Finnlands Lösung für verbrauchte Brennstäbe

Finnland steht kurz davor, das erste Land zu werden, das verbrauchte Kernbrennstäbe langfristig tief unter der Erde begräbt.

„Onkalo“ ist ein finnisches Wort für eine Höhle oder eine Vertiefung. Es impliziert etwas Großes und Tiefes: Man weiß nicht, wo ein Onkalo endet oder ob es überhaupt endet.

Es ist ein passender Name für ein riesiges Grab, das in den letzten 20 Jahren in Finnland entstanden ist. Onkalo, das sich 450 m tief im Grundgestein der Insel Olkiluoto im Südwesten des Landes befindet, ist der weltweit erste dauerhafte Lagerort für verbrauchte Kernbrennstäbe.

Die sanft geschwungene Straße nach Olkiluoto ist von hoch aufragenden Kiefern gesäumt. Die Natur ist hier nach fünf Monaten Winter wieder zum Leben erwacht. Der Boden ist mit kleinen gelben Blumen bedeckt und die Luft ist erfüllt von Vogelgesang. Es ist fast zu schön für einen großen Industriestandort.

Olkiluoto beherbergt drei Kernreaktoren, die nebeneinander an der Küste stehen. Der dritte wurde erst in diesem Jahr in Betrieb genommen und ist der erste neue Reaktor, der seit 15 Jahren in Westeuropa Strom liefert. Diese Reaktoren und zwei weitere in Loviisa an der Südküste produzieren 33% des Stroms in Finnland. Nur wenige Autominuten von den Olkiluoto-Reaktoren entfernt nähert sich der Bau der weltweit ersten geologischen Entsorgungsanlage (GDF) für verbrauchte Kernbrennstoffe dem Abschluss.

Es hat 1 Mrd. Euro gekostet, Onkalo zu bauen, und wird voraussichtlich in etwa zwei Jahren in Betrieb genommen werden. Seine Ankunft wurde von vielen, einschließlich der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO), als bahnbrechend bezeichnet. „Jeder kannte die Idee eines geologischen Endlagers für hochradioaktive nukleare Abfälle, aber Finnland hat es getan“, kommentierte Rafael Mariano Grossi, der Generaldirektor der IAEO, bei einem Besuch der Anlage im Jahr 2020.

Auch andere Länder wie das Vereinigte Königreich, die USA, Schweden, Frankreich und Kanada erwägen bereits eine ähnliche Lösung, sagt Gareth Law, Professor für Radiochemie an der Universität Helsinki, der nicht am finnischen Projekt beteiligt ist. „Finnland ist mindestens zehn Jahre voraus.“

Onkalo wurde so konzipiert, dass es hochradioaktive Abfälle aufnehmen kann, die für Menschen schwer fassbare Zeiträume lang radioaktiv bleiben können. Doch es hat bereits Debatten darüber ausgelöst, ob etwas schiefgehen könnte. Hat Finnland also wirklich die Antwort auf den Umgang mit nuklearem Abfall gefunden – und kann jemand garantieren, dass er in der fernen Zukunft sicher bleibt?

Kernenergie liefert derzeit etwa 10% des weltweiten Stroms. Aufgrund ihrer geringen CO2-Emissionen wird sie von vielen als wichtiger Akteur im Kampf gegen den Klimawandel angesehen.

Aber sie bleibt in vielen Ländern aufgrund ihrer hohen Kosten und langen Bauzeiten sowie Bedenken hinsichtlich der Sicherheit umstritten. Dennoch bauen mehrere Länder, darunter die USA und das Vereinigte Königreich, neue Reaktoren oder rüsten bestehende auf, um die Kapazität zu erhöhen, während andere wie Indien, China und Russland riesige Erweiterungen planen.

Es bestehen weiterhin offene Debatten über die Sicherheit dieser Anlagen selbst, aber es muss auch eine Lösung für die riesigen Mengen an verbrauchtem Brennstoff und radioaktivem Abfall gefunden werden, die sich ansammeln und die für Hunderttausende von Jahren eine Gefahr für die Umwelt und die menschliche Gesundheit darstellen.

Dieser Abfall muss von Menschen ferngehalten und von der Umwelt isoliert werden, und das über eine Zeitspanne, die für den menschlichen Verstand kaum fassbar ist. Dieses Problem hat das sichere Management radioaktiver Abfälle zu einem der größten Probleme der Kernenergie gemacht.

