Endlager (Kerntechnik)

Aufgabe eines Endlagers

Ein Endlager ist in der Kerntechnik eine Lagerstätte, in der radioaktive Abfälle über sehr lange Zeiträume endgültig und abgesichert aufbewahrt werden sollen. Es ist nötig, weil einige Radionuklide Halbwertszeiten von vielen tausend Jahren haben. Halbwertszeit bedeutet: Nach dieser Zeit ist die Aktivität eines Nuklids auf die Hälfte gesunken. Da Radioaktivität nicht vollständig auf Null sinkt, müssen Endlager Menschen und Biosphäre auch über für Menschen kaum überschaubare Zeiträume schützen.

Radioaktiver Abfall entsteht unter anderem in Kernreaktoren durch Kernspaltung, Brutreaktionen und Neutroneneinfang, beim Uranbergbau, durch radioaktiven Zerfall etwa in der Medizin, durch Aktivierungsvorgänge in Teilchenbeschleunigern sowie bei Urananreicherung, Brennelementefertigung und dem Rückbau von Kernkraftwerken.

Abfallarten und Behandlung

Abfälle enthalten jeweils Gemische unterschiedlicher Radionuklide. Zuerst prägt meist die starke Strahlung kurzlebiger Nuklide die Aktivität; nach deren Zerfall treten langlebigere Nuklide stärker hervor. Schwach- und mittelradioaktive Abfälle mit kurzen Halbwertszeiten können zwischengelagert werden, bis ihre Aktivität unter zulässige Grenzwerte fällt. In Deutschland ist dann eine Freigabe nach der Strahlenschutzverordnung möglich, in der Schweiz eine Freimessung nach Art. 106 StsV. Abfälle mit Nukliden, deren Halbwertszeiten Jahrzehnte oder länger betragen, müssen grundsätzlich endgelagert werden. Auch bei kurzlebigem schwachaktivem Abfall kann direkte Endlagerung wirtschaftlicher sein.

Hochradioaktiver Abfall stammt überwiegend aus Kernreaktoren. Abgebrannte Brennelemente enthalten Spaltprodukte und erbrütete Transurane wie Uran, Neptunium und Plutonium. Sie lagern zunächst mehrere Jahre in einem Abklingbecken, bis keine ständige Wasserkühlung mehr nötig ist. Bei Wiederaufarbeitung können spaltbare Nuklide für Mischoxid-Brennelemente abgetrennt werden; der übrige Abfall wird verglast und noch Jahrzehnte zwischengelagert, damit seine Wärmeentwicklung ausreichend sinkt. Ein großes Kernkraftwerk erzeugt jährlich etwa 7 m³ hochradioaktiven Abfall sowie größere Mengen schwach- und mittelaktiver Abfälle. In Deutschland sind Transporte zur Wiederaufarbeitung seit 2005 nicht mehr zugelassen. Abgebrannte Brennelemente, etwa 50 m³ pro Jahr bei einem großen Kraftwerk, sollen nach Zwischenlagerung direkt endgelagert werden.

Eine mögliche Entschärfung langlebiger hochradioaktiver Abfälle wäre Transmutation: Problematische Nuklide würden abgetrennt und durch Neutronenbestrahlung in kurzlebige oder stabile Isotope umgewandelt. Ob dies technisch und wirtschaftlich machbar ist, wurde 2017 noch untersucht.

Sicherheitskonzepte und geologische Barrieren

Als Schutzziel für tiefe geologische Endlager gilt international der Vergleich mit der Radioaktivität natürlicher Uranvorkommen. In Deutschland wird ein notwendiger Isolationszeitraum in der Größenordnung von 1 Million Jahre verlangt. In dieser Zeit sollen Schadstoffe im einschlusswirksamen Gebirgsbereich zurückgehalten werden.

