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Kernkraftwerk Fukushima : Ein Sarg aus Eis gegen die Strahlung

  • -Aktualisiert am

Gefasst: In rund 1000 Tanks wird das radioaktiv kontaminierte Kühl- und Grundwasser gelagert Bild: AP

In den Havariereaktor von Fukushima dringen täglich 400 Kubikmeter Grundwasser. Nun soll der Wasserzufluss mit einer Sperrwand aus gefrorenem Boden gestoppt werden.

          Im Ruhrgebiet muss auf ewig gepumpt werden. Niederschlags- und Quellwasser, aber auch Bade- und Toilettenabwasser müssen bis zum Sankt Nimmerleinstag aus einer riesigen Bodensenke herausgeholt werden, die sich als Folge des Steinkohlebergbaus über Jahrzehnte gebildet hat. Zudem ist es notwendig, Jahr für Jahr eine Milliarde Kubikmeter Grubenwasser auch aus längst stillgelegten Zechen herauszuschaffen, damit sich diese mit Nickelsulfat, Mangan und Eisenoxiden kontaminierte Brühe nicht mit dem Oberflächenwasser vermischt. Allein dafür sind Pumpen mit einer Leistung von 70 MW rund um die Uhr im Einsatz.

          Würde man die Pumperei einstellen, stünde die Gegend zwischen Duisburg und Moers ziemlich schnell zum Teil bis zu zwölf Meter unter Wasser. Da wären selbst vierstöckige Häuser nicht mehr zu sehen. Einen kaum minder langen Atem wird man auch in Japan haben müssen, wenn man die Auswirkungen der Havarie des Kernkraftwerks Fukushima, eine Folge des Tsunami vom 11. März 2011, in den Griff bekommen will. Noch ist es zu früh, sich konkreter mit Konzepten eines „sicheren Einschlusses“ oder alternativ mit Demontageplänen zu beschäftigen.

          Radioaktives Kühlwasser

          Derzeit geht es vor allem darum, die drei geschmolzenen Reaktorkerne und mehrere Abklingbecken so ausreichend mit Wasser zu versorgen, dass sich Nuklearmaterial nicht erhitzen und außer Kontrolle geraten kann. Dabei fallen große Mengen an radioaktiv verseuchtem Kühlwasser an. Allein in den vier Reaktorgebäuden sollen knapp 80 000 Kubikmeter (stark) belastetes Wasser stehen, das man erst einmal hier belassen will. So lange, bis eine effektiv arbeitende Filteranlage in Betrieb genommen wird, was für 2014 vorgesehen ist. Noch steht die Wasseraufbereitung in Fukushima in den Anfängen. Zwei mit veralteter Technik arbeitende Filteranlagen hat man mittlerweile installiert.

          Sie arbeiten jedoch wenig effizient. Das darin behandelte Wasser darf nicht in die Umwelt entlassen werden, es wird daher in Tanks zwischengelagert. Gegenwärtig gibt es auf und rund um das Kraftwerksgelände etwa 1000 Tanks, in denen 450 000 Kubikmeter kontaminiertes Wasser lagern. Und es werden täglich mehr. Denn durch Risse und Löcher in den Gebäudewänden und in den Containments (Sicherheitsbehälter) strömt ständig Grundwasser, das im Bereich des Kraftwerks recht hoch ansteht, in die Anlage und muss abgepumpt werden. 400 Kubikmeter sollen das täglich sein. Das sind Mengen, die man auch mit immer mehr Tanks nicht bewältigen kann.

          Hier muss eine andere Lösung gefunden und das Problem an der Wurzel gepackt werden: Man will verhindern, dass das Grundwasser in den Keller des Reaktorgebäudes eindringt.Unter normalen Umständen ist das eine von Bauingenieuren leicht lösbare Aufgabe. Um eine wasserabweisende Sperrwand herzustellen, arbeitet man entweder mit überschnittenen Bohrpfählen, oder man treibt eine aus eng zusammenstehenden Lamellen bestehende (Stahlbeton-)Schlitzwand in den Boden. Im ersten Fall wird gebohrt, die entstandenen Löcher füllt man mit Armierungsstahl und Beton. Dagegen werden Schlitzwände gebaggert, mit Spezialgerät, mit dem ein längliches und recht schmales Aushubprofil möglich wird.

