Von Marcos Buser und Walter Wildi

Von der Möglichkeit der kerntechnischen Umwandlung von hochradioaktiven Abfällen

Die «friedliche Nutzung der Kernkraft» kam in den industriellen Ländern nicht allein. Sie war von Anfang an begleitet von der Frage der Entsorgung der radioaktiven Abfälle. Zumindest im Bewusstsein der damals Verantwortlichen. Die Kernreaktoren waren das Resultat der wissenschaftlichen Erkenntnisse und Entwicklungen im militärischen Bereich durch Physiker und Ingenieure während dem Zweiten Weltkrieg; die desaströsen Entsorgungspraktiken der frühen Zeit riefen bald Wasseringenieure und Chemiker auf den Plan, welche der Verseuchung der Gewässer und Grundwässer durch wild abgelagerte radioaktive Abfälle Einhalt gebieten wollten. Ihnen folgten bald schon andere Vertreter naturwissenschaftlicher Disziplinen, allen voran Geologen. Gerade Geologen nahmen bereits in den späten 1950er Jahren stolz und selbstbewusst die Verantwortung der langfristigen, sicheren Isolation der Abfälle von der Biosphäre auf sich. «Endlagerung» (später «geologische Tiefenlagerung») hiess die damals priorisierte Lösung in altgedienten Salzbergwerken.[1]

Mehr als ein halbes Jahrhundert später kommt nun die Kehrtwende für die hoch radioaktiven Abfälle. Ihr Name: «Transmutation» – die physikalische Umwandlung hoch radioaktiver Abfälle (v.a. abgebrannte Brennstäbe) in Stoffe kürzerer Lebensdauer (Halbwertszeiten) und damit kürzerer Zeitspannen während denen sie von der Biosphäre isoliert werden müssen. Ende der 1990er Jahre veröffentlichte die Internationale Atomenergie Agentur IAEA einen umfangreichen Status-Bericht zur Transmutation mit sogenannten «Beschleunigergetriebenen Systemen» (Accelerator Driven System, ADS).[2] Zielsetzung und Essenz der Transmutation wurden im Vorwort dieser Studie wie folgt beschrieben: «Eines der grössten Hindernisse für die Kernenergie ist die Frage, wie der hochradioaktive Abfall, der bei der Bestrahlung in Reaktoren entsteht, ordnungsgemäss entsorgt werden kann. Damit die Kernenergie ihr volles Potenzial als wichtige Energiequelle für die ganze Welt ausschöpfen kann, muss es eine sichere und effektive Möglichkeit geben, mit diesem Abfall umzugehen. In den letzten Jahren wurden in verschiedenen Ländern und auf internationaler Ebene immer mehr Studien über fortschrittliche Abfallentsorgungsstrategien (d. h. Trennung und Beseitigung von Aktiniden) durchgeführt. Vor kurzem wurde ein innovatives Konzept für ein Hybridsystem zur Transmutation langlebiger Radioisotope vorgeschlagen, d. h. die Kombination eines unterkritischen Kernreaktors mit einem Hochenergie-Teilchenbeschleuniger. Es wird behauptet, dass die beschleunigergetriebene Transmutation von Abfällen (ATW), ein Konzept, das seit über 30 Jahren in verschiedenen Ländern entwickelt wird, neue Perspektiven für die Transmutation hochradioaktiver Abfälle bietet. Das System würde hochradioaktive Materialien mit Halbwertszeiten von bis zu einer Million Jahren in nicht radioaktive Materialien oder Materialien mit viel kürzeren Halbwertszeiten umwandeln. Ausserdem kann das Hybridsystem bei der Umwandlung von Transuranabfällen Strom erzeugen.»[3]

