Gesucht: ein Putzmittel gegen Radioaktivität

18. März 2020
1/2020

Wie lassen sich Gebäude nach der Explosion einer schmutzigen Bombe am besten dekontaminieren? Wissenschaftler von ZHAW und Labor Spiez haben Reinigungsmethoden und weitere Ideen getestet.

Man stelle sich vor: Ein Terrorist zündet am Zürcher Hauptbahnhof eine Bombe. In den Sprengstoff hat er eine Ampulle mit hoher Konzentration an radioaktivem Cäsium-137 eingebettet. Durch die Wucht der Explosion wird das Cäsium verdampft und mit dem Wind in den angrenzenden Quartieren verteilt. Man spricht von einer «schmutzigen Bombe» («dirty bomb»): Das radioaktive Material ist an der eigentlichen Explosion nicht beteiligt, führt aber auf ein paar Quadratkilometern Fläche zu einer Verstrahlung. Diese ist allerdings viel geringer als bei einer echten Atombombe oder einem schweren AKW-Unfall.

Schweiz gut vorbereitet

«Die Schweiz ist für solche Fälle gut vorbereitet», sagt Mario Burger, der als Chef des Fachbereichs Nuklearchemie am Labor Spiez arbeitet, das zum Bundesamt für Bevölkerungsschutz gehört. «Vorbereitet» bedeutet: Man hat Szenarien studiert und Pläne erarbeitet zum Vorgehen nach einer allfälligen Explosion einer schmutzigen Bombe. «Sobald Radioaktivität im Spiel ist, ist der Bund zuständig», sagt Burger. Die Bundesexperten würden Messungen vor Ort durchführen und anhand der Strahlungsintensität Zonen definieren, die gesperrt oder gar evakuiert werden müssten.

Was tun bei einer Explosion?

Nach allen realistischen Szenarien wird dabei die radioaktive Strahlung nicht so hoch sein, dass sie bei den betroffenen Menschen unmittelbare gesundheitliche Schäden verursachen könnte, ausser in der Kernzone der Explosion. «Wichtig ist es, zuhause zu bleiben und die Fenster zu schliessen, das reduziert die Strahlung schon enorm», sagt Burger. Wer dennoch in intensiveren Kontakt mit dem Cäsium gekommen ist, etwa Feuerwehrleute, sollte gründlich duschen und die Kleider wechseln: «So bringt man den allergrössten Teil der Strahlenbelastung weg.»
Er ist einer von weltweit etwa fünf Experten auf dem Gebiet:  Thomas Hofmann, hier bei einer analytischen Arbeit in einem Labor im britischen Andover.

Wie kann man Häuser und Strassen dekontaminieren?

Doch selbst wenn alle richtig reagierten, blieben je nach Cäsium-Menge vermutlich ganze Quartiere derart verstrahlt, dass sie wegen des Krebsrisikos auf Jahre hinaus nicht mehr bewohnbar wären. Erstaunlicherweise hat sich die Forschung bisher noch kaum vertieft mit der Frage auseinandergesetzt, wie man Häuser und Strassen effizient und gründlich von Radioaktivität befreien kann. Privatfirmen bieten teure Spezialreinigungsmittel an, deren Wirkung aber niemand unabhängig überprüft hat. In Japan hat man nach dem Reaktorunfall von Fukushima 2011 für Dutzende von Milliarden Dollar Fassaden gereinigt und Erde abgetragen – mit letztlich enttäuschendem Ergebnis. «Auch in der Schweiz würde der auf diese Weise realisierbare Grad der Dekontamination wohl nicht ausreichen, da würde niemand in die Häuser zurückkehren», sagt Mario Burger.

