Great Haste Made Great Waste at Hanford
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The Hanford nuclear site, located on the Columbia River in Washington state, was built as part of the Manhattan Project to process plutonium for nuclear weapons. Operated until the end of the Cold War, the decades of weapons production has left Hanford as the most contaminated nuclear site in the US, with a long history of cover-ups about the leaking high-level radioactive waste. In a project that is currently 10-years behind schedule, the DOE is attempting to build a vitrification plant at Hanford to process and neutralize the massive amounts of radioactive waste left behind by the creation of nuclear bombs. Today, nuclear policy expert Robert Alvarez joins Arnie to discuss the ongoing environmental damage to the Hanford site.
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KH: It is Wednesday, May 22nd, 2013 and this is the Energy Education podcast. Today we are talking about a nuclear leak of a different kind. The Hanford site in Washington State for decades was a nuclear production complex. It was established in 1943 as part of the Manhattan Project and manufactured bomb-grade plutonium that was used in the bombing of Nagasaki. The Hanford site eventually grew to include 9 nuclear reactors and 5 chemical plutonium processing sites. Today, much of the nation's high level nuclear waste from this refining process is still stored on site. Joining us to discuss the condition of these units is Bob Alvarez. Mr. Alvarez is a former Senior Policy Advisor to the Secretary, and Deputy Assistant Secretary for National Security and the Environment. Today, he is a senior scholar at the Institute for Policy Studies where he focuses on nuclear disarmament, environmental and energy policies. Bob, welcome to the show.
BA: Thank you for having me on.
KH: And Arnie, welcome to the show.
AG: Hey, Glad to be here with an old friend.
KH: I was just going to say, old friends, with Arnie Gundersen and Bob Alvarez. Tell me about that.
AG: Yes, I met Bob in 1993 when my whistleblower complaints made it to a congressional hearing. The chair of the hearing was Senator John Glenn and it was the Government Oversight Committee. Bob was on the staff for that committee. I can remember the very first time meeting him in the halls of Congress. So we go back 20 years.
KH: Bob, what are your memories of meeting Arnie for the first time?
BA: Among the things I was responsible for was oversight investigations of the Nuclear Regulatory Commission and the federal nuclear program. It was in the course of sort of looking into the problems that Arnie had raised on the commercial side that I got involved and got to know Arnie.
KH: So the Hanford site is not a nuclear power plant, but they did used to run 9 reactors for the purpose of producing plutonium for atomic bombs. But this is all old news. So what's new?
BA: They have announced that there have been several tanks now that have been leaking after a period of years where they were not. There is a long history of cover up regarding these tanks. In the late 1980's while working for Senator Glenn on a Government Affairs Committee, we were the first to force the Department, or compel them, to reveal the magnitude of the leaks at the Hanford tanks, which turned out to be over 1,000,000 gallons. Roughly 1/3 of the tanks, more than 1/3 of the tanks at the site had leaked. They mitigated the problem somewhat by what they called removing as much liquid as they can from the tanks, leaving behind salt. But these tanks are not holding up and they are still, now, resuming leakage. They also built a second generation of tanks that are called double shell tanks, that have 2 steel liners, and one of those has already sprung a leak.
KH: So Arnie, can you give us a little bit of history about what went on at Hanford?
AG: The Hanford site dates back to the Manhattan Project. It was designed and built in the early 1940's to make plutonium for nuclear bombs. The site had as many as 9 reactors and the reactors created the plutonium in their fuel. But that is not how you make a bomb. You have got to chemically strip out that plutonium. So the Hanford site had the reactors creating irradiated fuel and then the fuel was chemically stripped of the plutonium to make the bombs.
KH: So the spent fuel was plutonium plus a bunch of other radioisotopes which was then refined.
BA: About 1% of the spent fuel in terms of the reactive content, is plutonium, or actually, by weight. So they took it to what are called chemical separations plants, where they dissolve the spent fuel in nitric acid and then use solvents to extract out the uranium and the plutonium. And then left behind is waste stream which they then mostly poured into these 177 tanks which, these are the wastes that are considered to be high-level radioactive waste.
KH: What is in that waste?
BA: Every element on the periodic chart is in those wastes. The wastes make up about 54 million gallons. They contain about 194 million curies of radioactivity. Somewhere around 1 to 1.5 metric tons of plutonium are sitting in the sludge in these tanks.
AG: So Plan A was when they stripped out the plutonium, that they would just put this liquid gook into tanks. And Plan B was that they would then make better tanks, double-walled tanks. Now Plan C is that they are building a facility out there that is years behind schedule to solidify the contents of these tanks.
BA: That is correct.
AG: But when Plan A was created, there was no plan for ultimately treating this stuff; the goal was to just dump it in the desert.
BA: They really never thought about emptying out the tanks and dealing with these wastes. I mean, these wastes were generated during the war in sort of a big hurry to make the first nuclear weapons. And they scaled up to this rather to these large-scale industrial operations within a year after the first self-sustaining chain reaction took place at the University of Chicago in December of 1942. When they started to separate out the plutonium from the spent fuel, the wastes came out as an acid and so because it was acidic, the only way you could store this stuff would be in stainless steel tanks. Because there was a shortage of stainless steel during World War II, the Dupont Corporation, which was the company hired to build and run the first reactors and reprocessing plants in the world, just made a decision to mix the wastes with lye, sodium hydroxide in water, to neutralize them and put them into carbon steel tanks. They never really thought about what it would mean once they did that in terms of getting that stuff out of there because you greatly increase the volume. It created essentially sludge started forming on the bottom and was giving off tremendous amounts of heat from the radioactive decay causing the bottoms of the tanks to crack out and leak. And so they never really gave much thought to removing these wastes and what it would take, much less rendering it into a form where it could be stable enough to be disposed of geologically for a very long period of time.
AG: So at the Perry plant just last month they found a goldfish in a bucket of water in a main steam line tunnel. If that goldfish had been dropped instead into one of these tanks, what would happen to the goldfish?
BA: It would die instantly. The dose rates coming out from some of the wastes in some of these tanks are on the order of 10,000 R per hour.
