An der TU Dresden liegt eine Machbarkeitsstudie für einen ungewöhnlichen Forschungsreaktor auf dem Tisch. Der Freistaat Sachsen hat sie finanziert. Die Idee: Abgebrannte Brennelemente sollen nicht nur als Abfall betrachtet, sondern direkt zur Stromerzeugung und für weitere Anwendungen genutzt werden.

Geplant ist der Experimentalrecyclingreaktor „DEMO“. Er soll hochradioaktive Stoffe aus dem deutschen Reaktorbetrieb in CO₂-arme Energie und überwiegend kurzlebige radioaktive Stoffe umwandeln. Der Brennstoff würde dabei in Form geschmolzenen Salzes vorliegen – vorgesehen ist also ein Flüssigsalzreaktor.

Atomabfälle ohne klassische Wiederaufarbeitung?

Nach dem Konzept der TUD könnten sowohl abgebrannte Brennstäbe als auch verglaste radioaktive Materialien direkt verarbeitet werden. Eine gesonderte chemische Wiederaufbereitung für den Einsatz im Reaktor wäre nicht erforderlich. Die TUD nennt diesen Ansatz „Transmutation ohne Wiederaufarbeitung“.

Bei der Transmutation werden langlebige radioaktive Atomkerne gezielt in kurzlebige oder stabile Kerne umgewandelt. Dabei entsteht auch Energie. Als weitere Produkte könnten Radionuklide für medizinische und technische Anwendungen entstehen. Nach Darstellung der Universität blieben hauptsächlich Spaltprodukte zurück, für die keine Lagerung nach den Standards des Standortauswahlgesetzes, kurz StandAG, notwendig wäre. Die TUD hält deshalb sogar einen Verzicht auf die Suche nach einem Endlager für hochradioaktive Abfälle nach diesen Standards für möglich. Die dadurch möglichen Einsparungen schätzt sie auf rund 50 Milliarden Euro.

Das Vorhaben soll zugleich zeigen, dass nachhaltige, CO₂-arme Energie erzeugt, langlebige radioaktive Stoffe größtenteils in kurzlebige Spaltprodukte umgewandelt und nutzbare Radionuklide hergestellt werden können. Zusätzlich erwartet die TUD Synergieeffekte mit der Fusionsenergieforschung. In den abgebrannten Brennstoffen stecken nach ihrer Einschätzung Energie-Ressourcen, die dem 300-Fachen des jährlichen deutschen Stromverbrauchs entsprechen.

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50 Megawatt, 20 Jahre – und 1,95 Milliarden Euro

Die geplante thermische Maximalleistung liegt bei 50 Megawatt. Der Reaktor soll 20 Jahre betrieben werden. Für Entwicklung und Bau wären mindestens fünf Jahre nötig; die Machbarkeitsstudie legt dafür die nächsten Schritte fest und soll als Grundlage für einen detaillierten Entwicklungsplan mit belastbarer Zeitplanung dienen.

Die erforderlichen öffentlichen Investitionen veranschlagt die TUD auf rund 1,95 Milliarden Euro. Als Standort kommt zunächst der Forschungsstandort Rossendorf bei Dresden infrage. Genannt werden außerdem Transformationsstandorte in der Lausitz – darunter das Kraftwerk Schwarze Pumpe nahe Cottbus – sowie das Kraftwerk Boxberg im Landkreis Görlitz.

Nach Einschätzung der Universität könnte der Forschungsreaktor unter dem derzeitigen Atomgesetz gebaut werden. Entscheidend wären zwei Punkte: keine kommerzielle Stromproduktion und keine Wiederaufarbeitung der Brennelemente. Für einen kommerziellen Betrieb ab 2045 müsste das Atomgesetz angepasst werden. Dann könnten kommerzielle Kraftwerke auf dieser Grundlage zur klimaneutralen Energieproduktion beitragen.

Sachsen und beteiligte Unternehmen könnten sich durch die Entwicklung Exportchancen und eine internationale Technologieführerschaft erschließen. Als übergeordnetes Ziel nennt die TUD die energetische Unabhängigkeit und Wettbewerbsfähigkeit Europas – verbunden mit einer Entschärfung des Endlagerproblems.

Was die Forschung bisher sagen kann

Der Ansatz gehört zum Feld der Partitionierung und Transmutation, kurz P&T. Dabei werden langlebige Bestandteile hochradioaktiver Abfälle in kurzlebige oder stabile Stoffe umgewandelt, wodurch sich die Dauer ihrer relevanten Strahlung verkürzen soll. Eine industrielle P&T-Anlage gibt es bislang allerdings nicht. Die Abtrennung aller relevanten Bestandteile ist bisher nur im Labor gelungen.

Ein vom Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung, BASE, beauftragtes Gutachten kommt zu dem Schluss, dass selbst bei intensiver Forschung voraussichtlich mehrere Jahrzehnte bis zur Einsatzbereitschaft vergehen würden. Das BASE veröffentlichte es am 1. Juli 2026.

