Endlagerung von Atommüll: Russische Forscher haben vielleicht eine Lösung gefunden

In Russland wird gemeldet, Wissenschaftler seien bei dem Problem der Endlagerung von radioaktivem Abfall einen großen Schritt weitergekommen. Die Forschungsergebnissen werden nun in der Praxis getestet.

Atomkraft ist sauber und CO2-frei, zumindest wenn man nur auf die Stromproduktion schaut und nicht auf die langfristigen Folgen. Denn während überall auf der Welt Atomkraftwerke gebaut werden, wächst die Menge des radioaktiven Abfalls und niemand weiß bisher, was man damit machen soll. Die Halbwertszeiten, also die Zeit, die vergeht, bis die radioaktive Strahlung sich halbiert, liegt bei teilweise tausenden von Jahren. Bis hoch-radioaktiver Müll ungefährlich wird, können Millionen von Jahren vergehen. Und niemand weiß, wie man radioaktiven Müll für Millionen von Jahren sicher aufbewahren kann.

Die Frage, was man mit radioaktivem Müll machen soll, ist also durchaus eine der wichtigsten Fragen der Menschheit, denn der Strom, mit dem wir heute Handys aufladen und demnächst möglicherweise sogar Autos, wird unsere Enkel noch über tausende Generationen beschäftigen. Sie werden dafür noch bezahlen, wenn wir längst nicht mehr sind. Das wäre so, also wenn wir heute noch die Rechnungen der Pharaonen bezahlen müssten: Ein Wahnsinn.

Wie gesagt: In Zeiten der CO2-Debatte ist Atomkraft eigentlich eine Lösung, sogar Greta hatte das ja schon – sehr zum Ärger ihrer Jünger – vorgeschlagen. Atomkraft ist sauber, verpestet die Luft nicht, aber da ist eben das Problem des Atommülls. Und außerdem scheint uns im Schnitt alle zehn oder zwanzig Jahre ein Atomkraftwerk um die Ohren zu fliegen, bisher gab es drei sehr schwere Unfälle: Harrisburg, Tschernobyl und Fukuschima.

Russland ist im Bereich der Nuklearforschung eines der führenden Länder der Welt und exportiert seine modernen Reaktoren in alle Welt. Aber auch den Russen ist das Problem der Endlagerung natürlich bewusst. Am Samstag hat das russische Fernsehen in einer Reportage gemeldet, dass es russischen Forschern gelungen sein soll, das Problem vielleicht nicht zu lösen, aber doch wesentlich zu verringern.

Kurz gesagt: Forscher der Moskauer Staatlichen Universität haben ein Verfahren entwickelt, radioaktiven Müll auf molekularer Ebene in seine Bestandteile zu zerlegen. Wie einer der Wissenschaftler es formulierte, sei es ein wenig, wie normale Mülltrennung, nur eben auf komplexer, molekularer Ebene. Das Ergebnis sind sauber getrennte und reine radioaktive Stoffe, die man wiederverwerten kann. In speziellen Aufbereitungsreaktoren können diese eigentlich hochgiftigen Stoffe in weniger radioaktive Stoffe oder in Stoffe, die in der Medizin gebraucht werden, umgewandelt werden.

Soweit die Theorie des interdisziplinären Forschungsteams der Moskauer Universität, das aus Mathematikern, Physikern, Chemikern und Experten für Quantenphysik besteht.

Diese Theorie wird nun in der Atomanlage Majak in der Praxis getestet. Die ersten Ergebnisse scheinen die Theorie der Moskauer Forscher zu bestätigen.

Sollte sich die Theorie bestätigen, dann stehen die Forscher vor der Aufgabe, die Methode im industriellen Maßstab umzusetzen, wozu bereits ein spezieller Reaktor entwickelt wird.

Sollte die Methode tatsächlich funktionieren, wäre das Ergebnis, dass die Menge der danach verbleibenden radioaktiven Abfälle erstens wesentlich geringer ist, als heute und zweitens wären es Stoffe mit wesentlich kürzeren Halbwertszeiten. Man müsste, so heißt es in dem Bericht, nicht mehr eine Endlagerung für tausende oder millionen Jahre sicherstellen, sondern „nur“ noch für ca. 300 Jahre.

Ich bin kein Chemiker oder Atomphysiker und habe daher auf den Versuch verzichtet, das Verfahren hier genauer zu erklären und auch auf eine Übersetzung des Beitrages habe ich verzichtet, weil ich die Befürchtung habe, bei der Übersetzung der Fachbegriffe Fehler zu machen. Aber da ich den Bericht des russischen Fernsehens hier verlinkt habe, findet sich vielleicht jemand, der über ausreichende wissenschaftliche und Russischkenntnisse verfügt, um ihn zu übersetzen.