Wie im Status-Bericht der IAEA darlegt, wurde die Möglichkeit der Umwandlung der Abfälle praktisch von Beginn der atomaren Entwicklungen erwogen, aber erst in den letzten Jahrzehnten in grösseren Laborexperimenten experimentell nachgewiesen. In der Schweiz wurde sie im Rahmen des «Megapie» Experimentes am Paul-Scherrer-Institut auch erprobt.[4] Weitere wichtige Entwicklungsetappen fanden in Belgien statt: Vor mehr als einem Jahrzehnt startete das belgische Schwester-Institut des PSI, das Studien Centrum für Kernenergie SCK-CEN in Mol, das Projekt «Myrrha», ein sogenanntes «Beschleunigergetriebenes System» (Accelerator Driven System ADS), das aus der oben beschriebenen Kombination eines Teilchenbeschleuniger-Systems mit einem speziell entwickelten Reaktor zur Spaltung von hochaktiven Reststoffen besteht.[5] 2018 beschloss die belgische Regierung, dieses Projekt konkret umzusetzen.

Kurz darauf, im Jahr 2019, wurden die Grundsteine für das von ehemaligen CERN-Fachleuten und weiteren Fachleuten lancierte Projekt «Transmutex» in Vernier (Genf) gelegt.[6] Deren Ziel war es, eine von Beginn weg erfolgreiche nukleare Technologie wieder zu beleben, die aufgrund des Kalten Kriegs und der damit zusammenhängenden atomaren Aufrüstung zur Seite gestellt worden war: «Diese Technologie war zunächst erfolgreich, wurde dann aber zugunsten von Kernsystemen auf Uranbasis, die für die Herstellung von Atomwaffen benötigt werden, aufgegeben. Diese Verschiebung priorisierte nicht nur militärische Bedürfnisse, sondern prägte auch die Wahrnehmung der Öffentlichkeit von der Kerntechnologie, die durch die Instabilität und die verheerenden Unfälle in Tschernobyl und Fukushima gekennzeichnet ist. Folglich wurde die Entwicklung von Kernsystemen in der Vergangenheit eher von den Anforderungen der Kriegsführung als von den Bedürfnissen einer nachhaltigen Energiezukunft angetrieben.» Dieses heutzutage vermutlich am weitesten fortgeschrittene Projekt für die Behandlung und Umwandlung der hochaktiven Abfälle kam am 14. Februar 2025 im Rahmen eines Berichtes zur Transmutation der hoch radioaktiven Abfälle zweier stillgelegter Kernkraftwerke in Deutschland an die breite Öffentlichkeit[7]. Die durch die Genfer Firma «Transmutex» ausgearbeitete Studie schlägt nun vor, die hochradioaktiven Abfälle dieser Kernkraftwerke durch dieses beschleunigergetriebene System zu transmutieren, also umzuwandeln. Dadurch würde die Dauer der sicheren Lagerung der aus diesem Prozess hervorgehenden Restabfälle um einen Faktor 1000 verkürzt, sodass die Abfälle in speziellen unterirdischen Abklinglagern bzw. zusammen mit schwach und mittel radioaktiven Abfällen gelagert werden können. Die Erstellung und der Betrieb eines Lagers für hoch radioaktive Abfälle würde dadurch hinfällig. Beim Betrieb der Transmutationsanlage würden zudem nutzbare radioaktive wie stabile Isotope aus dem Abfall zurückgewonnen und ausserdem Elektrizität produziert, sodass die Anlage wirtschaftlich selbsttragend erfolgen sollte. 2036 könnte der Reaktor in Betrieb gehen, im selben Jahr wie Myrrha den Bau ihres Reaktors auszuschreiben plant.

Wer den Gang der Entsorgung radioaktiver Abfälle verfolgt, dürfte erstaunt sein über die Geschwindigkeit, mit der sich das Konzept der Transmutation hin zu einem ausführungsreifen Projekt entwickelt. Ungeachtet der Schwierigkeiten, die sich bei jedem hochtechnologischen Unternehmen stellen, reagiert die Fachwelt wie auch die Öffentlichkeit erstaunt auf den Gang der Dinge. Natürlich stellen sich in diesem Zusammenhang auch viele Fragen, wie eine solche technologische Entwicklung «vergessen» oder «verdrängt» bzw. «übersehen» und durch die Gesellschaft nicht ernsthaft zur Kenntnis genommen wurde. In diesem Kontext gehen wir aber in erster Linie darauf ein, wie die zuständigen Schweizer Behörden auf die neuen Herausforderungen im Entsorgungsbereich reagieren.