AG: And a thousand R will kill you.
BA: Yes.
AG: So this is 10 times lethal in an hour.
KH: So Bob, we have talked a lot about the waste to storage tanks at the Fukushima plant and the radioactive water that they contain. How would you compare the radioactivity of this water to that water?
BA: The radioactivity in the high-level waste tanks at Hanford are far, far more radioactive and contain much higher amounts of radioactivity because these wastes were generated from the actual chemical separation of irradiated spent fuel. The wastes at Fukushima are mostly coming from pouring ocean water over the cores, which remain unstable. And then running that water through banks of filters, a zeolite beds or ion exchange resins, and then pouring whatever they can into these so-called tanks, which I have learned that they are really nothing more than thin-lined underground holes in the ground. So the radioactivity in the wastes that are sort of being used to essentially keep the cores cool at Fukushima is much more dilute than the wastes that are in the high-level waste tanks at Hanford.
AG: So the problem at Hanford is that we have got more than a hundred leaky tanks and it is not like it is in the middle of a desert with nothing nearby. There is groundwater and there is the Columbia River that runs relatively near to these tanks.
BA: That is right. The Columbia River runs through the Hanford site and the tanks are approximately 10-11 miles away. Actually 67 or 69 tanks I believe, have leaked over a million gallons and the wastes have migrated about 200 feet to the groundwater that enters the Columbia River.
AG: So have they picked up radiation in the Columbia River yet?
BA: Not that I am aware of, but they have picked it up in the groundwater that moves it to the Columbia. I mean this is a problem that will stretch out over a long period of time and so we are looking at the risk of the near shore of the Columbia River, the last free-flowing stretch of the Columbia River which flows through the site perhaps being rendered uninhabitable in less than a thousand years.
KH: And of course like you are saying, this is high-level radioactive waste.
BA: That is right. These are wastes that are specifically designed to go into a deep geologic repository to prevent it's escape into the human environment for tens of thousands of years.
AG: So now the Department of Energy is building a facility on site to attempt to solidify the contents of these tanks. As I understand it there are a couple of problems. One is that every tank has got a different chemistry, so whatever chemical process you figure out to solidify one tank, is not going to work on the next tank. Of course then the other part of it is that all these techniques have never been tried. So we basically have this huge chemical plant out there that is a high-level radioactive waste experiment.
BA: The wastes have been poorly characterized. So you are right, when you do not have a good idea of what the chemical composition of the wastes are, and you are trying to basically mix these wastes into a molten glass form, a very specific type of molten glass, you have to be very careful about the impurities. Otherwise these waste vitrification plants could have quite serious accidents.
KH: So Bob, what makes these wastes such a big deal?
BA: The wastes are also very problematic in terms of just moving around because you have to add water to the waste to pump them out because they are now mostly in a salt form. And once you start to add water back to the waste, the radiation interacts with the water and peels off the hydrogen in a process called radiolysis and you start to generate more hydrogen and explosive gasses. Also the wastes contain gasses that are sort of what they call oxidizers like nitrous oxide which reduces the ignition temperature and makes them more prone for explosions and fires. So throughout the process of removal and moving this stuff through essentially a radio-chemical operation to process it so it can be mixed with molten glass, you have to be concerned at every step of the way about the generation of flammable explosive gasses. So these tanks have had histories of steam explosions, over-pressurization with large quantities of hydrogen in their head spaces, and things like that, which we uncovered over 20 years ago. So the tanks themselves still are safety risks. Having said that, a vitrification plant is not a reactor. It does not have the thick concrete and steel shield that surrounds a reactor vessel as an extra barrier to prevent the escape of radioactivity during an accident. What the vitrification plant has is something like 700 filters with no extra containment while it is handling very large megacurie quantities of . . . millions of curie quantities in batches. So, if you do not remove certain impurities from the wastes such as chromium, aluminum, sulfates, if this stuff gets into the melter, it can cause what are called face separations and if water gets in there then you have a steam explosion and you could have a catastrophic release of radioactivity that the Nuclear Regulatory Commission itself considers to be just as bad as a severe nuclear reactor accident.
AG: So we are really stuck between a rock and a hard place here. If you leave it in the ground, it is going to rot the tanks and work it's way to the Columbia River, but if you try to vitrify it, which is a technical term meaning you try to change it from this liquid muck into a solid pellet that could then get stored in the ground, if you try to do that, you run the risk of an explosion comparable to a meltdown in a nuclear reactor.
BA: The problem here is one of rushing, trying to simultaneously design and build a first-of-a-kind operation, that has never been proven to work before, with material you do not really understand all that well. There is also a rigidity to decisions about how to proceed here. For example, the type of glass that the United States has decided on for these wastes, what is called porous silica glass, requires a great deal of pre-treatment. As I said, you have to take out these impurities or else you have real big problems down the road.
KH: So is anyone else doing this any differently, I mean is there anything else we might be able to try?
BA: Russia on the other hand, has been vitrifying or has vitrified a very, very large amount of similar wastes using a glass form where you do not have to do a lot of this pre-treatment. It is a sodium phosphate or iron phosphate glass which is very tolerant of impurities. But because it was not invented here, and more specifically they did not think about it at the Hanford site, there is a fierce resistance to looking at alternative technologies.
KH: So Bob, if this project were put in your hands, what would you say we should do?
BA: First of all, we need to recognize that this is the largest most expensive and perhaps most riskiest environmental nuclear project that the United States has undertaken. This project, if you look at it's current official estimated life cycle expenses, is somewhere in the ballpark of a hundred and ten billion dollars. Roughly 20% of that total cost is the capital expense of building the facility. The rest has to do with operation. This facility is going to have to operate rather smoothly for many decades to get these wastes removed and stabilized. It is now being treated almost like a relatively obscure side show, whereas it should be treated as a project of national importance with a great deal of attention. One of the problems here is that there is not a third party safety overseer to this project. When this project was launched on it's second or third iteration in 1996, when I served in the Department of Energy, we had the Nuclear Regulatory Commission come in with the goal of them having to license this facility. They brought in 75 people and brought in a much different culture. I know that there is a lot of concerns and issues about the Nuclear Regulatory Commission and it's relationship with the reactor operators. In this case, as they say, the NRC did not have a dog in this hunt. They brought in some of their best people and started to sort of develop a system of regulations that would be light years ahead of what the department does. The Nuclear Regulatory Commission regulates safety through basically standards that are subject to fines and penalties that are developed in a relatively transparent way through the Administrative Procedures Act. They are binding. The Department of Energy for the most part regulates safety through contract clauses that can be changed without any public notice.
