Radioaktivität aus Nuklearabfällen beseitigen
Im Zuge der Abkehr von der Kernenergie in Europa setzen mehrere Länder ihre Kernkraftwerke und andere kerntechnische Anlagen außer Betrieb. Dabei handelt es sich um einen komplexen Prozess, der den Rückbau des Reaktors, die Beseitigung der radioaktiven Stoffe und die Sanierung des Geländes umfasst. Doch bevor radioaktive Abfälle sicher entsorgt werden können, müssen bestimmte Anforderungen an ihre Behandlung erfüllt werden. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PREDIS werden sichere und industriell ausgereifte Lösungen für die Behandlung radioaktiver Abfälle ausgearbeitet, an denen es in der Atomindustrie noch mangelt. In einem Artikel, der auf „Innovation News Network“ veröffentlicht wurde, wird dargelegt, wie die Angleichung der Konzepte für die Entsorgung radioaktiver Abfälle an die Lebenszyklusanalyse eine nachhaltige Lösung fördern würde. Die Lebenszyklusanalyse wird als „eine Methode zur Bewertung der Umweltauswirkungen eines Produkts während seines gesamten Lebenszyklus, der die Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen, die Fertigung, den Vertrieb, die Verwendung, das Recycling und die endgültige Entsorgung umfasst“ beschrieben. Im Mittelpunkt des Artikels stehen radioaktive Altmetalle und deren Dekontaminierung. Ein erheblicher Teil der radioaktiven Altmetalle, die bei der Stilllegung eines Kraftwerks anfallen, besteht aus Reaktorkomponenten, die sich außerhalb des Kerns befinden, wie z. B. Wärmetransportleitungen und Wärmetauscherrohre, bei denen sich die Radioaktivität oberflächlich ablagert. Beim Bau von Kernkraftwerken werden verschiedene Metalle verwendet, darunter Edelstahl, hochfester Stahl und Nickellegierungen (Ni). „Metalle können in einem Kernreaktor auf verschiedene Weise kontaminiert werden, z. B. durch Korrosion, Strahlenschaden und Neutronenaktivierung“, heißt es in dem Artikel. „In Kernreaktoren kann Korrosion auftreten, wenn die Metalle hohen Temperaturen, hohem Druck und korrosiven Chemikalien in der Reaktorumgebung ausgesetzt sind. Korrosionsprodukte sind metallische Elemente (Kobalt, Eisen, Nickel usw.), die direkt in aktivierter Form freigesetzt werden oder die beim Durchgang durch den Neutronenfluss aktiviert werden.“ Die wichtigsten Korrosionsprodukte, die für Dosisleistungen verantwortlich sind, sind die radioaktiven Kobaltisotope Kobalt-60 (60Co) und Kobalt-58 (58Co) sowie Chrom-51 (51Cr), Mangan-54 (54Mn) und Eisen-59 (59Fe). „Diese Produkte befinden sich in den Korrosionsschichten der Metalle, und bei der Dekontamination dieser Metalle geht es in der Regel um die Entfernung der Korrosionsschichten auf der Metalloberfläche bei minimalem Angriff auf das Grundmetall.“
Zweistufige Dekontamination
Zu den Dekontaminationsmethoden gehören die Dekontamination mit chemischen Reagenzien, die Laserdekontamination und die Elektrokoagulation. Ein Dekontaminationsverfahren, bei dem chemische Reagenzien verwendet werden, ist die chemische Oxidation, Reduktion und Dekontamination (CORD). Dieses Verfahren besteht aus zwei Schritten. „Im ersten Schritt werden Permanganat-Ionen (MnO4-) eingesetzt, um die Chromoxidschicht zu oxidieren und Chromat-Ionen freizusetzen. Im nächsten Schritt wird Oxalsäure hinzugefügt, um das Permanganat-Ion zu wässrigen Mn2+-Ionen zu reduzieren und die mit Fe und Ni angereicherte Oxidschicht von der Oberfläche der Legierungen zu lösen.“ Dem Artikel zufolge dauert jeder Schritt 3 bis 6 Stunden und kann mehrmals wiederholt werden. „Die Lösungen können dann mit Ionenaustauscherharzen behandelt werden, um die gelösten Metalle zu extrahieren, oder sie können einem Fällverfahren unterzogen werden, um die Metalle auszufällen und die Verwendung von Harzen zu reduzieren, womit eine weitere Verringerung des radioaktiven Abfalls einhergeht.“ Durch die Zugabe von Wasserstoffperoxid in Verbindung mit Erwärmung durch Ultraviolettstrahlung wird die restliche Oxalsäure zerstört. Da bei der Dekontaminierung im Rahmen des CORD-Verfahrens große Mengen radioaktiver Flüssigabfälle anfallen, könnte die Einbeziehung der Konzepte der Lebenszyklusanalyse laut Artikel eine nachhaltige Lösung fördern. Das Projekt PREDIS (PRE-DISposal management of radioactive waste) endet im August 2024. Weitere Informationen: PREDIS-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
PREDIS, radioaktive Abfälle, Metall, nuklear, Kernkraft, Dekontamination, Reaktor, Korrosion
