Endlagerung hochradioaktiver Abfälle – Ein Blick in die Zukunft

Veröffentlicht: 6. April 2015 | Autor: Oeconomicus | Abgelegt unter: Ökologie und Umweltverschmutzung, Bergbau, BfS - Bundesamt für Strahlenschutz, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), fracking / shale gaz, Kernkraft - Atom-Müll - Plutonium - Uran, Nicole Maisch, Oliver Krischer | Tags: Additive, Endlager für hochradioaktive Abfälle, Frac-Flüssigkeit, Lagerstättenwasser, Prof. Dr. Hans-Joachim Kümpel, Wirtsgestein | Ein Kommentar

Endlagerung hochradioaktiver Abfälle – Ein Blick in die Zukunft

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Mehrere hundert Meter unter der Erdoberfläche:
Ein Endlager für hochradioaktive Abfälle soll entstehen. Mit bewährter Technik wird ein modernes Bergwerk erstellt.
Die Teilschnittmaschine bahnt die Wege, im Bergwerk auch „Stollen“ genannt.

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Doch wie sicher ist ein solches Endlager in Salz, Ton oder Granit über einen Zeitraum von einer Million Jahre gegen Naturgewalten wie Erdbeben, Vulkanausbrüche, Meteoriten und Eiszeiten?

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Video-Clip des Bundesamtes für Strahlenschutz:

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vertiefende Informationen

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Wirtsgestein

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Als Wirtsgestein wird die geologische Gesteinsumgebung bezeichnet, in der radioaktive Abfälle unterirdisch endgelagert werden. Derzeit werden international drei Arten von Wirtsgesteinen untersucht: Salz, Ton bzw. Tongestein und Granit.

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In Deutschland sind Salzstein und Ton als mögliche Wirtsgesteinsformationen in der Diskussion, wobei die Erforschung von Steinsalz bislang am weitesten fortgeschritten ist. Ein Grund dafür ist die langjährige Erfahrung im Salzabbau. In anderen Ländern kommen aus geologischen Gründen nicht alle drei Wirtsgesteine für ein Endlager in Betracht. In Skandinavien existiert beispielsweise ausschließlich die Möglichkeit, radioaktive Abfälle in Granit zu lagern.

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Funktion und Eigenschaften des Wirtsgesteins

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Dem Wirtsgestein kommt in einem Endlager für radioaktive Abfälle in tiefen geologischen Gesteinsschichten eine wichtige Rolle zu. Neben den technischen Barrieren (z.B. den Abfallbehältern) soll das Gestein als eine natürliche Barriere fungieren und die radioaktiven Stoffe von der Umwelt isolieren. Ein sicherer Einschluss radioaktiver Abfälle wird jedoch erst durch eine Kombination natürlicher und technischer Barrieren ermöglicht.

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Die Wirtsgesteine unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Sie isolieren die radioaktiven Stoffe deshalb auf unterschiedliche Art und Weise von der Umwelt. Salz ist unter natürlichen Bedingungen beispielsweise undurchlässig gegenüber radioaktiven Stoffen und weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Hitzebeständigkeit auf. Die Reaktion des Wirtsgesteins auf Hitze ist von großer Bedeutung, weil hochradioaktive Abfälle eine starke Abwärme entwickeln. Eine besondere Eigenschaft des Salzes ist sein kriechendes Verformungsverhalten. Es sorgt dafür, dass im Salz lagernde Abfallgebinde mit der Zeit vollständig eingeschlossen werden. Nachteilig ist die Wasserlöslichkeit des Salzes, die bei einem eventuellen Süßwasserzufluss die Stabilität des Endlagers gefährden könnte. Ton zeichnet sich durch eine geringe Durchlässigkeit gegenüber Flüssigkeiten und Gasen sowie eine Reihe weiterer günstiger Eigenschaften aus, reagiert aber im Vergleich zu Salz sensibler auf Temperaturen über 100°C. Granit verfügt wie Salz über hohe Hitzebeständigkeit und große Festigkeit, neigt aber zu dem für Granitkomplexe typischen Klüftungsverhalten.