Nach Angaben der IAEO lagern weltweit etwa 260.000 Tonnen verbrauchter Kernbrennstoff in Zwischenlagern, überwiegend an Reaktorstätten, Stand 2016. Etwa 70% des weltweiten verbrauchten Brennstoffs werden in Lagerbecken aufbewahrt, der Rest in Beton- und Stahlbehältern, sogenannten Trockenkammern.

Nur wenige glauben, dass diese Situation auf unbestimmte Zeit aufrechterhalten werden kann.

„Wir alle haben seit über 60 Jahren von der Kernenergie profitiert“, sagt Lewis Blackburn, Dozent für nukleare Materialien an der Universität Sheffield in Großbritannien. „Es ist unsere Verantwortung als Wissenschaftler und Ingenieure dieser Generation, sich der Herausforderung zu stellen, die Abfälle zu entsorgen, anstatt sie den zukünftigen Generationen zu überlassen.“

Er sagt, dass Onkalo in der Bevölkerung Unterstützung findet und durch einen demokratischen Prozess entstanden ist. „Es ist außergewöhnlich und ein Meilenstein. Finnland hat der Welt ein Beispiel dafür gegeben, was mit erfolgreicher Zusammenarbeit und transparenter Kommunikation mit der Öffentlichkeit erreicht werden kann.“ Wissenschaftler ringen seit Jahrzehnten mit der Frage, wie hochradioaktiver nuklearer Abfall entsorgt werden kann. Verbrauchter Brennstoff ist eine der schwierigsten Arten von Abfall, mit denen umgegangen werden muss, da er hochgefährlich ist. Er erzeugt eine Strahlung, die eine tödliche Dosis für eine nahegelegene Person liefern könnte, sagt Blackburn.

Nach Law ist der wissenschaftliche Konsens, dass die geologische Endlagerung für Hunderttausende von Jahren in speziell konstruierten Anlagen wie Onkalo, in einer stabilen Gesteinsformation, „der machbarste Ansatz“ für verbrauchten Kernbrennstoff ist. „Wir haben technische Lösungen, um zu graben und zu tunneln, den Abfall einzubringen und die Barrieren zu errichten, die ihn umgeben.“

Du möchtest mehr erfahren:

Die Finnische Strahlungs- und Kernsicherheitsbehörde hat festgestellt, dass die Eigenschaften des Onkalo-Grundgesteins günstig sind, um die Sicherheit der endgültigen Entsorgung verbrauchter Kernbrennstoffe zu gewährleisten.

Onkalo ist wie der Rest Finnlands geologisch sehr stabil und das Risiko von Erdbeben ist gering. „Der Fels in Onkalo ist ein Migmatit-Gneis: eine Mischung aus zwei verschiedenen Gesteinstypen in einem Gestein“, erklärt Antti Joutsen, leitender Geologe bei Posiva. „Er ist fast zwei Milliarden Jahre alt und sehr hart.“

Dies ist wichtig, weil der Fels eine der drei Sicherheitsbarrieren im Entsorgungskonzept ist. Er muss auch stabil genug sein, um den Bau von Einlagerungstunneln und -löchern tief unter der Erde zu ermöglichen.

Die Nähe von Onkalo zu einem bestehenden Kernkraftwerk war auch für die Entscheidung, es dort anzusiedeln, relevant, sagt Law. „Bei Investitionen in die Kernenergie ist eines der Probleme weltweit die NIMBY-Mentalität (‚Not In My Back Yard‘), oder ’nicht in meinem Hinterhof'“, fügt er hinzu. „Die Menschen in diesem Teil Finnlands hatten bereits die Kernenergie vor ihrer Haustür und haben sie akzeptiert. Die Entsorgung hierher zu bringen, war für sie also kein allzu großer Vertrauenssprung.“ (Erfahre mehr darüber, wie das finnische Projekt für nuklearen Abfall Weitsicht angenommen hat).

Onkalo wird verbrauchte Brennstäbe ohne vorherige Wiederaufarbeitung aufnehmen. Einige Wissenschaftler sagen, dass die Wiederaufarbeitung – der Prozess, bei dem Plutonium und Uran aus verbrauchtem Kernbrennstoff getrennt werden und wiederverwendbares nukleares Material und hochradioaktiver nuklearer Abfall entsteht – sie sicherer machen würde, indem das Gesamtvolumen des Abfalls reduziert wird, der übrig bleibt. „Du kannst Uran und Plutonium zurückgewinnen, die zur Herstellung von frischem Brennstoff verwendet werden können“, erklärt Marja-Siitaru Kauppi, Dozentin am Institut für Chemie der Universität Helsinki, die für Posiva geforscht hat. Etwa ein Drittel des weltweiten nuklearen Abfalls wurde wiederaufbereitet und kann dann verglast werden (in Glas verwandelt werden).

