Radioaktive Sandwiches und geschmolzenes Salz

Seit den 1990er Jahren wird jährlich die so genannte TED-Konferenz abgehalten (die Abkürzung TED steht für Technology, Entertainment und Design). Um dort reden zu können, sind langwierige Anmeldungen nötig, die Kosten liegen zwischen 3.000 und 6.000 US-Dollar. Es geht aber auch günstiger wie die TEDx-Konferenz zeigt. Die Ideen, die dort präsentiert werden, sind aber keineswegs schlechter.

Im Rahmen der so genannten TEDx-Konferenz können zum Beispiel Schulen oder Geschäfte, Bibliotheken oder Gemeinschaften aller Art eine TED-Konferenz abhalten. Eine solche wurde letzte Woche auf Atomic Insights vorgestellt. Zwei junge Universitätsabsolventen stellten dort ein interessantes Konzept vor, um dem radioaktiven Abfall Herr zu werden. Zunächst an dieser Stelle das Video, anschließend eine kurze Zusammenfassung.

YouTube Preview Image

 

Mehr Energie bei weniger Emissionen: ein unrealistisches Ziel?

Gleich zu Beginn spricht der Chairmen, Dr. Richard Lester, ein paar einleitende Worte. Nichts neues an sich, erklärt er doch, dass sich einerseits seit Fukushima Länder wie Deutschland aus der kerntechnischen Energieerzeugung zurückziehen, andererseits aber an viele Ecken der Welt neue Kraftwerke gebaut werden (hier ist vor allem China als absoluter Spitzenreiter zu nennen):

(Quelle: Wikipedia, anklicken zum Vergrößern)

Gleichzeitig gab er zu bedenken, dass der Energiebedarf stetig steigt und wir uns gleichzeitig das Ziel gesetzt haben, unseren Ausstoß an CO2 zu senken. Eine CO2-arme Technologie wie die Kernkraft ist daher ein wichtiger Beitrag um diese beiden Ziele zu erreichen. Allerdings gibt es die bisher ungelöste Frage, was denn mit dem Abfall passieren solle, aber auch Sicherheitsbedenken werden wieder und wieder als Argument der Gegner ins Feld geführt.

Und da stellt er nun die beiden Absolventen Leslie Dewan und Mark Massie vor, die ein neues Konzept entworfen haben, um den Abfall, der in den Kraftwerken bisher anfiel und der in vielen Zwischenlagern weltweit ruht, weiter zu verwenden um Energie zu erzeugen. So sagt Frau Dewan:

Right now in the world there are about 270,000 metric tons of high level waste that exists. We can take that waste, put it into our reactors and produce enough electricity to power the entire world for 72 years. And that is even taking into account increasing demand.

Sinngemäß übersetzt: “Aktuell beläuft sich das Abfallaufkommen weltweit auf 270.000 Tonnen. Mit unserer Methode können wir diese Abfälle in einem Reaktor in Energie umwandeln und damit Strom für die kommenden 72 Jahre erzeugen. Die steigende Energienachfrage in dieser Zeit ist dabei bereits berücksichtigt”.

Radioaktiver Abfall als Energieträger

Das klingt natürlich gut, im folgenden stellen die beiden nach einer kurzen Einleitung zur historischen Entwicklung der Reaktoren das grobe Konzept vor. Die Hauptrolle spielt dabei Salz. Immerhin hört der Reaktor auf das klangvolle Akronym WAMSR (Waste Annihilating Molten Salt Reactor, auf deutsch in etwa Abfall vernichtender Schmelz-Salz Reaktor). Doch zunächst wird die Frage geklärt, wie man überhaupt aus radioaktiven Abfall Energie gewinnen kann, es ist doch eigentlich nur Abfall.

In der Tat enthält radioaktiver Abfall noch eine recht hohe Menge an Energie (eine Einteilung ist ja unter anderem auch die in Wärmeentwickelnden und Nicht-Wärmeentwickelnden Abfall, ersterer ist der, der hier in Deutschland als hochradioaktiver Abfall in den Reaktoren der Kernkraftwerke entsteht). Diese Energie kann aber aufgrund der Bauweise eines Reaktors nicht mehr genutzt werden: da sich die Spaltprodukte in den Brennstäben sammeln, wird mit fortschreitendem Alter der Brennelemente immer mehr von diesen angelagert. Das behindert aber die Spaltung des vorhandenen Urans deutlich. Am Schluss, so Herr Massie, werden weniger als 5 Prozent des Urans in Energie umgewandelt.