Bei der Transmutation wird ein Element physikalisch in ein anderes umgewandelt. In Atomkraftwerken geschieht das bei einigen Stoffen, insbesondere Uran und Plutonium, bereits als Nebeneffekt der Stromerzeugung. Für die Abfallbehandlung müsste der Vorgang gezielt gesteuert werden. Pro Durchgang wird jedoch nur ein Teil der Transurane umgewandelt, weshalb das Verfahren vielfach wiederholt werden müsste. Neben Energie entstehen dabei erneut langlebige Spaltprodukte wie Iod-129.

Hochradioaktive Abfälle aus Atomkraftwerken bestehen grob aus drei Gruppen: Rund 94 Prozent des eingesetzten Urans werden im Reaktor nicht gespalten und bleiben im Abfall. Uran strahlt vergleichsweise schwach und ist im Erdreich wenig mobil; einige P&T-Konzepte sehen deshalb vor, es abzutrennen und direkt endzulagern.

Transurane entstehen, wenn Uran Neutronen einfängt, statt gespalten zu werden. Dazu zählen insbesondere Neptunium, Plutonium, Americium und Curium. Sie machen etwa 1,5 Prozent des deutschen hochradioaktiven Abfalls in Form von Brennelementen aus, verursachen aber hohe Strahlung und Wärme. Spaltprodukte entstehen bei der Spaltung von Uran oder Transuranen und machen etwa vier Prozent des hochradioaktiven Abfalls in Form von Brennelementen aus. In den ersten Jahrzehnten tragen sie am stärksten zu Strahlung und Wärme bei, sind häufig wasserlöslich und im Erdreich mobil.

Warum ein Endlager damit nicht einfach verschwindet

Das BASE weist darauf hin, dass auch bei P&T ein tiefengeologisches Endlager für hochradioaktive Abfälle notwendig bliebe. Nur ein Teil der Abfälle ist überhaupt transmutierbar. Transuran-Reste bleiben auch nach mehreren Behandlungszyklen zurück, langlebige Spaltprodukte müssten endgelagert werden. Außerdem müssten voraussichtlich 3.836 Kokillen mit verglasten hochradioaktiven Abfällen aus der Wiederaufarbeitung eingelagert werden; ihre erneute Partitionierung wäre besonders anspruchsvoll.

Auch die Menge schwach- und mittelradioaktiver Abfälle würde sich durch P&T voraussichtlich deutlich erhöhen. Wegen des langfristig hohen Gefährdungspotenzials sollen hochradioaktive Abfälle für rund eine Million Jahre von der Umwelt abgeschirmt werden – eine Zeitspanne, bei der selbst nüchterne Zahlen irgendwie schwer im Kopf liegen bleiben.

Der Ablauf wäre technisch aufwendig: Zunächst müssten Transurane aus abgebrannten Brennelementen herausgelöst werden. Uran und Plutonium lassen sich bereits in Wiederaufarbeitungsanlagen abtrennen, für weitere Transurane wären erhebliche technische Entwicklungen nötig. Danach würden die abgetrennten Stoffe zu neuen Brennelementen verarbeitet und in speziellen Reaktoren mit Neutronen bestrahlt, um sie teilweise in kurzlebigere oder stabile Kerne umzuwandeln.

Modellrechnungen zufolge wären dafür drei bis 23 speziell für Transmutation ausgelegte Atomkraftwerke nötig. Sie müssten 55 bis 300 Jahre betrieben werden, um einen Großteil der deutschen Transurane umzuwandeln. Dafür wäre der Aufbau einer umfangreichen kerntechnischen Industrie erforderlich. Die derzeitige deutsche Gesetzeslage sieht einen solchen Ausbau nicht vor; die letzten drei deutschen Atomkraftwerke wurden am 15. April 2023 abgeschaltet.

Das BASE hält die tiefengeologische Entsorgung absehbar für die bessere Alternative. Ein Endlager als Ersatz durch P&T auszuschließen, würde laut Behörde dem im Standortauswahlgesetz verankerten Verantwortungsprinzip widersprechen. Es verlangt größtmöglichen Schutz von Mensch und Umwelt sowie die Vermeidung unzumutbarer Belastungen künftiger Generationen.

Das Gesetz lässt allerdings Korrekturmöglichkeiten offen: Hochradioaktive Abfälle sollen bis zum Verschluss des Endlagers rückholbar bleiben, falls P&T in den kommenden Jahrzehnten oder Jahrhunderten doch industriell nutzbar wird. Forschung und Entwicklung wären mit hohen Kosten verbunden, Leistungsfähigkeit und Zeitpunkt einer möglichen industriellen Nutzung bleiben ungewiss. An der TU Dresden beginnt die Debatte damit nicht bei null – aber eben auch nicht am Ziel.