Für hochradioaktiven Abfall besteht weltweit Konsens über die Einlagerung in tiefe geologische Formationen. Mehrere Barrieren sollen schützen: technische Barrieren wie Glaskokillen der HAW-Verglasung und weitere Behälter sowie langfristig das umgebende Gestein. Behälter können über Jahrtausende durch ionisierende Strahlung undicht werden; die geologische Barriere soll dann die Migration, also Wanderung, von Radionukliden in die Biosphäre verhindern. Entscheidend ist, dass kein Wasser zutritt und dadurch konvektiver Materialtransport entsteht. Der Naturreaktor Oklo zeigt unter seinen besonderen Bedingungen, dass einige Spaltprodukte in 2 Milliarden Jahren weniger als 50 m wanderten. Die Schweizer Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle wertet solche Naturanalogie aber nur als Hinweis. Außerdem könnte Behälterkorrosion schneller erfolgen als bisher gedacht.

Untersucht werden Salz, Ton und Granit. Salz und Ton sind verformbar; Salz kann mechanische Belastungen ausgleichen, ist aber wasserlöslich. Bei Wasserzutritt kann sein Barrieresystem versagen. Tonstein ist nicht löslich und kann bei tiefen Temperaturen Isotope an Tonminerale adsorbieren; Wärme aus dem Abfall vermindert diese Fähigkeit, weshalb ausreichend große Abstände zwischen wärmeabstrahlenden Behältern nötig sind. Ton ist weniger standfest als Salz. In Deutschland gelten Granitformationen wegen stärkerer Zerklüftung als weniger geeignet als die wenig gestörten Granite Finnlands und Schwedens.

Als Alternative zu Bergwerken in einigen hundert Metern Tiefe gelten tiefe Bohrlöcher von mehreren tausend Metern. Sie könnten die Entfernung von der Biosphäre erhöhen, erschweren aber eine rückholbare Lagerung. Vorgeschlagen wurden auch Bohrlöcher in Subduktionszonen. Endlagerung im Meer ist seit der Londoner Konvention seit 1974 für HAW und seit 1993 vollständig verboten; die Vereinbarung galt vorerst bis 2018. Diskussionen über Ton unter dem Meeresboden, künstliche Inseln oder tunnelerschlossene Meeresbodenlager bestehen, nennenswerte Forschung gibt es seit 1990 aber nicht mehr.

Reversibilität bedeutet, Entscheidungen der Standortauswahl und des Baus später erneut prüfen und gegebenenfalls rückgängig machen zu können. Rückholung ist das Zurückbringen von Abfällen während des Betriebs, Bergung die Möglichkeit nach der Betriebsphase. In Deutschland sollen Behälter bis zu 500 Jahre nach Endlagerverschluss bergbar sein.

Weltweite Lage

Die Staaten tragen die Verantwortung für ihre Endlagerplanung; verbindliche Grundanforderungen kommen von der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEO). Endlager für schwach- und mittelradioaktive Abfälle gibt es in vielen Ländern, etwa in Frankreich, Großbritannien, Spanien, Tschechien und den USA. In 19 von 41 kernenergienutzenden Ländern sind solche Anlagen in Betrieb. Häufig werden kurzlebige Abfälle mit Halbwertszeiten unter 30 Jahren in oberflächennahe Kammern bis 10 m Tiefe eingelagert. Nach dem Ende der Einlagerung folgt ungefähr eine 300 Jahre lange Überwachungsphase; die Nutzung des Geländes bleibt normalerweise eingeschränkt möglich. Schweden und Finnland nutzen oberflächennahe Felskavernen in etwa 70 bis 100 m Tiefe.

Für hochradioaktive und langlebige Abfälle wird die tiefe geologische Lagerung angestrebt. Das finnische Tiefenlager Onkalo bei Olkiluoto begann im September 2024 einen Testbetrieb; ab 2025 sollen Einlagerungsstollen mit verbrauchten Brennstäben befüllt werden. Schweden genehmigte SKB im Januar 2022 den Bau eines Endlagers in Forsmark; nach Festlegung der maximalen Kapazität im Oktober 2024 kann der auf etwa zehn Jahre geschätzte Bau beginnen. In Frankreich empfiehlt ANDRA ein Endlager für hoch- und mittelaktiven Abfall in Bure. Yucca Mountain in den USA ist geplant. Als bestehende Endlager für hochradioaktive Abfälle nennt der Artikel unter anderem das Waste Isolation Pilot Plant in Carlsbad im Salzgestein sowie mehrere in Russland 2011 eingeschlossene Tiefbohrlöcher.

