Optimierung der Lagerung hochradioaktiver Brennstäbe durch kleinteilige Verpackung in Steinzeugröhren
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- Kategorie: Optimierung der Lagerung hochradioaktiver Brennstäbe durch kleinteilige Verpackung in Steinzeugröhren
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Optimierung der Lagerung hochradioaktiver Brennstäbe durch kleinteilige Verpackung in Steinzeugröhren CASTOR-Behälter obsolet
Eric Hoyer, 24.–25. Mai 2025
25.05.2025 855 477
1. Zielsetzung
Statt der bisherigen Lagerung in Großeinheiten (z. B. 24 Brennstäbe pro CASTOR-Behälter, 2 Mio. € Kosten, ca. 40 Jahre Lagerdauer), wird eine neue, wirtschaftlichere und sicherere Methode der Einzellagerung vorgeschlagen. Diese reduziert Risiken, Kosten und verbessert die Langzeitsicherheit.
2. Vorteile kleinteiliger Einzellagerung
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Steinzeugrohre mit hoher Temperatur- und Druckresistenz (mind. 1.000 Jahre Haltbarkeit)
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Einzelverpackung je Brennstab, dadurch:
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reduzierte Strahlungsdichte pro Einheit
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individuelle Kontrolle, ggf. Entnahme
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Herstellungskosten ca. 5.000 € je Einheit
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Für den Preis eines CASTOR-Behälters (€2 Mio.) sind ca. 400 Einzelverpackungen möglich
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400 Einzelverpackungen ersetzen ca. 16 CASTOR-Behälter (bei 24 Stäben pro CASTOR)
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Keine Notwendigkeit zur Umlagerung nach 40 Jahren
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System erweiterbar für geologische Langzeitspeicherung oder Energie-Nachnutzung
3. Technische Eigenschaften Steinzeugverpackung
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Temperaturfestigkeit > 1.000 °C
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Innen ggf. Schutzschicht (z. B. Glas, Keramik)
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Kein Eindringen von Wasser bei doppeltem Dichtungssystem
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Rohrtyp industriell verfügbar (z. B. Kanalsysteme, Hochtemperaturanwendungen)
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Ausführung: einteilig gegossenes Bodenstück, zweiteiliges System mit innerer und äußerer Hülle möglich
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Empfehlung für Endlagerung: doppelte Hülle aus Steinzeug
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Möglichkeit zur Integration einer Aluminium- oder Bleischicht, abhängig vom Strahlungstyp des Brennstabs
Hinweis zur Strahlungsabschirmung: Aluminium und Blei sind bekannte Strahlungsschirme. Ihre Verwendung in Verbindung mit Steinzeug muss je nach Brennstabtyp angepasst werden. In der Endlagerung ist ausschließlich eine stehende Lagerung vorgesehen. Für höhere Temperaturen, wie sie im Testkühlturm angestrebt sind (700–900 °C), ist zu prüfen, ob flüssiges Blei seine Schutzwirkung verändert.
4. Vergleich mit CASTOR-System
| Eigenschaft | CASTOR | Einzellagerung Steinzeug |
|---|---|---|
| Lebensdauer | ca. 40 Jahre | >1.000 Jahre |
| Kosten je Einheit | 2.000.000 € | 5.000 € |
| Umverpackung notwendig | Ja | Nein |
| Flexibilität | Niedrig | Hoch |
| Einzelzugriff | Nein | Ja |
Fazit:
Die Einzellagerung in speziell ausgelegten Steinzeugrohren ist in der Lage, die bisherige CASTOR-Lagerung in wirtschaftlicher, technischer und sicherheitstechnischer Hinsicht deutlich zu übertreffen.
Energie-Nachnutzung und thermodynamischer Behandlung
Eine Versuchsanlage in einem bestehenden Kühlturm kann als Testsystem dienen, um die verbliebene Restwärme aus Brennstäben zu nutzen. Hierbei werden die Steinzeugröhren senkrecht in ein System eingebettet:
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Unterbau: 1,5 m Basaltplatten, beheizbar zur Aktivierung
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Darauf: stehende Steinzeugrohre mit Brennstabinhalt, ggf. mit Aluminium- oder Bleischicht
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Oben: 1 m Specksteinschicht zur Wärmespeicherung und Isolation
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Übertragbare Wärme kann:
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eine Dampfturbine betreiben
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zur Wasserstoffherstellung genutzt werden
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Durch externe Erhitzung (z. B. Nullstrom, Nachstrom oder Parabolspiegelheizung-Hoyer mit Sonnenwärme) kann die Wärmeabgabe gezielt gesteuert und ergänzt werden. Dabei ist nicht die Zerfallswärme allein der primäre Energieträger, sondern die zusätzliche, kostenlose Sonnenenergie sowie die Nutzung regenerativer Stromüberschüsse aus etwa 30.000 Windkraftanlagen. Diese gesamte gespeicherte Wärme wird über die Specksteinschicht bereitgestellt.
