Chemie und Endlagerung

 

In der Reihe Fact Sheets veröffentlicht die Gesellschaft Deutscher 
Chemiker allgemeinverständliche Informationen zu relevanten Themengebieten. Erstellt werden die Fact Sheets von dem Expertengremium ChemFacts for Future (s. unten), in dem sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der GDCh aus verschiedenen Fachgebieten gemeinsam um relevante Themen kümmern.

Chemie und Endlagerung (Fact Sheet 12)


Fakten

Radioaktive Abfälle und bestrahlte Brennelemente müssen sicher und umweltgerecht entsorgt werden. In Deutschland wird die Endlagerung in geeigneten, tiefen geologischen Gesteinsschichten erfolgen. Seit 2017 läuft das Standortauswahlverfahren für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle (vor allem abgebrannte Brennelemente und verglaste Spaltprodukte aus der Wiederaufarbeitung, die stark wärmeentwickelnd und vielfach sehr langlebig sind). Die Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE) hat die Aufgabe, Endlager für radioaktive Abfälle zu errichten und zu betreiben. In Deutschland kommen drei geologische Formationen für ein solches Endlager in Frage: Steinsalz, Kristallin-Granit oder Ton.

Problem

Bei der Kernspaltung entstehen sehr viele radioaktive Atome (instabile Atome, die Strahlung abgeben) ganz unterschiedlicher chemischer Elemente, die dann zusammen mit dem übriggebliebenen Brennstoff oder in verglaster Form den radioaktiven Abfall bilden. In Deutschland sind das insgesamt 27000 Kubikmeter hauptsächlich aus Kernkraftwerken. Die lange Halbwertszeit vieler dieser hochradioaktiven Stoffe erfordert eine Isolation für mindestens eine Million Jahre. Das bedeutet, dass ein Eindringen der Inhaltstoffe in die Biosphäre (also unseren Lebensraum) verhindert werden und dies sicher nachgewiesen werden muss. Je nach Art der untersuchten geologischen Formation herrschen in einem künftigen Endlager sehr unterschiedliche Bedingungen (umgebendes Gestein, zusätzliche Materialien zur Verfüllung von Bohrlöchern, Temperatur, Wasserdurchlässigkeit etc.), die bei der Betrachtung der Langzeitsicherheit eine Rolle spielen. Die Inhaltstoffe des Abfalls verhalten sich je nach ihrer chemischen Umgebung sehr unterschiedlich und wandeln sich teilweise durch radioaktiven Zerfall (eine spontane, nicht von außen angeregte Reaktion des Atomkerns) in andere Elemente um. Neben der Prüfung der geologischen Eignung eines Endlagers muss deshalb für den Langzeitsicherheitsnachweis insbesondere auch ein Blick auf die chemischen Aspekte geworfen werden.

Problemlösung

Die Kenntnis der grundlegenden Chemie der eingelagerten Elemente und Verbindungen hilft dabei, die Langzeitsicherheit zu beurteilen. Dabei spielt es eine Rolle, welche Elemente/Verbindungen vorliegen und wie diese mit der Umgebung wechselwirken. Dringt etwa Wasser in das Endlager ein, könnten radioaktive Stoffe ins Grundwasser gelangen. Dann werden Informationen über die chemischen und physikalischen Eigenschaften sowohl der radioaktiven Stoffe als auch der Umgebung benötigt, um diese Prozesse zu beschreiben. Damit versucht man vorherzusagen, welche chemischen Reaktionen in solchen Fällen ablaufen werden und mit welchen Maßnahmen die Ausbreitung der schädlichen Stoffe verhindert werden kann.

Wichtige Mechanismen zur Rückhaltung sind die Fixierung der radioaktiven Atome in oder an festen Oberflächen wie dem umgebenden Gestein oder Verfüllmaterialien im Endlager. Nuklearchemisches Wissen ist somit eine wesentliche Basis zur sicheren Entsorgung radioaktiver Abfälle.


