NUKEM Technologies hat ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm ins Leben gerufen, das sich der Behandlung in Fässern gelagerter, bituminierter Abfälle widmet

Heute entsprechen bituminierte radioaktive Abfälle in vielen Fällen nicht den Annahmekriterien für die Endlagerung in tiefen geologischen Formationen. Die meisten bekannten Rekonditionierungsverfahren erfordern eine Vorbehandlung der Abfallgebinde durch Entfernen des Bitumens aus den Gebinden, da die nachgeschalteten Prozesse nicht zur Behandlung ganzer Abfallgebinde geeignet sind. Wenn Bitumen aus Abfallgebinden vor der Behandlung entfernt wird, verbleiben erhebliche Mengen an Bitumen in Abfallgebinden. Diese enthalten auch die Aktivität des ursprünglich eingebetteten radioaktiven Abfalls. Aufgrund der Eigenschaften von Bitumen (Klebrigkeit), führt die weitere Handhabung von vorbehandelten Abfallgebinden in Handschuhkästen zu einem weiteren problematischen Schritt bei der Behandlung von bituminierten Abfallgebinden.

In der Vergangenheit hat NUKEM Technologies bereits eine Reihe von Versuchen an der Universität Freiberg zusammen mit DBI-Virtuhcon durchgeführt, die die prinzipielle Eignung der Pyrohydrolyse für die Behandlung von bituminierten Abfällen in Fässern gezeigt haben. Die Ergebnisse der durchgeführten Labortests wurden zur Entwicklung eines Konzepts für die Behandlung von Fässern mit bituminierten radioaktiven Abfällen verwendet. Diese Ergebnisse bildeten die Grundlage für die entsprechenden F&E-Aktivitäten. Im Jahr 2020 startete NUKEM Technologies das F&E-Projekt "Pyrohydrolyse von bituminierten Abfällen". Das Projekt ist in zwei Phasen gegliedert: die Laboranlage, in der bis zu 30 kg simulierter bituminierter Abfälle verarbeitet werden können, und die Demonstrationsanlage, in der ein 200-Liter-Fass pro Charge behandelt werden kann. Das Projekt begann mit der Anlage im Labormaßstab. Der erste Schritt bestand darin, einen Ofen im Labormaßstab zu entwickeln und zu beschaffen, mit dem 30-Liter-Fässer mit simulierten bituminierten Abfällen verarbeitet werden können. Anfang 2021 wurde der Ofen an DBI Virtuhcon geliefert, wo er erfolgreich installiert und in Betrieb genommen wurde.

Parallel zu den Aktivitäten in der Laboranlage wurden Ablassversuche mit 400-ml-Kanistern, die mit reinem Bitumen gefüllt waren, durchgeführt, um das Verhalten von Bitumen zu untersuchen und die notwendige Vorbehandlungsstufe für alternative Behandlungsmethoden wie die Co-Verbrennung zu simulieren.

Für den Drainagetest wurden die Kanister umlaufend über die gesamte Höhe der Bitumenfüllung gelocht. Danach wurden die Kanister langsam mit einer Heizrate von 10K/min auf eine Temperatur zwischen 100 und 180 °C aufgeheizt. Die dabei erzielten Ergebnisse sollten als Benchmark für die Pyrohydrolyse dienen.

Nach erfolgreicher Montage und Inbetriebnahme des Laborofens wurden erste Versuche mit reinem Bitumen durchgeführt.

Die erste Phase des Testprogramms für den Laborofen umfasste die sogenannten "Approach-Tests", um das Temperaturprofil zu definieren bzw. erste Eindrücke über das Verhalten des Bitumens in größeren Mengen zu gewinnen. Der erste Test mit 20 kg Bitumen, das im Laborofen behandelt wurde, zeigte sehr gute Ergebnisse bei der Masse- und Volumenreduzierung. Nach weiterer Optimierung der Betriebsparameter, wie Dampf und Temperaturprofil, sollte die bereits hohe Masse- und Volumenreduzierung weiter gesteigert werden. Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse der Laborversuche beschloss NUKEM Technologies, die nächste Phase des F&E-Programms einzuleiten. Der Bau der Demonstrationsanlage ist für das Jahr 2022 geplant und basiert auf den Ergebnissen der Laborphase.

Das Pyrohydrolyseverfahren scheint eine aussichtsreiche Technologie zu sein, um ganze Abfallgebinde mit bituminierten radioaktiven Abfällen ohne eine vorherige Entfernung von Bitumen sicher aufzubereiten.


NUKEM Technologies in Alzenau, Deutschland, ist weltweit aktiv in den Bereichen Management von radioaktiven Abfällen und abgebrannten Brennelementen, Stilllegung von nuklearen Einrichtungen, Ingenieurtechnik und Consulting. Seit 2021 ist NUKEM Technologies Teil von TVEL (Industrie-Integrator im Geschäftsbereich "Stilllegung und Entsorgung der zugehörigen radioaktiven Abfälle" der Rosatom-Gruppe).

Kontakt:
Yvonne Amend
NUKEM Technologies Engineering Services GmbH
Industriestraße 13, 63755 Alzenau
Tel: +49 6023 91-1321,
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www.nukemtechnologies.de

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