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Post on 28-Aug-2019
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Braunkohle 25,8 %
Erdgas8,7 %
Wasser3,8 %
Kernenergie31.0 %
Steinkohle 26,0 %
übrige1,5 %
sonstige Gase2,1 %
Öl 1,1 %
Anteil der Energieträger an der gesamten Brutto-Stromerzeugung in der Bundesrepublik Deutschland
Anteil der Energieträger am Primärenergieverbrauch in Deutschland
Erdgas23%
Mineralöl36%
Steinkohle14%
Braunkohle11%
Kernenergie13%
erneuerbare Energieträger
3%
Kernenergie in Deutschland
- Anteil an Elektrizitätsversorgung in Deutschland > 30 %, in EU 36 %
- 17 im Betrieb befindliche Blöcke
- durch Kernenergie jährliche CO2 -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)
„Atommüll“- abgebrannte Brennelemente der Reaktoren- radioaktive Prozessabfälle (Glaskokillen), die bei derWiederaufbereitung 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 Stoffenanfallenden Reststoffe, die nicht dekontaminierbar undnicht wiederverwendbar sind.
Vielfalt der Abfälle (kontaminierte Kleidung und Geräte, Bauschutt, Reinigungsmittel, Filter, Austauscherharze, Stahl- und Betonstrukturen)
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, RadiotoxizitätActinidengehalt und Wärmeentwicklung ⇒
hoch-, mittel- und schwachradioaktiv
- durch geeignete Konditionierung Überführung in zwischen- und endlagerfähige Form (Behandlung, Fixierung, Verpackung)⇒ Abfallgebinde
- Abgabe, Zwischen- und Endlagerung geregelt
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
Stilllegung kerntechnischer Anlagen
- Erreichen der Auslegungsbetriebszeit
- Unwirtschaftlichkeit
- Sicherheitsbedenken
- Störfall
- „politischer Wille“
Jährlicher Anfall von festen Reaktorbetriebsabfällen und abgebrannten Brennelementen – vereinfachtes Schema
Industriell genutzte Isotopentrennverfahren
Aktin
iden
U/P
u
Uran im Kernbrennstoffzyklus
U
U
U
RaffinationErzErzkonzentrat
KernkraftwerkAnreicherung
Brennelemen- herstellung
Brennelement
Wiederaufarbeitung
BrennelementelagerKonversion
Brennelemente- konditionierung
ZwischenlagerEndlagerAbfallAbfall-
konditionierungAbfall
Uranerzgrube
Aufbereitung
Waste depleted uranium
Chemie des Kernbrennstoffzyklusses I
Chemie des Kernbrennstoffzyklusses II
Chemie des Kernbrennstoffzyklusses III
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 (C12 H26 ) / Kerosin Salpetersaure Lösung der zu trennenden Kernbrennstoffe und Spaltprodukte Flussverhältnis Speiselsg./Extraktionslsg. 1:3 bis 1:5
- Trennfaktoren bis 107 notwendig
- Mixer-Settler, Siebbodenkolonnen, gepulste Kolonnen
- U/Pu Trennschritt Reduktion des Pu +4/+6 zu Pu +3
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 (127 000 m3)
Jahr 2000: - wärmeentwickelnde Abfälle 1000 m³ - radioaktiver Abfall mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung 200.000 m³
Castor
Cask for Storage and Transport of Radioactive material
Lager- und Transportbehälter für hochradioaktives Material (Kokillen mit verglasten Spaltprodukten und Nuklearmaterial (Brennelemente)
Behälterfalltest
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
Entsorgungskonzept (Brennelemente)
- Zwischenlagerung/TransportDirekte Endlagerung 2
Direkte Endlagerung 3Endlagerung
Entsorgungskonzept (Brennelemente)
- Zwischenlagerung/TransportWiederaufarbeitung
Direkte Endlagerung Endlagerung
Verteilung von Actiniden (30 Vol% TBP in Kerosin / HNO3 )
Konzept zur Entsorgung von radioaktiven undNuklearabfällen (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
Ziel der Endlagerung
Verhinderung, dass aus dem Abfall stammende Radionuklide in die Biosphäre gelangen, bevor ihre Radioaktivität auf unbedenkliche Konzentrationen abgeklungen ist.
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
Entsorgungskonzept (Brennelemente)
Wiederaufarbeitung- Zwischenlagerung/Transport → Endlagerung
Direkte EndlagerungEndlagerung: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: GranitUSA: Salz, Granit, Basalt, Tuff GenehmigungsverfahrenJapan: Granit, SedimentgesteinFrankreich: Granit, Ton, Sedimentgestein
Zusammenstellung untersuchter Wirtsgesteine zur Endlagerung
Actinides - RadiotoxicityDirect Final Storage of Fuel Elements
Barrier system:- Technical Barrier- Geotechnical Barrier- Geological Barrier
- After 10.000 y actinides determine the radiotoxicity in a nuclear waste disposal
Actinides are source term for long-term safety analysis
Rad
ioto
xici
ty(S
v/tS
M)
Storage time / y
Fission products
Actinides
Natural uranium
Kriterien der Standorterkundung
- Geographie
- Regionalgeologische Verhältnisse
- Tektonik
- Hydrogeologie
- Wirtsgesteineigenschaften
- Seismizität
- Rohstoffvorkommen, Bergbau, Infrastruktur
Schematische Darstellung eines Endlagerbergwerks
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 desActinids / Radionuklids)
* Sorptionsgleichgewichte, Reaktionskinetik
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