In der Schweiz der einzige Spezialist

Einer der wenigen wirklichen Experten für die Dekontamination von Gebäuden ist der ZHAW-Chemiker Thomas Hofmann vom Departement Life Sciences und Facility Management in Wädenswil. «Es gibt weltweit etwa fünf Wissenschaftler, die auf diesem Gebiet arbeiten», sagt er. «In der Schweiz bin ich der einzige.» Die anderen forschen an der Universität Hertfordshire (GB) und am Argonne National Laboratory (USA). «Wir pflegen einen intensiven Austausch und treffen uns regelmässig.»
Dekontamination: Hier werden verstrahlte Materialien mit Wasser oder speziellen Produkten gereinigt.

Bund als Auftraggeber

Im Auftrag des Bundesamts für Bevölkerungsschutz hat Hofmann in den letzten sechs Jahren nach einer effizienten Dekontaminationsmethode nach radiologischen Ereignissen in urbanem Gebiet geforscht. Das war mit einem enormen Aufwand verbunden: Hofmann hat in einem Forschungs-Sprengbunker der Schweizer Armee echte Bomben zur Explosion gebracht, er hat im Labor Spiez Cäsium auf verschiedene Oberflächen gesprüht und gemessen, wie tief die Radioaktivität ins Material eindringt und wie sie sich am besten entfernen lässt. Dabei interessierte er sich für Beton, aber auch für Sandstein, aus dem in Schweizer Städten viele historische Gebäude bestehen, etwa das Bundeshaus in Bern oder Teile des Zürcher Hauptbahnhofs. Es gibt Überlegungen, wonach eine schmutzige Bombe am ehesten an einem solch prominenten Ort gezündet würde.
Verschiedene Bauteilproben, die mit einem Diamantseil zugeschnitten wurden für die Analyse, die klären soll, wie tief  die Radioaktivität eindringt oder wie viel Radioaktivität nach dem Reinigungsprozess noch vorhanden ist.

Erste Resultate

Die Resultate des Forschungsprojekts sind nicht eindeutig. Die gute Nachricht ist, dass das radioaktive Material auch über längere Zeit nicht tief in Sandstein eindringt. Das bedeutet, dass die Zeit kein zentraler Faktor für erfolgreiches Dekontaminieren ist. «Das Cäsium bleibt nahe der Oberfläche und baut sich dort in die Gesteinsstruktur ein», sagt Hofmann. «Auch Regen kann ihm nicht viel anhaben.» Das ist ebenfalls erfreulich, denn so verbreitet sich die Radioaktivität nicht noch zusätzlich. Bei Beton sind die Resultate ähnlich.

Kein Wundermittel

Bisherige Sprühgels, die man auf Fassaden anbringen, einwirken lassen und wieder abziehen kann, reinigen nicht besser als Wasser.
Die Kehrseite davon ist, und das ist die schlechte Nachricht, dass man das Cäsium kaum mehr wegbekommt. «Wir haben kein Wundermittel gefunden», sagt Hofmann. Er hat zahlreiche Spezialreinigungsmittel getestet, so auch Sprühgels, die man auf Fassaden anbringen, einwirken lassen und wieder abziehen kann. «Keines dieser Mittel reinigt besser als normales Leitungswasser», so Hofmann. Und: «Man kann damit maximal fünfzig Prozent der Radioaktivität entfernen.» Viel zu wenig, um ein Gebäude wieder ohne Einschränkungen benutzbar zu machen.

Ideen für weitere Projekte

Vorderhand besteht darum eine gewisse Ratlosigkeit. «Bei verstrahlten Bürogebäuden wäre es wohl die günstigste Variante, sie abzureissen», sagt Thomas Hofmann. «Mit der Berner Altstadt wird man das aber kaum tun wollen.» Bei historisch wertvollen Gebäude bliebe nur die Variante, die oberste Schicht Sandstein oder Beton abzuschleifen. Für ganze Quartiere wäre das äusserst aufwendig. Burger und Hofmann haben die Hoffnung auf ein effizientes Dekontaminationsmittel aber noch nicht aufgegeben. Sie sehen die Möglichkeit, in der internationalen Zusammenarbeit auf neue Ideen zu kommen und gegebenenfalls dereinst ein neues Projekt zu definieren.
So sieht eine Anlage zur Dekontamination aus.