Trotz Fortschritten bestehen Fragen wie Gasentwicklung im Endlager, Nachweise der Langzeitsicherheit und politische Akzeptanz in betroffenen Regionen.

Endlagerung in Deutschland

Deutschland plant, alle Arten radioaktiver Abfälle aus Kernkraftwerken, Medizin und Technik in tiefen geologischen Formationen zu lagern. Umstritten war, ob ein gemeinsames Endlager oder getrennte Anlagen für wärmeentwickelnde und schwach oder nicht wärmeentwickelnde Abfälle sinnvoll sind. Die Prognosemenge beträgt für wärmeentwickelnde Abfälle insgesamt 21.000 m³ beziehungsweise 27.000 m³ laut BMUB/Endlager-Kommission und für nicht wärmeentwickelnde Abfälle 300.000 m³ beziehungsweise 600.000 m³ laut Endlager-Kommission. Wärmeentwickelnde Abfälle benötigen wegen der Nachzerfallswärme noch Jahrzehnte Kühlung; ein Endlager wird frühestens ab etwa 2030 benötigt.

Die Asse II diente von 1967 bis 1978 als Versuchsendlager. Dort wurden 125.787 Gebinde schwachradioaktiver und 16.100 Behälter mittelradioaktiver Abfälle eingelagert. Wegen mangelnder Standsicherheit, Lösungszutritten und radioaktiv kontaminierter Lauge wurde 2010 die Rückholung sämtlicher Abfälle beschlossen. In Morsleben wurden von 1979 bis 1998 rund 37.000 m³ schwach- und mittelradioaktive Abfälle eingelagert; das Stilllegungsverfahren läuft. Die ehemalige Eisenerzgrube Schacht Konrad in Salzgitter wird für nicht oder nur schwach wärmeproduzierende Abfälle umgebaut. Nach Angaben der BGE ist eine Inbetriebnahme nicht vor 2030 zu erwarten.

Der Salzstock Gorleben wurde von 1979 bis 2000 untersucht, laut Artikel vor allem aus politischen und regionalwirtschaftlichen statt geologischen Gründen ausgewählt. Nach einem Moratorium, erneuten Erkundungsplänen und starken Protesten wurde er 2013 in Offenhaltung überführt. 2020 wurde er aus dem Standortauswahlverfahren ausgeschlossen; seit 2021 wird das Bergwerk stillgelegt und verfüllt.

Das Standortauswahlgesetz von 2013 verlangt eine ergebnisoffene Suche. 2015 beschloss die Bundesregierung, ein gemeinsames Endlager zu suchen, obwohl BGR und AkEnd aus technischen Gründen gegen ein Ein-Endlager-Konzept Stellung bezogen. Die Endlagerkommission erwartet das Ende der Einlagerung hochradioaktiver Abfälle zwischen 2075 und 2130 und einen verschlossenen Zustand des Endlagerbergwerks zwischen 2095 und 2170 oder später. Die vollständige Entsorgung des in Deutschland erzeugten Atommülls wurde auf rund 28 Milliarden Euro_2014 geschätzt; rund 18 Milliarden Euro_2014 betreffen Abfall aus kommerziellen Kernkraftwerken. Betreiber überwiesen am 3. Juli 2017 einschließlich Risikozuschlag 24 Milliarden Euro. Seitdem ist Endlagerung Staatsangelegenheit. Ein Standort soll bis 2031 gefunden werden, wodurch die ursprünglich für 40 Jahre ausgelegten Zwischenlager und Castoren länger benötigt würden.