Das System dient nicht nur der Sicherung, sondern auch der gezielten Wärmenutzung und kann damit die Restenergie kontrolliert abführen. Es stellt eine Weltneuheit dar und verdient weitere technische Prüfung.
Eric Hoyer
24/25.Mai.2025
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Umnutzung von Kühltürmen zur thermischen Nachnutzung
abgebrannter Brennelemente als Speicher
Röhrenspeichersystem mit Speckstein- und Aluminium-Kugellagerung von
Eric Hoyer, 25.05.2025
Im Rahmen eines innovativen Konzepts zur Nachnutzung stillgelegter Kühltürme ehemaliger Kernkraftwerke wird ein rein trockenes Speichersystem für die thermische Weiternutzung abgebrannter Brennstäbe entwickelt. Dieses System nutzt ein mehrschichtiges Aufbauprinzip aus Speichermaterialien, Isolierung und integrierten Wärmeleitstrukturen. Der Aufbau ist modular, passiv funktionierend und strahlungssicher.
1. Basaltplattform und Röhrenstruktur
Im Fundamentbereich des Kühlturms wird eine tragfähige Plattenschicht aus Basaltplatten verlegt, auf der vertikal stehende, genormte Steinzeugröhren in enger Anordnung positioniert werden. Die Röhren sind vollständig mit wärmespeicherndem Material gefüllt und enthalten zentral gelagerte Brennstäbe, die mit doppelter Ummantelung aus Blei und Aluminium strahlungssicher gekapselt sind.
2. Zwischenräume zur Abschirmung und Integration von Wärmeleitern
Durch die genormte Anordnung der Röhren ergeben sich definierte Zwischenräume. Diese Hohlräume werden gezielt mit Feststoffen – z. B. Specksteinbruch oder Basalt – verfüllt, um zusätzliche Strahlungsabschirmung zu erzielen. Gleichzeitig dienen sie der Durchführung vertikal aufragender Metallstränge, die aus der Basaltplattform heraus bis in die oberen Speicherschichten reichen.
3. Oberer Speicherkörper mit Kugelumlaufsystem
Über dem Röhrenbereich befindet sich eine massive Schicht aus Specksteinplatten von 1 bis 2 Metern Dicke. Innerhalb dieser Schicht verlaufen geneigte Kanäle, in denen Aluminiumkugeln in Röhrenbahnen zirkulieren. Diese Kugeln entnehmen die aufsteigende Wärme und ermöglichen – je nach Steuerung – auch eine passive Kühlfunktion. Der gesamte Aufbau funktioniert ohne aktive Luftkühlung und kommt vollständig ohne Flüssigkeiten aus.
4. Isolierung und seitlicher Abschluss
Seitlich wird der gesamte Röhrenbereich von einer mindestens 1,5 Meter dicken Specksteinschicht umfasst. Daran anschließend folgt eine thermische Dämmschicht zur Kühlturmwand hin – z. B. aus Steinwolle –, die die Abstrahlung minimiert. Auch nach oben hin wird der Specksteinbereich mit einer circa 2 Meter starken Isolierschicht abgeschlossen, um Wärmeverluste und Temperaturspitzen in der Umgebung zu verhindern.
5. Kran- und Montagesystem
Der Einbau sowie etwaige spätere Wartungen erfolgen über einen modularen Spezialkran. Dieser läuft an einer quer über den Kühlturm geführten Trägerstruktur. Nach Gebrauch wird diese Struktur mechanisch nach außen geklappt und an der Turmhülle gesichert, sodass im Betriebszustand keine beweglichen Teile im Innern verbleiben.
6. Strahlungstechnische Einschätzung
Aufgrund der Kombination aus doppelter Ummantelung der Brennstäbe, vollständiger Füllung der Röhren, zusätzlichem Feststoffschutz in den Zwischenräumen sowie Speckstein- und Isolierschichten ist zu erwarten, dass die Strahlenbelastung an der Außenseite des Kühlturms deutlich unterhalb jener eines konventionellen CASTOR-Behälters liegt. Eine konkrete Berechnung der Abschirmwirkung ist vorgesehen und wird messtechnisch validiert.
Zusammenfassung der Vorteile:
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Vollständig trockenes, passives Wärmespeicher- und Abschirmsystem
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Nutzung bestehender Kühlturminfrastruktur
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Mehrschichtige thermische Isolierung und Strahlenschutz
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Modulare Ausführung und Rückbaubarkeit
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Passive Zirkulation durch Aluminiumkugeln in Specksteinbettung
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Potenziell geringere Strahlenemission als CASTOR-Behälter
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Meine weiteren Arbeiten zur gesamten Energiewende, die ich in allen Bereichen
gelöst habe, sind unter 200 Themen zur Energiewende dargestellt, mit vielen
Berechnungen und ca. 14 Diagrammen/Grafik.