Schön vergleicht er das mit einem Sandwich von dem man nur einen Bissen nimmt, es anschließend wegwirft und, da man ja immer noch Hunger hat, in ein weiteres beißt um es anschließend wegzuwerfen usw. Am Ende hat man eine Menge angebissene (radioaktive) Sandwiches die noch locker jeden Hunger stillen könnten. Hier nun kommt der Flüssigsalzreaktor in’s Spiel der genau das können soll.

Ein Bad in flüssigem Salz

Ganz so neu ist das Konzept eines Flüssigsalzreaktors aber nicht. Bereits in den 1960er Jahren wurden dazu, mit einigem Erfolg, Experimente durchgeführt. Im WAMSR soll nun der Abfall quasi in geschmolzenem Salz aufgelöst werden. Dieses dient in seiner flüssigen Form sowohl als Kühl- als auch Wärmeübertragungsmittel:

Durch den Reaktorbehälter und den Wärmetauscher fließt das geschmolzene Salz und transportiert dabei Wärme vom Reaktorkern zu den Turbinen. Dabei ist die Schmelze nur im Reaktor selbst in der Lage, kritisch zu werden, da nur dort das Verhältnis von Volumen und Oberfläche groß genug ist und nur dort ein Moderator [Anm.: i.d.R wird hier Graphit genutzt] vorhanden ist.

Die Vorteile liegen auf der Hand: dadurch, dass der Abfall bzw. die in diesem immer noch reichlich vorhandenen Uranatome homogen auf die Schmelze verteilt sind, kann es zu keiner Anreicherung der Spaltprodukte kommen die eine Energieausbeute behindern. Der Brennstoff (hier der Abfall) wird sehr effizient verbraucht. Aber auch weitere Vorteile des Flüssigsalzreaktors werden im Vortrag besprochen. So ist ein solcher Reaktor passiv sicher: aufgrund der physikalischen Eigenschaften des geschmolzenen Salzes sowie der speziellen Bauart des Reaktors kann eine Kernschmelze ausgeschlossen werden. Auch die Menge des entstehenden Abfalls ist wesentlich geringer, genauso die Halbwertzeiten – nach bereits etwa 300 Jahren ist die Strahlung auf ein ungefährliches Niveau abgesunken.

Im Verlauf des Vortrages werden diese und andere Vorteile genannt, da aber im Wikipedia-Artikel eine sehr gute Zusammenfassung der positiven Aspekte dieses Reaktors geschrieben ist, die sogar teilweise deutlich umfangreicher ausfällt, möchte ich darauf verzichten, diese hier zu erörtern und verweise auf den Artikel.

Die andere Seite der Medaille

Aber natürlich gibt es immer auch die andere Seite. Gleich zu Beginn werden von Frau Dewan einige Zahlen genannt. So erzeugt ein jeder Leichtwasserreaktor im Schnitt etwa 20 Tonnen hochradioaktiven Abfall pro Jahr. Der WAMSR soll es hingegen auf wenige Kilogramm von der Größe eines Basketballs bringen. Auch werden die Zeiträume, die der Abfall seine radiotoxischen Eigenschaften hat, stark verkürzt: von wenigen Jahrhunderten ist dabei die Rede. Angesichts der etwa eine Millionen Jahre, die derzeit gefordert werden, ist das schon ein fast überschaubarer Zeitraum.

Und auch die verstrahlten Maschinen- und Anlagenteile müssen nach wie vor behandelt und entsorgt werden. Nichtsdestotrotz macht daher auch dieses Konzept eine Endlagerung des anfallenden Abfalls nötig, auch wenn dieser noch so gering sein mag. Die Verbringung in tiefen geologischen Formationen wird daher auch hier eine wichtige Rolle spielen.

