Standorte und Bauweisen der Zwischenlager für hoch radioaktive Abfälle

06.10.2016
Rubriken: Zwischenlagerung

Standort-Zwischenlager

Neben der Besonderheit des Tunnelkonzeptes am Standort Neckarwestheim gibt es in Deutschland zwei Baukonzepte für Standort-Zwischenlager. Die Wahl des Konzeptes ist dem Betreiber überlassen. [1] Alle Standort-Zwischenlager sind Trockenlager. Die hoch radioaktiven Abfälle stehen in CASTOR-Behältern verpackt in Stahlbetonhallen und werden durch Naturzugkühlung (Öffnungen in den oberen Hallenbereichen) gekühlt.

STEAG-Konzept

SZL Brokdorf, SZL Brunsbüttel, SZL Esenshamm/UnterweserSZL GrohndeSZL Krümmel und SZL Lingen

Das Konzept stammt von der STEAG Energy Services GmbH, einer 100%igen Tochter der STEAG GmbH, Essen. Die STEAG Energy Services GmbH war bis zum 01.07.2012 auch zu 45% an der Brennelement Zwischenlager Ahaus GmbH beteiligt gewesen.

Merkmal des STEAG-Konzepts: dicke Betonstrukturen, Wandstärke ca. 1,2 Meter, Deckenstärke ca. 1,3 Meter, einschiffiges Gebäude. Das Bauwerk soll einen Beitrag zur Sicherung der Castor-Behälter vor einem Flugzeugabsturz leisten. [2] 

Im Zuge der Genehmigung der Standort-Zwischenlager wurde auch der gezielte Absturz von Flugzeugen untersucht. Dabei kam das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zu folgendem Ergebnis: „Die mechanischen Einwirkungen führen nicht zu einem Bauwerksversagen. Es kann zu lokalen Schäden und einem Eindringen von Flugzeugteilen und verhältnismäßig geringen Mengen an Kerosin kommen. Die thermischen und mechanischen Lasten führen nicht zu einem relevanten Verlust der Dichtheit der eingelagerten Behälter.“ [3] 

Dieser Einschätzung der Genehmigungsbehörde konnte das OVG Schleswig nicht folgen. Nach neunjährigem Rechtsstreit entzog das Oberverwaltungsgericht (OVG) Schleswig dem Standortzwischenlager Brunsbüttel am 19.06.2013 wegen erheblicher Ermittlungs- und Bewertungsdefizite die Genehmigung. Unter anderem bemängelte das Gericht, dass weder der Absturz einer A 380 noch der Einsatz modernster panzerbrechender Waffen untersucht worden wären. Siehe auch: Das Brunsbüttel-Urteil und seine Folgen

WTI-Konzept

SZL Biblis, SZL Grafenrheinfeld, SZL Gundremmingen, SZL Ohu/Isar, SZL Philippsburg

Das Konzept stammt von der Wissenschaftlich-Technische Ingenieurberatung GmbH (WTI) in Jülich, einer 100%igen Tochter der Gesellschaft für Nuklear-Service mbH (GNS), Essen.

Merkmal: Wandstärke ca. 70 cm bzw. ca. 85 cm, Deckenstärke ca. 55 cm, zweischiffiges Gebäude, bestehend aus zwei durch eine Zwischenwand abgetrennten Hallen. Im Gegensatz zum STEAG-Konzept geht vom Bauwerk keine Barrierewirkung aus. Diese sollen alleine die CASTOR-Behälter erbringen.