Meldungen über wissenschaftliche Durchbrüche hört man in allen Ländern und zu verschiedenen Themen immer wieder. Manche entpuppen sich später als verfrüht und am Ende bestätigen sie sich nicht, andere führen Jahre später zu Lösungen, wenn sie in der Praxis umgesetzt werden. Ob diese Meldung eine Eintagsfliege oder ein tatsächlicher Durchbruch ist, werden wir also auch erst in ein paar Jahren wissen.

Trotzdem fand ich den Bericht interessant genug, um darüber zu berichten.

Nachtrag: Ein Leser, der nach eigenen Angaben über die entsprechenden Fachkenntnisse verfügt, hat mir eine Übersetzung des russischen Beitrages zukommen lassen, die ich hiermit veröffentliche.

Beginn der Übersetzung:

Wie man erreichen kann, dass weniger radioaktive Abfälle entstehen und diese einfacher zu recyceln sind, ist einer der Eckpfeiler der Atomenergiewirtschaft und beschäftigt die Wissenschaftler von China bis in die USA schon lange, aber Russland hat eine tatsächlich revolutionäre Lösung erarbeitet. Der Begriff Ligand (Anm. d. Übers. – Liganden sind komplexe, meist organische chemische Verbindungen, die in der Lage sind ein Metallatom zu binden. Beispiel Hämoglobin – Eisen) ist auch den ausländischen Kollegen bekannt, aber die Sache liegt hier im Sinngehalt dieses Begriffs. Die Russen haben ein supereffektives Molekül entwickelt. Liganden oder wie die russischen Wissenschaftler sagen Extragente werden benötigt, um aus den radioaktiven Abfällen die gefährlichsten Elemente abzuscheiden, um sie dann weiter zu verarbeiten oder zu vernichten.

Stepan Kalmuikov, Professor, amtierender Dekan der Chemischen Fakultät der Staatlichen Moskauer Lomonossov Universität (Anm. d. Übersetzers – im Folgenden MLU): Die Fraktionierung und Abscheidung radioaktiver Abfälle geschieht analog zur Müllsortierung, aber natürlich auf einem wesentlich höheren technologischen Niveau. Das heißt wir scheiden aus einem komplexen Gemisch von Radionukliden mit unterschiedlichen Halbwertszeiten des Zerfalls, mit unterschiedlichen Eigenschaften, das aus, was wir möchten und im Anschluss haben diese unterschiedlichen Fraktionen, die Lösungen, die wir erhalten, ein unterschiedliches Schicksal.

Wie sieht das aus: Nach der Bearbeitung der verbrauchten Kernbrennstoffe bleiben Uran, Plutonium und hochradioaktive Abfälle übrig. Uran und Plutonium gehen in einen neuen Brennstoffzyklus. Die hochradioaktiven Abfälle trennt man in Zerfallsprodukte wie Cäsium und Strontium also Seltene-Erden-Elemente (Anm. d. Übers. Seltene-Erden-Elemente – Kurzform Seltene Erden sind die Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems, die vielfältige technische Anwendungen in der modernen Elektronik haben.) und Transplutoniumelemente (Anm. d. Übers. Transplutoniumelemente, ältere Bezeichnung Transurane, sind alle Elemente mit einer Ordnungszahl über 96, also schwerer als Plutonium bzw. Uran. Diese Elemente sind alle radioaktiv.) wie Americium und Curium. Dies geschieht in sogenannten heißen Kammern im Betrieb „Majak“ im Tscheljabinsker Gebiet. Mit diesen hochaktiven Abfällen kann man nur mit Hilfe stählerner Manipulatoren hinter strahlungsundurchlässigem Glas arbeiten.

Jurij Voroschilov, Gruppenleiter im technologischen Labor des Zentrallabors des Föderalen Staatlichen Unitären Betriebes der Produktionsvereinigung „Majak“ (Anm. d. Übers. im Folgenden „Majak“) : Bei uns werden die gesuchten Elemente aus den Lösungen hochradioaktiver Abfälle mit Hilfe einer speziellen Arbeitslösung, die wir Extragent nennen,herausgelöst. Zielelemente sind für uns die Seltenen-Erden-Elemente und die Transuran-Elemente wie Americium und Curium.

