Stilllegung: Der letzte Lebensabschnitt eines Kernkraftwerks
Der Begriff „Stilllegung“ umfasst alle Maßnahmen, die dem Abbau einer kerntechnischen Anlage dienen, bis diese aus der atom- und strahlenschutzrechtlichen Überwachung entlassen werden kann: Angefangen bei der Entladung der Brennelemente, über die Demontage von Komponenten bis hin zum Abbau von Gebäudeteilen. Ziel der Stilllegung ist es, dass das Gelände im Anschluss ohne Einschränkungen wieder zur Verfügung steht. Das kann bedeuten, dass die bildlich gesprochene „grüne Wiese“ zurückbleibt oder aber auch, dass Gebäudeteile bestehen bleiben und anderweitig genutzt werden.
Das Kernkraftwerk Niederaichbach, das Versuchsatomkraftwerk Kahl und der Heißdampfreaktor in Großwelzheim zählen zu den Anlagen in Deutschland, die bereits komplett zurückgebaut wurden. Ihre Stilllegung ist somit abgeschlossen. Weitere Anlagen befinden sich aus technischer Sicht kurz vor dem Abschluss der Stilllegung oder sind in verschiedenen Stadien der Stilllegung. Bislang wurden darüber hinaus 31 Forschungsreaktoren vollständig abgebaut.
Übergangsphase: Der Nachbetrieb
Wird der Leistungsbetrieb eines Kernkraftwerkes dauerhaft eingestellt und es liegt zu diesem Zeitpunkt noch keine Stilllegungs- und Abbaugenehmigung vor, dann geht die Anlage in die sogenannte Nachbetriebsphase über. Während dieser Zeit dürfen bestimmte, von der Betriebsgenehmigung abgedeckte, vorbereitende Maßnahmen für den späteren Abbau getroffen werden, wie zum Beispiel die Dekontamination des Primärkreislaufs oder die Entladung der Brennelemente aus dem Reaktorkern.
Für den großen Teil der zuletzt abgeschalteten deutschen Kernkraftwerke lagen bereits vor den jeweiligen Abschaltterminen die ersten Stilllegungs- und Abbaugenehmigungen vor, so dass diese Anlagen gar nicht in die Nachbetriebsphase übergehen mussten, sondern dort direkt mit den Rückbauarbeiten begonnen werden konnte.
Der Abbau kann beginnen
Bevor ein Kernkraftwerk stillgelegt und abgebaut werden kann, muss der Betreiber dies bei der atomrechtlichen Aufsichtsbehörde beantragen und genehmigen lassen. Er muss belegen, dass er die Anlage unter Einhaltung aller erforderlichen Vorschriften zum Schutz von Mensch und Umwelt sicher abbaut.
Mit der Inanspruchnahme der Stilllegungs- und ersten Abbaugenehmigung beginnt der eigentliche Abbau der Anlage. In allen Bereichen der Anlage werden Messungen durchgeführt und Proben entnommen, um eine detaillierte Übersicht über das radioaktive Inventar des Kernkraftwerks zu erstellen.
Für den Abbau gibt es verschiedene Herangehensweisen. Früher wurden zuerst die Bereiche des Kernkraftwerks abgebaut, die nicht oder kaum kontaminiert sind. Mittlerweile geht man dazu über, die stärker kontaminierten oder aktivierten Teile zu Beginn teils fernbedient zu demontieren, um das Aktivitätsinventar der Anlage und damit das Gefahrenpotenzial möglichst zügig zu reduzieren.
1. Dekontamination
Kontaminierte Gegenstände und Räume müssen durch spezielle Reinigungsverfahren wie zum Beispiel durch Sandstrahlen oder Ultraschallreinigung dekontaminiert, das heißt von anhaftenden radioaktiven Partikeln befreit werden. Das abgetragene radioaktive Material wird dabei aufgefangen und für die Endlagerung vorbereitet.
2. Fernbedientes Zerlegen aktivierter Bauteile
Einige Anlagenteile des Kernkraftwerks – wie zum Beispiel der Reaktordruckbehälter – sind durch die Neutronenstrahlung während des Reaktorbetriebs selbst aktiviert, d. h. radioaktiv geworden. Zum Beispiel wandelt sich das im Stahl des Reaktordruckbehälters enthaltene stabile Kobalt-59 durch Neutroneneinfang in das radioaktive Kobalt-60 um. Durch Dekontamination lässt sich dies nicht beseitigen. Da die Demontage von bestimmten Anlagenkomponenten beim Personal zu großen Strahlenbelastungen führen würde, müssen diese Komponenten fernbedient und gegebenenfalls unter Wasser in handhabbare Teile zerlegt werden.