Autorinnen und Autoren: 
Vorstand der GDCh-Fachgruppe Nuklearchemie

Das Fact Sheet Chemie und Endlagerung als pdf zum Ausdrucken

Alle Fact Sheets

Nr. 12 (10. Mai 2022) Chemie und Endlagerung
Nr.11 (13. Oktober 2021) Die Geschmäcker sind verschieden – ein molekularer Blick auf Bier 
Nr.10  (26. Juli 2021): Zitronensäure und Menthol: Natürlich, Synthetisch, Biotechnologisch!
Nr. 9   (23. Juni 2021): Wie kommt der Impfstoff in die Zelle?
Nr. 8   (26. März 2021): Insekten-Proteine: eine nachhaltige Ernährung! 
Nr. 7   (23. März 2021): Biomasse: das „neue Rohöl"
Nr. 6   (4. Dezember 2020): Schwefelsäure – gefährlich aber unverzichtbar
Nr. 5   (12. August 2020): Ammoniumnitrat (AN)
Nr. 4   (1. Juli 2020): Brauchen wir Lebensmittelverpackungen?
Nr. 3   (22. Juni 2020): Klimawandel: Kleine Moleküle – große Wirkung
Nr. 2   (11. Mai 2020): Chemie gegen Viren: Händewaschen oder Desinfektion
Nr. 1   (28. April 2020): Chemie gegen Viren: Antivirale Wirkstoffe 

Über das Gremium "ChemFacts for Future"

Die bedeutendsten Probleme, mit denen unser Planet und die meisten seiner Bewohner*innen derzeit konfrontiert werden, sind anthropogener Natur. Es ist daher auch die Aufgabe der Menschen, die Probleme zu erkennen und sie effizient zu lösen. Effizient bedeutet zeitnah und problemorientiert – jenseits von politischen und (rein) ökonomischen Interessen. 

Ein Großteil der Probleme kann (nur) unter Heranziehen chemischer Fachkenntnis sinnvoll bearbeitet werden. Die Herstellung und Verbreitung sachlich falscher Zusammenhänge, die zum Teil als Grundlage für politische Entscheidungen – und Fehlentscheidungen – herangezogen werden, sind für Naturwissenschaftler generell und uns Chemiker*innen im Speziellen daher besonders beunruhigend. 

Besonders der chemische Aspekt in Problemfeldern wie CO2-Emission und CO2-Bindung, Luftschadstoffbelastung oder Mikroplastikverbreitung führt dazu, dass wir uns als Chemiker*innen in der Pflicht sehen, belastbare, nicht von Lobbyismus getriebene Fakten zusammenzutragen und diese zu veröffentlichen. Wir sehen es auch als unsere Aufgabe an, in Kooperation mit Experten angrenzender Disziplinen (Medizin, Biologie, Physik) wissenschaftlich sinnvolle und ökonomisch wie ökologisch umsetzbare Lösungsvorschläge zu entwerfen und diese zu publizieren. 

Wir möchten uns als ein Gremium verstanden wissen, welches das Expertenwissen der Spitzenforscher*innen in den relevanten Themengebieten zusammenführt und es sowohl für die wissenschaftliche Community als auch die breite Öffentlichkeit auf verschiedenen Kanälen verfügbar macht. 

Dem Gründungsstab gehören neben dem Präsidenten der GDCh zunächst Vorsitzende verschiedener Fachgruppen und Arbeitsgruppen der GDCh an, die im nächsten Schritt Expertinnen und Experten benennen, die das Team der Verantwortlichen ergänzen werden. Mitglieder des Gremiums.

Kommentare

  • Ernst Warnecke
    am 19.05.2022
    Es ist sehr erfreulich, dass hier ein "Fact Sheet" zur Chemie der Radionuklide erstellt worden ist. Allerdings macht diese Veröffentlichung den Eindruck als wäre man hier auf völligem Neuland. Es scheint den Autoren völlig unbekannt zu sein, dass es zu diesem Thema bereits seit etwa 40 Jahren wissenschaftlich Forschung mit hervorragenden Ergebnissen gibt. Deutschland ist auf diesem Gebietr weltweit führend gewesen. Die erzielten Ergebnisse hätte ich gern in einer Zusammenfassung der interessantesten Fakten in dem "Fact Sheet" gesehen. Das fehlt leider völlig! Ist etwa das ganze angesammelte Wissen schon in Vergessenheit geraten?
    • kjs (Redaktion)
      am 24.05.2022
      Sehr geehrter Einsender, vielen Dank für Ihre Anmerkung. Unsere Fact Sheets sollen kurz und prägnant auf relevante Sachverhalte hinweisen und darauf, wie die Chemie zur Lösung dieser Herausforderungen beitragen kann. Ausführliche Darstellungen von Forschungsergebnissen, die es natürlich gibt, würden aber den Rahmen des Formats sprengen.
      Wenn Sie uns mitteilen, welchen Aspekt der Forschung rund um die Endlagerung radioaktiver Stoffe Sie besonders interessant finden, prüfen wir gerne, ob wir zu dem Thema einen eigenen Beitrag erstellen, der dann auch etwas mehr ins Detail gehen kann.

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