natur
Nr. 3 März 1985

GORLEBEN VERSALZEN

Nach dem amtlichen Konzept soll hochradioaktiver Atommüll im Steinsalz Norddeutschlands für alle Zeiten sicher eingeschlossen werden. Neueste Untersuchungen belegen: Nach amerikanischen Sicherheitskriterien käme Gorleben als Endlager überhaupt nicht in Frage.
Von Martin Wentz

Endlich konnte sich die Atom-Lobby einmal so richtig freuen. Die Medien meldeten einen wichtigen Fortschritt auf dem Weg zur atomaren "Entsorgung": Vom November 1985 an könne, so die Nachricht, die zu 80 Prozent von der Bundesregierung finanzierte "Pilotanlage zur Erzeugung lagerfähiger Abfälle" im belgischen Mol in den "heißen Betrieb" gehen. Dort sollen die hochradioaktiven flüssigen Abfälle aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente zunächst in einer Glasschmelze gelöst werden. Diese Glasmasse wird dann in zylindrische Stahlbehälter, sogenannte Kokillen, von 30 Zentimeter Durchmesser und 120 Zentimeter Höhe gegossen. Wissenschaftliche Untersuchungen, so die Meldung weiter, hätten ergeben, daß die im Glas enthaltenen strahlenden Stoffe wie Spaltprodukte, Transurane und Plutoniumreste von der Wiederaufarbeitung auch unter extremen Belastungen in den Kokillen eingeschlossen blieben. Die Zerfallswärme, die die Spaltprodukte erzeugen, habe sich als unproblematisch erwiesen. Die Kokillen könnten später problemlos im Salz des geplanten Endlagers versenkt werden.

So eine Nachricht schien geeignet, die Sorgen um die Entsorgung und insbesondere um das konzipierte Atommüll-Endlager im Gorlebener Salzstock etwas zurückzudrängen, wo
doch seit einiger Zeit die Untersuchungen und die öffentlichen Diskussionen so gar nicht nach dem Geschmack der Atom-Lobby laufen. Zwar läßt bis heute keiner der Verantwortlichen offiziell Zweifel an der Eignung des Salzstockes erkennen, doch traut man sich auch nicht, alle Karten offen auf den Tisch zu legen. Zu viele Einschätzungen über den geologischen Aufbau und die Größe des Salzstockes wurden schon als Wunschbild enttarnt. Doch Eile tut not: Der atomare Müllberg in den provisorischen "Zwischenlagern" wächst rapide. Zuviel steht also für die Lobby auf dem Spiel: Gorleben darf nicht scheitern!

Barrieren aus Salz und Gestein

Weltweit ist man sich bei der Planung von Endlagern darüber einig, daß zum Schutz der Biosphäre vor einer radioaktiven Verseuchung mehrere wirksame Barrieren zwischen ihr und den radioaktiven Abfallstoffen notwendig sind, natürliche und technisch geschaffene Barrieren. Als natürliche Barrieren gelten das als Endlagerstätte vorgesehene Material und das darüberliegende Deckgebirge. Während sich die Bundesrepublik auf Salzstöcke als Endlagerstätten festgelegt hat, werden beispielsweise in den USA alternativ dazu Garnit und Tufformationen untersucht.
Die technischen Barrieren sollen zusätzlich Sicherheit schaffen. Dafür sind vorgesehen:

  • die Glaszylinder, in denen die radioaktiven Stoffe gelöst, das heißt eingeschmolzen sind;
  • die Stahlummantelung, welche die Glaszylinder vor chemischen Lösungsreaktionen und mechanischen Belastungen bewahren soll, und
  • die Verfüllung der Bergwerkstrecken und der Bohrlöcher, in denen die Stahlkokillen endgelagert werden.

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Atommüll ab in die Grube
Die Grafik zeigt das geplante deutsche Endlager für Atommüll im Schnitt Man erkennt die beiden Schächte des Bergwerks, die unterirdischen Gänge (Strecken) und die noch tiefer ins Salz hinabreichenden Bohrlöcher, in denen die Behälter mit hochradioaktivern Abfall gelagert werden sollen.