          Solche Schlitzwandbagger waren etwa bis vor wenigen Wochen auf der Baustelle des Berliner Stadtschlosses im Einsatz, um mit ihrer Hilfe eine wasserdichte Baugrubenumfriedung herzustellen. Die 30 Meter tiefe Fundamentgrube einer im Jahr 2005 unmittelbar am Ufer der Seine gebauten (und vor den Blicken der Pariser tief im Boden versteckten) Müllverbrennungsanlage wurde ebenfalls mit dieser Technik hergestellt, denn auch hier baute man im Grundwasserbereich. Die Schlitzwand hielt das Seine-Wasser ab und die Baugrube trocken.Warum diese Technik nicht auch in Fukushima einsetzen? Fachleute halten es prinzipiell für möglich, die Keller der Reaktorgebäude auf diese Weise vor eindringendem Grundwasser zu schützen.

          Schuhkartonähnliche Eiskiste

          Genauere Angaben über den tatsächlichen Aufwand und mögliche Schwierigkeiten will aber niemand machen, liegen doch über die lokalen Gegebenheiten keine näheren Informationen vor. So ist etwa nicht bekannt, wie tief man rund um das unmittelbar am Meer gelegene Kraftwerk bohren müsste, um zu nicht wasserführenden Schichten vorzustoßen.Diese Information ist auch für eine völlig andere, kürzlich ins Spiel gebrachte Umschließungsmethode wichtig, die Bodengefriertechnik. Dabei geht es darum, in einem Abstand von einigen Metern um das Reaktorgebäude das Erdreich tiefzugefrieren, und zwar so, dass sich eine bis zum felsigen Untergrund reichende eisige Sperrwand bildet, die Grundwasser zuverlässig abhält.

          Oder anders ausgedrückt, um den Havariereaktor von Fukushima wird eine schuhkartonähnliche Eiskiste gebaut. Ist das nur eine spinnerte Idee, oder lohnt es sich, darüber intensiver nachzudenken? Es lohne sich, meint Wolfgang Orth vom gleichnamigen Karlsruher Ingenieurbüro für Bodenmechanik und Grundbau, der sich seit mehr als zwei Jahrzehnten mit dieser Technik befasst und an unterschiedlichsten Baustellen Erfahrungen damit gesammelt hat. Er betont, dass es sich hier keineswegs um ein exotisches Bauverfahren handelt. Im Gegenteil, die Bodenvereisung und damit die Idee, Boden durch Gefrieren fest und wasserdicht zu machen, ist uralt.

          Um die Fassade des Neuen Museums in Berlin während des Umbaus zu stützen, hat man einen „Frostkörper“ untergeschoben

          Bereits 1862 hat man sich dieser Methode beim Graben (Abteufen) eines Bergwerksschachts in der Nähe von Swansea im Süden von Wales bedient. Wenig später und dank immer leistungsfähigerer Kältemaschinen konnte der deutsche Ingenieur Hermann Poetsch aus Aschersleben erfolgreich ein Patent für ein „Verfahren zum Abteufen von Schächten in schwimmendem Gebirge“ beantragen. Wurde die Technik anfangs nur im Schachtbau eingesetzt, vereiste man bald auch einfach zu berechnende „gewölbeartige Festkörper“. Erst Grundlagenforschung in den siebziger Jahren ermöglichte, sich auch an ebene und auf Biegung oder Zug beanspruchte Eiskörper zu wagen, denn das „Gefriergut“ muss stabil sein und bleiben.