KH: So, if I can get this straight, this waste product is actually vitrified with a solid glass ceramic compound meaning it is not exactly put into a vessel, but it is combined with a solid glass or ceramic to make sort of a log, a solid piece of waste, which can then be easily handled by robots. Now there are some studies that show that this might not last for more than a hundred years. Can you talk about that Bob?
BA: I think that the issue of the durability of this glass is theoretical anyway, and that what I am afraid has happened is that a decision was made sometime in the early '70's to sort of pursue this particular technological fix and all thinking stopped. So a lot of the proof is still in the pudding here and has yet to come out. The other problem with what they are trying to do here is that they are trying to reduce the number of glass logs that would go to a repository, because this is a very large volume of waste that has to somehow be dealt with. So their plan is to fractionate the waste, in other words, the waste in the tanks are in 2 basic forms: a soluble form and an insoluble form. The insoluble form is essentially the sludge that sits at the bottom of the tanks and it contains over 90% of the heavy stuff like plutonium, strontium 90 and things like that, and then the liquids or salt cakes which are soluble, sit on top and that stuff contains over 90% of the very, very radioactive stuff, such as cesium 137. Their current plan is to separate out the soluble from the insoluble, somehow pre-treat the soluble material, the salts, and remove all that, as much radioactive cesium as possible and dump that on site in a glass form. And to take the cesium that they are removing from the soluble phase and put it into the waste stream where they are going to be vitrifying mostly the sludge. This is turning out to be a little more complicated than they had thought because it involves a great deal of pre-treatment. But the other big problem, a technological problem or design problem, is that the Department basically decided to go ahead with a design that was initially developed by British Nuclear Fuels. And they used what are called black cells. These are sort of hermetically sealed process rooms where once you seal them up, nobody goes in, there is no way to fix things once you go in, and if something goes wrong, this could literally cripple the whole operation.
KH: So this vitrification process is a 35 year old idea. Can you give me some sense of what the track record of it is?
BA: They have been using this glass form, the first really, or if you want to call it a test bed, was at West Valley, where this involved essentially one tank of high-level wastes. And they have been able to generate glass logs with that. The Savannah River site in South Carolina has been operating a vitrification plant, but it has had big problems in terms of dealing with the 80%-90% of the waste volume in these soluble waste forms and that part of their vitrification plant is about 20-25 years behind schedule and way over budget.
KH: So Bob, is this technology ready for prime time?
BA: I think it is unproven. They claim that it would hold up for these long periods of time. As I said, I think this is still in the realm of speculation. I think the problem here that we are looking at is a very similar problem to what we are looking at with respect to commercial nuclear spent fuel, is that we are putting the waste disposal cart before the safe storage horse. I think we need to start to think about building spare tanks at Hanford and establishing a much more responsible containment strategy for these wastes, given the fact that this technology is taking a very long time and costing a lot of money to even demonstrate it will work. I think that we also need to start to look at alternative technologies that can be demonstrated on a pilot's field. This may take longer, you know, when we made the first nuclear weapons during World War II, we built pilot plants. We did not suddenly scale up from the University of Chicago's first reactor pilots, it was called, and built these giant reactors at Hanford. There were pilot reactors built at Oak Ridge before that, before the larger reactors were built at Hanford. That lesson seems to be lost. There is this rush to build these very large plants with no proven history of success on what you call a design-build basis, which I kind of refer to as the ready, shoot, aim approach to design and safety. There has been so much pressure to stabilize these wastes and not much attention paid to the fact that these tanks that are holding these wastes are decades old. Most of them were constructed during the '40's through the 60's. Over a third of them have leaked and their structural integrity really leaves much to be desired. And by the time we get around to removing the contents of these wastes and ultimately stabilizing them, these tanks could go into a stage of incipient collapse. And so there is sort of a real disconnect here between the matter of safe storage and disposal because there is this rather false assumption which I think people are deluding themselves into thinking is the case, is that somehow disposal of these materials are just around the corner when that is not in any way correct. The other thing I just wanted to mention is that while we are talking about high-level radioactive waste, it is very important to understand that one of the main reasons why we are seeking to dispose of these kinds of wastes in a deep repository, it is not only because of their very highly radioactive properties which tend to last for several hundred years, but also the long-lived radio-toxic dangers of elements like plutonium. The Hanford site during the course of producing all this plutonium, dumped as much as a metric ton of plutonium into the ground. And as best I can tell, the Department has no intention of recovering this plutonium, which at least according to some of their attenuation models indicate that it could render the near shore of the Columbia River uninhabitable in less than 1,000 years. There are multiple challenges at Hanford is what I am saying, the high-level radioactive wastes perhaps the most difficult, risky challenge. But then there is the matter of trying to remove and recover very large amounts of radiotoxic plutonium that eventually will reach the Columbia River.
AG: It seems to me like Congress has not been paying enough attention to this over the years. And now we have got an aggressive senator, Senator Wyden, who is finally pushing Congress to take a look at this. Is there anything our listeners can do to persuade Congress that this is a pretty important problem?
BA: I think that it has to be recognized that this is an issue of national importance. We are talking about protecting one of the largest freshwater streams in the United States, the Columbia River. When I used to work out for the D.O.E. and I had to go out to Hanford quite a bit, I would always ask people, why are you here? And it took awhile for them to understand the reason they are there is to protect that river. And that is a matter of national importance. So I think that if people value the resources of this country beyond their own backyard, then they should start to pay attention to sites like Hanford. The Department of Energy's system of safety regulation is fundamentally broken. The Department is not poised to dispose of approximately a ton of concentrated fissile material in the form of uranium 233 & 235 in a shallow landfill in Nevada because they do not want to spend the money to properly stabilize this stuff for geologic disposal. And I think that if the Department is allowed to continue to move it's goal posts like this, do not be surprised if you see abandonment of high-level radioactive waste tanks at Hanford. Or at what they politely refer to as in-place disposal of large amounts of plutonium in the environment.
