinsalz eine große u.a. Plastizität. Spalten gut ableitet. und Hohlräume schließen sich von selbst wieder. Salz verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit, damit kann die Wärme, die radioaktive Abfälle erzeugen, gut abgeleitet werden. Aus diesen Gründen halten Fachleute nach heutigem Stand der Erkundung Gorleben als Endlager für hochradioaktive Abfälle für geeignet. Es gibt auch Fachleute, die bezweifeln, dass Salzlagerstätten ganz allgemein und Gorleben im Besonderen für die Endlagerung von radioaktiven Abfällen geeignet seien. Problematisch sei beispielsweise der mögliche, langsame Austritt von Schadstoffen aus dem Salzstock durch Grundwassereinbrüche. Gegen Gorleben sprächen außerdem beispielsweise auch geologische Gründe wie eine Bruchzone im Untergrund oder vermutete gasführende Schichten. Die Fachmeinungen dazu sind allerdings höchst widersprüchlich. Erkundungsbergwerk Gorleben Die Suche geht weiter In die Erkundung von Gorleben wurden bisher 1,6 Milliarden Euro investiert, die zu über 90 Prozent von den Energieversorgungsunternehmen getragen wurden. Eine abschließende Entscheidung, ob der Salzstock als mögliches Endlager geeignet ist oder nicht, liegt auch nach über 30 Jahren nicht vor. Hierfür würde es noch einiger weiterer Jahre Erkundung und eines Genehmigungsverfahrens bedürfen. Im November 2011 vereinbarten das Bundesumweltministerium und die Bundesländer, dass bundesweit eine neue, ergebnisoffene Suche nach einem geeigneten Standort für ein Endlager durchgeführt werden soll. In die Suche sollen neben Salz auch weitere geologische Formationen, z. B. Ton, einbezogen werden. Was machen die anderen? In anderen Ländern mit Kernkraftwerken werden auch alternative Gesteinsformationen erkundet, da u. a. keine geeigneten Salzvorkommen vorhanden sind. In Frankreich und in der Schweiz Karte mit den Standorten Asse, Morsleben, Konrad sowie des Erkundungsbergwerks Gorleben. Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz. sind es Tongesteine, in den USA ist dies vulkanischer Tuffstein, in Finnland und Schweden Granit. In Finnland und in Schweden, wo sich Gemeinden um den Endlagerstandort beworben hatten, wurden bereits Standorte für ein Endlager hochradioaktiver Abfälle ausgewählt. Forschen für die Entsorgung Wegen der zum Teil sehr langen Halbwertzeit einiger Radionuklide müssen hochradioaktive Abfälle über sehr lange Zeiträume sicher von der Biosphäre abgeschirmt werden. Mithilfe der sogenannten Transmutation werden durch Neutronenbeschuss langlebige Isotope umgewandelt (transmutiert) und es entstehen letztendlich radioaktive oder stabile Spaltprodukte. Auch in Deutschland wird auf diesem Gebiet geforscht. Solche Verfahren sind aber heute reine Forschungsprojekte. Ob sie jemals kommerziell eingesetzt werden können, ist offen, und sie können damit keine Grundlage für eine verantwortungsvolle Entsorgungsplanung sein. 19 Zeitbild Wissen

20 Rückbau von Kernkraftwerken Wie andere Industrieanlagen auch werden Kernkraftwerke am Ende ihrer Betriebszeit stillgelegt. Aber ein Kernkraftwerk kann u. a. wegen der radioaktiven Bestandteile nicht einfach abgerissen werden, es muss kontrolliert zurückgebaut werden. Ziel des Rückbaus ist die vollständige Beseitigung der Anlage und die Wiederherstellung des ursprünglichen, natürlichen Zustands des Geländes der Rückbau zur Grünen Wiese oder alternativ auch für die Nachnutzung als Industrie- und Gewerbegebiet. Dies kann aufgrund der hohen sicherheitstechnischen Anforderungen und der notwendigen Genehmigungsverfahren mit Beteiligung der Öffentlichkeit unter Umständen viele Jahre dauern, beim direkten Rückbau bis zu 20 Jahre. Seit Beginn der kommerziellen Nutzung der