Eine wesentlich größere Hürde aber wird ganz zum Anfang angesprochen: die Trägheit der bestehenden Systeme. So wird seit Jahrzehnten in der Reaktorindustrie mit den konventionellen Leichtwasserreaktoren gearbeitet, hier besteht ein enormes Know-How und eine jahrelange Erfahrung. Bei den Flüssigsalzreaktoren muss hingegen noch jede Menge Forschungsarbeit geleistet werden. Außerdem besteht die Gefahr, dass auf bereits bestehende Einnahmequellen verzichtet werden muss (die Herstellung von Brennstäben sei hier als Stichwort genannt). Das könnte es schwierig machen, hier ein Umdenken zu erzwingen.

Der Vollständigkeit halber muss auch darauf hingewiesen werden, dass ein solcher Reaktortyp enorm hohe Sicherheitsbedingungen stellt da sowohl die hohe Temperatur des Salzes als auch dessen chemische Zusammensetzung hohe Anforderungen an die verwendeten Materialien stellt. Auch ist Graphit als Moderatormaterial leicht brennbar (siehe Tschernobyl).

Dennoch ist das Konzept sehr interessant: der Abfall ist da und bevor wir ihn auf Nimmerwiedersehen in der Erde vergraben erscheint es sinnvoll, aus diesen noch Energie zu ziehen. Die Überlegung, mit dem bisher angefallenen Abfall Energie für die nächsten sieben Dekaden zu haben, ist da sehr verlockend. Ich bin auf jeden Fall sehr gespannt und werde die Debatte weiter verfolgen und wer weiß: wenn wir denn eines fernen Tages endlich ein Endlager in Betrieb nehmen, vielleicht müssen wir dann nur noch ein paar Kubikmeter für die nächsten 500 Jahre sicherstellen.

Ähnliche Artikel

Share

Creative Commons-Lizenz
Dieser Inhalt, sofern nicht ausdrücklich anders festgestellt, ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution 3.0 Unported Lizenz.

    • rainer
    • 25. Nov. 2011 9:36pm

    Sehr erfrischend! Ich kann nicht beurteilen, ob diese Technologie wirklich das hält was sie verspricht, obwohl dieser Beitrag und auch der Wikipedia-Eintrag plausibel klingt. Bemerkenswert ist, dass hier ohne Denkverbot diskutiert bzw. präsentiert wird. Bei uns wird gleichzeitig gegen die Endlagerung protestiert und jegliche Forschung zu diesem Thema aber schon kriminalisiert.
    Andererseits bin ich sehr gespannt, nicht ob, sondern wann sich das Blatt wieder wendet. Die Meldungen zum Thema Energiewende zeigen schon in eine neue Richtung. Der Gegenwind lebt langsam auf und es wird immer deutlicher, dass die planwirtschaftlichen Ziele der Energiewende Makulatur sind, wenn die notwendigen Voraussetzungen fehlen. Dies wird besonders klar beim Offshore-Windstrom. Man denke nur an den Tennet-Brandbrief von letzter Woche.
    Im Übrigen fand ich die Grafik beeindruckend auf der die KKWs in China dargestellt sind.

  1. Hochreines Graphit, wie es als Moderator in Reaktoren verwendet wird, brennt aber nicht. Dazu wurde viele Tests gemacht.

      • JanG
      • 28. Nov. 2011 8:07pm

      Das wusste ich noch nicht, vielen Dank für den Tip, das les ich mir mal durch. Aber da gleich mal ne Frage im voraus: ein Diamant ist doch auch reiner Kohlenstoff, und der verbrennt ja auch komplett. Wo ist da der Unterschied?

      • OPS
      • 28. Nov. 2011 10:47pm

      Hm… Nein.
      Wie kommen sie darauf?
      Ich habe es eben nochmal nachgeschlagen und Graphit ist nicht nur leicht brennbar sondern auch noch schwer zu löschen.

      Wo liegt mein Fehler?

      Wikipedia:
      http://de.wikipedia.org/wiki/Graphit#Besondere_Eigenschaften

      “Unter Sauerstoffeinwirkung entzündet sich Graphit bei etwa 600 °C.”

        • JanG
        • 29. Nov. 2011 8:22am

        War mir auch neu; bin aber bisher noch nicht dazu gekommen, das mal nachzulesen. Galbum hat dazu diesen Link zu nucleargreen gegeben, dort wird dieser Frage nachgegangen. Mal sehen, bin grad dienstlich unterwegs und komme dann erst zur Wochenmitte dazu, mir das mal anzusehen.