KH: I can see why you and Arnie are old friends: neither of you have good news. But I am hoping you will come back on the show in the future and keep us updated as to what is going on at the Hanford site.
BA: I would be happy to.
KH: Thanks for coming on.
BA: Thank you.
KH: Arnie, thanks for coming.
AG: Thanks.
KH: And that about does it for this week's show. Remember, you can catch us back here next week and every week for more on what is happening in the world of nuclear news and more technical nuclear discussion. Also, don't forget to "Like" us on Facebook and follow us on Twitter. For Fairewinds Energy Education, I'm Kevin. Thanks for listening.
Deutsch
KH: Bob, willkommen bei der Sendung!
BA: Danke für die Einladung!
KH: Und Arnie, herzlich willkommen!
AG: Hallo! Schön, mit einem alten Freund dabei zu sein!
KH: Ich wollte es gerade sagen, Arnie Gundersen und Bob Alvarez verbindet eine alte Freundschaft. Kannst du uns mehr darüber sagen?
AG: Ja. Ich habe Bob im Jahr 1993 kennen gelernt, als meine Aussagen als Aufdecker zu einer Anhörung im Kongress geführt haben. Der Vorsitzende dieser Anhörung war John Glenn im Rahmen einer Sitzung des House Committee on Oversight and Government Reform (ständig tagender Untersuchungsausschuss des Abgeordnetenhauses; AdÜ). Bob gehörte zum Stab dieses Ausschusses und ich erinnere mich an unser erstes Treffen in den Räumlichkeiten des Kongressgebäudes. Unsere Bekanntschaft besteht nun also bereits seit 20 Jahren.
KH: Bob, woran kannst du dich in Bezug auf das erste Treffen mit Arnie erinnern?
BA: Nun, einer meiner Aufgabenbereiche bestand darin, Nachforschungen bezüglich der Aufsichtspflicht der NRC (Nuclear Regulatory Commission) und des Atomprogamms des Bundes anzustellen. Im Zuge der Untersuchung jener Probleme, die Arnie in der kommerziellen Nutzung der Atomkraft aufgedeckt hatte, habe ich Arnie dann kennen gelernt.
KH: Die Anlage von Hanford aber hat nichts mit Stromerzeugung zu tun; die neun Reaktoren lieferten Plutonium für Atombomben. Aber das sind Nachrichten von gestern. Was sind nun die Neuigkeiten?
BA: Es wurde verkündet, dass es dort mehrere Tanks gibt, die undicht geworden sind; manche lecken schon seit Jahren. Es gibt hinsichtlich dieser Tanks eine lange Geschichte von Vertuschungen. In den späten 1980er Jahren, als ich für Senator Glenn in einem Regierungsausschuss gearbeitet habe, waren wir die Ersten, die die zuständigen Stellen gezwungen haben, das Ausmaß dieser Undichtigkeiten in den Tanks von Hanford offenzulegen. Es stellte sich heraus, dass mehr als 3.700 m3 bereits ausgeflossen waren, ungefähr ein Drittel der Tanks war undicht. Sie haben dieses Problem etwas gelindert, indem so viel Flüssigkeit wie möglich den Tanks entnommen wurde – zurück blieben die Salze. Die Tanks, die bislang standgehalten haben, beginnen nun aber wieder undicht zu werden. Es wurde auch eine zweite Tankgeneration errichtet; diese sind doppelwandig, besitzen also eine doppelte Stahlhülle – aber sind dabei, Lecks zu entwickeln.
KH: Arnie, kannst du uns einen kurzen historischen Überblick geben, was in Hanford so vor sich gegangen ist?
AG: Der Ursprung der Anlage von Hanford ist das Manhattan Project. Sie wurde in den frühen 1940ern entworfen und gebaut, um Plutonium für Atombomben herzustellen. In dieser Anlage gab es bis zu neun Reaktoren und im Brennstoff dieser Reaktoren entstand das Plutonium. Für den Bombenbau ist das aber nicht geeignet: man muss dieses Plutonium mit chemischen Methoden herauslösen. Die Reaktoren von Hanford erzeugten also die aktivierten Brennstäbe, anschließend wurden diese Brennstäbe chemisch behandelt, um die Bomben herstellen zu können.
KH: Diese abgebrannten Brennstäbe bestanden also aus Plutonium und einer Reihe anderer Isotope, die dann aufbereitet wurden …
BA: In Bezug auf radioaktive Elemente besteht zirka 1% dieser Brennstäbe aus Plutonium – damit sind Gewichtsprozente gemeint. Sie haben diese aktivierten Brennelemente also in diesen chemischen Aufarbeitungsanlagen in Salpetersäure aufgelöst und dann mit Hilfe von Lösemitteln das Uran und das Plutonium abgetrennt. Zurück blieb all dieses Abwasser, das größtenteils in die 177 Tanks geleitet wurde. Es handelt sich dabei um hochradioaktiven Atommüll.
KH: Woraus besteht dieser Atommüll?
BA: Nun, alle Elemente des Periodensystems sind in diesem Atommüll zu finden. Diese Rückstände ergeben ungefähr 200.000 m3 . Ihre Aktivität beträgt zirka 194 Millionen Curie. Dieser radioaktive Schlamm in den Tanks enthält eine bis eineinhalb Tonnen Plutonium.
AG: Nach dem Herausfiltern des Plutoniums bestand also Plan A darin, dass diese flüssige Schmiere in Tanks eingeleitet wurde, Plan B, bessere Tanks zu installieren – doppelwandige Tanks. Plan C besteht darin, dort eine Anlage aufzubauen – diese ist bereits Jahre über dem Zeitplan –, um den Inhalt dieser Tanks zu verglasen.
BA: So ist es.