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Quelle:
Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH

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Prof. Dr. Hans-Joachim Kümpel, Präsident der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), hat sich in einem Vortrag für die Anhörung in der 6. Sitzung der Kommission „Lagerung hoch radioaktiver Abfälle“ am 05.12.2014 speziell mit Wirtsgesteinen und geowissenschaftliche Kriterien in internationalen Endlagerkonzepten beschäftigt.

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Auszug:

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„Eigenschaften der Wirtsgesteine
In den internationalen Forschungsprojekten werden insbesondere die sicherheitsrelevanten Eigenschaften der Wirtsgesteine Steinsalz, Ton/Tonstein und Kristallin untersucht (BGR 2007).
Diese sind:

• ƒƒ Temperaturleitfähigkeit

• ƒƒ Hydraulische Durchlässigkeit

• ƒƒ Festigkeit

• ƒƒ Verformungsverhalten

•  Hohlraumstabilität

•  In-situ Spannungen

•  Löslichkeit gegenüber Wasser

•  Rückhaltevermögen gegenüber Radionukliden und Schadstoffen

• ƒƒ Temperaturbelastbarkeit

Dabei hat jedes Wirtsgestein günstige und ungünstige Eigenschaften.
Steinsalz und Tonstein tragen als geologische Barriere die Hauptlast des langzeitsicheren Einschlusses der Radionuklide.
Ein Endlager im Kristallin erfordert ein anderes Endlagerkonzept, in dem technische und geotechnische Barrieren die langzeitliche Isolation der Abfälle übernehmen (z. B. Endlagerbehälter, siehe z. B. Hammer 2008, Jobmann et al. 2008).
Die geologische Barriere nimmt im Vergleich zu Steinsalz und Tonstein in den Endlagerkonzepten für kristalline Gesteine eine untergeordnete Stellung ein.
Ein ideales Wirtsgestein gibt es nicht. Die Endlagerkonzepte müssen an die Wirtsgesteine angepasst werden.“

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Zusammenhänge zwischen Wirtsgesteinen und Fracking-Technologie

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Geowissenschaftlern und Jedem, der mit gesundem Menschenverstand den heißdiskutierten Themenkomplex ‚Fracking-Technologie‘ zum unkonventionellen Abbau von in Gesteinsformationen eingekapselten Gas- und Öl-Ressourcen verfolgt, sollte klar sein, dass wir diese Erkenntnisse um die Eigenschaften von Wirtsgesteinen bei der Abschätzung ökologischer Wechselwirkungen sowohl bei der Hochdruck-Einleitung von Frac-Flüssigkeit als auch bei dessen Flowback und bei der Aufbereitung von Lagerstättenwasser beschäftigen müssen.

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In diesem Zusammenhang sei auf eine kleine Anfrage der Abgeordneten Oliver Krischer, Nicole Maisch, Dorothea Steiner, weiterer Abgeordneter und der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN an die Bundesregierung (Drucksache 17/9232 – 17. Wahlperiode) zur Entsorgung von giftigem Lagerstättenwasser bei der Förderung von Erdgas und Erdöl hingewiesen, die von der Bundesregierung am 03.05.2012 (Drucksache 17/9516) beantwortet wurde.

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Auszug:

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„Vorbemerkung der Fragesteller

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Erdgas und Erdöl werden in Deutschland aus mehreren Tausend Meter tief liegenden Gesteinsschichten gefördert. Dabei handelt es sich vor allem um Sandstein und Carbongestein.

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Derzeit erwägen mehrere Erdgasunternehmen in Deutschland, die Förderung auf Schiefergestein und Kohleflöze, vor allem in Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen, auszuweiten. Auch in Baden- Württemberg, Bayern, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen haben sich die Unternehmen bereits Aufsuchungslizenzen gesichert.

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Unabhängig davon, aus welcher Art Tiefengestein das Erdgas gefördert wird, gelangt dabei sogenanntes Lagerstättenwasser mit an die Oberfläche, welches anschließend entsorgt werden muss. Dieses Lagerstättenwasser hat verschiedene für die Entsorgung bedenkliche Eigenschaften:
Je nach Muttergestein verfügt das Lagerstättenwasser über einen sehr hohen Salzgehalt. Weiter ist es häufig mit Schwermetallen und radioaktiven Stoffen belastet. Wurde bei der Bohrung die Hydraulic Fracturing genannte Methode zur Stimulation angewendet, vermischt sich das Lagerstättenwasser zusätzlich mit sogenannten Frack-Fluiden, bei welchen es sich u. a. um Biozide und teils toxische und karzinogene Chemikalien handelt. Das Gemisch aus Lagerstättenwasser und zurückströmenden Frack-Fluiden bilden den sogenannten Flowback. Die Menge des Flowbacks unterscheidet sich je nach Muttergestein zum Teil erheblich. Auch die Anteile von Lagerstättenwasser und Frack-Fluiden sind stets unterschiedlich.

