Studie "Partitionierung radioaktiver Abfallstoffe durch Rektifikation"

Fördertitel

Anfertigung einer Studie zu alternativen Partitionierungsmethoden, in der insbesondere das Verfahren der fraktionierten Destillation/Rektifikation auf seine Effizienz in Bezug auf die Behandlung radioaktiver Abfallstoffe untersucht wird.

Ausführende Stelle

Technische Universität München - Fakultät für Maschinenwesen - Lehrstuhl für Nukleartechnik

Koordinierende Stelle

Institut für Festkörper-Kernphysik gGmbH Berlin

Projektlaufzeit

Januar 2017 – Juni 2018

Gefördert durch

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Fördernummer

1501535

Abgabe

31. Dezember 2018

Freigabe durch die GRS

16. Juli 2019

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Kurzfassung (deutsch)

Untersuchungen zu Partitionierung und Transmutation (PuT) beschränken sich bisher fast ausschließlich auf PUREX-verwandte Trennverfahren und Festbrennstoffreaktoren. In dieser Studie wurde die Machbarkeit dazu alternativer Trennverfahren basierend auf fraktionierter Destillation/Rektifikation untersucht. Das mit Hilfe numerischer Simulationen entwickelte Prozessschema ist für die nukleare Abfalltrennung anwendbar (Partitionierung), aber auch besonders gut auf einen kombinierten Betrieb mit Flüssigbrennstoffreaktoren wie z.B. dem Flüssigsalzreaktor (Molten Salt Reactor, MSR) erweiterbar. In diesem Zusammenspiel wären die über geologische Zeiträume radiotoxischen Mengen so gering, dass die Notwendigkeit eines nukleares Endlagers neu zu bewerten wäre.

Destillations-/Rektifikationsverfahren zeichnen sich gegenüber PUREX-ähnlichen Verfahren durch eine hohe Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit aus. Bei deutlich kleinerer Anlagengröße kann eine hohe Trennschärfe mit relativ hohem Durchsatz erreicht werden. Es entstehen praktisch keine radioaktiven Sekundärabfälle. Sie sind somit auch besser an alle gängigen Brennstofftypen anzupassen. Die Ausgabe der Fraktionen ist vielfältig darstellbar und somit weitestgehend unabhängig vom eingeschlagenen Pfad der Forschung und Entwicklung. Die individuelle Portionierung der Fraktionen sowie ihre im wesentlichen geringeren Flüchtigkeiten auch in Kombination mit passiv sicher auslegbaren Flüssigkernreaktoren können ein prinzipiell höheres Maß an Sicherheit bieten als die heute existierende Infrastruktur.

Eine derartige Trennanlage mit einem jährlichen Durchsatz von 1.000 Tonnen würde das gesamte bis 2022 aufgelaufene nukleare HLW-Inventar innerhalb von 20 Jahren verglichen mit der gegenwärtig verfolgten Endlagerstrategie ohne Zusatzkosten verarbeiten können. Im Gegensatz zur momentanen Verfahrensweise der unbehandelten Endlagerung würde am Ende eine saubere "Abfalltrennung" vorliegen. Das reduziert nicht nur die Langzeitrisiken, sondern eröffnet auch die Möglichkeit einer späteren Transmutation.

Kurzfassung (englisch)

Investigations on partitioning and transmutation (PuT) have so far been limited almost exclusively to PUREX-related separation processes and solid-fueled reactors. In this study, the feasibility of alternative methods based on fractionated distillation/rectification was investigated. The process scheme developed with aid of numerical simulations can be used for nuclear waste separation (partitioning), but is also particularly well suited for combined operation with liquid fuel reactors such as the liquid salt reactor (Molten Salt Reactor, MSR). In this interaction, the long-term radiotoxic waste inventory would be so small that the necessity of geological storage should be reconsidered.

Compared to PUREX-like processes, distillation/rectification processes are characterized by high scalability and cost-effectiveness. With a significantly smaller plant size, a high degree of selectivity can be achieved with a relatively high throughput. Virtually no radioactive secondary waste is produced. They can therefore also be better adapted to all common fuel types. The output of the fractions can be presented in many ways and is therefore largely independent of the research and development path taken. The individual portioning of the fractions as well as their essentially lower volatilities, also in combination with passively safe liquid nuclear reactors, can in principle offer a higher degree of safety than the existing infrastructure.

Such a processing unit, with an annual throughput of 1,000 tons, would be able to process the entire nuclear HLW inventory accumulated by 2022 within 20 years without additional costs compared to the current geological disposal scenario. Contrary to the envisaged strategy of untreated final disposal, a clean "waste separation" would be achieved in the end. This not only reduces the long-term risks, but also opens up the possibility of a later transmutation.