          Wie das funktioniert, verdeutlicht der Begriff Eisbeton, der in diesem Zusammenhang gern gebraucht wird: Das Eis entspricht dem Zement und der Boden den Zuschlagsstoffen (Sand und Kies). Das heißt aber auch, ohne Porenwasser im Boden kein Eisbeton, so dass extrem trockener Boden mitunter gewässert werden muss, um ihn gefrieren lassen zu können.Und wie kommt nun der Kunstfrost in den Boden? Entweder stellt man auf die Baustelle eine leistungsfähige Kältemaschine, mit der sich eine Sole (Salzlösung) auf minus 20 bis minus 40 Grad abkühlen lässt und schickt sie durch ein zuvor im Erdreich verlegtes Rohrsystem. Oder man setzt flüssigen Stickstoff ein, den man im Isolierwagen zur Baustelle fährt.

          Auch die Wand einer Baugrube lässt sich vereisen und so stabilisieren

          Aufgrund seiner extrem niedrigen Siedetemperatur von minus 196 Grad lässt sich damit der Boden deutlich schneller vereisen als mit kalter Sole, mit dem Vorteil, dass sich der Boden beim Tiefgefrieren kaum ausdehnt. Das verhindert Frosthebungen, nicht unwichtig bei Fundamentarbeiten. So hat man etwa im Zuge des Wiederaufbaus des Neuen Museums in Berlin mit mehr als 100 stickstoffführenden Gefrierrohren unter der Südfassade den Boden so lange vereist und stabilisiert, bis eine alte, auf zum Teil vermoderten Eichenpfählen ruhende Bodenplatte durch eine neue, auf neuen Pfählen lagernde Platte ersetzt werden konnte.

          Das Stickstoffverfahren ist teurer als die Solevereisung und wird daher vor allem dort eingesetzt, wo schnell gearbeitet wird. So hat man beim Bau des Besichtigungsbauwerks unmittelbar neben der U-Bahn-Baugrube Waidmarkt in Köln anfangs Stickstoff eingesetzt, um ihn später durch eine günstigere Solevereisung zu ersetzen. Hier stabilisiert man mit diesem Verfahren einen weit in die Tiefe ragenden Schacht, von dem aus man die Ursachenforschung für den Einsturz des Kölner Stadtarchivs im März 2009 betreiben will. Denn noch immer ist unklar, wie es zu der Katastrophe kam, bei der 10 000 Tonnen Boden in die Baugrube gerutscht waren.

          Ob beim S-Bahn-Bau in Hamburg oder dem Bau der Haltestelle Brandenburger Tor in Berlin, immer dort, wo in schlechten, das heißt meistens wasserführenden Böden gebaut werden muss, vertraut man heute der Bodenvereisung. Wie groß die Anforderungen an die Stabilität der Frostkörper sein können, zeigt die Bahnsteigerweiterung des U-Bahnhofs Marienplatz in München vor einigen Jahren. Hier mussten unmittelbar unter dem Münchner Rathaus neben die beiden vorhandenen Trassen zwei weitere Röhren gegraben werden. Nichts durfte sich bewegen: Man fror komplex geformte Vereisungskappen und schaffte sich drunter durch.

          Diese Erfahrungen sollten also ausreichen, eine (wasserdichte) Eisumfriedung in Fukushima herzustellen. Aber: In solchen Dimensionen hat noch niemand mit dieser Technik gearbeitet, denn hier müsste ein mehr als einen Kilometer langer und wohl 20 bis 30 Meter tief in den Boden reichender Sperrriegel gefroren werden. Der Energiebedarf wäre immens. Stickstoff als Kältemittel scheide daher aus, meint der Karlsruher Bodenmechaniker Orth. Wenn man einen solch riesigen Eispanzer baue, dann wohl mit einer Solekühlung. Je Quadratmeter Wandfläche würde die Frostbarriere täglich rund 1,5 kWh schlucken, was überschlägig gerechnet eine Kältemaschinenleistung von zwei Megawatt erforderlich machen würde. Während der Einfrierphase ist der Energiebedarf etwa um das Dreifache größer.

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