Dr. Burkhard Kleibömer im Interview mit kernenergie.de über die Versorgung mit Uran

Juli 2017

Dr. Burkhard Kleibömer
Dr. Burkhard Kleibömer

Dr. Burkhard Kleibömer ist Physiker und nach seiner Promotion auf dem Gebiet der Molekülphysik seit 1988 für URENCO Deutschland GmbH bzw. das Vorgängerunternehmen Uranit GmbH tätig. Zunächst arbeitete er an der Bewertung von Laserverfahren zur Urananreicherung. Seit 1993 ist sein Aufgabengebiet das Genehmigungs- und Aufsichtsverfahren für die Urananreicherungsanlage Gronau. Dort ist er seit 2004 für den Bereich Überwachung zuständig und war u.a. für die Erlangung der Erweiterungsgenehmigung der UAG auf 4.500 tUTA/a und die Durchführung des Stresstests verantwortlich. Dr. Kleibömer hat auf verschiedenen Tagungen über sein Arbeitsgebiet vorgetragen.

Die wichtigste Quelle für Kernbrennstoff ist die Förderung von Natururan. Wie sieht es da mit der Versorgung aus, heute und langfristig betrachtet?

Uran ist auf der Häufigkeitsskala der Elemente ungefähr auf Platz 40, ungefähr so häufig wie Silber. Uran ist daher wie jeder andere Rohstoff zu betrachten: zuerst werden "gute" Vorkommen ausgebeutet, dann muss man die schlechteren Vorkommen mit höherem Aufwand und Kosten nutzen. Die OECD geht davon aus, dass Uran für die nächsten 200 Jahre im Erdboden wirtschaftlich zu gewinnen ist. Uran wird in einer Vielzahl Länder, auf allen Kontinenten, abgebaut. Dadurch ist die Versorgungssicherheit für die Zukunft gewährleistet.

Die meisten Kernkraftwerke in der Welt nutzen angereichertes Uran als hauptsächlichen Brennstoff. Wie steht es um die Versorgungssicherheit auf der technischen Seite, also bei der Anreicherung und der vorgelagerten Konversion. Gibt es genug Kapazität und wo befinden sich die Anlagen?

Die Urananreicherung erfolgt heute mit dem Gasultrazentrifugenverfahren, das u.a. von den deutschen Physikern Dr. Gernot Zippe und Dr. Max Steenbeck sowie später maßgeblich in der URENCO-Gruppe entwickelt wurde. Anhand sehr schnell drehender Zentrifugen wird aus der gasförmigen Verbindung UF6 von Uran mit Fluor das Isotop Uran-235 konzentriert. Das ist möglich, weil sich durch die Massenunterschiede zum Isotop Uran-238 verhältnismäßig mehr Uran-235 in der Rotormitte befindet und dort abgeschöpft wird. Da der Anreicherungsgrad einer einzelnen Zentrifuge relativ gering ist, werden verschiedene Stufen durchlaufen, bis sich letztendlich die Konzentration des Uran-235 von der natürlichen 0,7% auf ca. 3-5% erhöht hat. Dieser physische Trennungsprozess ist technisch sehr anspruchsvoll und das Verfahren obliegt dem Geheimschutz. Es gibt derzeit vier global agierende Anreicherer: ROSATOM (Russland), die URENCO-Gruppe, die französische AREVA und – für den Eigenbedarf – das Chinesische Unternehmen CNNC. ROSATOM betreibt vier Anlagen, AREVA eine, CNNC zwei und die URENCO-Gruppe vier, jeweils eine in den Niederlanden, Deutschland, Großbritannien und den Vereinigten Staaten. Diese etwa 10 Anreicherungsanlagen decken den Großteil des Marktes ab. 

Aufgrund der Ereignisse in Fukushima stehen noch die meisten KKW in Japan still. Daher gibt es ein Überangebot an Anreicherungskapazität, sodass die Versorgung mit Anreicherungsdienstleistung bis weit in die Zukunft gewährleistet ist. Die früher genutzte Diffusionsmethode wird nicht mehr angewendet, da sie ungefähr fünfzig Mal so viel Energie wie das Zentrifugenverfahren benötigt. 

Das Laserverfahren ist in mehreren Ländern untersucht worden, hat jedoch nie die industrielle Reife erlangt. Gänzlich ohne Anreicherung kommen die so genannten CANDU-Reaktoren aus, die mit Natururan betrieben werden. Derzeit sind in etwa 30 CANDU-Reaktoren in Betrieb. Das Konzept wurde in Kanada entwickelt, in den vergangenen Jahrzehnten jedoch auch in Südkorea, China, Rumänien und Argentinien angewendet. In Argentinien laufen auch zwei Schwerwasser- Druckkesselreaktoren aus deutscher Fertigung, die mit Natururan betrieben werden können.

Mit Konversion bezeichnet man die chemische Umwandlung des aus den Lagerstätten gewonnenen Urans in UF6, das bei der Urananreicherung als Verfahrensmedium eingesetzt wird. Es werden derzeit mehrere industrielle Anlagen in den USA, Frankreich, Russland, Kanada und China betrieben, die die Urananreicherungsanlagen mit UF6 versorgen.

Neben dem Natururan gibt es auch sekundäre Quellen für Kernbrennstoff aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente, aus der Konversion von Kernwaffen und militärischen Lagerbeständen sowie aus der Wiederanreicherung sogenannter Tails, also des abgereicherten Urans aus Anreicherungsanlagen. Welche Rolle spielen diese Quellen heute und welches Potential haben sie?

Die Wiederanreicherung von abgereichertem Uran, das noch einen erheblichen Anteil  U235 enthält, stellt eine wesentliche Quelle für Natururan dar. Daher ist abgereichertes Uran Wertstoff, da es Natururan substituiert, und stellt ein signifikantes Potential für sekundäre Uranquellen dar.

In der Vergangenheit ist in Einzelfällen hoch angereichertes Uran z.B. aus Russland in den USA durch Mischen mit abgereichertem Uran zu niedrig angereichertem Uran zur Verwendung in Kernkraftwerken genutzt worden (Megatons to Megawatts). Über weitere solche Vorgänge sind aber keine Prognosen möglich.

Der Einsatz von Uran aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente als so genannte MOX-Brennelemente findet in geringem Maßstab statt. Die Herstellung solcher Brennelemente bedarf aber aufgrund der Strahlung des wiederaufgearbeiteten Urans besonderer Strahlenschutzvorkehrungen. 

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