Im Zuge der Genehmigung der Standort-Zwischenlager wurde auch der gezielte Absturz von Flugzeugen untersucht. Dabei kam das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zu folgendem Ergebnis: „Das Bauwerk hält nicht stand. Es kann zu einem Einsturz der Wände und des Daches kommen. Dies führt zu einem Eindringen größerer Mengen an Kerosin, welches über Abflussöffnungen abfließen kann. Untersuchungen der thermischen und mechanischen Lasten und Auswirkungen zeigen, dass die Behälterintegrität auch bei Lagern nach WTI-Konzept erhalten bleibt.“ [3]

In einem Bericht des Österreichischen Umweltbundesamtes im Rahmen der grenzübergreifenden Umweltverträglichkeitsprüfung für die Genehmigung des SZL Grafenrheinfeld heißt es: „Aufgrund der nicht erfolgten Gebäudeauslegung gegen Flugzeugabsturz ist gleichwohl in Teilen des Lagerbereiches ein Kerosinbrand möglich, der deutlich höhere Lasteinträge verursachen kann als die für „Standard“-Brände bei Transportunfällen unterstellten 800 °C über 30 Minuten bzw. der im Sicherheitsbericht angenommenen 600 °C über eine Stunde. [...] Auch bei den unterstellten Belastungen ist ein vollständiger Integritätsverlust des CASTOR V/19 ist nicht zu erwarten. Die Freisetzung aus dem Behälter erfolgt ausschließlich über den Dichtungsbereich. Für die Ermittlung der Freisetzung von Cs-137 für ein Feuer mit einer Dauer von 5 Stunden bei 1000 °C Flammentemperatur ist davon auszugehen, dass alle Dichtungen der betroffenen Anzahl der Behälter versagen.“ [4]  Insgesamt ergeben sich für verschiedene Unfallszenarien Freisetzungen an Cäsium-137 bis zu 1,5 x 1015 Bq in den ersten 24 Stunden.

Tunnel-Konzept

SZL Neckarwestheim

Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse in dem ehemaligen Steinbruch in dem das AKW Neckarwestheim errichtet wurde, Lagerung in zwei ca. 90 m langen unterirdischen Lagerkavernen mit einem Querschnitt von ca. 290 m².

Beim Vortrieb der Kavernen kam es aufgrund des hohen Wassergehaltes des Tones bzw. Schluffes zur Verminderung der Steifigkeit des Gesteins und zu starken Setzungen. [5]

Beim Bau wurde minderwertiger Beton verwendet, was Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit der Stahlbewehrung haben kann. Angeblich handle es sich aber um „untergeordnete Bereiche wie Flucht- und Abluftbauwerke“. Konsequenzen wurden nicht gezogen. [6]

Wenn viele Behälter in den Tunnelröhren eingelagert sind, gibt es Probleme mit der Wärmeentwicklung, weswegen z.B. die Geamtwärmeleistung je Einlagerungskampagne auf 185 kW pro Tunnel begrenzt wurde. [7]

Zentrale Zwischenlager

Auch die zentralen Zwischenlager in Ahaus, Gorleben und Greifswald/Lubmin sind Trockenlager. Die hoch radioaktiven Abfälle stehen in CASTOR-Behältern verpackt in Stahlbetonhallen und werden durch Naturzugkühlung (Öffnungen in den oberen Hallenbereichen) gekühlt.

TBL Ahaus: Im TBL Ahaus werden in Lagerbereich 1 schwach- und mittelradioaktive Abfälle und in Lagerbereich 2 hoch radioaktive Abfälle gelagert. Erbaut nach dem WTI/GNS-Konzept ist es ein zweischiffiges Gebäude, bestehend aus zwei durch eine Zwischenwand abgetrennte Hallen. Die Wandstärken betragen im Gegensatz zu den neueren WTI-Hallen teilweise nur 40 – 50 cm.

TBL Gorleben: Die einschiffige Halle besteht aus 50 cm dicken Stahlbetonwänden und einem Betonplattendach.

ZLN Greifswald/Lubmin: Das Zwischenlager Nord ist ein Bauwerk in dem in den Hallen 1-7 schwach- und mittelradioaktive Abfälle und in Halle 8 hoch radioaktive Abfälle gelagert werden. Die Außenwände sind 70 cm, die Innenwände 30 cm und das Dach ca. 55 cm stark.