Kriterien für die Endlagerung

Die Abfallbehälter müssen hohen Sicherheitsanforderungen gerecht werden. So hat in den USA die zuständige Genehmigungsbehörde NRC (Nuclear Regulatory Commission) in ihren Kriterien für die Endlagerung hochradioaktiven Abfalls gefordert, die Abfallbehälter so zu konstruieren, daß ihre Funktionsfähigkeit durch keine chemischen, physikalischen oder radiolytischen, das heißt durch Strahlung ausgelösten Reaktionen herabgesetzt wird. je nach der Gefährlichkeit der Abfälle sollen diese für mindestens 300 Jahre, nach Möglichkeit jedoch für rund 1000 Jahre in den Behältern sicher eingeschlossen bleiben, bevor Teile der radioaktiven Stoffe auf die natürlichen Barrieren treffen.

Das deutsche Endlagerkonzept für hochradioaktiven Müll sieht so aus: Im Gorlebener Salzstock sollen nach bergmännischer Erschließung in 800 Meter Tiefe 300 Meter tiefe Bohrlöcher niedergebracht werden, in denen dann die Kokillen aufeinander gestapelt werden. Dabei bleibt aus technischen Gründen eine Ringspalte von knapp fünf Zentimetern zur Salzwand, die sich aufgrund des Gebirgsdrucks im Laufe mehrerer Jahrzehnte langsam schließen wird. Am oberen Ende werden die Bohrlöcher schließlich mit einem zehn Meter langen Stopfen aus Salzbeton abgeschlossen. Das Konzept sieht vor, daß in dem Gorlebener Salzstock nach 1995 50 Jahre lang radioaktive Abfälle entsorgt werden. Nach dieser Betriebszeit wird das gesamte Bergwerk zugeschüttet.

Strahlung zerstört das Salz


Infolge des radioaktiven Zerfalls der in den Glaszylindern eingeschlossenen Stoffe erwärmen sich die Kokillen und das sie umgebende Salz für die ersten 200 Jahre auf Temperaturen um 150 Grad Celsius und kühlen sich dann innerhalb der nächsten 1000 Jahre langsam wieder auf die normale Umgebungstemperatur ab.

Bisher mußte sich die AtomGemeinde "nur" um den geologischen Aufbau des Salzstocks sorgen, weil davon seine Eignung als Endlager abhing. Künftig wird sie sich mit einem noch viel entscheidenderen Problem ihres Endlagerkonzepts öffentlich auseinandersetzen müssen: der grundsätzlichen Eignung des Steinsalzes (chemisch Natriumchlorid (NaCl)) als endlagerfähiges Material. Wissenschaftler aus den USA haben jetzt erstmals untersucht, wie radioaktive Strahlung auf das die Abfälle umgebende Steinsalz wirkt. Ihre bisher in der Bundesrepublik noch nicht diskutierten Ergebnisse stellen das deutsche Endlagerkonzept grundsätzlich in Frage.

Das naheliegende Experiment: Synthetisches Natriumchlorid und Steinsalze aus verschiedenen Lagerstätten, unter anderem aus dem für schwachradioaktive Abfälle vorgesehenen deutschen Endlager Asse bei Wolfenbüttel, wurden unter möglichst ähnlichen Bedingungen, wie sie in den Endlagern herrschen werden, bestrahlt.
Die Ergebnisse der Messungen. kurz zusammengefaßt: Natriumchlorid (NaCl) wird durch die radioaktive Strahlung in Natrium (Na) und Chlor (Cl) gespalten. Das Natrium scheidet sich dabei als fein im Salz verteiltes ("kolloidales") Metall aus, während das Chlor zumindest teilweise gasförmig abgegeben wird. Am stärksten ist dieser Effekt bei Temperaturen zwischen 150 und 175 Grad Celsius, während er unter 100 Grad und über 300 Grad nahezu verschwindet. Damit ist die radiolytische Zerstörung des Steinsalzes ausgerechnet bei den Temperaturen am wirkungsvollsten, die sich in den ersten 290 Jahren im Endlager einstellen werden. Standen die Salzkristalle bei den Untersuchungen unter Druck, wie auch für das Endlager zu erwarten, so verstärkte sich die Bildung des kolloidalen Natriums.

Explosionsartige Reaktionen

Die Versuchsergebnisse lassen realistische Schlüsse auf die Veränderungen des Steinsalzes rund um die Kokillen zu:

  • Die Zersetzung des Steinsalzes beschränkt sich auf einen Bereich von 25 Zentimetern um die Kokillen; sie nimmt mit zunehmendem Abstand ab.
  • Innerhalb des ersten Zentimeters um eine Kokille sind nach 25 Jahren rund 30 Prozent des Steinsalzes in Natrium und Chlor umgewandelt, nach 50 Jahren rund 60 Prozent und nach 100 Jahren die Gesamtmenge.
  • Die Menge des um eine Kokille entstehenden Natriums wiegt nach zehn Jahren zwischen neun und 13 Kilogramm, nach 25 Jahren zwischen 36 und 57 Kilogramm, nach 50 Jahren zwischen 88 und 153 Kilogramm und nach 300 Jahren zwischen 230 und 298 Kilogramm.

