Endlager und das längste geplante wissenschaftliche Experiment

Sporen von Bacillus subtilis. Bild: Ulrich N. et al./PLoS/CC BY-SA-4.0

Das erste Endlager soll 2020 in Finnland für mindestens 100.000 Jahre in Betrieb gehen, britische und deutsche Wissenschaftler haben ein auf 500 Jahre angelegtes Experiment gestartet

Alle Länder, die Atomkraft nutzen, wissen, dass sie ein Endlager benötigen, in dem der Atommüll sicher und für sehr lange Zeit verwahrt werden kann. In Finnland hat man mit dem Ausbau eines Tunnelsystems in Granitgestein 450 m unter der Halbinsel Olkiluoto schon vor einigen Jahren begonnen. Möglicherweise wird das Endlager schneller betriebsbereit sein als der neue Reaktor Olkiluoto 3. Der Europäische Druckwasserreaktor (EPR) wird von Areva, Siemens ist ausgestiegen, seit 2005 gebaut, Ende 2018 wurde beschlossen, die Inbetriebnahme noch einmal auf 2020 zu verschieben.

Im finnischen Endlager. Onkalo_3.jpg:Bild: kalerno/CC BY-SA-3.0

Im finnischen Endlager soll der Atommüll mindestens 100.000 Jahre lang bleiben, eine für ein Bauwerk und auch für die menschliche Geschichte unvorstellbar lange Zeit. Erst vor 10.000 Jahren wurden die Menschen während der neolithischen Revolution sesshaft, entwickelten die Landwirtschaft und bauten erste Städte. Wahrscheinlich entstand homo sapiens vor etwa 200.000 Jahren in Afrika. Wenn es in 100.000 Jahren noch Menschen geben sollte, werden sie dann noch wissen, wo sich der Atommüll befindet und welche Gefahr von ihm ausgeht? Werden sie Aufzeichnungen noch lesen und verstehen können? Wie kann Wissen auf welchen Datenträgern solange archiviert werden?

Eingelagert wird der in Stahlröhren mit Kupferabdeckung abgefüllte Atommüll in Schächten, die dort in den Granit gebohrt werden, wo man vermutet, dass keine Risse entstehen werden. Das Lager soll abschließend, gedacht wird an 2120, mit großen Mengen an Betonit versiegelt werden, so dass es Eiszeiten, Erdbeben etc. überstehen kann. Ob dies aber in 100 Jahren auch wirklich geschieht, ist auch die Frage.

Die Komponenten des Experiments. Bild: Ulrich N. et al./PLoS/CC BY-SA-4.0

Wie lange können Bakteriensporen überleben?

Deutlicher kleinere Dimensionen, wenn auch ähnlicher Art, besitzt ein anderes Projekt. Es geht um ein wissenschaftliches Experiment über den Zeitraum von 500 Jahren, das 2014 gestartet wurde. Dabei geht es darum, wie lange Bakterien bzw. deren Sporen in einer vollständig isolierten und trockenen Umgebung überleben, wie sich die DNA, Lipide oder Proteine zersetzen.

Zu dem Zweck haben Wissenschaftler vom Centre for Astrobiology der University of Edinburgh getrocknete Sporen der weit verbreiteten, im Boden lebenden und widerstandsfähigen Art Bacillus subtilis (Heubazillus) in Hunderten von sterilen Laborgläsern abgeschlossen. Um die Trockenheit zu erhalten, wurde auf dem Boden eine Kügelchen Silicagel eingebracht, vor dem Verschluss wurden die Fläschchen noch einmal 1-2 Wochen getrocknet. In einem anderen Labor wurden gleich behandelte Sporen der Cyanobakterienart Chroococcidiopsis aufbewahrt, die extremen Stress durch Hitze, Kälte, Strahlung etc. überstehen. Sie könnten, wie vermutet wird, auch auf dem Mars überleben und dort zum Start des Terraforming dienen.