Spezialfälle

AVR-Behälterlager Jülich: Erweiterung der Abfalllagerhalle II um ca. 18 m in südöstlicher Richtung. Das AVR-Behälterlager weist einen deutlich geringeren Sicherheitsstandard als andere Zwischenlager für abgebrannte Brennelemente aus: u.a. fehlende Stahlbetondecke, fehlende Freiflächen ohne angrenzende Nebengebäude, Schutzeinrichtungen. Die Bundesregierung geht davon aus, dass für eine Erfüllung des Standes von Wissenschaft und Technik der Neubau eines Zwischenlagers in Jülich nötig wäre. [8]

AVR Reaktorbehälter-Zwischenlager: Das Lager wurde eigens für die 30-60 Jahre dauernde Zwischenlagerung des Reaktorbehälters des Kugelhaufenreaktors AVR gebaut. Es ist nicht gegen Flugzeugabstürze gesichert und unterliegt geringeren Sicherheitsanforderungen als ein Zwischenlager für Kernbrennstoffe obwohl sich noch Brennelemente in dem Reaktordruckbehälter befinden. [9]

Die Strahlung befindet sich in einem Übergangsbereich von hochradioaktiv zu mittelradioaktiv. Da sich noch Brennelemente im Reaktordruckbehälter befinden, handelt es sich aber um kernbrennstoffhaltige Abfälle. Ein Zwischenlager für kernbrennstoffhaltige Abfälle ist eigentlich nach § 6 AtG und damit vom Bundesamt für Strahlenschutz zu genehmigen. Das Lager in Jülich ist aber nach § 7 StrlSchV von der Bezirksregierung Köln genehmigt worden.

HAWC-Behälter bei der Wiederaufarbeitungsanlage Karlsruhe (WAK): Im LAVA- und HWL-Gebäude auf dem Geländ der Wiederaufarbeitungsanlage Karlsruhe befinden sich dickwandige Betonzellen mit Behältern für hochradioaktives, flüssiges Abfallkonzentrat (HAWC). Diese müssen aufgrund ihrer hohen Dosisleistung fernhantiert demontiert werden. Dafür wurde eigens ein neues Zugangsgebäude errichtet. Die „HAWC“-Behälter wurden im Rahmen des Verglasungsprozesses der WAK-Abfälle entleert und gespült. In einem der Reservebehälter, der 15 Jahre in Betrieb war, befinden sich trotz mehrmaligem Spülen 100 kg feste HAWC-Rückstände. Sie sollen im Zuge des Rückbaus laut 22. Stilllegungsgenehmigung geborgen werden. [10]

Nasslager / Abklingbecken

Bestrahlte Brennelemente werden nach der Entladung aus dem Reaktorkern in Nasslager (Abklingbecken) verbracht. Diese befinden sich in der Nähe des Reaktorbehälters, da die Brennelemente aus Strahlenschutzgründen dauerhaft gekühlt und mit mindestens 2 m Wasser bedeckt sein müssen. Um eine Kritikalität zu verhindern, müssen im Nasslager Neutronenabsorber vorhanden sein. [11]

Bei Atomkraftwerken die in Betrieb sind, müssen die freien Plätze im Nasslager für den Notfall auf jeden Fall eine Reaktorentladung umfassen. Mittels Lagergestellen werden weitere Stellplätze hergestellt. Mit dem Einbau von Absorbermaterial in die Lagergestelle kann die Kapazität erheblich erweitert werden (Kompaktlagerung).

Die Brennelemente müssen etwa vier Jahre in den Abklingbecken lagern bis sich ihre Strahlung und Nachzerfallswärme soweit reduziert hat, dass sie in Castor-Behälter verladen werden können. Teilweise lagern die Brennelemente jedoch Jahrzehnte in den Abklingbecken.

Die Abklingbecken und das externe Nasslager Obrigheim werden als betrieblich notwendige Lager nicht als Zwischenlager nach § 6 AtG, sondern im Rahmen des AKW-Betriebs nach § 7 AtG genehmigt.

Druckwasserreaktoren

Biblis A, Biblis B, Brokdorf, Esenshamm/Unterweser, Grafenrheinfeld, Grohnde, Lingen 2/Emsland, Neckarwestheim 1, Neckarwestheim 2, Ohu/Isar 2, Philippsburg 2

(Foto: ChNPP) Die Abklingbecken befinden sich innerhalb des Containments, des Stahlbeton-Sicherheitsbehälters um den Reaktorbehälter. (Abklingbecken auf dem Modell in brauner Farbe rechts vom Reaktorbehälter).