Kernenergie wurden in Deutschland bereits mehrere Anlagen stillgelegt und wie z. B. das VAK Kahl zurückgebaut. Zeitbild Wissen Jede Menge Auflagen In Deutschland ist das Atomgesetz maßgebend für die Errichtung, den Betrieb und die Stilllegung von Kernkraftwerken. Hinzu kommen noch zahlreiche weitere Verordnungen wie z. B. die Strahlenschutzverordnung, das Kreislaufwirtschaftsgesetz, die Gefahrstoffverordnung und das Bundesimmissionsschutzgesetz. Der Sicherheitsgedanke spielt in allen Phasen eines Kernkraftwerks, von der Errichtung über den Betrieb bis hin zum Rückbau, eine sehr große und wichtige Rolle. Sowohl die Umwelt als auch die beim Rückbau beteiligten Menschen müssen vor jeglicher Beeinträchtigung durch radioaktive Strahlung geschützt werden. Sofort oder später Rückbaukonzepte Es stehen im Prinzip zwei Wege zur Auswahl, um ein Kernkraftwerk zurückzubauen: Der direkte Rückbau und der Rückbau nach sicherem Einschluss. Beim direkten Rückbau, der häufigsten Form des Rückbaus in Deutschland, wird das Kraftwerk nach Ende des Regelbetriebs in mehreren Schritten nach Genehmigungen der zuständigen Behörden demontiert, die radioaktiv belasteten Bauteile werden aufwendig zerlegt, soweit wie möglich gereinigt man spricht hier von dekontaminiert und fachgerecht entsorgt. Nicht radioaktiv belastete Komponenten wie z. B. Turbinen können herkömmlich zurückgebaut werden. Bei der Methode sicherer Einschluss wird der belastete Teil der Anlagen bei Druckwasserreaktoren das Reaktorgebäude zunächst für einen festgelegten Zeitraum sicher eingeschlossen. Das bedeutet, dass dieser Bereich von der restlichen Anlage z. B. durch Abtrennen und Verschließen von Leitungen physisch getrennt und abgeschlossen wird. Der nicht oder nur leicht radioaktiv belastete Außenbereich kann auf herkömmliche Weise zurückgebaut werden. Nach Ablauf der Frist wird der Rest der Anlagen unter entsprechenden, in der Regel vereinfachten, Sicherheitsvorkehrungen demontiert. Ziel dieser Rückbauvariante ist es, durch ein Abklingen der Radioaktivität den späteren Abbau der Anlage aufgrund einer niedrigen radioaktiven Belastung zu erleichtern und zwischenzeitliche technische Fortschritte zu nutzen. Beispiele für einen direkten Rückbau sind die Arbeiten am Kernkraftwerk Greifswald nahe Lubmin, es ist das weltweit größte Stilllegungsprojekt dieser Art. Der Rückbau der Anlage erfolgt seit 1995, im Jahr 2014 soll das Gelände wieder nutzbar sein. Auch die Kernkraftwerke Gundremmingen A, Mülheim-Kärlich, Obrigheim, Rheinsberg, Stade und Würgassen werden gegenwärtig direkt 20

21 rückgebaut. Ein Beispiel für das Konzept des sicheren Einschlusses ist der ehemalige Hochtemperatur-Reaktor in Hamm-Uentrop. Er befindet sich seit 1997 im sicheren Einschluss, ab 2027, nach Unterschreiten der relevanten Grenzwerte, kann dann endgültig mit dem Abriss begonnen werden, für den ca. 20 Jahre veranschlagt werden. Kritik am Einschlusskonzept Kernkraftgegner halten den sicheren Einschluss über einen so langen Zeitraum für nicht sicher, da aufgrund einer möglichen Beschädigung der Hülle oder einer anderweitigen Freisetzung von Radioaktivität die Gefahr gegeben sei, dass Radioaktivität in die Umwelt gelangen könnte. Anders als beim direkten Rückbau würden die Kraftwerke nicht nach etwa 20 Jahren abgebaut sein, sondern erst nach 40 bis 45 Jahren. Problematisch an dieser Rückbauvariante ist die Tatsache, dass nach einer so langen Zeit vermutlich nur noch wenige Experten für den Rückbau zur Verfügung stünden. Die ehemaligen Mitarbeiter wären dann sicherlich längst pensioniert. ( ) Rückbau Rückbau ( ) Rückbau Nutzung im Straßenbau Eine der größten Herausforderungen beim Abbau eines Kernkraftwerkes ist die