Gruppenpuzzle «Radioaktive Abfälle»
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Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Arbeitsblatt 9 – 1 Gruppenpuzzle «Radioaktive Abfälle» Wir haben uns in der Arbeitsgruppe geeinigt, wer sich zu welcher Frage mit Expertenwissen zu versorgen hat. Alle diese «abgeordneten» Expertinnen und Experten haben sich danach in einer entsprechenden Gruppe getroffen und gemeinsam ihr Thema aufgearbeitet und diskutiert. Ich habe mich in der Gruppe mit folgender Expertenfrage beschäftigt Wir wählen eines der folgenden 9 Themen, die auch im Arbeitsblatt 10 verwendet sind: Thema 1 Woher kommen die radioaktiven Abfälle? Thema 2 Welche Mengen an radioaktiven Abfällen fallen an? Thema 3 Wer ist für die Entsorgung zuständig? Thema 4 Wie werden die radioaktiven Abfälle heute entsorgt? Thema 5 Welche Lagerkonzepte sind vorgesehen? Thema 6 Welche Kriterien müssen geologische Tiefenlager für radioaktive Abfälle erfüllen? Thema 7 Wo sind mögliche Standorte in der Schweiz? Thema 8 Was ist Opalinuston? Thema 9 Wie machen es andere Länder mit ihren radioaktiven Abfällen? Wie sind wir im Expertenteam vorgegangen? Wie sind wir an das Thema herangegangen? Welche Aspekte gab es zu klären? Wie haben wir Arbeit und Aufgaben verteilt? Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Arbeitsblatt 9 – 2 Welche Unterlagen haben wir zur Unterstützung unserer Arbeit verwendet? Meine Ergebnisse zusammengefasst: Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Arbeitsblatt 10 – 1 Gruppenpuzzle «Radioaktive Abfälle» – Ergebnisse Die verschiedenen Spezialisten haben folgende Ergebnisse in die Gruppe zurückgebracht: Thema 1 Woher kommen die radioaktiven Abfälle? Thema 2 Welche Mengen an radioaktiven Abfällen fallen an? Thema 3 Wer ist für die Entsorgung zuständig? Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Arbeitsblatt 10 – 2 Thema 4 Wie werden die radioaktiven Abfälle heute entsorgt? a ) Schwach und mittelaktive Abfälle (SMA) b) Hochaktive Abfälle – verbrauchter Kernbrennstoff (HAA) Thema 5 Welche Lagerkonzepte sind vorgesehen? Thema 6 Welche Kriterien müssen geologische Tiefenlager für radioaktive Abfälle erfüllen? Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Thema 7 Wo sind mögliche Standorte in der Schweiz? Thema 8 Was ist Opalinuston? Thema 9 Wie machen es andere Länder mit ihren radioaktiven Abfällen? Version 3 Herbst 2013 Arbeitsblatt 10 – 3 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Lösungen 9 Gruppenpuzzle «Radioaktive Abfälle» Wir haben uns in der Arbeitsgruppe geeinigt, wer sich zu welcher Frage mit Expertenwissen zu versorgen hat. Alle diese «abgeordneten» Expertinnen und Experten haben sich danach in einer entsprechenden Gruppe getroffen und gemeinsam ihr Thema aufgearbeitet und diskutiert. Ich habe mich in der Gruppe mit folgender Expertenfrage beschäftigt Wir wählen eines der folgenden 9 Themen, die auch im Arbeitsblatt 10 verwendet sind: Thema 1 Woher kommen die radioaktiven Abfälle? Thema 2 Welche Mengen an radioaktiven Abfällen fallen an? Thema 3 Wer ist für die Entsorgung zuständig? Thema 4 Wie werden die radioaktiven Abfälle heute entsorgt? Thema 5 Welche Lagerkonzepte sind vorgesehen? Thema 6 Welche Kriterien müssen geologische Tiefenlager für radioaktive Abfälle erfüllen? Thema 7 Wo sind mögliche Standorte in der Schweiz? Thema 8 Was ist Opalinuston? Thema 9 Wie machen es andere Länder mit ihren radioaktiven Abfällen? Wie sind wir im Expertenteam vorgegangen? Wie sind wir an das Thema herangegangen? Welche Aspekte gab