AG: Als Plan A erdacht wurde, gab es keinen Plan, wie man letztendlich mit all diesem Zeug verfahren sollte – man wollte es einfach in die Wüste kippen.
BA: An das Leeren der Tanks und die weitere Behandlung dieser Rückstände wurde nie gedacht. Diese Rückstände entstanden zum Teil noch während des Krieges, als man in größter Eile die ersten Atomwaffen herstellen wollte. Bereits ein Jahr, nachdem die erste sich selbst am Laufen erhaltende Kettenreaktion im Dezember 1942 an der Universität von Chicago in Gang gebracht worden war, hat man diese Anlage in großindustriellem Maßstab errichtet. Als sie begannen, das Plutonium aus den aktivierten Brennelementen herauszulösen, erhielten sie als Rückstand eine Säure. Säuren kann man nur in Tanks aus rostfreiem Stahl lagern. Da aber auf Grund des Krieges Mangel an rostfreiem Stahl herrschte, traf der Dupont Konzern, der mit dem Betrieb dieser weltweit ersten Reaktoren und Aufbereitungsanlagen betraut worden war, die Entscheidung, diese Rückstände mit Natronlauge und Wasser zu vermischen, um die Säure zu neutralisieren und dann für die Tanks einfachen Stahl einzusetzen. Zum damaligen Zeitpunkt dachte niemand daran, was das für Folgen haben würde, wenn man das Zeug wieder aus diesen Tanks herausholen will: zum Ersten wurde dadurch die Menge stark erhöht, dadurch hat sich dieser Schlamm am Boden abgesetzt, der sich daraufhin durch die Zerfallsprodukte aufheizte, was wiederum zu Rissen in den Tankböden führte, die daraufhin undicht wurden. Es wurde kein Gedanke an die Entfernung dieser Rückstände verschwendet und daran, was dafür notwendig sein könnte, noch weniger, wie man sie so weit stabilisieren könnte, dass man sie über lange Zeit in einem geologischen Endlager unterbringen kann.
AG: Im AKW Perry (Ohio) wurde gerade im vergangenen Monat ein Goldfisch in einem Wasserkübel in einem Stollen einer der Hauptdampfleitungen entdeckt. Wenn dieser Goldfisch stattdessen in einen dieser Tanks geworfen worden wäre, was wäre dann mit ihm passiert?
BA: Er würde sofort sterben. Die Dosis, die einige dieser Tanks abgeben, ist in der Größenordnung von 100 Sievert pro Stunde.
AG: Und 10 Sievert würden einen Menschen in einer Stunde umbringen. Das ist also eine 10-fach tödliche Dosis.
KH: Bob, wir haben des Öfteren über die Tanks für radioaktiv verseuchtes Wasser in Fukushima gesprochen. Wie würdest du die Radioaktivität vergleichen?
BA: Die Strahlung in den Tanks für hochradioaktives Material ist sehr viel höher. Diese Rückstände stammen ja von chemisch aufgelösten aktivierten Brennelementen; das Abwasser in Fukushima stammt hauptsächlich daher, dass Meerwasser über die Reaktorkerne gepumpt wird, die ja immer noch labil sind. Danach wird dieses Wasser durch Filterbatterien geleitet, Zeolithfilter und Ionenaustauschharze und kommt schließlich in die sogenannten Tanks, die aber in Wirklichkeit, wie ich vor Kurzem erfahren habe, nichts als dürftig verkleidete Erdgruben sind. Die Radioaktivität im Wasser, das in erster Linie zur Kühlung der Reaktorkerne von Fukushima dient, ist sehr viel stärker verdünnt als der hochradioaktive Abfall, der sich in Hanford befindet.
AG: Das Problem in Hanford besteht darin, dass man mehr als 100 undichte Tanks hat. Es ist aber nicht so, dass es sich hier um eine Wüste handelt, mitten im Nichts. Einerseits ist da das Grundwasser und dann auch noch der Columbia River, dessen Verlauf relativ nahe an diesen Tanks vorbeiführt.
BA: Richtig. Der Columbia River fließt durch das Gebiet von Hanford. Die Tanks sind ca 15 km weit entfernt. 69 dieser Tanks, wenn ich mich recht erinnere, sind undicht, die radioaktiven Abwässer, 3,5 Millionen Liter, sind 60 Meter in Richtung des Grundwassers vorgestoßen, das mit dem Columbia River kommuniziert.
AG: Wurde also bereits Radioaktivität im Columbia River festgestellt?
BA: Das ist mir bislang nicht bekannt. Radioaktivität wurde aber sehr wohl im Grundwasser gefunden, das sie zum Columbia River transportiert. Dieses Problem wird über einen größeren Zeitraum bestehen bleiben. Was sich anbahnt ist die Gefahr, dass das der Anlage zugewandte Ufer, der letzte Teil des unverbauten Columbia, der durch die Anlage fließt, vielleicht in weniger als 1.000 Jahren unbewohnbar wird.
KH: Und es handelt sich hier, wie du bereits gesagt hast, um hochradioaktiven Atommüll.
BA: Richtig. Dabei handelt es sich um Atommüll, der dafür bestimmt ist, in ein Endlager gebracht zu werden, damit er nicht in die Biosphäre gelangen kann – für Zehntausende von Jahren.
AG: Das Energieministerium (DoE, Department of Energy; AdÜ) baut nun in der Anlage ein Werk, mit dem man den Inhalt dieser Tanks verglasen will. Soweit ich das verstanden habe, gibt es eine ganze Reihe von Problemen. In den Tanks gibt es verschiedene chemische Mischungen. Welchen Prozess auch immer man zur Verglasung des Inhaltes eines Tanks entwirft, diese Methode wird beim nächsten schon wieder nicht funktionieren. Ein anderes Problem besteht darin, dass all diese Verfahren noch nie ausprobiert worden sind. Wir haben also dieses riesige Chemiewerk da draußen, das ein einziges Experiment in Sachen hochradioaktivem Abfall darstellt.