Andere sagen jedoch, dass die Wiederaufarbeitung das Risiko des nuklearen Terrorismus erhöht. Langfristig könnte verglaster Abfall auch in Kontakt mit Grundwasser auflösen. Posiva, das Unternehmen, das Onkalo baut und betreibt, sagt selbst, dass die Wiederaufarbeitung technisch anspruchsvoll und teuer ist. Sie erzeugt auch immer noch eine gewisse Menge an hochradioaktivem Abfall, stellt Johanna Hansen, Koordinatorin für Forschung und Entwicklung bei Posiva, fest. „Eine Entsorgungsanlage wäre in jedem Fall erforderlich.“

Finnland entschied sich vor über zwei Jahrzehnten dafür, eine Anlage in Onkalo zu bauen, als sich die beiden Kernkraftwerkbetreiber des Landes darauf einigten, ihren verbrauchten Kernbrennstoff an einem Ort zu entsorgen. Die finnische Regierung genehmigte im Dezember 2000 Pläne für den Bau der Anlage und erklärte, dass „unter den untersuchten Entsorgungsoptionen die Tiefenentsorgung im Grundgestein die besten und realistischsten Möglichkeiten bietet, hochradioaktive nukleare Abfälle von der Biosphäre und dem menschlichen Lebensraum zu isolieren“.

Das Onkalo-Endlager basiert auf dem KBS-3-Konzept, das von der Schwedischen Gesellschaft für nuklearen Brennstoff und Abfallwirtschaft in Zusammenarbeit mit Posiva entwickelt wurde. Die Idee besteht darin, drei Barrieren um den nuklearen Abfall zu schaffen: Zuerst werden die Brennstäbe in Kupferbehälter gelegt, dann werden die Behälter in Bentonit, einer wasserabsorbierenden Tonerde, eingewickelt, und schließlich werden sie in Tunneln tief im Grundgestein begraben.

„Der Prozess beginnt in der Verkapselungsanlage, die sich auf der Oberfläche befindet“, sagt Hansen, die seit über 20 Jahren an dem Projekt arbeitet. „Hier werden wir die verbrauchten Brennstäbe in einen Entsorgungsbehälter geben, der aus zwei Teilen besteht: Es gibt eine innere Schale aus Gusseisen und eine äußere Schale aus 5 cm dickem Kupfer.“

Ein Deckel wird dann auf den Behälter geschweißt, der zu einem Lagerbereich in der Entsorgungsanlage transportiert wird, erklärt sie. Sobald der Standort bereit ist, werden diese in einen horizontalen Einlagerungstunnel in 450 m Tiefe gebracht, wo die endgültige Entsorgung erfolgt.

Ein Aufzug wird die Behälter zunächst zu einer Landeplattform in etwa 437 m Tiefe hinablassen. Als ich im Mai 2023 zu Besuch bin, befindet sich dieser Aufzugsschacht hinter einer Tür, die mit zwei großen roten X markiert ist, in einem gut beleuchteten, geräumigen Serviceraum. Die Sicherheit steht hier im Vordergrund: Es handelt sich immer noch um eine aktive Baustelle. Von hier aus wird ein robotisches Transferfahrzeug die Behälter zu einem Einlagerungsloch bringen, sagt Hansen.

Bisher wurden fünf Sackgassen-Einlagerungstunnel gebaut, alle 350 m lang. Weitere 85 werden im Laufe der Jahre errichtet, wenn die Anlage gefüllt wird. Jeder Einlagerungstunnel hat etwa 40 vertikale kreisförmige Löcher im Boden, jedes 8 m tief und 2 m breit. Insgesamt ist Platz für etwa 3.000 Behälter, einen für jedes vertikale Loch.

„Sie werden insgesamt 5.500 Tonnen Abfall aufnehmen“, sagt Joutsen. „Onkalo wird also den gesamten hochradioaktiven nuklearen Abfall aufnehmen, der von den fünf Kernkraftwerken Finnlands während ihrer gesamten Lebensdauer produziert wird.“

Nachdem jeder Behälter begraben wurde, wird sein Loch mit Bentonit gefüllt, sagt Hansen. „Wenn wir einen Behälter in jedes Loch gelegt haben, werden wir den Tunnel mit mehr Bentonit auffüllen und mit Beton versiegeln.“

Die endgültige Entsorgung von verbrauchtem Kernbrennstoff wird in den nächsten Jahren beginnen. Posiva schätzt, dass es 100 bis 120 Jahre dauern wird, bis das Endlager voll ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die gesamte Anlage versiegelt, sodass die Behälter hoffentlich ungestört für mindestens 100.000 Jahre liegen bleiben, isoliert von der Außenwelt mit ihrem tödlichen radioaktiven Inhalt.