Diese Ergebnisse können noch mit erheblichen Fehlern belastet sein, aber selbst Schwankungen um mehr als 50 Prozent ändern nichts an ihrer grundsätzlichen Aussage: Noch während der vorgesehenen Betriebszeit des Endlagers von 50 Jahren entstehen im Steinsalz um den hochradioaktiven Abfall herum große Mengen metallischen Natriums und gasförmigen Chlors. Diese Mischung ist von erheblicher Brisanz. Natrium ist so reaktionsfreudig, daß es nur in besonders reaktionsträgen Flüssigkeiten wie Petroleum aufbewahrt werden kann. Mit Luft verbrennt es bei höheren Temperaturen zu Natriumperoxid. Kommt es mit Wasser zusammen, reagiert es äußerst heftig unter Bildung von Natriumhydroxid (NaOH) und Wasserstoff (H2). Beide Reaktionen können explosionsartig verlaufen. Aus dem Natriumhydroxid entsteht in Verbindung mit zusätzlichem Wasser aggressive Natronlauge, die zusammen mit Chlor selbst Stahl angreifen kann.

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Technische Barrieren im Salzstock
Zusätzlich zu den natürlichen Sperren aus Salz und Gestein sollen technische Barrieren im Endlager die Umwelt vor der radioaktiven Strahlung des Atommülls schützen. Dazu gehören: die Behälter (Kokillen) mit dem verglasten Abfall, die Verschlüsse der Bohrlöcher, Dämme gegen Wassereinbrüche und Füllmaterial (Versatz), mit dem Strecken und Schächte nach 50 Jahren zugeschüttet werden.

Wasser: Gefahr im Salz

Entgegen allgemeiner Meinung ist auch im Salzstock für solche Reaktionen ausreichend viel Wasser vorhanden. Dazu bedarf es nicht eines auch von den Endlager-Befürwortern für möglich gehaltenen Wassereinbruchs, durch einen Schacht in das Endlager. Wasser ist auf dreierlei Weise im Salz gebunden. Es kann durch Erwärmung oder Zerstörung der Salzkristalle freiwerden:

  • Wasser kann als sogenanntes Kristallwasser an das Natriumchlorid gebunden sein. Bei Temperaturen von ungefähr 100Grad Celsius oder mehr wird es freigesetzt.
  • An den Grenzflächen der mikroskopisch kleinen Kristalle, aus denen das Salz besteht den sogenannten Kornngrenzen, kann Wasser angelagert sein.
  • Im Salz kann hochkonzentrierte Lauge eingeschlossen sein. Die Einschlüsse sind zwischen 0,01 und fünf Millimeter groß und enthalten viel Wasser.

Atommüll sicher im Glas?

Es muß damit gerechnet werden, daß der Wasseranteil im Gorlebener Steinsalz zwischen 0,001 und 3,7 Prozent liegt. Das durch den heißen radioaktiven Abfall im Steinsalz entstehende Temperaturgefälle sorgt dafür, daß sich dieses Wasser auf die Kokillen zu bewegt In einer Modellrechnung konnte gezeigt werden, daß bei einem Wasseranteil von 0,5 Prozent im Steinsalz nach rund 100 Jahren ein etwa ein Millimeter dicker Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche der Abfallbehälter entsteht. Die Kokillen werden also nach einigen Jahren nicht mehr trocken und geschützt in den Bohrlöchern stehen, sondern von den aggressiven und hochradioaktiven Gasen Chlor und Wasserstoff, den Salzlösungen und der Natronlauge sowie dem gefährlichen Natrium umgeben sein ein explosives Gemisch im wahrsten Sinne des Wortes, dessen chemische und physikalische Eigenschaften und Auswirkungen der Sicherheitsphilosophie eines Endlagers für hochradioaktive und giftige Stoffe Hohn sprechen.

