Kernreaktoren erzeugen Strom durch einen Prozess namens Kernspaltung, bei dem Uran als Brennstoff verwendet wird, um eine immense Energiemenge in Form von Wärme freizusetzen. Keramikpellets, die schwach angereichertes Uran enthalten, werden in einer Metallhülle gestapelt und zu sogenannten Brennstäben zusammengesetzt. Diese Stäbe werden zur Stromerzeugung in einen Reaktor eingeführt, dann entfernt und ersetzt, wenn sie erschöpft sind. Aber dieser Abfall ist nicht „leer“ im herkömmlichen Sinne des Wortes. Kernbrennstäbe enthalten etwa 90 % ihrer verbleibenden potenziellen Energie. Auch wenn ein Großteil des ungenutzten Brennstoffs vor Ort verbleibt, kann er keinen Kernreaktor antreiben, ohne wiederverwendet zu werden.
Tatsächlich enthalten verbrauchte Materialien immer noch etwa 96 % des ursprünglichen Urans. Während der Nutzung sinkt der Anteil des spaltbaren U-235 auf weniger als 1 %, sodass es nicht mehr für den Antrieb von Reaktoren geeignet ist. Mittlerweile machen unbrauchbare Abfälle 3 % aus, und das letzte 1 % ist im Reaktor produziertes Plutonium. Die Vereinigten Staaten entsorgen diesen Abfall, manchmal auch Atommüll genannt, an mehr als 70 Standorten in 35 Bundesstaaten. Es wird sicher transportiert und entsorgt, aber wenn es recycelt würde, könnte es immer noch nützlich sein. Alle vier bis sechs Jahre werden pro Reaktor die Stäbe ausgetauscht, wodurch mehr als 2.200 Tonnen Abfall pro Jahr entstehen. Das ist viel, genug, um zu sagen, dass Kernenergie nicht 100 % sauber ist.
Warum es verschwenden lassen? Einer der Hauptgründe dafür ist, dass rohes Uranerz deutlich günstiger abgebaut und verarbeitet werden kann. Die Wiederaufbereitung wird von vielen als zu teuer und riskant angesehen. Andere Länder sind jedoch erfolgreich beim Recycling von Atommüll, beispielsweise in der Wiederaufbereitungsanlage Orano in La Hague, Frankreich. Übrig gebliebenes Uran und Plutonium werden extrahiert und in flüssiger Form gelagert, bis sie zu neuem Brennstoff verfestigt werden können.
Wiederaufbereitung und Recycling sind keine einfache oder unkomplizierte Aufgabe
Einer der Gründe, warum wir Abfälle entsorgen und lagern, anstatt sie wiederzuverarbeiten, ist, dass dies teuer und nicht wirklich einfach durchzuführen ist. Aus diesem Grund stoppte die US-Regierung Ende der 1970er Jahre die Wiederaufbereitung und hörte auch auf, mit wiederaufbereitetem Kraftstoff zu experimentieren. Eine andere Form des Recyclings, die das Nuklear-Start-up Oklo anbietet, basiert auf einem Prozess namens „Pyroprocessing“, bei dem Abfall in geschmolzenes Salz eingebracht wird. Von dort wird der nutzbare Brennstoff abgetrennt und in Gas umgewandelt. Es ist teuer, gefährlich und könnte möglicherweise zu waffenfähigen Materialien führen. Diese Bedenken haben die Verbreitung von Uran erheblich verringert, insbesondere wenn Uran erschwinglich und leicht verfügbar ist. Eine 2009 aktualisierte MIT-Studie aus dem Jahr 2003 ging sogar so weit, die Verwendung von frischem Uran für die nächsten 50 Jahre zu empfehlen und forderte ausdrücklich, es nach der Verwendung zu entsorgen und nicht wiederzuverwenden.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Abfälle zu einer Wiederaufbereitungsanlage transportiert werden müssen, was in der Regel über eine längere Distanz als bei der einfachen Entsorgung und manchmal sogar über internationale Distanzen erfolgt. Nach der Verarbeitung soll es zu den Reaktorstandorten zurückkehren. Experten sagen, dass die längere Transitzeit mehr Raum für Unfälle oder Diebstähle bietet. Befürworter wie Oklo argumentieren, dass recycelte brennbare Materialien für die Herstellung von Waffen nicht nützlich wären; Wissenschaftler sind sich nicht so sicher. Letztlich herrscht Konsens darüber, dass die damit verbundenen Risiken, Kosten und der Zeitaufwand den Aufwand möglicherweise nicht rechtfertigen.
Darüber hinaus ist die Entwicklung von Kernreaktoren erheblich vorangekommen, und die nächste Generation der Kernenergie steht vor einem großen Schritt nach vorne. Dies könnte zu effizienten Reaktoren führen, die weniger Abfall produzieren als ihre Vorgänger, obwohl sie immer noch Abfall zurücklassen würden, nur in geringeren Mengen.
Wiederaufbereitungsanlagen sind vorhanden und derzeit in Betrieb
Es gibt Pläne, recycelten Atommüll nutzbar zu machen. Oklo arbeitet an Einrichtungen zur Demonstration neuer Reaktoren, die mit wiederaufbereiteten Materialien als Frischbrennstoff betrieben werden können. Es ist zu beachten, dass die Pyroverarbeitung zur Verwertung von Atommüll geplant ist. Kritiker sagen, dass es die Technologie schon seit langem gibt und dass ihre Realisierbarkeit nicht durch überprüfbare Forschungsergebnisse gestützt wird.
Die französische Aufbereitungsanlage ist eine Stärke, und die Orano-Anlagen in La Hague und Melox sind seit mehr als 50 Jahren in Betrieb und produzieren recycelten Atommüll namens MOX. Japan arbeitet an einer ähnlichen Anlage, obwohl es seit dem ersten Bau im Jahr 1993 zu mehreren Verzögerungen kam. Zuvor verschiffte Japan seine Abfälle über Orano nach Frankreich und ins Vereinigte Königreich zur Wiederaufbereitung. Bei MOX-Brennstoff entsteht immer noch Abfall, womit wir wieder beim ursprünglichen Problem wären: Auch nach der Wiederverwertung muss der Abfall entsorgt und irgendwo sicher gelagert werden. MOX-Brennstoff kann nicht wiederaufbereitet oder wiederverwendet werden, er wird tatsächlich verbraucht. Was machen wir mit diesem Abfall?
Da es in der Nukleartechnologie weiterhin zu Innovationen kommt, scheint dies ein wachsendes Problem zu sein. Theoretisch könnten Atombatterien jahrzehntelang alles verändern, was potenziell Geräte antreibt. Aber die nächste Frage ist: Was passiert mit dem Abfall? Bei nuklearen Lösungen kann Abfall immer ein Problem sein.