es zu klären? Wie haben wir Arbeit und Aufgaben verteilt? Individuell, Erfahrungen der Gruppe aufschreiben Welche Unterlagen haben wir zur Unterstützung unserer Arbeit verwendet? Welche Broschüren, Bücher, Hefte, CD, DVDs? Präsentationen? Downloads? Woher? www.nagra.ch? www.radioaktiveabfaelle.ch? www.wikipedia.org? www.greenpeace.ch? Wurde mit «Google» gesucht? Welche Stichworte wurden verwendet? Notizen aus dem Unterricht? Meine Ergebnisse zusammengefasst: Individuell Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Lösungen 10 – 1 Gruppenpuzzle «Radioaktive Abfälle» – Ergebnisse Die verschiedenen Spezialisten haben folgende Ergebnisse in die Gruppe zurückgebracht: Thema 1 Woher kommen die radioaktiven Abfälle? – Zum grossen Teil aus Atomkraftwerken: 1) verbrauchte Brennelemente sind hochaktiver Abfall 2) Betriebsabfälle sind schwach- oder mittelaktiver Abfall 3) Abfälle nach der Stilllegung; entstehen nach dem Abbruch oder Rückbau der ­ Reak­toren und weiteren nuklearen Anlagen (Zwischenlager usw.): meist schwachaktive Abfälle. – Aus Medizin, Industrie und Forschung meist schwach- und mittelaktive Abfälle Alte Rauchmelder; Strahlenquellen aus industrieller Anwendung Leuchtfarben der Uhrenindustrie (früher Radium, heute Tritium) Medizinische Strahlenquellen aus Therapiegeräten Radioaktive Markierstoffe und Chemikalien Forschungsreaktoren (hochaktiver Abfall) Thema 2 Welche Mengen an radioaktiven Abfällen fallen an? – Annahme 50 Jahre Betrieb der bestehenden 5 Schweizer Atomkraftwerke: rund 3600 Tonnen Uranbrennstoff würden verbraucht (geteilt 7.5 Millionen Schweizer ergibt pro Kopf rund 0.5 kg, das entspricht 0.5 dl Uranoxid (Dichte 10) oder einer Kugel aus Uranoxid mit 4 cm Durchmesser (hochaktiver Abfall). – Dieser Abfall wird in Stahlbehältern verpackt, der «halbe Deziliter» braucht aber ­später einmal etwa 1 Liter «endlagerfähige Verpackung» (Stahlbehälter) pro Person; das ergibt total 7500 m3 hochaktive Abfälle in endlagergerecht verpackter Form. – Schwach- und mittelaktive Abfälle: total etwa 90 000 m3, aufgerundet rund 100 000 m3 Volumen für die Zementcontainer, die mit den «gelben» Fässern gefüllt sind. Etwa ein Viertel des Volumens stammt aus Medizin, Industrie und Forschung. – Zur Veranschaulichung des Platzbedarfs: Alle Schweizer Nuklearabfälle könnten in der grossen Halle des Zürcher Hauptbahnhofs untergebracht werden (dies wird man nie tun!). Thema 3 Wer ist für die Entsorgung zuständig? – Gemäss gesetzlicher Vorgabe müssen die radioaktiven Abfälle von den Verursachern derart entsorgt werden, dass der dauernde Schutz von Mensch und Umwelt gewähr­ leistet ist. – Die Betreiber der Atomkraftwerke haben für die Planung von Endlagern – heute ­geologische Tiefenlager genannt – und die notwendigen Standortabklärungen 1972 die Nagra gegründet (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle). – Der Bund, also die Schweizerische Eidgenossenschaft, ist zuständig für die Abfälle aus Medizin, Industrie und Forschung und beteiligt sich an den Projektkosten der Nagra mit rund 3 %. Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Lösungen 10 – 2 – Die Kernkraftwerke finanzieren die Entsorgungskosten mit einer Belastung des ­Atomstroms von etwa 1 Rappen/kWh; das ergab bisher über 8 Milliarden Franken. D ­ avon werden die laufenden Entsorgungsaufgaben (Zwischenlager, Behälter, ­Abfallkonditionierung usw.) beglichen. Zur Deckung später anfallender Kosten ­(Stilllegung der Kernkraftwerke, Endlagerbau und -betrieb) zahlen die Kernkraftwerksbetreiber jährliche Beiträge in den Stilllegungsfonds sowie den Entsorgungsfonds ein (www.entsorgungsfonds.ch). – Das Bundesamt für Energie (BfE; www.radioaktiveabfaelle.ch) hat einen Sachplan ­erstellt. Das ist ein Raumplanungswerkzeug des Bundes für seine nationalen Aufgaben. Darin sind die zu erfüllenden Kriterien für geologische Tiefenlager definiert und das demokratischen Verfahren zur Auswahl eines Standortes für ein Lager ist detailliert geregelt. Thema 4 Wie werden radioaktive Abfälle heute entsorgt? a) Schwach- und mittelaktive Abfälle – Rohabfälle (kontaminierte Gegenstände usw.) werden sofort nach Entstehen «konditioniert», das heisst die brennbaren Abfälle werden eingeäschert, flüssige Abfälle eingetrocknet, die Rückstände mit Zement verfestigt oder als Glas verschmolzen. – Teile dieser Verarbeitung in eine stabile Form («Konditionierung») finden in den Kernkraftwerken oder im zentralen Zwischenlager Zwilag statt. – Die konditionierten Abfälle müssen von den Verursachern derart entsorgt werden, dass der dauernde Schutz von Mensch und Umwelt gewährleistet ist. Für diese «Endlagerung» sind geologische Tiefenlager geplant. Betriebsaufnahme ab etwa 2030 vorgesehen. b) Hochaktive Abfälle – verbrauchter Kernbrennstoff (HAA) – Nach 4 bis 6 Jahren im Reaktor werden die verbrauchten Brennelemente im Kernkraftwerk einige Jahre zur Abkühlung in einem tiefen Wasserbecken gelagert. – Nach wenigen Jahren in den Wasserbecken der Kernkraftwerke werden die verbrauchten Brennelemente in schwere Transport- und Lagerbehälter (sogenannte «Castoren») verpackt und ins zentrale Zwischenlager, dem Zwilag in Würenlingen (Kanton Aargau), zur weiteren Abkühlung gebracht. Es sind einige Jahrzehnte zum «Abklingen» der ­Zerfallswärme nötig, bevor hochaktiver Abfall in geologische Schichten eingelagert ­werden kann. – Ein Teil – etwa ein Drittel – der verbrauchten Brennelemente wurde ins Ausland zur ­Wiederaufarbeitung geschickt. Dort wird das verbliebene Uran von den Abfallstoffen chemisch abgetrennt und rezykliert; der ebenfalls hochaktive Abfall in Glas eingeschmolzen wieder zurück in die Schweiz ins Zwischenlager transportiert. Hier kühlt dieser Abfall ebenso für einige Jahrzehnte, bevor er ins Endlager in tiefen geologischen Schichten eingebracht werden kann. – Zurzeit werden geologische Tiefenlager geplant und nach geeigneten Standorten ­gesucht. Betriebsaufnahme für ein Lager hochaktiver Abfälle ist ab 2040 vorgesehen. Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Lösungen 10 – 3 Thema 5 Welche Lagerkonzepte sind vorgesehen? – Der erste Schritt vor der Zwischenlagerung ist die «Konditionierung» aller Abfälle – eine Verarbeitung in eine feste und stabile, endlagerfähige Form. – In verschiedenen Zwischenlagern der Kernkraftwerke lagern deren schwach- und ­mittelaktive Abfälle, im Bundeszwischenlager die Abfälle aus Medizin, Industrie und Forschung. Im zentralen Lager der Kernkraftwerke, dem Zwilag in Würenlingen, sind die hochaktiven und weitere schwach- und mittelaktive Abfälle untergebracht, bis «Endlager» gebaut sind. – Für die «Endlagerung» sind für alle Abfalltypen geologische Tiefenlager geplant – ­eines für die hochaktiven, eines für die schwach- und mittelaktiven Abfälle oder aber ein Kombilager für beide Abfalltypen. – Die geologischen Lager werden in mehreren hundert Meter Tiefe in geeigneten ­Gesteinsschichten angelegt. Möglichst tief und damit weg von den geologischen ­Prozessen auf der Erdoberfläche (Vergletscherung, Erosion, Grundwasserströme usw.). Es besteht aber eine «Schallgrenze» aus bau- und betriebstechnischen