atw - International Journal for Nuclear Power | 04.2022

atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 4 ı Juli
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Zusammenfassung einer PNAS-Studie zur Analyse der radioaktiven
Abfallströme von SMR
Am 30. Mai 2022 wurde in den Proceedings of the National
Academy of Science (PNAS) die Studie “Nuclear waste
from small modular reactors” der Lead-Autorin Lindsey
M. Krall von der schwedischen Endlagergesellschaft SKB
in Zusammenarbeit mit der Stanford University und der
University of British Columbia veröffentlicht. Die Studie
hat große Aufmerksamkeit in der Fachöffentlichkeit
erfahren und lebhafte Diskussionen in den sozialen
Medien ausgelöst.
Ausgangspunkt der Bewertung zu erwartender radioaktiver
Abfallströme aus kleinen, modularen Reaktoren im
Vergleich zu großen Leichtwasserreaktoren ist die Tatsache,
dass bei kleineren Reaktoren der Neutronenverlust
größer und damit die Menge der aktivierten Bauteile pro
erzeugter Einheit thermischer Energie größer ist als bei
großen Reaktoren. Die Autoren haben aus zahlreichen
SMR-Designs drei ausgewählt, zu denen vergleichsweise
umfangreiche Daten hinsichtlich des Reaktordesigns und
des Brennstoffkreislaufs vorlagen. Dabei handelt es sich
um den integrierten Druckwasserreaktor von NuScale
Power, den IMSR (Integrated Molten Salt Reactor) von
Terrestrial Energy sowie den natriumgekühlten schnellen
Reaktor 4S von Toshiba.
Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass teils deutlich
größere Abfallmengen bei mittelradioaktiven Abfällen
im Vergleich zu konventionellen großen Leichtwasserreaktoren
anfallen würden. Dies hängt damit zusammen,
dass etwa beim iDWR von NuScale zusätzlich ein Neutronenreflektor
erforderlich ist und der Reaktordruckbehälter
möglicherweise so stark aktiviert würde, dass er in
eine Abfallkategorie für geologische Tiefenlagerung
fiele. Für den Salzschmelzereaktor und den natriumgekühlten
Reaktor kommt die Studie u. a. ebenfalls wegen
der Notwendigkeit von Reflektoren, wegen des Grafitmoderators
im ersteren sowie dem hohen Neutronenfluss
bei letzterem sowie den beiden chemisch reaktiven
Wärmetransportmedien zu noch erheblich schlechteren
Ergebnissen.
Auch hinsichtlich des verbrauchten Kernbrennstoffs wird
ein höherer Anfall von abgebranntem Brennstoff pro
erzeugter Wärmeenergie sowie teils auch für die Konditionierung
oder Endlagerung problematischere Abfallzusammensetzungen
ermittelt, die Aufwand und Kosten
der Entsorgung erhöhen würden. Beim iDWR spielt der
kleinere Abbrand eine Rolle, da dadurch die Menge
abgebrannter Brennelemente im Vergleich zu großen
LWR um rund 70 Prozent erhöht wird. Für den
Wärmeeintrag in ein Endlager ist das von geringer
Bedeutung, die Radiotoxizität auf längere Sicht wird aber
erhöht. Beim schnellen Reaktor wird vor allem der deutlich
höhere Gehalt an spaltbaren Nukliden im frischen
Brennstoff im Hinblick auf die Sicherstellung von Unterkritikalität
im Endlager kritisch bewertet. Beim iDWR
kommt die Studie zum Ergebnis, dass dessen abgebrannte
Brennelemente existierende Anforderungen an
die Endlagerung wegen des zu niedrigen Abbrands nicht
erfüllen würden. Das Unternehmen NuScale hat die
Studie deswegen scharf kritisiert: Anstelle des in der
Studie betrachteten überholten Designs werde ein modifizierter
Typ entwickelt, der einen Abbrand ähnlich heutiger
LWR erreichen und dessen abgebrannte Brennelemente
den Endlageranforderungen gerecht würden.
In der Studie lassen sich auch andere Schwächen feststellen.
Besonders schwer wiegt, dass die Studie keine
alternativen Brennstoffkreisläufe betrachtet. Dies ist
aber verfehlt, denn viele Nicht-Leichtwasserreaktoren,
gerade schnelle Reaktoren und Salzschmelzereaktoren,
werden explizit im Zusammenhang mit und für fortgeschrittene
Brennstoffkreisläufe entwickelt, die hochradioaktive
und langlebige Abfälle deutlich reduzieren
sollen. Auch wird im Vergleichsmaßstab Abfallmenge
pro thermischer Energieerzeugung nicht berücksichtigt,
dass neue Technologien höhere Temperaturen nutzen
und deshalb einen höheren thermischen Wirkungsgrad
bei der Stromerzeugung erreichen. Damit fällt das
Verhältnis von Abfallaufkommen pro erzeugter Strommenge
besser aus, als beim angelegten Vergleichsmaßstab.
Trotz dieser Schwächen sollte man die Studie nicht ganz
beiseiteschieben, da sie einige relevante Punkte enthält.
So ist es unter abfallwirtschaftlichen Aspekten nicht so
günstig, wenn das Konzept des IMSR wegen der hohen
betrieblichen Belastung vorsieht, den 170 Tonnen
schweren RDB samt Grafitmoderator und Kerneinbauten
alle sieben Jahre auszutauschen. Bei einer überschlägigen
Berechnung ergibt sich, dass für die Gesamtstromerzeugung
des Kernkraftwerks Grohnde rund 40 solcher
Sätze von IMSR-RDB-Paketen erforderlich wären. Hier
könnte es schon sinnvoll sein, das Design noch einmal zu
überdenken. Gänzlich irreführend in der Studie ist der
Verweis auf den experimentellen Flüssigsalzreaktor
MSRE in den Vereinigten Staaten. Beim IMSR werden
Brennstoffkreisläufe mitentwickelt und das aus dem
Reaktor abgelassene Brennstoffsalz soll im nächsten
Reaktorbehältersatz weiter verwendet werden.
Die Studie ist unter
folgendem Link
verfügbar:
www.pnas.org/doi/
pdf/10.1073/
pnas.2111833119
Für weitere
Informationen
kontaktieren Sie bitte:
Nicolas Wendler
KernD
Berliner Straße 88A
13467 Berlin
Germany
E-mail: presse@
KernD.de
www.KernD.de
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