BA: Die Abfälle sind nur unzureichend beschrieben – du hast also recht, wenn man keine gute Vorstellung vom chemischen Aufbau dieser Rückstände hat und man probiert diese in geschmolzenem Glas einzuschließen – einer ganz spezifischen Art von geschmolzenem Glas –, muss man mit den Verunreinigungen sehr sorgfältig umgehen. Andernfalls kann es in diesen Verglasungswerken zu ziemlich schwerwiegenden Unfällen kommen.
KH: Bob, warum sind gerade diese Rückstände eine so große Herausforderung?
BA: Diese Abfälle sind auch sehr heikel, wenn man sie transportieren will. Man muss einmal Wasser einleiten, wenn man sie abpumpen will, denn zurzeit haben wir es mit Salzen zu tun. Wenn man aber diese Rückstände mit Wasser vermengt, so kommt es in einem Vorgang, der als Radiolyse bezeichnet wird, zur Wasserstoffbildung. Man erzeugt also Wasserstoff und andere explosive Gase. Diese Rückstände enthalten auch Gase, die als Oxidatoren bezeichnet werden, wie zB Distickstoffmonoxid (Lachgas). Dieses verringert die Zündtemperatur und führt dadurch zu einer erhöhten Explosions- und Feuergefahr. Während des ganzen Ablaufs der Entsorgung in einem radiochemischen Prozess – damit diese Rückstände schließlich in dem Glas eingeschmolzen werden können – muss man sich bei jedem Arbeitsschritt um diese entzündlichen oder explosiven Gase kümmern. Bei diesen Tanks kam es bereits zu Dampfexplosionen, zur Entwicklung von Überdruck einschließlich der Bildung von großen Mengen an Wasserstoff im Deckenbereich und anderen Vorkommnissen, wie wir bereits vor 20 Jahren herausgefunden haben. Die Tanks selbst sind also ein Sicherheitsrisiko. Dennoch, eine Verglasungsanlage ist kein Reaktor. Sie ist nicht von einem dicken Betonund Stahlschild umgeben wie ein Reaktorgefäß, der als Barriere ein Entweichen von radioaktivem Material während eines Störfalles verhindern soll. Eine Verglasungsanlage ohne gesondertes Containment hat an die 700 Filter, wobei in ihrem Inneren große Mengen, Millionen von Curie, an Radioaktivität in einzelnen Partien verarbeitet werden. Wenn man bestimmte Verunreinigungen nicht aus dem Atommüll entfernt, wie zB Chrom, Aluminium, Sulfate … Wenn diese Dinge in den Schmelzofen gelangen, so können Separationsprozesse und Dampfexplosionen auftreten, wodurch es zu einer katastrophalen Freisetzung von Radioaktivität kommen kann, welche die Aufsichtsbehörde NRC selbst als genauso schlimm wie einen Unfall in einem Atomreaktor einschätzt.
AG: Wir haben also die Wahl zwischen Scylla und Charybdis. Lassen wir das Zeug in den Tanks, dann frisst es sich durch diese durch und landet im Columbia River. Wenn man aber versucht, es zu verglasen – ein technischer Begriff, der bedeutet, dass man diesen flüssigen Dreck in feste Pellets verwandelt, die dann in ein Endlager verfrachtet werden können –, wenn man das versucht, riskiert man eine Explosion, die mit einer Kernschmelze in einem Atomreaktor vergleichbar ist.
BA: Das Problem besteht auch darin, dass man hier versucht, möglichst rasch eine Anlage gleichzeitig zu entwerfen und zu errichten, für die es kein Vorbild gibt, deren Abläufe und Materialien nicht erprobt sind; wir verstehen von alledem noch viel zu wenig. Es gibt auch ein Problem mit der Starrheit der Entscheidungen, wie man mit dem Projekt fortfahren soll. Der Glastyp etwa, für den sich die USA entschieden hat – Borosilikatglas – verlangt diese sorgsame Vorbehandlung. Wie ich schon gesagt habe: Es müssen Unreinheiten entfernt werden oder es kommt zu neuerlichen Schwierigkeiten bei diesem Verfahren.
KH: Gibt es irgendwo jemanden, der hier anders vorgeht? Gibt es etwas anderes, was wir probieren könnten?
BA: In Russland wurden bereits große Mengen vergleichbaren Atommülls verglast. Dabei kam ein Glastyp zum Einsatz, der viel weniger Vorarbeiten benötigt; es handelt sich dabei um Sodium- bzw Eisenphosphatglas, das sich in Bezug auf Verunreinigungen viel toleranter verhält. Aber es wurde nicht hier erfunden, genauer gesagt: man hat bei der Anlage von Hanford gar nicht daran gedacht. Es gibt einen heftigen Widerstand gegen alternative Technologien.
KH: Bob, wenn man dieses Vorhaben in deine Hände legen würde, wie würdest du es angehen?
BA: Nun, zuerst einmal müssen wir uns dessen bewusst werden, dass es sich hier um das größte, teuerste und möglicherweise auch das für die Umwelt gefährlichste Vorhaben im Atomsektor handelt, das von den USA jemals angegangen wurde. Wenn man sich die erwarteten Kosten für die gesamte Betriebsdauer dieses Projektes ansieht, geht es hier um eine Summe von ca 110 Milliarden $, 20% davon als Ausgaben für den Bau der Anlage, der Rest fällt während ihres Betriebs an. Diese Anlage müsste für viele Jahrzehnte klaglos funktionieren, um die Rückstände [aus den Tanks] zu entfernen und danach in einen dauerhaft stabilen Zustand zu bringen. Zurzeit behandelt man dieses Projekt quasi als eine ziemlich undurchsichtige Nebensächlichkeit, obwohl es ein Projekt von nationalem Interesse sein sollte, dem man gebührend Aufmerksamkeit zollt. Ein Problem liegt daran, dass es in Bezug auf die Sicherheit keine unabhängige Oberaufsicht bei dieser Unternehmung gibt. Als dieses Vorhaben im zweiten oder dritten Anlauf 1996 schließlich ins Rollen kam, war ich noch im Energieministerium (DoE) tätig. Wir haben die NRC eingeschaltet, mit dem Ziel, dass sie diese Anlage lizensiert. Es wurden 75 Leute von der NRC mit dieser Sache betraut, die eine ganz andere Herangehensweise in das Projekt hineingetragen haben. Ich weiß, dass es eine ganze Reihe von Bedenken und Streitfragen im Zusammenhang mit der NRC gibt, wenn die Betreiber von AKWs und die Verflechtungen mit diesen das Thema sind. In dieser Angelegenheit hatte die NRC aber kein eigenes Eisen im Feuer. Sie haben einigen ihrer besten Leute diese Aufgabe übertragen und begonnen, ein Regelwerk zu erstellen, das um Lichtjahre weiter fortgeschritten ist als alles, was aus dem Ministerium kommt. Die NRC entwickelt Sicherheitsauflagen, indem Standards vorgegeben werden, die auf einem ziemlich nachvollziehbaren Weg eingerichtet werden, entsprechend den nationalen Richtlinien für die Erstellung von Vorschriften (Administratice Procedure Act). Diese Vorschriften sind bindend. Das Energieministerium aber behandelt Sicherheitsauflagen wie Vertragsklauseln, die ohne die Notwendigkeit, Dritte zu informieren, abgeändert werden können.