Der Weg der «Transmutation» in die Öffentlichkeit und in die Institutionen

Die wohl auffälligste Frage bezieht sich auf die Wahrnehmung dieser Entsorgungsoption durch die Fachwelt, die Behörden und die Öffentlichkeit. Denn die Diskussionen um den Umgang mit den hoch radioaktiven Abfällen dauert seit einem halben Jahrhundert. Nicht nur in der Schweiz, sondern in allen Herren Länder, welche kommerzielle Kernreaktoren betreiben. In der Schweiz drehten sich manch heisse Debatte zu wichtigen Volksabstimmungen und Wahlen, zur Energiepolitik und der Erneuerung der Kernkraftwerke um die generelle Machbarkeit und Sicherheit der «Endlagerung», bzw. der «geologischen Tiefenlagerung». Die Frage der sicheren Entsorgung bestimmt auch heute noch das persönliche Schicksal engagierter Menschen. Und so ist es denn interessant zu beobachten, wie sich die Botschaft zur möglichen Entschärfung des Problems durch eine neue technische Lösung und damit der Abkehr von der geologischen Lagerung hoch radioaktiver Abfälle in der Gesellschaft verbreitet.

Am 18. Juni 2020 berichtete Radio RTS erstmals über die Transmutation als möglicher Lösung der Abfallfrage[8]. Interessant ist sodann die Aufnahme der Information zur Transmutation durch die geschriebene Presse. Ein weiterer Beitrag erschien am 7. Oktober 2023 in der Sonntagszeitung über das Projekt «Transmutex» und warf die Frage auf, ob diese neue Entsorgungsoption zu einer Veränderung der Tiefenlagerplanung führen würde.[9] Im Mai 2024 schrieb die NZZ über Transmutation als eventueller Alternative zum Projekt der Nagra für Lagerung hoch radioaktiver Abfälle am Standort Nördlich Lägern[10]. Ab dem 15. Februar 2025, gleich nach der Publikation der SPRIN-D Studie, wurde die Information zum Projekt der Genfer Firma «Transmutex» sodann in Tageszeitungen aller Landesteile weiterverbreitet. Die Information konnte nun keinem aufmerksamen Leser mehr entgangen sein.

Zur Transmutation äusserten sich ENSI und Nagra am 13. Februar 2025 im Rahmen der Antwort auf eine Frage, welche dem Technischen Forum Sicherheit (TFS) im September 2024 gestellt worden war[11]. Das ENSI hält folgendes fest: «Die Fragesteller gehen in ihrer Frage davon aus, dass eine Kernanlage zur Transmutation von abgebrannten Brennelementen bewilligungsfähig wäre. Dies hiesse (im Gegensatz zu den heutigen Bestimmungen), dass die gemäss Kernenergiegesetz vorgesehenen Bewilligungen wie Rahmen-, Bau- und Betriebsbewilligung, nach Prüfung der sicherheitstechnischen Aspekte durch das ENSI vom Bund erteilt werden könnten. Der Zeitpunkt der Inbetriebnahme dieser Kernanlage könnte aber einen Einfluss darauf haben, ob abgebrannte Brennelemente überhaupt ins Tiefenlager eingelagert werden.» Und, zur Frage der Rückholung abgebrannter Brennelemente im Hinblick auf die Transmutation: «Ob die Rückholung von abgebrannten Brennelementen zielführend ist, um sie einer Transmutationsanlage zuzuführen, müssen künftige Generationen entscheiden.»