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Grundsätzlich ist die Entsorgung des Flowbacks problematisch. Zunächst muss das Abwasser über teils große Entfernungen transportiert werden. Dies geschieht in Niedersachsen zum Teil durch Leitungen, von denen, aufgrund von Leckagen, erst kürzlich einige außer Betrieb genommen werden mussten.
Die aufgetretenen Leckagen führten zu einer Kontamination von Boden und Grundwasser mit krebserregendem Benzol und dem Umweltgift Quecksilber.
Der Transport per Lkw ist auch nicht ohne Risiko. Beim Befüllen und Entladen kam es schon mehrfach zu Unfällen. Zum Transport sind teils mehrere Lkw pro Tag notwendig. In der bisherigen Praxis wurden die Abwässer in sogenannten Disposalbohrungen entsorgt.
Der Flowback wird dabei nach einer weitgehend ungeklärten Reinigungsprozedur wieder unterirdisch verpresst. Über die Langzeit- auswirkungen dieser Verpressung ist jedoch wenig bekannt.
Die Verpressung steht darüber hinaus im Verdacht, seismische Erschütterungen auszulösen. Weiter ergeben sich angesichts der giftigen und teils radioaktiven Substanzen im Flowback erhebliche Sicherheitsrisiken.
Eine mögliche und großflächige Ausweitung der Erdgasförderung aus unkonventionellen Lagerstätten, lassen diese ungelöste Entsorgungsproblematik umso dringender erscheinen.“

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Die Fragen und Antworten im Detail:
Quelle:
Deutscher Bundestag – 17. Wahlperiode – Drucksache 17/9516 – PDF [12 Seiten]

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einige häufig wiederkehrende Begrifflichkeiten aus dem Themenbereich Fracking

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Fracking-Flüssigkeit
Gemisch aus Wasser und Chemikalien, welches unter hohem Druck in ein Bohrloch gepresst wird, um Gesteinsformationen unter Tage aufzubrechen, um Wegbarkeiten zu schaffen. Üblicherweise versetzt mit Stützmitteln, um durch Fracking erzeugte Risse auf Dauer offenzuhalten. Meist wird da nur von Sand gesprochen. Die Flüssigkeit braucht eine fallabhängige Viskosität, um Stützmittel effektiv transportieren zu können.

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Additive
Bezeichnet die chemischen Zusätze in der Fracking-Flüssigkeit.

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Flowback
Nur der ins Bohrloch hineingepumpte Teil der der bei Gasförderung zutage kommenden Flüssigkeitsgesamtmenge. In der Realität kommt nicht nur genau das hoch, was hineingepumpt wurde, sondern ein entstehendes Gemisch aus Fracking-Flüssigkeit, Lagerstättenwasser und Weiterem. Über die Begriffsdefinition von Flowback wird die Existenz von Lagerstättenwasser als Förderbeiprodukt offenbar gerne verschwiegen.

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natürliche Radioaktivität
Natürlich vorkommende radioaktive Substanzen (normally occurring radioactive substances – N.O.R.M.) können im Lagerstättenwasser (z.B. Radium 226 und Radium 228) und im Erdgas (Radon) auftreten. Die natürliche Radioaktivität wird in den §§ 98 folgende der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) geregelt. Die radioaktiven Rückstände der Erdöl- und Erdgasindustrie in Form von Schlämmen und Ablagerungen sind in Deutschland entsprechend der Vorgaben der StrlSchV behördlich zu überwachen. Wie das genau geschieht ist unklar. Das gesamte Konzept, den Transport radioaktiver Nuklide durch Menschenhand in der Kategorie „natürliche Strahlung“ als Normalität darzustellen und sich dadurch der Verantwortung entziehen zu können ist schon mehr als grenzwertig. Denn es stellt einen Unterschied dar, ob radioaktive Nuklide wie Uran im festen Untergrund gebunden sind, oder durch Fracking ggf. mobilisiert und freigesetzt werden. Diverse „Fachleute“ blenden diesen qualitativen Unterschied ohne jedwede Rücksicht aus.