KH: Wenn ich das also richtig verstehe, dann wird dieser Atommüll mit Hilfe spezieller Glasmischungen verfestigt; das heißt, die Rückstände werden nicht in irgendwelche Behälter abgefüllt, sondern sie werden direkt mit dem Glas vermischt, wodurch ein fester Glaskörper entsteht, der von Robotern ohne Probleme manipuliert werden kann. Es gibt Studien, die davon ausgehen, dass diese Art der Konservierung nur für 100 Jahre stabil bleibt. Kannst du uns dazu etwas sagen?
BA: Ich glaube, dass alle Aussagen über die Haltbarkeit dieser Glasblöcke rein theoretischer Natur sind. Ich fürchte aber, dass folgendes passiert ist: Irgendwann in den frühen 70ern wurde die Entscheidung getroffen, diese spezielle Technik einzusetzen – damit war jegliches weitere Nachdenken über dieses Thema beendet. Aber diese Katze ist sozusagen immer noch im Sack, es wird sich erst zeigen, ob diese Entscheidung die richtige war. Ein anderes Problem besteht darin, dass versucht wird, die Anzahl der Glasblöcke, die ins Endlager verbracht werden müssen, möglichst gering zu halten. Es geht hier ja um ein gewaltiges Volumen an Rückständen, die verarbeitet werden müssen. Der Plan ist also folgender: Prinzipiell liegt dieser Atommüll in zwei Qualitäten vor. Es handelt sich entweder um lösliche oder unlösliche Rückstände. Unlöslich ist im Großen und Ganzen dieser Schlamm am Boden der Tanks, der über 90% der Schwermetalle wie Plutonium, 90Strontium und so weiter enthält. Die flüssigen Überreste und die löslichen Salzkrusten, die sich darüber befinden, enthalten 90% der höchstradioaktiven Elemente wie zB 137Cäsium. Derzeit sieht der Plan vor, lösliche und unlösliche Stoffe zu trennen, die Salze also irgendwie vorzubehandeln, damit so viel Cäsium wie nur möglich abgetrennt werden kann. Der Überrest soll dann verglast im Gebiet von Hanford verbuddelt werden. Das Cäsium aber soll mit dem restlichen hochradioaktiven Müll verarbeitet werden, also zusammen mit diesem Schlamm verglast werden. Dies ist aber schwieriger durchzuführen, als man ursprünglich gedacht hatte, denn dafür ist eine große Zahl an Vorbehandlungsschritten notwendig. Das große technologische Problem bei diesem Ansatz ist aber, dass man prinzipiell am ursprünglichen Entwurf der Anlage festhält, wie er damals von British Nuclear Fuels konzipiert wurde. Dieser Entwurf enthält sogenannte „black cells“ (schwarze Zellen). Dabei handelt es sich um hermetisch versiegelte Anlagenbauteile – sobald sie in Betrieb sind, kann sie niemand mehr betreten. Sollte dort nun irgendetwas schief laufen, wäre damit die Durchführbarkeit des gesamten Ablaufs in Frage gestellt.
KH: Diese Methode der Verglasung ist eine Idee, die bereits 35 Jahre existiert. Kannst du mir sagen, welche Erfahrungen man bisher damit gemacht hat?
BA: Sie haben diese Form der Verglasung seit West Valley genutzt, es war eine erste Testanlage, und es ging damals um den hochradioaktiven Inhalt eines Tanks. Es konnten damit Glasblöcke hergestellt werden. Auch die Anlage von Savannah River in South Carolina betreibt eine Verglasungsanlage, aber es gab große Probleme bei der Behandlung von 80 bis 90% des Volumens der löslichen Rückstände. Dieser Teil der Verglasungsanlage liegt bereits 20 bis 25 Jahre hinter der Planung zurück, die Kosten dafür sind explodiert.
KH: Bob, würdest du nun also sagen, dass diese Methode genügend ausgereift ist, um einsatzfähig zu sein?