Die seltenen Erden wie Lanthan, Cerium und andere – es gibt davon 17 – nennen die Atomwissenschaftler Bruchstücke. Sie werden einfach gelagert. Sie haben eine Halbwertszeit von einigen Hundert Jahren. Aber Americium hat eine Halbwertszeit von 7500 Jahren und es ist hoch radioaktiv, Curium auch. Wie soll man das lagern?

Stepan Kalmuikov, Professor, amtierender Dekan der Chemischen Fakultät der MLU:

Wir sprechen über –zig Jahrtausende und neuerdings spricht man sogar über Millionen Jahre und mehr, für die wir zuverlässige ingenieurtechnische Systeme schaffen müssen, die über Millionen Jahre die Sicherheit garantieren. Genau deshalb gibt es bisher für radioaktive Abfälle nicht ein einziges lizensiertes Untergrundlager für solche Zeiträume.

Americium kann man in der Atomindustrie verwenden und Curium auch, aber das Problem besteht darin, dass diese Elemente, sich in ihren chemischen Eigenschaften sehr ähnlich sind, bei der Abscheidung aus den hochradioaktiven Abfällen stark vermischt vorliegen.

Alexandr Maschkin, Leiter des technologischen Labors im Zentrallabor von „Majak“ : Diese Elemente sind chemisch sehr ähnlich und ihre Trennung ist praktisch sehr schwierig und kostspielig. Den Wissenschaftlern der MLU ist es gelungen einen speziellen Stoff, einen sogenannten Liganten, zu synthetisieren, der es erlaubt, dieses Problem zu lösen.

Das ist ein Test mit einem speziellen Extraktionsgerät, das nicht mehr auf molekularem Niveau, sondern bereits mit Stoffmengen im Gramm-Bereich arbeitet. Das Demonstrationsexperiment zeigte, dass der Ligand wie erwartet funktioniert. Die

Wissenschaftler sagen, dass der Prozess noch zur technologischen Reife geführt werden muss, aber das wichtigste ist die Bestätigung der Laborexperimente.

Sergej Lukin, Stellvertreter für Wissenschaft des Leiters des Zentrallabors von „Majak“ : Niemand hat ihn vor dir synthetisiert, niemand hat ihn gesehen und du weißt nicht was du von ihm erwarten kannst. Ja es wurden von den Spezialisten der MLU Experimente durchgeführt, diese dienten der Abschätzung und waren Versuchsanordnungen. Das „Kampffeld“ liegt hier bei uns.

So sehen in etwa die gefährlichsten Komponenten der hochradioaktiven Abfälle aus, die bei der Aufarbeitung der verbrauchten Kernbrennstoffe anfallen, diese rosafarbene Lösung von Americium und die gelbe von Curium. Ich halte jetzt selbstverständlich Imitationen in der Hand. Es handelt sich um Lösungen von Kobalt und Eisen, da man mit dem echten Americium und Curium nur hinter schwerem Bleischutz arbeiten kann. Um diese Stoffe weniger gefährlich zu machen und sie nachfolgend auch zu nutzen braucht man die Liganden.

Wenn man die Liganden in „Handarbeit“ sucht, besteht das Hauptproblem darin, dass man hunderte Stoffe einem nach dem anderen testen muß. Das ist aufwändig und langwierig. Vor zwanzig Jahren erschien an der Chemischen Fakultät der Moskauer Universität ein junger Aspirant.

Jurij Ustinjuk, Verdienter Professor der MLU, Laboratoriumsleiter (NMR) an der Chemischen Fakultät der MLU: Er hieß Dmitri Nikolaevitch Laikov. Er begann zu dieser Zeit ein Programm für die quantenchemische Berechnung komplexer Moleküle zu erarbeiten. Wir beschlossen zu versuchen, die Eigenschaften von Extragenten mit Hilfe der auf hohem Niveau betriebenen Quantenchemie zu berechnen …zu modellieren.

Im Unterschied zu den ausländischen Kollegen, die bisher keine Ergebnisse vorweisen konnten, hat der Aspirant und heutige Professor die Aufgabe gelöst.

Jurij Ustinjuk, Verdienter Professor der MLU, Laboratoriumsleiter (NMR) an der Chemischen Fakultät der MLU: Mit Hilfe der Hochleistungsrechner der MLU gelang es diesen Stoff zu erhalten, der nicht nur alle Eigeschaften hat, die man zur Extraktion benötigt, sondern der auch eine exzellente Strahlungsstabilität aufweist.