Radioaktiv verseuchtes Wasser

Aktuell ist zudem angedacht, das Problem der Kläranlagen mit einem Projekt anzupacken. Das Wasser der Feuerwehr, die ja bei ihrem Einsatz direkt nach der Bombenexplosion noch nicht weiss, dass sie es mit Radioaktivität zu tun hat, wird ungehindert in die Kanalisation fliessen. Auch Regenwasser oder Wasser aus der Dekontamination, falls nicht aufgefangen, bringt Radioaktivität in die Kläranlage. «Man müsste das radioaktiv verseuchte Wasser dort in Rückhaltebecken leiten und dekontaminieren», sagt Hofmann. Er hat schon vor Jahren einen Filter entwickelt, der sich dafür eignen könnte. Auch spezielle Mineralien kämen in Frage. Diese Ansätze würde er gerne mit der Unterstützung des Labors Spiez vorantreiben.

Die Kosten sind immens

Unabhängig von der Dekontaminierungsmethode sind die Kosten, die eine schmutzige Bombe verursachen kann, immens. Für das eingangs geschilderte Szenario an einem Bahnhof wie Zürich HB rechnen Experten des Bundes mit direkten Schäden in einer Grössenordnung von fünf Milliarden Franken. Das umfasst vor allem Beeinträchtigungen von Gebäuden und Infrastruktur. Noch grösser, nämlich etwa acht Milliarden Franken, wären die indirekten Verluste in der Wirtschaft. Hier spielen Verkehrsunterbrüche, Produktionsausfälle und ausbleibende Touristen die Hauptrolle. Weitere gravierende, aber nicht bezifferbare Folgen sind der Verlust des Vertrauens in die Behörden oder posttraumatische Belastungsstörungen bei Betroffenen und Einsatzkräften.
Die Schutzkleidung, die die Experten bei den Dekontaminationsarbeiten tragen müssen.

Streng überwacht

Angesichts dieser gewaltigen Auswirkungen bei verhältnismässig geringem Aufwand stellt sich die Frage, warum weltweit noch nie eine schmutzige Bombe gezündet wurde. «Darüber haben wir lange diskutiert», sagt Mario Burger. «Wahrscheinlich liegt es vor allem an der Schwierigkeit, an radioaktives Material zu gelangen.» Zumindest in der westlichen Welt sind die Kontrollen rigide an Orten, wo es entsprechendes Material gibt, und der Schmuggel wird effizient unterbunden. Die zentrale Aufgabe der nationalen Sicherheitsbehörden ist es, den Zugang zu radioaktivem Material streng und möglichst lückenlos zu kontrollieren. In der Schweiz, versichert Burger, werde dies erfolgreich gemacht.
Modelbombe mit C4 und nicht radioaktivem Cäsium .
Sandsteinproben.
 Ein Experimentierkasten für Atomenergie für zu Hause: Ausstellungsstück des Ministeriums für Innere Sicherheit der Vereinigten Staaten.
Radiologisches Labor US National Lab in Chicago.
Grillplausch nach getaner Arbeit: Rob Chilcott (l.), Professor der University of Herfortshire  (GB), Michael Kaminski  (2. v. l.) vom US National Lab Argonne und Professor der University of Chicago, sowie Thomas Hofmann (r.) Experte für die Dekontamination von Gebäuden an der ZHAW und das Team des Labors an der Universität in Herfortshire (GB).
Dekontaminationsanlage mit Schrittmotor. Mit dem 3D-Drucker wurden alle Teile für die Anlage gedruckt unter anderem der Zugschlitten, auf dem die Proben entlang der Reinigungsstationen befördert werden oder alle Verbindungselemente. Denn die Anlage soll möglichst dicht sein.
Dekontaminationsanlage.
Erinnerungsfoto: Thomas Hofmann und US-Professor Michael Kaminski nach einem Treffen mit dem Leiter des Chicago Fire Departments, der städtischen Feuerwehr und Katastrophehilfe.