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Lagerstättenwasser
Lagerstättenwasser ist in der jeweiligen Formation frei zirkulierendes Wasser und Porenhaftwasser, das über geologische Zeiten hinweg keinen Kontakt mit der Atmosphäre hatte. Bei Schiefergaslagerstätten handelt es sich vorwiegend um Porenhaftwasser. Hohe Drücke und Temperaturen der tiefen Lagerstätten führen dazu, dass diese Lagerstättenwässer hochmineralisiert und möglicherweise radioaktiv sind. Das Lagerstättenwasser ist daher als wassergefährdender Stoff zu betrachten und dementsprechend zu behandeln.
Das sog. Lagerstättenwasser wird gerne verschwiegen, wobei es sich dabei um gefährliche gelöste Stoffe handelt, die einfach wieder in „leere“, in ausgediente Erdgaslagerstätten verpresst werden.
Das Lagerstättenwasser kommt neben Flowback bei Gasförderung an die Oberfläche. Die darin mitgespülten ggf. radioaktiven Feststoffe und darin gelösten radioaktiven Gase wie z.B. Radon zählen laut Definition der Industrie offenbar nicht zum Lagerstättenwasser, sondern werden gerne verschwiegen.
Auch gerne verschwiegen wird der Hinweis, dass Existenz von Radon ein Indikator für das Vorliegen von Radium und Uran ist.

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Radium
Der Radiumgehalt eines Gesteines ist proportional zu dessen Urangehalt, da in der Natur Radiumisotope beim Zerfall von Uran (U) und Thorium (Th) gebildet werden.
Radium 226 ist ein Produkt der Uran 238 – Zerfallsreihe und mit einer Halbwertszeit von 1601 Jahren das langlebigste Radiumisotop.
Radium 228 ist Produkt der Thorium 232 – Zerfallsreihe mit einer Halbwertszeit von 5.75 Jahren.
Wer von Radium beim Fracking spricht, der verschweigt oft die natürlich auch vorhandene Quelle: Uran.
Radium ist Mutternuklid des Gases Radon 222.

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Radon
Radon 222 ist ein Gas mit einer Halbwertszeit von unter 4 Tagen. Es zerfällt zu Feststoffen, die z.B. an Staub anhaften und auch eingeatmet werden und zu Lungenkrebs führen können.
Wo Radon ist, da existiert Radium, das Mutternuklid, welches Radon konstant „nachproduziert“.
Frisch gefördertes Erdgas wird in Tanks auch zwischengelagert, um die Radioaktivität des mitgeförderten Radons abklingen zu lassen. In bestimmten Regionen via Fracking gefördertes Gas scheint so hoch mit Radon belastet zu sein, daß der zu frühe Einsatz am heimischen Herd zu einer statistischen Erhöhung der Krebsrate führen kann.

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Stützmittel, „proppant“
Sand oder z.B. druckfestes Keramikgranulat mit Körnung von teilweise einigen dutzend Millimetern. Die Stützmittel sollen nach Frack Wegbarkeiten für Gas offenhalten. Zum Transport der Stützmittel muss das Frackingfluid je nach Einsatzgebiet bestimmte Viskositäts-Anforderungen erfüllen, da die Stützmittel sonst nicht an den Zeilort gedrückt werden können, sondern absacken.

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Seismik
Die Erkundung von Untergrundbeschaffenheit durch Vermessung von seismische Wellen hervorgerufen durch Vibration oder Sprengung.

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Quelle:
Arbeitskreis Fracking

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Hydraulic Fracturing
Hydraulic Fracturing oder kurz Fracking ist eine Methode zur Erzeugung, Weitung und Stabilisierung von Rissen im Gestein einer Lagerstätte im tiefen Untergrund, mit dem Ziel, die Permeabilität (Durchlässigkeit) der Lagerstättengesteine zu erhöhen. Dadurch können darin befindliche Gase oder Flüssigkeiten leichter und beständiger zur Bohrung fließen und gewonnen werden.

