SK-ZAGDFG SK-ZAG

DFG-Senatskomission für Zukunftsaufgaben der GeowissenschaftenDFG-Senatskomission für Zukunftsaufgaben der Geowissenschaften
  1. Start >
  2. SK ZAG >
  3. Strategieschrift Dynamische Erde >
  4. 2 – Die Erde als Rohstoffquelle >
  5. 2.4 – Nukleare Brennstoffe

2.4 – Nukleare Brennstoffe

Die Kernenergie hat viele Jahre der Stagnation hinter sich. Politik und Öffentlichkeit zeigten nur verhaltenes Interesse oder lehnten die Kernenergie ab. Derzeit erleben nukleare Brennstoffe in vielen Staaten eine Renaissance. Außer den zurzeit existierenden 436 Kernkraftwerken in 30 Ländern befinden sich 43 Anlagen im Bau und weitere 108 in der Planung; 266 Reaktoren wurden durch staatliche Organisationen zur Planung vorgeschlagen.

Zwischen 1945 und 1960 wurde Uran vorwiegend vom Militär genutzt. Heute dient es ganz wesentlich zur Elektrizitätserzeugung. Die zivile Nutzung begann in den 1960er Jahren und wurde in den folgenden 25 Jahren stark ausgebaut. Mit dem Unfall in Tschernobyl ging das Interesse zurück, und in den letzten zwanzig Jahren wurden keine neuen Projekte begonnen. Doch inzwischen hat weltweit ein Umdenken stattgefunden. Das Interesse an der zivilen Nutzung der Kernenergie ist wieder aufgelebt. Dafür sind mehrere Gründe verantwortlich. Politik und Gesellschaft sind zunehmend dafür sensibilisiert, dass der Energiebedarf zusammen mit der Weltbevölkerung stark anwächst. Das hohe Wirtschaftswachstum bevölkerungsreicher Staaten macht es zudem erforderlich, große Energiemengen zu geringen Kosten bereitzustellen. Nicht zuletzt setzt die Menschheit ungebremst Treibhausgase in die Atmosphäre frei, was das Klima und die Lebensgrundlagen auf der Erde gefährdet.

Angereichertes Uranoxid, der so genannte “Yellow Cake”

Angereichertes Uranoxid, der so genannte “Yellow Cake” (Foto: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover)

Der derzeitige Aufschwung der Kernenergie macht es nötig, nachhaltige und umweltschonende Bergbau- und Gewinnungsverfahren, so genannte in-situ-Lösungsverfahren, zu entwickeln und geologisch sichere Zwischen- und Endlager zu schaffen. Der ehrgeizige weltweite Ausbau der Kernenergie wird einen höheren Rohstoffbedarf nach sich ziehen. Die zahlreichen Bauprojekte haben bereits zu einer starken Preissteigerung für Uran geführt. Als Folge ist die Explorationstätigkeit angestiegen, die Nachfrage nach geologischer Kompetenz und Explorationskenntnis ist groß. Alte und neue Produzentenländer haben neue Minen und Produk­tionszentren erschlossen und neue Explorationsprojekte begonnen. Die Uranexploration hatte im Jahre 2008 ein Finanzvolumen von mehr als 750 Millionen US-Dollar. Forscher arbeiten daran, neue, sparsamere Kraftwerkstypen zu entwickeln. Auch die nachhaltige Gewinnung und Nutzung von Kernbrennstoffen sowie umweltspezifische Aspekte rückten in den wissenschaftlichen Fokus.

Uranlagerstätten bieten eine große geologische Vielfalt. Die momentan wichtigsten Rohstoffvorkommen sind Lagerstätten an so genannten geologischen Diskordanzen, in Kanada und Australien vor allem aus dem Zeitalter Proterozoikum. In Sandsteinen in den USA und Kasachstan haben sich durch zirkulierendes Grundwasser so genannte „Roll-Front-Lagerstätten“ gebildet. In anderen Lagerstätten fällt Uran als Beiprodukt der Kupfergewinnung an, zum Beispiel im Bergbaukomplex Olympic Dam in Australien. Man nennt diese Form der Lagerstätten „Iron Oxide Copper Gold“, kurz IOCG. Die meisten Lagerstätten entstehen durch geochemische Redox-Prozesse. Dabei spielen die hohe Wasserlöslichkeit des sechswertigen Urans und die geringe Löslichkeit des vierwertigen Urans eine wichtige Rolle. Oxidierendes Grundwasser kann Uran aus dem Gestein mobilisieren. Doch wenn sich die oxidierenden Bedingungen im Grundwasser zu reduzierenden Bedingungen ändern, fällt Urandioxid aus. Uran kann sich in Trockengebieten auch durch Evaporationsprozesse in oberflächennahen Kalkkrusten anreichern, wie zum Beispiel in Namibia und Australien. In Südafrika und Kanada sind große Ressourcen des uranhaltigen Minerals Pechblende in Konglomeraten aus Quarzgeröll zu finden, so genannten Paläoseifen aus dem späten Archaikum bis frühen Proterozoikum.