Siedewasserreaktoren

Brunsbüttel, Gundremmingen B, Gundremmingen C, Krümmel, Philippsburg 1, Ohu/Isar 1

(Foto: MovGP0) Die Abklingbecken liegen (wie in Fukushima) außerhalb des Sicherheitsbehälters im oberen Stockwerk des Reaktorgebäudes. Ein Wasserverlust in den Abklingbecken zum Beispiel durch Ausfall der Stromversorgung und der Kühlmittelpumpen oder gar durch einen Flugzeugabsturz führt zu derart starker Strahlung, dass Not- und Rettungsmaßnahmen an den Reaktoren unmöglich werden können. Zudem erhitzen sich die Brennelemente. Ein Schmelzen der Brennelementhülsen führt zur Oxidation des Hülsenmetalls Zirkonium und damit zur Freisetzung von Wasserstoff. Wasserstoff ist beim Zusammentreffen mit Sauerstoff hochexplosiv. Ein Brand in einem Abklingbecken führt außerdem dazu, das radioaktive Partikel in große Höhen getragen werden und damit Gebiete in weiter Entfernung erreichen können. [12] 

Externes Nasslager Obrigheim: Eigenständiges Stahlbetonbecken im Notstandsgebäude

Forschungsreaktoren

FRM II Garching: Lagerung der bestrahlten Brennelemente im Absetzbecken das an dasR Reaktorbecken anschließt. DAs ABsetzbecken hat einen direkten Zugang zur heißen Zelle.

BER II Berlin: Lagerung der bestrahlten Brennelemente zuerst im Absetzbecken und dann im Umsetzbecken.

Sonderfall TRIGA Mainz: Der Reaktor hat einen Lebenszeitkern, d.h. nahezu alle Brennelemente sind seit Betriebsbeginn 1965 im Kern eingesetzt und werden bis zur Stilllegung dort verbleiben. Abweichend davon werden vier ausgediente Brennelemente in einer speziellen Lagergrube gelagert.

Quellen

[1] Deutscher Bundestag, Antwort auf die Kleine Anfrage (FDP): „Sicherheit oberirdischer Zwischenlager für ausgediente Brennelemente“, Drucksache 15/870, 23.04.2003

[2] www.bfs.de: Dezentrale Zwischenlager - Bauweisen

[3] www.bfs.de: Genehmigung von Zwischenlagern: Prüfpunkt Flugzeugabsturz

[4] Umweltbundesamt Österreich: „Grenzüberschreitende UVP gemäß Art. 7 UVP-RL zum Standortzwischenlager Grafenrheinfeld - Bericht an das Österreichische Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft sowie an die Landesregierungen von Oberösterreich und Vorarlberg“, Wien Februar 2002

[5] Fewson, Dipl.-Ing. Hilmar „Bau der beiden Lagerkavernen für das atomare Zwischenlager in Neckarwesteim“ aus Tiefbau 3/2007, S. 132-138

[6] www.energiewendeheilbronn.de: Gefahrlich schlechter Beton im Atommüll-Lager Neckarwestheim, 26.01.2012

[7] www.bfs.de: Informationen zum Standort Neckarwestheim (Baden-Württemberg)

[8] Deutscher Bundestag: Antwort auf die Kleine Anfrage (Grüne) "Transport von knapp 300.000 Brennelementen von Jülich nach Ahaus", Drucksache 17/9364 vom 19.04.2012

[9] "Jülicher Reaktor soll ins Zwischenlager", Kölnische Rundschau vom 02.12.2008

[10] Bundesamt für Strahlenschutz: "Statusbericht zur Kernenergienutzung in der Bundesrepublik Deutschland 2012" vom Juli 2013

[11] Wikipedia.de: Abklingbecken

[12] www.greenpeace.de/sites/www.greenpeace.de/files/Schwachstellenanalyse-dt-AKW-Fukushima_0.pdf


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