Die Position der Nagra zur Transmutation ist folgende: «Der sichere langfristige Einschluss von radioaktiven Abfällen kann am Standort gewährleistet werden, unabhängig von der Fragestellung, ob die Transmutation von abgebrannten Brennelementen jemals zum Tragen kommt oder nicht. Nichtsdestotrotz verfolgt die Nagra im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms die Entwicklungen bei der Transmutation.»

Wie schon der Artikel in der Sonntagszeitung vom Oktober 2023 zeigte, reagierten die Institutionen auf das Projekt der Firma Transmutex abwartend. Nagra wie auch Behörden sahen bisher keinen Anlass, den gesetzlich festgelegten Auftrag offiziell zu hinterfragen, sei doch eine «Änderung dieses Auftrags … nicht absehbar», wie die Nagra-Sprecherin verlauten liess. Diese Haltung bestätigte auch Tim Vietor, Bereichsleiter Sicherheit, Geologie und radioaktive Materialien der Nagra, anlässlich des Vortrags des technischen Experten Franz Strohmer, Transmutex, in Stadel (ZH) am 22. Mai 2024. Das klingt auf den ersten Blick vernünftig. Der gesetzliche Auftrag ist im Kernenergiegesetz festgeschrieben. Zudem: Solange die Technik von Transmutex nicht im industriellen Massstab nachgewiesen ist, gibt es keinen Anlass, sich mit einer anderen Entsorgungsoption zu befassen. Und so ist die Information zur Transmutation auf den Webseiten der offiziellen Institutionen und Aufsichts- und Regulierungsbehörden karg. Bei der Nagra bringt die Suchfunktion zum Begriff «Transmutation» auf www.nagra.ch auch heute noch (23.03.2025) kein Resultat. Der Internet-Auftritt des Eidgenössischen Sicherheitsinspektorats (ENSI) www.ensi.ch nennt ein Faktenblatt aus dem Jahr 2012 und zwei Berichte aus dem Jahr 2013. Hinzu kommt der Experten-Bericht eines der beiden Blogautoren aus dem Jahr 2014, der die Transmutation als ernsthafte Entsorgungsalternative aufgegriffen hatte.[12] Einträge zu «Transmutex» finden sich nicht. Ins Leere läuft die Suche nach dem Begriff «Transmutation» auch auf den Internet-Sites des Bundesamtes für Energie (BFE)[13]. Auch Kommissionen – wie z.B. die Eidg. Kommission für nukleare Sicherheit – haben sich dazu nicht geäussert. Deutlicher könnte das Resultat kaum ausfallen: Nagra, ENSI und BFE meiden – zumindest offiziell – das Thema  der Alternativen zur konventionellen Tiefenlagerung möglichst, auch wenn dies weniger riskante und weniger kostspielige Lösungen zur Beseitigung der hoch radioaktiven Abfälle als die «geologische Tiefenlagerung» betrifft. Denn wie sollten sie auch: Die Tiefenlagerung ist im Kernenergiegesetz (KEG 2003) festgeschrieben.

Damit wäre die Politik gefordert, heute Unmögliches morgen zu ermöglichen und (warum nicht?) gar zu fördern. Diese Entwicklung dürfte besonders schwer auf den Magen der Nagra drücken. Dies ist auch nachvollziehbar und verständlich, würde eine erfolgreiche Entwicklung und ein industrieller Machbarkeitsnachweis der Transmutation de facto das Ende des Tiefenlagers für hochaktive Abfälle bedeuten und damit auch die Rolle der Nagra auf die in den Statuten von 1972 definierten Arbeitsbereiche reduzieren: die Zwischenlagerung aller Abfälle und die Entsorgung des schwach- und mittelaktiven Abfallinventars. Das wäre für die Genossenschaft eine deutliche Rückstufung im Aufgabenportefeuille, die entsprechend wenig Begeisterung verspricht. Nicht zuletzt darum beharrt die Nagra im Moment und bestimmt auf dem bisher ausgetretenen Entsorgungspfad «geologische Tiefenlagerung», wie dies auch der zweite Teil unseres Beitrags zeigt.