Uranlagerstätten

Lagerstätte McArthur River (CW Jefferson, GSC Ottawa, Kanada

Lagerstätte McArthur River (CW Jefferson, GSC Ottawa, Kanada (Foto: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover)

Die bekannten Uranressourcen decken den heutigen und zukünftigen Bedarf an Kernbrennstoff für mehr als 200 Jahre ab. Werden in Kraftwerken weiterentwickelte, schnelle Neutronentechnologien oder Thorium-basierte Brennelemente eingesetzt, erweitert sich der Zeitraum auf mehr als tausend Jahre. Zahlreiche Länder, zum Beispiel Australien, Brasilien, Indien oder Südafrika, besitzen große, ungenutzte Thoriumreserven.

Die zukünftige Nutzung der Kernenergie wird somit nicht durch einen Mangel an natürlichen Ressourcen limitiert. Potenzielle Beschränkungen ergeben sich aus ungelösten politischen und umweltrelevanten Fragen, etwa danach, wie sich Kernkraftwerke risikofrei betreiben lassen und wo die anfallenden radioaktiven Reststoffe sicher entsorgt werden können. Damit die Öffentlichkeit die Nutzung der Kernenergie akzeptiert, müssen zum einen die Versorgungswege sicher sein, zum anderen muss gewährleistet werden, dass Zwischen- und Endlager für radioaktive Abfälle gesucht, ausgebaut und dauerhaft gesichert werden.

Zwischen- und Endlager

Wissenschaftliche Herausforderungen

In der Zukunft stehen die Geowissenschaften vor allem vor sicherheits- und umweltrelevanten Herausforderungen. Geowissenschaftler können einen zentralen Beitrag dazu leisten, Kernbrennstoffe umweltschonend zu suchen und zu gewinnen, die natürlichen Ressourcen zu schützen und sichere Endlager ausfindig zu machen. In der Grundlagenforschung werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Verbindungen, die Uran und andere Kernbrennstoffe enthalten, bereits heute untersucht. Wissenschaftler erforschen den Transport von Uran und Radionukliden in der Natur und in so genannten Barrieremedien, die die Verbreitung radioaktiver Stoffe verhindern sollen. Sie untersuchen, ob Uran mit organischen Verbindungen so genannte Komplexe bildet, wie sich Uranminerale in der Natur sowie unter Laborbedingungen auflösen und sie erforschen die Eigenschaften unterschiedlich poröser Uranverbindungen.

Neue Generationen von Reaktoren sollten zum einen eine größtmögliche Sicherheit beim Betrieb bieten. Ein weiteres Ziel besteht darin, die Reaktoren technisch weiter zu entwickeln und die nukleare Technik so zu optimieren, dass sie möglichst wenig Ressourcen verbraucht. Um sichere Endlager bauen zu können, muss die Wechselwirkung zwischen radioaktiven Abfällen und Mineraloberflächen detailliert untersucht werden. Im Fokus des Interesses stehen hierbei folgende Fragen:

  • Unter welchen Umständen nehmen Lebewesen Uran und Thorium auf?
  • Wie sind Uran und Thorium an natürlichen Mineraloberflächen und organischen Komponenten gebunden? Gibt es Grenzflächen- und Austauschreaktionen? Reichern sich Uran und Thorium in natürlichen Prozessen an?
  • Wird Uran in natürlichen und anthropogen beeinflussten Arealen, in Bergbaugebieten und im Umfeld potenzieller Speichergesteine in Form kleiner Partikel oder als Lösung transportiert?
  • Welche Wirkung haben Uran und andere Radionuklide auf menschliche Zellen?

Die Ergebnisse der Grundlagenforschung sind sowohl von wirtschaftlicher als auch von gesellschaftlicher Bedeutung, etwa, wenn es um die Herkunft von Uranlagerstätten und die nachhaltige Nutzung dieser Ressourcen geht. Studien zur Konzentration und zu den Bindungsformen von Uran und Thorium in Wertmineralen haben Auswirkungen auf den internationalen Handel, die Aufbereitung, die Deponierung und Weitergabe dieser Stoffe.

zuletzt geändert am 2014-08-26 11:05:01 durch Jana Stone | Impressum