Wenn man aus den hochradioaktiven Stoffen das Americium mit Hilfe des entwickelten Liganden extrahieren kann und es mit einem Neutronenstrom bestrahlt, wird es umgewandelt. Man kann es also „zu Ende brennen“ , d.h. in einem Reaktor mit schnellen Neutronen vernichten. Curium wandelt sich nicht um, aber nach der Lagerung für ca. 80 Jahre kann es verarbeitet werden oder man wandelt es durch Bestrahlung im Reaktor in Kalifornium um, das als Neutronenquelle z.B. in der Medizin unersetzlich ist.

Zur Synthese des neuen Stoffes brauchte man nur 5 Jahre. Das Unternehmen Innopraktika hat ein einzigartiges Wissenschaftlerteam, Spezialisten aus verschiedenen

Zweigen, von theoretischen Mathematikern zu praktisch tätigen Radiophysikern zusammengestellt.

Natalja Iljina, Direktor für Steuerung wissenschaftlich – technischer Programme und Projekte beim Staatsbetrieb „Rosatom“ : Diese Richtung befindet sich an der Spitze des wissenschaftlich-technologischen Wettbewerbs und es ist wichtig, dass wir uns einen Schritt vorn befinden. Wir konnten eine Mannschaft , ein Projektteam, zusammenführen, zu dem nicht nur Vertreter von „Rosatom“ gehören, sondern auch Vertreter von Hochschulen, wie gesagt der MLU, Vertreter von Akademieinstituten, eine Mannschaft, die durch Zusammenarbeit und täglichen wissenschaftlichen Austausch von Wissen, Kompetenzen und Resultaten, von der Theorie zur Praxis…Dies half uns diese Aufgaben in kurzer Zeit erfolgreich zu lösen.

Die Geschichte mit den Liganden ist ein Beispiel dafür, wie sich fundamentale Erkenntnisse in praktische Technologien verwandeln, die in der Zukunft einen bedeutenden wirtschaftlichen Effekt ergeben können.

Stepan Kalmuikov, Professor, amtierender Dekan der Chemischen Fakultät der MLU:

Wenn ein Reaktor betrieben wir, erarbeitet er verbrauchten Kernbrennstoff. Stellen Sie sich ein kleines Land vor. Ein kleines Land muss ein technologisches System erarbeiten, wie es mit dem verbrauchten Kernbrennstoff umgeht. Und wir könnten dann den folgenden Service anbieten: Wir übernehmen den verbrauchten Brennstoff, verarbeiten ihn, „brennen“ die langlebigen Komponenten in einem „Müllreaktor“ , der momentan von Rosatom entwickelt wird, oder in einem Reaktor mit schnellen Neutronen heraus und liefern in das Land, das die Atomenergie nutzt, nur kurzlebige Abfälle, die sich gebildet haben, zurück.

Zusätzlich hat sich in den Laboratorien der MLU durch die Arbeit an den Liganten ein Wissenspool mit vollkommen neuen Erkenntnissen zu Prozessen der Trennung sehr ähnlicher chemischer Elemente angesammelt. Es wurde eine Datenbank mit Stoffdaten erstellt und der Supercomputer der Universität kann so nach Eingabe dieser Parameter die Eigenschaften noch unbekannter Moleküle berechnen. Das ist ein guter Ausgangspunkt für wissenschaftliche Überlegungen. Der neue Stoff, der bisher keinen Namen hat, kann das ganze System der Lagerung radioaktiver Abfälle. Nach der Entfernung der gefährlichsten Komponenten bleibt eine Lagerzeit von 2-3 Jahrhunderten, was nach Maßstäben der Atomindustrie wenig ist. Die komplizierten quantenmechanischen Berechnungen liegen hinter uns, die Laborversuche sind abgeschlossen und die Experimente im technischen Maßstab im Unternehmen „Majak“ sind im finalen Stadium. Bis zur Anwendung des neuesten Liganden in der breiten radiochemischen Praxis ist es nicht mehr weit.

Ende der Übersetzung

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Autor: Anti-Spiegel

Thomas Röper, geboren 1971, hat als Experte für Osteuropa in Finanzdienstleistungsunternehmen in Osteuropa und Russland Vorstands- und Aufsichtsratspositionen bekleidet. Heute lebt er in seiner Wahlheimat St. Petersburg. Er lebt über 15 Jahre in Russland und spricht fließend Russisch. Die Schwerpunkte seiner medienkritischen Arbeit sind das (mediale) Russlandbild in Deutschland, Kritik an der Berichterstattung westlicher Medien im Allgemeinen und die Themen (Geo-)Politik und Wirtschaft.