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Beim Fracking wird durch eine Bohrung, unter hohem Druck von typischerweise mehreren hundert Bar eine Flüssigkeit („Fracfluid“) in den geologischen Horizont, aus dem gefördert werden soll, gepresst. Als Fracfluid dient Wasser, das zumeist mit chemischen Zusätzen und Stützmitteln, wie z. B. Quarzsand, versetzt ist. Üblicherweise werden zunächst im Zielhorizont mehrere abgelenkte Bohrungen (Laterale) mittels Richtbohren angelegt, wobei der Bohrkopf schichtparallel geführt wird. Dadurch ist die zur Verfügung stehende Bohrlochlänge in der Lagerstätte wesentlich größer, was generell die Ausbeute der Förderung erhöht. Zum Einsatz kommen beim Hochvolumen-Hydrofracking große Flüssigkeitsmengen mit mehr als 1000 m³ pro Frackphase bzw. insgesamt mehr als 10.000 m³ pro Bohrloch.

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Seit Ende der 1940er Jahre wird Fracking vor allem bei der Erdöl- und Erdgasförderung sowie bei der Erschließung tiefer Grundwasserleiter für die Wassergewinnung und der Verbesserung des Wärmetransportes bei der tiefen Geothermie eingesetzt. In den letztgenannten Anwendungsfällen werden keine Stützmittel oder chemischen Zusätze benötigt.

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Während in den ersten Jahrzehnten Fracking vor allem in der Spätphase der Förderung aus einer konventionellen Erdöl- oder Erdgaslagerstätte angewendet wurde, wird seit Anfang der 1990er Jahre und insbesondere in den USA ab etwa dem Jahr 2000 verstärkt sogenanntes unkonventionelles Erdöl und Erdgas (u.a. „Schiefergas“) mittels Fracking gefördert, was einen Boom zur Folge hatte. Dies hat den dortigen Energiemarkt erheblich verändert und sorgte für ein aktuelles Erdgas-Überangebot mit Preisverfall auf dem US-Markt, so dass die Rentabilität des Verfahrens bereits in Frage gestellt wurde. Die US-Regierung unterstützt daher seit etwa 2013 Bestrebungen zum verstärkten Export von Flüssigerdgas nach Europa und Japan, unter anderem mit beschleunigten Genehmigungsverfahren.

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Während einige Stimmen diese geostrategische Komponente durch die Veränderung der internationalen Abhängigkeiten betonen, führen die Umweltrisiken und mögliche Gesundheitsgefahren des „Fracking-Booms“ vor allem in Europa zu einer kontrovers geführten und noch andauernden fachlichen, politischen und gesellschaftlichen Debatte. Einige Länder und Regionen haben Erdgas-Fracking auf ihrem Gebiet gesetzlich verboten.
[…]
Wikipedia

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Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas insbesondere aus Schiefergaslagerstätten
Teil 2 – Grundwassermonitoringkonzept, Frackingchemikalienkataster, Entsorgung von Flowback, Forschungsstand zur Emissions- und Klimabilanz, induzierte Seismizität, Naturhaushalt, Landschaftsbild und biologische Vielfalt
Im Auftrag des Umweltbundesamtes

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Quelle:
Umweltbundesamt – PDF [629 Seiten]

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Fracking mal aus anderer Sicht – Panorama vom 04.09.2014
Durch die Ukraine-Krise werden die Fracking-Risiken bei Panorama verharmlost. Die letzten Sekunden sind die WIRKLICHE Wahrheit über diese Reportage.

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korrespondierende Archiv-Beiträge

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vorläufige Bewertung
Zugegeben, es mag für viele LeserINNen schon eine Zumutung sein, sich durch all diese Informationen durchzuarbeiten.
Wer jedoch jenseits von so häufig vorzufindenden eindimensionalen Behauptungen bei entsprechenden Debatten durch profunde Kenntnisse unterlegte eigene Standpunkte vertreten möchte und die Zukunft unserer Kinder und Enkel pro-aktiv mitgestalten will, sollte sich -oft im Gegensatz mit unseren gewählten Volksvertretern- mit diesem Themenkomplex gründlich auseinandersetzen.

In einem weiteren Beitrag wird auf die aktuellen Fracking-Gesetzesinitiativen einzugehen sein.

Viel Freude bei der Erschließung neuer Horizonte.

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Ihr Oeconomicus

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