Obwohl das Risiko von Erdbeben hier gering ist, wurde seismische Aktivität berücksichtigt, sagt Joutsen. „In den nächsten Millionen Jahren wird es mehrere Eiszeiten geben, die ein Erdbebenrisiko darstellen. Es wird eine 2-3 km dicke Eisschicht auf Onkalo geben, die die Erdkruste um Hunderte von Metern nach unten drücken wird. Onkalo wurde so gebaut, dass es dem standhalten kann.“

Wenn das Eiszeitalter endet, wird die Erdkruste wieder ansteigen – dann könnten Erdbeben auftreten, die die Behälter zerbrechen könnten, fügt er hinzu. „Um das zu verhindern, bringen wir sie an den bestmöglichen Stellen unter: Die Einlagerungslöcher befinden sich in nicht aufgebrochenen Abschnitten des Grundgesteins.“

Sowohl Onkalo als auch die geplante schwedische Einrichtung haben das Ziel, den radioaktiven Abfall für mindestens 100.000 Jahre sicher aufzubewahren. „Wir versuchen, etwas zu konstruieren, das länger funktionieren sollte als Homo sapiens bisher gelebt hat“, sagt Joutsen. „Der Zeithorizont ist atemberaubend.“

Wenn die Anlage voll ist, werden die Tunnel versiegelt, die Gebäude an der Oberfläche abgerissen und das Land wiederhergestellt. „Es wird Tiere, Bäume und Pflanzen geben und Häuser“, sagt Joutsen. Er sagt, er würde gerne ein Grundstück in Onkalo kaufen, wenn er in 120 Jahren noch am Leben wäre.

Was danach passiert, ist ungewisser. Es ist durchaus möglich, dass alle Kenntnisse über Onkalo in ein paar tausend Jahren verloren gehen.

Sozialwissenschaftler haben sich mit der Herausforderung auseinandergesetzt, wie man mit Menschen oder anderen zukünftigen Wesen kommunizieren kann, um sie vor den Gefahren zu warnen, die wir hinterlassen. (Erfahre mehr darüber, wie man eine nukleare Warnung für 10.000 Jahre in der Zukunft entwickelt).

Eine Diskussion über die Markierung von Onkalo drehte sich darum, ein universell verständliches Zeichen für Gefahr zu finden, falls die Sprache in der Zukunft verschwinden sollte. Die derzeitige Auffassung von Posiva, Entscheidungsträgern und Forschern ist jedoch, Onkalo überhaupt nicht zu markieren. „Zukünftige Generationen müssen davon nichts wissen“, argumentiert Joutsen. „Es ist so tief und so isoliert. Es wird hier unten viel Kupfer und Plutonium geben, und ein Schild könnte die Leute dazu ermutigen, zu graben und es zurückzuholen. Ein bisschen wie die Pyramiden in Ägypten, die von Grabräubern geplündert wurden.“

Es wurde jedoch noch keine endgültige Entscheidung getroffen. Es besteht keine Eile, da die Anlage 100 bis 120 Jahre lang offen bleiben wird.

Kauppi sagt, es sei wichtig, die Debatte über die Markierung des Standorts in einen Kontext zu stellen, den die Menschen nachvollziehen können. Sie erinnert ihre Studenten an der Universität Helsinki oft daran, dass die Radioaktivität erst vor etwa 120 Jahren entdeckt wurde. „Wir sprechen jetzt über Dinge, die in den nächsten Hunderttausenden von Jahren passieren könnten. Wir wissen noch nicht einmal, was in den nächsten hundert Jahren passieren könnte.“

Kauppi sagt, sie sei „sehr zuversichtlich“, dass Finnland mit Onkalo gute Arbeit leistet, glaubt aber, dass die Tür für andere Lösungen offen bleiben sollte.

„Es könnten weisere Menschen nach uns kommen, die neue Ideen haben, was man mit nuklearem Abfall machen könnte. Sie könnten etwas Besseres erfinden. Wir müssen einfach unser Bestes geben, basierend auf unserem aktuellen Wissen, das auf ehrlicher Forschung beruht.“