Es gibt auch bereits die erste Studie, für die einige der Laborgläser geöffnet wurden, um zu schauen, ob und wie viele der getrockneten Sporen noch lebensfähig sind. Das soll in den ersten 24 Jahren alle zwei Jahre geschehen und dann alle 25 Jahre bis zum Ende des Experiments 2514, wenn es denn den Brexit oder andere Ereignisse überlebt. Entwickelt wurde das Experiment von britischen und deutschen Wissenschaftlern (DLR, Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Robert Koch Institut), an der Studie war auch ein amerikanischer Wissenschaftler beteiligt. Nach den ersten zwei Jahren haben die Sporen jedenfalls ihre Überlebensfähigkeit noch nicht eingebüßt, wie die Wissenschaftler in ihrem Beitrag in PLoS One schreiben. Die Überlebensrate betrug 86 +/- 21 Prozent. Ein kleiner Anteil konnte nicht keimen. Der Rest der Sporen wurde 1-2 Minuten nach Hinzufügung von Agar aktiv.

Dass die Sporen zwei Jahre überleben, war keine Überraschung. Vorhergehende Experimente haben gezeigt, dass die Sporen von B. subtilis in verschiedenen Umgebungen zehn Jahre ohne bedeutsame Abnahme der Überlebensfähigkeit überstehen können. Auch im Weltraumvakuum auf der ISS konnten sie sechs Jahre überstehen, Aussetzung an extraterrestrische Sonnenstrahlung hatte die schädlichsten Wirkungen. Die Wissenschaftler vermuten, dass mit zunehmender Lagerzeit die Sporenresistenz etwa gegenüber Hitze, UV-Strahlung oder Röntgenstrahlung abnehmen. Kleine Veränderungen, die in ersten Versuchen nicht kenntlich werden, könnten während 500 Jahre zu großen Unterschieden führen.

Das Experiment hängt natürlich davon ab, dass die Wissenschaftler der folgenden Generationen die Proben unter denselben Bedingungen aufbewahren und dann testen. Das gesamte Experiment, so schwebt es den Wissenschaftlern vor, wird in zwei Kisten aus Eichenholz an unterschiedlichen Orten (der University of Edinburgh und dem Natural History Museum) deponiert. Jede Kiste enthält Anweisungen elektronisch und auf Papier, wann und wie Proben getestet werden sollen.

Alle 25 Jahre müssen die Wissenschaftler die Anleitungen kopieren, um sie zu erhalten und zu verhindern, dass sie technisch und sprachlich veralten. "Weil die Erhaltung von allerhöchster Wichtigkeit ist, muss Papier und Tinte mit Archivqualität benutzt werden." Das ist ein Signal.

Das Pechtropfen-Experiment

Die Frage ist auch, ob denn etwa die Ergebnisse der Untersuchungen in 250 Jahren noch vorhanden und lesbar sein werden, ob künftige Wissenschaftler das Experiment noch interessant finden, ob es die Institutionen und Gebäude noch gibt etc. Ein Vorbild ist das nach dem Guiness-Buch der Rekorde bislang längste Experiment, das 1927, also vor mehr als 90 Jahren begann und seitdem weitergeführt wurde.

Der Physiker Thomas Parnell von der Universität Queensland startete das Pechtropfen-Experiment, um zu zeigen, dass Pech, 100 Milliarden Mal viskoser als Wasser, bei Raumtemperatur nicht fest, sondern, wartet man nur lange genug, zähflüssig ist. Parnell erhitzte eine Pechprobe, füllte diese in einen Glastrichter, bis es wieder fest wurde und ließ es dann ab 1930 "tropfen". Immerhin, der erste Tropfen ereignete sich schon 1938, der vorletzte kam 2000 und der letzte 2014, was zeigt, dass der Abstand sich verlängert (Das längste Experiment). Bislang ist noch nicht die Hälfte des Pechs ausgetreten, aber man kann erwarten, dass das auf 500 Jahre angelegte Experiment dieses überholen wird, auch wenn es deutlich aufwändiger und kostspieliger ist, weswegen ein Abbruch nicht gerade unwahrscheinlich wäre.

(Florian Rötzer)