3. Abklinglagerung großer Komponenten
Manche aktivierten Anlagenteile werden nach ihrer Demontage eine Zeit lang zwischengelagert, damit ihre Strahlung abnimmt. So lagern im früheren Maschinenhaus am Standort Lubmin beispielsweise Dampferzeuger. Diese Anlagenteile lassen sich im Anschluss an die Abklinglagerung mit einfacheren Hilfsmitteln und geringerem Strahlenschutzaufwand weiter bearbeiten.
Ob eine Abklinglagerung für bestimmte Komponenten in Betracht gezogen wird, ist abhängig von den individuellen Abwägungen innerhalb des konkreten Stilllegungsprojekts, wie etwa der zeitlichen Planung aber auch des verfügbaren Platzes für eine Lagerung.
4. Abriss
Der Abbau eines Kernkraftwerkes findet aktuell in den meisten Fällen von innen nach außen statt. In diesem Fall werden zunächst stark kontaminierte Komponenten wie der Reaktordruckbehälter entfernt. Ob im Zuge der Stilllegung tatsächlich alle Gebäude abgerissen werden oder einzelne Gebäude für eine Nachnutzung erhalten bleiben, hängt vom Einzelfall ab. Die Stilllegung eines Leistungsreaktors bis zur Entlassung aus der atom- und strahlenschutzrechtlichen Überwachung dauert in der Regel zwischen 15 bis 20 Jahre.
Ein Beispiel: Das Kernkraftwerk Obrigheim
Das in den 1960er Jahren in Baden-Württemberg am Neckar gebaute Kernkraftwerk Obrigheim wurde 2005 endgültig abgeschaltet. Bereits ein Jahr zuvor wurde der erste Antrag auf Stilllegung und Abbau des Druckwasserreaktors gestellt. Ende des Sommers 2008 erteilten die Behörden die Genehmigung hierfür; die ersten Abbauarbeiten konnten beginnen. Anlagenteile aus dem Maschinenhaus, wie Turbinen, Generator, Kondensator, Pumpen, Armaturen und Wasserabscheider-Zwischenüberhitzer, konnten abgebaut werden.
Der Antrag für die zweite Phase des Rückbaus wurde 2008 gestellt und 2011 genehmigt. Er umfasste den Abbau von Anlagenteilen im Reaktorgebäude, darunter Dampferzeuger, Hauptkühlmittelpumpen und Hauptkühlmittelleitungen.
Die darauffolgende dritte Abbauphase beantragte der Betreiber im Jahr 2010. Mit der 2013 erteilten Genehmigung konnte der Kern der Anlage – das heißt das Kerngerüst, der Reaktordruckbehälter und im Anschluss der sogenannte biologische Schild – abgebaut werden. Der etwa 135 Tonnen schwere Reaktordruckbehälter wurde im August 2015 in den im Lagerbecken eingerichteten Zerlegebereich innerhalb des Reaktorgebäudes transportiert. Dort wurde er gut abgeschirmt unter Wasser in acht Metern Tiefe fernbedient per Bandsäge und Plasmaschneider zerlegt.
Der Antrag für den vierten und noch andauernden Abbauumfang wurde 2015 gestellt und 2018 genehmigt. Zum Umfang dieser Genehmigung gehören der Abbau der restlichen Systeme und Anlagenteile, wie beispielsweise die Lüftungssysteme, Lastenaufzüge und die Krananlage im Reaktorgebäude.
Der Rückbau wird voraussichtlich Anfang der 2030er Jahre so weit abgeschlossen sein, dass die Anlage aus der atom- und strahlenschutzrechtlichen Überwachung entlassen werden kann.
Herausforderung beruflicher Strahlenschutz: Welche Vorkehrungen schützen das Personal vor der Strahlung?
Eine Herausforderung bei der Stilllegung von Kernkraftwerken ist es, die beteiligten Fachkräfte vor möglichen Auswirkungen der ionisierenden Strahlung zu schützen. Abhängig davon, in welchem Bereich die Arbeiten anfallen, tragen die Arbeiter eine Schutzausrüstung. Für den Kontrollbereich eines Kernkraftwerks gelten – egal ob im laufenden Betrieb oder im abgeschalteten Zustand – besonders strenge Strahlenschutzvorschriften. Hier müssen alle Beschäftigten ein Dosimeter tragen, das die Strahlenexposition misst. Behördliche Stellen werten die Dosimeter aus und prüfen, ob die gesetzlichen Grenzwerte eingehalten werden.
Herausforderung radioaktive Abfälle: Was passiert mit den bei der Stilllegung anfallenden Abfällen?
Die Gesamtabbaumasse eines typischen Druckwasserreaktors (nicht-nukleare Systeme und Gebäudeteile und Kontrollbereich) liegt im sechsstelligen Tonnenbereich. Für die Anlage Isar 2 werden beispielsweise rund 780.000 Tonnen angegeben. In der Regel handelt es sich bei mehr als 90 Prozent dieses Materials um Gebäudestrukturen und nicht-nukleare Systeme, die keine Kontaminationen aufweisen und entsprechend recycelt oder konventionell entsorgt werden können.