        • Wolfgang
        • 2. Dez. 2011 9:51am

        Die Angabe bei Wikipedia bezieht sich auf ein Produktdatenblatt eines Graphitherstellers der schon Naturgraphit heißt. Dieses Graphit enthält offenbar geringfügige Mengen von Mineralien sowie Säurerückstände. Ob das jetzt also hochreines Graphit ist weiß ich nicht, ich denke mal nein. Wo der Hersteller die 600°C her hat, bleibt im Dunkeln. Möglicherweise ist es für Hersteller und Anwender auch durch irgendeine Norm geregelt, dass sich jedes Graphit bei 600°C entzündet. Dann wäre es wissenschaftlich immernoch interessant wie sich hochreines Graphit nun wirklich verhält.

    • Kroll
    • 1. Dez. 2011 2:28am

    Die auf Flüssigsalz basierte technologie ist nichts neues, und es gibt auch ziemlich fortgeschrittene Programme die diese Technologie einsetzen. Einmal gibt es da natürlich China die mit einem sehr gut finanziertem Programm bis 2020 eine ausgereifte Demonstrationsanlage fertigstellen wollen. Diese soll jedoch vor allem zur Energieerzeugung, nicht zur müllbeseitigung verwendet werden.
    In Europa hatt man eher die Müllbeseitigung, und nebenbei energieproduktion herangehensweise genommen. Dass am weitestem vortgeschrittene Program ist dass Tschechische SPHINX Projekt. Tschechische Forscher haben vor kurzem finanzielle untestützung von einem Australischen Konsortium bekommen, dass einen interessanten Zeitplan auf seinen Seiten vorstellt: 2012-2014 herstellung und zusammenbau, 2014-2024 Prototyp in betrieb, moglicherweise schon 2016 eine 60MW Einheit am Tschechischen Netz….
    Auch Frankreich und Russland haben auf Flüssigsalz basierende Programme, die mehr oder weniger in der lage wären Müll zu verbrennen. Die nennen diese Reaktoren aber MOSART. Besonders interessant war das Programm in Japan. Der mini Fuji Reaktor war schon in den Stadium wo die finanzierung und unterstutzung der Regierung schon eigentlich sicher waren. Dann kamm der Tsunami…
    Der letzte große im Spiel ist die USA, und dort passiert in dem Bereich… fast gar nichts. Die einzige Firma die sich mit Flüssigsalzreaktoren beschäftigt (Flibe Energy) flirtet mit dem Militär, weil auf Militärbasen man die gesetzlichen Bestimmungen die einen Bau um Jahre verzögern, oder sogar verhindern könnten umgehen kann. Der erste Reaktor soll laut Flibe Gründer 2016 fertig sein.
    Alles in allem geht die sache vorann, nur in Deutschland kriegt keiner davon was mit (Artikel darüber auf Deutsch gibts kaum, wer mehr wissen will muss informationen im Ausland suchen)
    Ps. irgentwie funktioniert die Link einfügen Taste bei mir nicht…

      • JanG
      • 2. Dez. 2011 11:56am

      Danke für diese ausführliche Antwort, muss ehrlich zugeben, dass mir das alles erstmal neu war. Aber Kraftwerktechnik ist nicht ganz meine Schiene, ich bin mehr so in der Endlagerei :-) Ist aber auf jeden Fall bezeichnend, dass hier in Deutschland von dieser Technologie niemand was wissen will, ist doch eigentlich eine interessante Sache um auch der Abfallproblematik Herr zu werden.

      btw: eg der link-einfuegen-taste schau ich mal was das sein kann, kann ich erstmal nicht weiterhelfen.