BA: Ich glaube, das steht noch nicht fest. Es wird behauptet, dass diese Technik für lange Zeiträume geeignet ist – ich glaube, das ist noch nicht bewiesen. Meiner Meinung nach ist dieses Problem sehr ähnlich jenem, das wir bei den abgebrannten Brennstäben in der Stromerzeugung haben. Wir tun so, als würden wir den Abfall beseitigen – wichtiger wäre es, eine sichere Endlagerung zuwege zu bringen. Wir sollten darüber nachdenken, Zusatztanks in Hanford einzurichten und eine wesentlich verantwortungsvollere Lagerstrategie für diese Rückstände zu erarbeiten, denn die Technik für die Endlagerung braucht noch viel mehr Zeit und Geld, bis bewiesen ist, dass sie auch funktioniert. Ich glaube weiters, dass wir uns auch alternative Methoden anschauen sollten, die in Pilotprojekten ausgetestet werden sollten. Es kann sein, dass wir auf diese Weise mehr Zeit brauchen. Aber selbst damals, als wir im Zweiten Weltkrieg Atomwaffen gebaut haben, haben wir Testanlagen aufgebaut. Wir sind nicht von den Haufenreaktoren in Chicago direkt zu den gigantischen Anlagen in Hanford gekommen – in Oak Ridge zB wurden Pilotanlagen gebaut, bevor dann in Hanford weitergemacht wurde. Diese Lektion scheint vergessen zu sein. Es gibt diese Hast, diese Großanlagen ohne jedweden Beweis ihrer Tauglichkeit zu errichten, ich nenne das den „Auf die Plätze, fertig, los“-Ansatz in Bezug auf Entwurf und Sicherheit. Es gab großen Druck hinsichtlich der Notwendigkeit, diese Rückstände zu stabilisieren, aber es wird weitgehend übersehen, dass diese Tanks nun schon Jahrzehnte alt sind, die meisten von ihnen wurden in den 40ern bis in die 60er gebaut, ein Drittel von ihnen ist undicht, ihr Zustand – was die Statik angeht – lässt viel zu wünschen übrig. Bis es so weit ist, dass wir diese Rückstände aus ihnen entfernen können, um sie anschließend zu stabilisieren, könnten diese Tanks in einem Zustand sein, in dem sie jeden Moment zusammenbrechen. Es existiert hier also eine eklatante Diskrepanz zwischen der Frage einer sicheren Verwahrung und der Endlagerung. Es gibt die irrige Annahme – und ich glaube, die Leute betrügen sich hier selbst –, dass die Endlagerung unmittelbar bevorsteht. Dem ist aber nicht so. Ich möchte auch noch erwähnen, dass es äußerst wichtig ist zu verstehen, warum wir, wenn wir von hochradioaktivem Atommüll sprechen, damit unterirdische Endlager meinen. Es ist nicht nur diese besondere Qualität hoher Radioaktivität, die für hunderte Jahre bestehen bleibt, sondern es geht auch um die Giftigkeit von Stoffen wie Plutonium. Während in Hanford all dieses Plutonium produziert wurde, wurde gleichzeitig bis zu einer Tonne an Plutonium einfach vor Ort vergraben. Soweit ich informiert bin, hat die Regierung keine Pläne, dieses Plutonium sicherzustellen. Das bedeutet – wenigstens einigen Analysen zufolge –, dass das nahe gelegene Ufer des Columbia River innerhalb von 1.000 Jahren wohl unbewohnbar sein wird. Was ich damit sagen will: in Hanford sind wir mit einer ganzen Reihe von Herausforderungen konfrontiert. Die hochradioaktiven Stoffe sind möglicherweise das gefährlichste Unterfangen. Aber dann ist da noch die Herausforderung, große Mengen des radiotoxischen Plutoniums zu entfernen, das irgendwann bis zum Columbia River vordringen wird.
AG: Meiner Ansicht nach hat der Kongress dieser Angelegenheit in der Vergangenheit zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Jetzt haben wir in Senator Wyden jemanden, der sich dieser Sache endlich annimmt. Gibt es irgendetwas, das unsere Hörer machen können, um den Kongress zu überzeugen, dass es hier um ein wichtiges Problem geht?
BA: Es muss klar werden, dass es sich hier um eine Angelegenheit von gesamtstaatlicher Bedeutung handelt. Es geht hier um eines der bedeutendsten Binnengewässer der USA, den Columbia River. Als ich für das Energieministerium gearbeitet habe, musste ich oft nach Hanford, und ich fragte dann die Leute dort: „Warum seid ihr hier?“ Es hat eine Zeit lang gedauert, bis sie verstanden haben, dass sie dort sind, um den Columbia River zu schützen, und das ist eine Angelegenheit von gesamtstaatlicher Bedeutung. Wenn die Leute die Ressourcen in diesem Land zu schätzen wissen, jenseits ihres eigenen Hinterhofs, dann sollten sie anfangen, solche Anlagen wie Hanford ernst zu nehmen. Das System des Energieministeriums ist, was Sicherheitsrichtlinien betrifft, zusammengebrochen. Dieses Ministerium plant gerade, eine Tonne konzentrierten Spaltmaterials in Form von 233Uran und 235Uran in Nevada in einer seichten Grube zu verbuddeln, da es nicht das Geld dafür ausgeben will, dieses Zeug so weit zu stabilisieren, dass es endlagertauglich wird. Wenn es dem Ministerium weiterhin offensteht, die Zielvorgaben so weit zu verschieben, dann muss man sich über die Vernachlässigung der Tanks mit hochradioaktiven Stoffen in Hanford nicht mehr wundern. Sie reden bei der Ablagerung von großen Mengen an Plutonium in unserer Umwelt beschönigend von einer „Ablagerung vor Ort“.
KH: Ich kann nun verstehen, warum du und Arnie alte Freunde sind: beide habt ihr keine guten Nachrichten. Ich hoffe, dass du auch in Zukunft wieder bei uns in der Sendung bist, um uns über die neuesten Entwicklungen in Hanford zu unterrichten.
BA: Gerne.
KH: Danke für eure Mitwirkung!
BA: Danke dir!
KH: Arnie, danke für deine Mitwirkung.
AG: Danke, Kevin!
KH: Und so sind wir am Ende der dieswöchigen Sendung angelangt. Sie können uns in einer Woche und jede Woche wieder mit weiteren technischen Erörterungen und neuen Nachrichten aus der Welt der Atomkraft hören. Besuchen Sie uns auch auf Facebook und begleiten Sie uns auf Twitter. Für Fairewinds Energy Education hörten Sie Kevin. Danke für Ihre Aufmerksamkeit.
Übersetzung und Lektorierung: www.afaz.at (ak,mv)
Quelle: Great Haste Made Great Waste at Hanford http://www.fairewinds.org/images/podcast/great-haste-made-greatwaste-at-hanford
Dieses Schriftstück steht unter GFDL, siehe www.gnu.org/licenses/old-licenses/fdl-1.2.html . Vervielfältigung und Verbreitung – auch in geänderter Form – sind jederzeit gestattet, Änderungen müssen mitgeteilt werden (email: afaz@gmx.at). www.afaz.at Mai 2013 / v2a