Sofern die Materialien aus dem Kontrollbereich stammen, können sie erst nach Kontrollmessungen und anschließender Freigabe durch die Behörde dem Wertstoffkreislauf zugeführt werden. Nur ein bis zwei Prozent der Reststoffe aus dem Stilllegungsprozess sind radioaktiv belastet und müssen in einem Zwischenlager oder Endlager für radioaktive Abfälle gelagert werden.
Finanzielle Herausforderung: Wer trägt die Kosten für die Stilllegung?
Die Kosten für den Abbau eines Kernkraftwerks variieren abhängig von der Art der Anlage, der Strategie und der Dauer des Rückbaus. Groben Schätzungen zufolge fallen pro Anlage bis zu einer Milliarde Euro an. Für diesen Betrag kommen die Energieversorgungsunternehmen (EVU) auf. Die Verantwortung für die Zwischen- und Endlagerung liegt in der Hand des Staates. Hierfür haben die EVU finanzielle Mittel in Höhe von rund 24 Milliarden Euro in einen öffentlich-rechtlichen Fonds eingezahlt.
Stilllegung im Ausland: Wissenstransfer als internationale Aufgabe
Nach Angaben der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO) wurden weltweit bislang mehr als 200 Leistungsreaktoren und annähernd 60 Forschungsreaktoren endgültig abgeschaltet. Bis zum Jahr 2050 erwartet die Organisation, dass rund 200 weitere Reaktoren den Stilllegungsprozess beginnen.
Allerdings verfügen nicht alle Länder über einen Wissens- und Erfahrungsschatz in Sachen Stilllegung. Verschiedene internationale Projekte beschäftigen sich aus diesem Grund damit, Wissen rund um die Stilllegung für Behörden, Ministerien und Forschungsorganisationen verfügbar zu machen.
Die internationalen Arbeitsgruppen tragen dazu bei, offene Forschungsfragen zu beantworten und bilden eine Kommunikationsplattform zum Austausch von Erfahrungen für Länder, die sich zukünftig mit der Stilllegung kerntechnischer Anlagen beschäftigen müssen und dann vor Fragen stehen, die andere Länder bereits beantwortet haben.
Gibt es noch Forschungsbedarf im Bereich der Stilllegung?
Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert seit den 1980er Jahren Forschung zum kerntechnischen Rückbau. Seit 2017 werden hierfür jährlich rund acht Millionen Euro veranschlagt. Durch Forschung und Innovationen sollen der Rückbau und die Entsorgung radioaktiver Abfälle möglichst sicher, effizient und ressourcenschonend gestaltet und die Ausbildung hochqualifizierter Fachkräfte unterstützt werden.
Die Stilllegung kerntechnischer Anlagen ist per se kein wissenschaftliches Neuland mehr, trotzdem ergeben sich erhebliche Potenziale für Innovationen zur Effizienzerhöhung eingesetzter Verfahren und Methoden und zur Minimierung radioaktiver Abfallmengen, beispielsweise mit Blick auf eine stärkere Automatisierung (z. B. durch Robotik) und Digitalisierung.
Im Auftrag des BMFTR setzt der Projektträger GRS das Forschungsprogramm für den Rückbau kerntechnischer Anlagen (FORKA) um und übernimmt die Projektbegleitung „Stilllegung, Rückbau und Entsorgung kerntechnischer Versuchsanlagen“. Der Projektträger GRS unterstützt das Ministerium im Controlling sowie in der wissenschaftlich-technischen Begleitung der umfangreichen Stilllegungs- und Entsorgungsprojekte, die das Ministerium finanziert.
Ein Forscherteam der GRS beschäftigte sich beispielsweise im Rahmen eines FORKA-Projekts in Kooperation mit der Uni Köln mit der radiologischen Charakterisierung von Beton und Reaktorgrafit, um eine geeignete Entsorgungsoption zu ermitteln.
Darüber hinaus befasst sich die Ressortforschung des Bundesministeriums für Umwelt, Klimaschutz, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMUKN) mit grundlegenden und aktuellen sicherheitstechnischen Problemstellungen der Stilllegung von kerntechnischen Anlagen.
So haben Forscherinnen und Forscher der GRS im Auftrag des Bundesumweltministeriums beispielsweise untersucht, welche Verfahren und Werkzeuge beim Rückbau von kerntechnischen Anlagen zum Einsatz kommen und welche zukünftigen Anforderungen sich stellen – etwa bei der Effizienz oder beim Strahlenschutz. Im Verbundprojekt KISS („Kompetenz, Innovation, Sicherheit, Strahlenschutz“) hingegen, soll die Stilllegung durch moderne digitale Werkzeuge effizienter und sicherer gestaltet werden.