Neue Zentrifugentechnik verwandelt Atommüll in Rohstoff im Wert von Billionen

In den USA lagern rund 94.000 Tonnen abgebrannter Kernbrennstoff, offiziell als Atommüll deklariert. Tatsächlich steckt in diesem Material noch etwa neunzig Prozent des ursprünglichen Urans und Plutoniums, dazu Isotope wie Strontium-90, Rhodium-103, Palladium-105 bis 110 und Americium-241 mit medizinischem und industriellem Nutzen. Ein neues Trennverfahren soll diesen Wert erschließen, statt ihn für Jahrtausende unter der Erde zu vergraben.

Foto: Michielverbeek CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Milliarden in den Lagerbecken

Die USA stiegen in den 1970er-Jahren sowohl aus Brutreaktoren als auch aus der Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff aus und blieben damit hinter Ländern zurück, die beide Technologien weiterentwickelten. Seither wächst der Lagerbestand, ohne dass ein Rückgewinnungspfad existiert. Die in den Lagerstätten enthaltenen Isotope allein taxieren Fachleute auf etwa 24 Milliarden US-Dollar. Uran und Plutonium übersteigen diesen Betrag um ein Vielfaches und machen die Isotopensumme im Vergleich zum Kleingeld. Genau dieser Wert erschwert die Lagerfrage: Es genügt nicht, den Müll sicher zu verwahren, er muss später auch wieder zugänglich sein, ohne die strengen Sicherheitsauflagen für spaltbares Material zu verletzen.

PaCERS ersetzt Schwerkraft durch Zentrifugalkraft

Das Unternehmen SHINE Technologies arbeitet gemeinsam mit dem Argonne National Laboratory und der Case Western Reserve University (CWRU) an einem Verfahren namens REDUCE, kurz für Recover Elements – Destroy Undesirables – Create Energy. Die Kooperation läuft über das ARPA-E-Programm CURIE des US-Energieministeriums, SHINE tritt dabei als Subunternehmer der CWRU auf. Kernstück ist die Technologie PaCERS (Packed Centrifugal Equipment for Radiochemical Separation), die das klassische PUREX-Verfahren beschleunigen soll. Bislang fließen die in Salpetersäure gelösten Brennstoffreste durch hohe, schwerkraftgetriebene Kolonnen, in denen sich wässrige und organische Lösungsmittel begegnen und die Elemente nach Dichte trennen. Der Prozess dauert Stunden, verbraucht viel Lösungsmittel und zersetzt sich unter Strahlung. Kurzlebige Isotope gehen dabei meist verloren. PaCERS-Zentrifugen erzeugen stattdessen mehr als 1.000 g und trennen dieselben Stoffe in Sekunden statt Stunden, mit deutlich weniger Flüssigkeit und kleineren Anlagen. Forscher:innen können damit auch kurzlebige Elemente auffangen und unerwünschte Plutonium-Konzentrationen vermeiden.

Von Jahrtausenden zu Jahrzehnten

Die Technologie soll zunächst Isotope wie Strontium-90 und Americium-241 für Medizin, Industrie und Energiesysteme abtrennen sowie bei der Rückgewinnung langlebiger Nebenaktinide helfen. Was sich nicht wirtschaftlich verwerten lässt, könnte künftig mit Neutronen aus Fusionsreaktoren beschossen werden, um es in kurzlebigere Elemente umzuwandeln, die innerhalb von Jahrzehnten, Jahren oder sogar Minuten abklingen. SHINE testet diesen Transmutationsansatz bereits im Rahmen eines separaten Förderprojekts des Energieministeriums. „Abgebrannter Kernbrennstoff ist eine enorme Ressource mit vielen wertvollen Materialien, die zurückgewonnen statt gelagert oder gar entsorgt werden können“, sagt Ross Radel, Chief Technology Officer von SHINE. Sein Unternehmen gewinnt bereits heute medizinische Isotope aus radioaktivem Material und überträgt diese Expertise nun auf PaCERS. Gelingt der Sprung in die kommerzielle Anwendung, könnte sich der amerikanische Atommüllberg innerhalb weniger Jahrzehnte statt über geologische Zeiträume abbauen lassen. Parallel arbeitet SHINE an einem weiteren, von GE Vernova geführten Projekt zur Modernisierung der Materialbuchhaltung für spaltbare Stoffe, das die proliferationssichere Kontrolle über den gesamten Recyclingprozess absichern soll.

via Shine Technologies