[1] NAS, 1957. The Disposal of Radioactive Waste on Land. National Academy of Sciences, Report oft he Committee on Waste Disposal of the Division of Earth Sciences, National Research Council; Theis, Charles, 1956. Problèmes relatifs à l’enfouissement des déchets nucléaires. Nations-Unies. Actes de la Conférence Internationale sur l’Utilisation de l’Énergie Atomique à des Fins Pacifiques, tenue à Genève du 8 au 20 août 1955. Vol. IX.

[2] IAEA, 1997. Accelerator driven systems: Energy generation and transmutation of nuclear waste. TECDOC-985. International Atomic Energy Agency. IAEA. November 1997.

[3] «One of the greatest obstacles facing nuclear energy is how to properly handle the highly radioactive waste which is generated during irradiation in reactors. In order for nuclear power to realize its full potential as a major energy source for the entire world, there must be a safe and effective way to deal with this waste. In the past years moreandmore studies have been carried out on advanced waste management strategy (i.e. actinide separation and elimination) in various countries and at an international level. An innovative concept of a hybrid system for transmutation of long-lived radioisotopes, i.e. the combination of a subcritical nuclear reactor with a high energy particle accelerator, has been suggested recently. It is claimed that accelerator-driven transmutation of waste (ATW), a concept which has being developed in different countries for a period of more than 30 years, offers new prospects for transmutation of high level nuclear waste. The system would convert highly radioactive materials, with half-lives as long as one million years, to non-radioactive materials or materials with much shorter half-lives. In addition, the hybrid system can generate electricity converting transuranium waste.»

[4] PSI, 2007. Megapie Irradiation Experience of the First Megawatt Liquid Metal Spallation Target, 5th International Workshop on the Utilization and Reliability of High Power Proton Accelerators (HPPA5) Mol, 6.-9.5.2007. ; siehe auch https://www.nuclearwaste.info/geologische-tiefenlagerung-auf-dem-weg-zum-baldigen-aus-fuer-hoch-radioaktive-abfaelle-2/

[5] Myrrha, cf. https://myrrha.be/about-myrrha

[6] https://www.transmutex.com/vision. «Initially successful, this technology was set aside in preference for uranium-based nuclear systems, required for the production of atomic weapons. This shift not only prioritized military needs but also shaped the public’s perception of nuclear technology, marked by the instability and devastating accidents at Chernobyl and Fukushima. Consequently, the development of nuclear systems has historically been driven more by the demands of warfare than by the needs of sustainable energy futures. »

[7] „SPRIN-D“ Studie (https://cms.system.sprind.org/uploads/SPRIND_Studie_Beschleunigergetriebene_Neutronenquelle_d8cde0cf9d.pdf)

[8] https://www.rts.ch/audio-podcast/2020/audio/media-voisin-heidi-news-25133100.html

[9] Sonntagszeitung, 7. Oktober 2023. Prominenter AKW-Gegner unterstützt neue Schweizer Technologie. https://www.tagesanzeiger.ch/kontroverse-um-atomkraft-prominenter-akw-gegner-unterstuetzt-neue-schweizer-technologie-803159110458

[10] https://www.nzz.ch/wirtschaft/genfer-startup-schlaegt-loesung-fuer-schweizer-atommuell-vor-ld.1831796

[11] Frage 181: https://ensi.admin.ch/de/technisches-forum/auswirkungen-neuer-kkw-auf-das-tiefenlagerprojekt/

[12] Buser, M. 2014. «Hüten» versus «Endlagern»: Eine Standortbestimmung 2014. Expertenbericht. Eidg. Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI. August 2014. https://www.ensi.ch/de/wp-content/uploads/sites/2/2014/09/hueten_vs_endlagern_2014-ensi_marcos_buser.pdf

[13] https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home.html, https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home/news-und-medien/publikationen.html/