Bewältigung der Abbauabfälle (Abbaumassen). Rund Tonnen Abfall müssen zum Beispiel am KKW Würgassen entsorgt werden, rund 80 Prozent der Gesamtmasse sind Betonstrukturen. Alle Materialien werden während der Demontage sortiert, um gezielt wiederverwertet oder entsorgt werden zu können. Nur ein kleiner Teil der Abbaumaterialien ist während des Betriebs des KKW überhaupt mit radioaktiven Stoffen in Berührung gekommen. Der größte Teil dieser Rückbauabfälle kann nach einer sorgsamen und umfangreichen Reinigung (Dekontamination) dem normalen Abfallkreislauf zugeführt werden und zum Beispiel im Straßenbau wiederverwendet werden. Letztendlich sind rund 3 Prozent der Abbaumassen sog. radioaktiver Abfall. Die wesentlichen Abfallverursacher sind der Reaktordruckbehälter, der Biologische Schild und die Dampferzeuger. Diese Bauteile sind durch ihre Nähe zur Kernspaltung selbst radioaktiv geworden (aktiviertes Material) und können nicht dekontaminiert werden. Sie werden vor Ort zerlegt, fachgerecht verpackt und für die spätere Endlagerung bereitgestellt. Rückbaustatus von Kernkraftwerken Anlagen in Deutschland im Rückbau Rückbau abgeschlossen, Grüne Wiese im sicheren Einschluss Quellen: BfS, AG Energiebilanzen, DAtF Zerlegen, Sandstrahlen, Zusammenstauchen (Dekontamination und Abfallminimierung) Damit ein Bauteil wieder in den Wertstoffkreislauf zurückkommen kann, muss es ein mehrstufiges Verfahren durchlaufen: Nach der Demontage, Zerlegung und Zerkleinerung werden die Bauteile falls radioaktive Kontamination festgestellt wird mit Wasser (Hochdruckreiniger), Sandstrahlern oder Stahlkugelstrahlern gereinigt. Da die Reinigungsmaterialien die radioaktiven Partikel binden, werden sie aufgefangen. Das Wasser beispielsweise wird anschließend verdampft und das übrigbleibende Konzentrat ist dann radioaktiver Abfall. Wird bei der anschließenden Überprüfung des Bauteils noch Kontamination festgestellt, wird erneut gereinigt. Aufgrund sorgfältiger Dekontamination braucht nur ein relativ geringer Umfang des Abbaumaterials als radioaktiver Abfall entsorgt werden. Dieser wird nach Möglichkeit in spezielle 180 l-blechfässer gefüllt und mit einer Hochdruckpresse extrem verdichtet. Bis zu acht Presslinge lassen sich dann in einem genormten 200 l-abfallfass unterbringen. Ziel der Abfallbehandlung ist die Volumenreduzierung, da die Kosten für Aufbewahrung und Endlagerung an der Anzahl der Gebinde bemessen werden. 21 Zeitbild Wissen

22 Wir sind eine Ingenieurnation Joachim Knebel ist seit Oktober 2010 Chief Science Officer im Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Er studierte Maschinenbau und wurde 2002 zum Leiter des Programms»Nukleare Sicherheitsforschung«am KIT sowie Sprecher des gleichnamigen Programms in der Helmholtz-Gemeinschaft berufen. Er ist Autor oder Koautor von mehr als 100 wissenschaftlichen Publikationen sowie Organisator zahlreicher Konferenzen und internationaler Forschungsprojekte im Bereich Kernenergie. Am KIT ist er für die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik zuständig sowie für das KIT-Zentrum Mobilitätssysteme. Deutschland hat beschlossen, aus der Nutzung der Kernenergie auszusteigen. Wozu brauchen wir dann eigentlich noch Forschung auf diesem Gebiet? Auch wenn alle Kernkraftwerke in zehn Jahren abgeschaltet sein werden, müssen wir uns weiter mit der Kerntechnik beschäftigen. Da ist zum einen die Entsorgung der radioaktiven Abfälle und die Frage des Endlagers, die gelöst werden muss. Dann sollen die Kernkraftwerke zurückgebaut werden, dazu braucht es natürlich Spezialisten, die die Reaktoren kennen und bewerten können. Und auch der Strahlenschutz spielt beim Rückbau, der Endlagerung und in der Nuklearmedizin