Von den "technischen Barrieren" des Endlagers bleibt nicht mehr viel übrig, wenn durch Korrosion die Stahlbehälter innerhalb weniger Jahre zu einem beachtlichen Teil zerstört werden. Dies um so mehr, als die Barrierewirkung der für die Endlagerung vorgesehenen Borosflikat-Glaszylinder selber äußerst fraglich ist. Der australische Mineraloge A.E. Ringwood veröffentlichte neue Untersuchungsergebnisse, wonach im großtechnischen Verfahren hergestelltes Borosilikatglas starke innere Spannungen und zahlreiche Sprünge und Risse aufweist, die durch die Strahlung des im Glas eingeschlossenen radioaktiven Abfalls verstärkt werden können. Gerade in diesen Spannungszonen erhöhte sich die Wasserlöslichkeit des untersuchten Glases, was schon nach einem Monat Liegezeit in 95 Grad Celsius heißem destilliertem Wasser deutlich zu erkennen war. Sind also erst einmal die Stahlbehälter durchlässig, so werden sich sehr schnell Teile des radioaktiven Abfalls in den vorhandenen Flüssigkeiten lösen.

Fazit: Gemessen an den Anforderungen der amerikanischen Genehmigungsbehörde NRC an die technischen Barrieren eines Endlagers bleibt von der deutschen Konzeption nicht mehr viel übrig.

Ein weiterer Punkt kommt hinzu: In den Sicherheitsanalysen für ein Atommüll-Endlager wird ein Wassereinbruch während der Betriebszeit als schlimmste Katastrophe angenommen. Die beschriebenen neuen Untersuchungen zeigen nun gerade, daß schon innerhalb dieser Zeit die vorgesehenen technischen Barrieren zerstört werden können. Schon deshalb können beim Zufluß größerer Wassermengen von außen leicht radioaktive Verseuchungen des Endlagers und damit schließlich der Biosphäre eintreten. Es wird also nicht nur die Sicherheit eines Endlagers für hochradioaktiven Abfall in den nächsten Jahrtausenden und jahrzehntausenden zum Problem. Schon während der relativ kurzen Betriebszeit drohen nicht abschätzbare Gefahren.

Das deutsche Konzept wackelt

Angesichts dieser Erkenntnisse erscheint der Ablauf der Planung für das deutsche Endlager beinahe grotesk: Spätestens seit 1977 steht fest, daß nur der Salzstock bei Gorleben als Standort für das deutsche Endlager untersucht wird. Viel früher schon erfolgte die Festlegung auf Steinsalz. Eine ernsthafte, öffentliche, wissenschaftliche Diskussion, wie sie selbstverständlich in den USA geführt wird, wurde nie eingeleitet, geschweige denn zur Grundlage von Entscheidungen gemacht. Es ging immer nur um die Durchsetzung der Kernenergienutzung.

Noch in diesem Jahr sollen die Schächte für das Endlager abgeteuft werden. Allein für
diesen "Test" werden nach heutigen Preisen sicher drei Milliarden Mark notwendig sein.
Die daran gemessen relativ einfachen und billigen Untersuchungen über die Radiolyse von
Steinsalz unter Endlagerbedingungen und ihre Auswirkungen wurden bei uns viel zu spät
begonnen und bis heute nicht abgeschlossen. Schlimmer noch: Auf die Autoren der hier
zitierten amerikanischen Studie wurde bereits Druck ausgeübt, ihre Ergebnisse doch nicht
so konkret auf die Eignung von Salz als Atommüll-Endlager zu beziehen.

Dr. Martin Wentz, Jahrgang 1945, war zwölf Jahre wissenschaftlicher Mitarbeiter und Assistent an der Universität Frankfurt. jetzt arbeitet er freiberuflich. Der promovierte Physiker ist Vorsitzender des SPD-Unterbezirks Frankfurt und energiepolitischer Sprecher der südhessischen Sozialdemokraten.

Literatur zum Thema:
P.W. Levy, J.M. Loman, J.A. Kierstead: Radiation induced F-center and colloid formation in synthefic NaCl and natural rock sal!: appheafions to radioactive waste repositones. In: Nuelear Instruments and Methods BI (1984).
A. E. Ringwood, P. Wilfis: Stress corrosion in a borosificate glass nuclear wasteforrn. In: Nature 311 (1984).

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Natürliche Barrieren aus Salz und Gestein
Über dem Salzstock Gorleben liegt ein bis zu 250 Meter dickes Deckgebirge aus Sandund Tonschichten. Es wurde, wie auch der Salzstock selbst durch 140 Bohrungen, darunter vier bis zu 2000 Meter hinabreichende Tiefbohrungen, erkundet (senkrechte schwarze Linien in der Grafik). Die Eignung es Salzstockes als atomares Endlager ist auch nach den
Bohrungen heftig umstritten.

Bearbeitet am: 14.09.1999/ad


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