    • Kroll
    • 5. Dez. 2011 1:15am

    china und japan: http://nextbigfuture.com/2011/02/chinas-thorium-reactor-and-japans.html
    Tschechien und Australien: http://www.praguepost.com/business/10382-czechs-aussies-partner-on-energy.html
    http://thmsr.com/technology.htm Die PDF unten sollte für sie besonders interessant sein, da gibt es eine Kürzfassung über die Technologie, also wie mann gleichzeitig alten Müll Transmutiert, kurzliebige Spaltprodukte entfernt, und Energie erzeugt.
    Für die Technologie setzt sich vor den Medien vor allem Flibe vorsitzender Kirk Sorrenson ein. Dazu gibt es auch mehrere interessante und ziemlich spannede videos, auch eine TEDx Presentation: http://www.youtube.com/watch?v=N2vzotsvvkw ,und auch ein video über Flüssigsalreaktoren in bezug auf Abfall: http://www.youtube.com/watch?v=Q3EGOL4J6yI
    Wieso in Deutschland von der Technologie keiner wissen will? Womit würden die den auf Wählerjagd gehen, wenn dass AKW-Müll Problem gelöst wäre :D?
    Ps. jetz funktioniert die Link einfügen Taste wieder :D

      • JanG
      • 5. Dez. 2011 8:20am

      Vielen Dank, das schau ich mir auf jeden fall an. Und wer weiß, vllt muss ich mir da bald einen anderen Job suchen ;-)

    • Hugo Vogel
    • 15. Mai. 2012 10:10am

    Graphit brennt, wie auch Diamant, aber nur wenn Sauerstoff, bzw. Luft dazu kommt. Dazu muss er auf recht hohe Temperaturen erhitzt werden. An der Luft glüht Graphit bei t > ca. 600°C aber bloss. Ausserdem kann glühend heisser Graphit, ähnlich wie glühende Kohle, mit Wasser reagieren, wobei Wasserstoff und CO entsteht. (bei t > 900°C entsteht praktisch kein CO2)

      • JanG
      • 15. Mai. 2012 11:12am

      Vielen Dank für diese Antwort. Ich finde es klasse, dass sich auch bei älteren Artikeln immer wieder Leser finden :-)

    • Kroll
    • 12. Jun. 2012 10:23pm

    interesante nueigkeiten…
    Die zwei Universitätsabsolwenten starteten ihre eigene Firma, und haben dabei prominente Hilfe bekommen von Russ Wilcox. Wilcox ist dafür bekannt dass er neue Erfindungen unter die Menschen bringt, so hat er zum Beispiel auch die Firma E-Ink unterstützt. Heute sind die Displays von E-Ink milionenfach in Geräten wie Amazon Kindle, Sony Reader, B&B Nook usv. vertreten. Die Firma hat auch dass erste Kapital gesammelt, 760.000 $ von individuellen Inwestoren.
    http://bostonglobe.com/1969/12/24/innovation/y3T7EM3v6dj0dWvq5m0KcN/story.html
    Nicht schlecht für frischgebackene Uniabsolventen.

      • JanG
      • 13. Jun. 2012 8:05am

      Das ist wirklich ne schöne Nachricht. Auf diesem Gebiet muss noch viel mehr passieren, aber das sind gute Schritte :-)

    • Kroll
    • 22. Apr. 2013 6:32am

    Noch mal interesante neuigkeiten diesmal aus Deutschland:

    Die Green Tec Awards!!

    Das die Grünen sich wieder selber feiern wollen ist keine neuigkeit, bei den Kandidaten gibt es aber eine Überraschung… Ganz unten bei den Nominierten, in der Kategorie Galileo Wissenspreis gibt es dass Projekt DFR vom Institut für Festkörper-Kernphysik. Und der hat es in sich, es ist nämlich ein Flüssigsalzreaktor!! http://dual-fluid-reaktor.de/video

    Direkt zur Abstimmung http://www.greentec-awards.com/wettbewerb/online-voting.html

    Die Abstimmung lohnt sich alleine um mal dass gesicht dieser Person hier http://www.greentec-awards.com/engagement/schirmherr.html zu sehen, wenn sie einen Preis an ein neues Reaktorkonzept verleihen muss… :D

    Es wäre bestimmt auch hilfreich wenn ein separater Artikel auf diesem Blog zu diesem Thema erscheinen würde, dass Projekt verdient jede unterschtützung.

      • JanG
      • 23. Apr. 2013 7:08pm

      Vielen Dank für den Hinweis, da werde ich auf jeden Fall Werbung machen. Aktuell bin ich auf Dienstreise, daher muss das bis Ende der Woche warten, aber das mache ich definitiv publik.

  1. 7. Mai. 2013

 

Switch to our mobile site