eine wichtige Rolle. Ich fürchte allerdings, dass es die breit angelegte, nationale Reaktorsicherheitsforschung in 10 bis 15 Jahren in Deutschland wohl nicht mehr geben wird. Aber die wird doch auch nicht mehr benötigt was so nicht stimmt! Um uns herum in Europa, auch weltweit, geht die Entwicklung weiter. Deutschland wird auch in Zukunft als Mitglied internationaler Gremien oder in Kommissionen über Fragen der nuklearen Sicherheit mitentscheiden müssen. Die Bundesregierung, die Ministerien und die Genehmigungsbehörden benötigen dazu eigene Fachkräfte und fachliche Beratung. Das Berufsbild eines reinen Kerntechnikers in Deutschland wird der heute in der Ausbildung stehenden jungen Generation von Ingenieuren aber nur schwer zu vermitteln sein. Was genau wird denn im Bereich der Kernenergie in Deutschland erforscht? Im Bereich der nuklearen Entsorgung, des Strahlenschutzes und der Strahlenmedizin müssen wir in Deutschland Zeitbild Wissen auch langfristig forschen. Dazu kommt die Behandlung von radioaktiven Abfällen, zum Beispiel die Umwandlung langlebiger Nuklide mittels sogenannter P+T- Verfahren. Ein anderes Beispiel ist das in Deutschland entwickelte Entscheidungshilfesystem RODOS, eine Software, die die Ausbreitung von Radioaktivität und notwendige Katastrophenschutzmaßnahmen berechnet. Dieses System wurde auf die Situation in Fukushima, Japan, umgeschrieben und half den Behörden bei wichtigen Entscheidungen, etwa über Evakuierungen. Dieses System fand aber auch bei der Berechnung der Ausbreitung der Aschewolke bei Vulkanausbrüchen Anwendung. Ursprünglich in der Kerntechnik entwickelte Expertise wird auf diese Weise umorientiert und kann im Zuge der Energiewende neu eingesetzt werden. Beispiele sind die Flüssigmetalltechnologie für Solarthermie, Wasserstoff-Sicherheitstechnologie etwa für Brennstoffzellen und Wasserstofftanks in der Mobilität oder die Forschung für Hochtemperatur-Energiematerialien. Was antworten Sie denn jungen Leuten auf die Frage, ob sie jetzt überhaupt noch ein Fach studieren sollten, das mit Kernenergie zu tun hat? Wer sich gezielt für Kernphysik oder Radiochemie interessiert, der sollte diese Fächer auch studieren, denn die Betätigungsfelder im In- und Ausland sind groß und im späteren Berufsleben keineswegs auf Kernenergie beschränkt. Die Nachfrage nach Energietechnik-Fachleuten wird weiter anhalten, im Bereich Reaktortechnik wird sie in Deutschland jedoch über kurz oder lang verschwinden. Wer in diesem Bereich arbeiten will, wird das im Ausland tun. Deshalb interessieren sich auch besonders viele ausländische Studierende für diese Ausbildung bei uns, denn deutsche Universitäten sind auf diesem Gebiet heute weltweit führend. Was die Jobchancen betrifft nun, Ingenieure werden in allen Bereichen händeringend gesucht! Wir sind eine Ingenieurnation, und das wird auch so bleiben. Eine gute, breit angelegte Ausbildung, sei es zum Beispiel in der Elektrotechnik, in der Verfahrenstechnik oder im Maschinenbau, ist die beste Grundlage. Damit kann man sich später auf Erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerkstechnik oder Kerntechnik spezialisieren und die Tätigkeitsbereiche im Berufsleben auch wechseln. Das gehört heute selbstverständlich dazu, ebenso wie eine Berufstätigkeit im Ausland. Ausgewählte Universitäten und Hochschulen RWTH Aachen (Prof. Allelein) Universität Stuttgart (Prof. Starflinger) Technische Universität München (Prof. Macian) Ruhruniversität Bochum (Prof. Koch) Technische Universität Dresden (Prof. Hurtado) Ausgewählte Forschungseinrichtungen Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Helmholtz-Zentrum Dresden- Rossendorf (HZDR) Forschungszentrum Jülich (FZJ) 22