Gründen für ­Untertagebauwerke: 50 – 55°C. Diese Temperatur wird in der Nordschweiz zwischen 900 und 1100 m Tiefe erreicht. Thema 6 Welche Kriterien müssen geologische Tiefenlager für radioaktive Abfälle erfüllen? – stabile Geologie, wenig Hebung, wenig Erosion, genügend Abstand zu «Störzonen», gute Erkundung der Schichtlagen (möglichst wenig Unsicherheiten für Voraussagen). – wasserdichte und genügend mächtige Gesteinsschichten als Wirtgestein (ca. 100 m). – mehrere unabhängige Sicherheitsbarrieren, natürliche wie technische (unlösliche Abfallmatrix, quellende Verfüllung der Lagerstollen mit tonigem Material; dickwandige, stabile Behälter, dichtes Wirtgestein usw.). – tief genug, damit in den nächsten Millionen Jahren das Lager durch Gletscher oder ­Erosion nicht freigelegt wird. Thema 7 Wo sind mögliche Standorte in der Schweiz? – Der Opalinuston, ein grossräumig homogenes Gestein, ist in der ganzen Schweiz verbreitet und in genügender Mächtigkeit vorhanden. In der bautechnisch geeigneten Tiefe zwischen 500 und 900 Meter kommt das Gestein entlang des Jura und im nördlichen Mittelland vor. Besonders einfach ist das Gestein unter den möglichen Standortgebieten Zürich-Nordost, Nördlich Lägern, Südranden, Jura-Südfuss und Jura Ost von der Oberfläche aus mit Bohrung und geophysikalischen Methoden (Seismik als «Echolot») zu charakterisieren, weil dort die Schichten flach geneigt und ungestört verlaufen. – Früher hat man in der Schweiz auch die Eignung von kristallinen Gesteinen – also ­Granite und Gneise – untersucht, wie sie in Schweden und Finnland als Endlagergesteine vorgesehen sind. Vorteile: standfest, bautechnisch einfach, grosse Mächtigkeit. Nachteile: spröde Gesteine, brechen selbst bei geringen Hebungen und geologischen Bewegungen. Kristalline Gesteine sind stets mehr oder weniger von wasserleitenden Klüften durchzogen. Grossräumige «Brüche» sind Störzonen, denen man – wie bei allen anderen Wirtgesteinen – ausweichen muss. – Da in den Alpen relative starke Hebungen stattfinden (rund 1 mm pro Jahr), sind langfristige Voraussagen unsicher und deshalb sind Standorte dort für ein Lager hoch­ aktiver Abfälle ungeeignet. Version 3 Herbst 2013 Atome, Radioaktivität und radioaktive Abfälle Lösungen 10 – 4 Thema 8 Was ist Opalinuston? – Vor rund 175 Millionen Jahren bedeckte ein Meer weite Teile des heutigen europäischen Festlandes. Es lagerte sich Schlamm im Meer ab, der sich im Laufe der Erdgeschichte zu einer Tonsteinschicht (Opalinuston) verfestigte, die über grosse Gebiete ähnliche Eigenschaften zeigt. – Opalinuston hat eine sehr geringe Durchlässigkeit für Wasser und ist «duktil», das heisst, das Gestein reagiert plastisch bei geologischen Bewegungen. Es entstehen keine Wasser führenden Klüfte oder «Brüche» in diesem Tongestein. – Der Opalinuston hat über grosse Distanzen hinweg praktisch dieselben lithologischen und hydraulischen Eigenschaften. Thema 9 Wie machen es andere Länder mit ihren radioaktiven Abfällen? – Für die langfristig sichere Entsorgung («Endlagerung») sind weltweit geologische ­Tiefenlager vorgesehen. – In den meisten Ländern, in denen Atomkraftwerke Strom produzieren, sind bereits End­lager für schwach- und mittelaktive Abfälle vorhanden und in Betrieb. Die Schweiz gehört hier zu den Letzten... – Da hochaktive Abfälle erst für Jahrzehnte abkühlen müssen, sind noch keine geolo­ gischen Lager für diese Abfälle in Betrieb. In Finnland ist jedoch ein Lager im Bau und in mehreren Ländern ist die Planung sehr weit fortgeschritten (z. B. Schweden). Version 3 Herbst 2013
