Projektbeschreibung

Die Schweiz führt ein Auswahlverfahren für Endlagerstandorte für radioaktive Abfälle durch - den Sachplan "Geologisches Tiefenlager". Die Bundesrepublik Deutschland wird bereits seit mehreren Jahren aktiv an diesem Verfahren beteiligt.

Verantwortlicher Betreiber ist die Nagra, die Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle. Diese hat im Rahmen des Sachplanverfahrens die drei Standorte Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost ausgewiesen. Alle Standorte liegen nahe der Grenze zu Deutschland. Daher besteht für Deutschland ein dringendes Interesse daran, das Schweizer Angebot zur Beteiligung fachlich kompetent wahrzunehmen.

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) vertritt die sicherheitstechnischen und gesellschaftlichen Interessen der deutschen Seite gegenüber der Schweiz. Ebenso werden die im Auswahlverfahren getroffenen Entscheidungen bewertet. Zur Unterstützung des BMUV wurden

• die Expertengruppe Schweizer Tiefenlager (ESchT) sowie
• die gemeinsam mit dem Land Baden-Württemberg getragene Deutsche Koordinationsstelle Schweizer Tiefenlager (DKST)

eingerichtet.

Durch Experten verschiedener Sachgebiete stellt die ESchT die unabhängige, fachliche Expertise des Bundes sowie der verschiedenen betroffenen Gruppen der Region sicher. Zu diesen Sachgebieten zählen unter Anderem die Bereiche Langzeitsicherheit, Sozial- und Planungswissenschaften, Berg- und Umweltrecht.

Informationen zur Endlagersuche in der Schweiz

Projektbeschreibung

Der Bund ist gemäß Atomgesetz (AtG) für die sichere Endlagerung radioaktiver Abfälle zuständig. Mit dem Standortauswahlgesetz (StandAG) wurden dem Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) verschiedene Aufgaben bei der Standortsuche für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle übertragen (§4 StandAG). Das BASE hat neben der Überwachung des Vollzugs des Standortauswahlverfahrens insbesondere die Aufgabe, die Vorschläge der Vorhabenträgerin Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH zu den einzelnen Verfahrensschritten zu prüfen und hierzu begründete Empfehlungen zu erarbeiten.

Das Standortauswahlverfahren sieht vor, dass im Zuge der verschiedenen Verfahrensschritte nach §§ 13, 14, 16 und 18 des StandAG die Ausschlusskriterien, Mindestanforderungen und geowissenschaftlichen Abwägungskriterien wiederholt zu bewerten sind. Das ausgeschriebene Vorhaben recherchiert und dokumentiert die Ausgangsbasis (Quellen) und Begründungen, der bei der Anwendung der Kriterien und Anforderungen (§§ 22 bis 25 StandAG) anzusetzenden Bewertungsgrößen und Indikatoren.

Ziel des Vorhabens ist es, Bewertungsspielräume zu identifizieren, die das BASE bei der Begründung seiner Prüfungen und Bewertungen unterstützen zu können. Der zu veröffentlichende Abschlussbericht soll der Öffentlichkeit darüber hinaus die Entscheidungsgrundlagen und fachliche Hintergründe bekannt machen.

Projektbeschreibung

Die Suche nach einem Endlager für hochradioaktive Abfälle ist strukturell getrennt von der Zwischenlagerung dieser Abfälle. Da die Aufbewahrungsgenehmigungen der Zwischenlager jedoch auslaufen, bevor ein Endlagerstandort zur Verfügung steht, muss die Zwischenlagerung verlängert werden. Über mögliche Wechselwirkungen der verlängerten Zwischenlagerlaufzeit und der Endlagerung soll dieses Forschungsprojekt Aufschluss geben.

Wie werden sich die verlängerte Zwischenlagerung sowie mögliche Maßnahmen während der Zeit der Zwischenlagerung auf das Verhalten der Inventare im Endlager auswirken? Welche Rückwirkungen auf die Zwischenlagerung sind zu erwarten? Wie kann die sichere Zwischenlagerung über die nach §6 AtG genehmigten 40 Jahre hinaus erreicht werden. Und welche Einflüsse hat eine verlängerte Zwischenlagerung auf die Sicherheit des Endlagers? Antworten auf diese Fragen soll das Forschungsprojekt KombiLyse (Kombinierte Analyse sicherheitsrelevanter Aspekte aus Sicht der Zwischenlagerung und der Endlagerung hochradioaktiver Abfälle unter Berücksichtigung längerer Zeiten der Zwischenlagerung) liefern.

Die Forschungsergebnisse sollen das BASE in die Lage versetzen, Auswirkungen der verlängerten Zwischenlagerung sowie technische Maßnahmen und deren möglichen Einfluss auf die Umsetzbarkeit und Sicherheit unterschiedlicher Endlagerkonzepte bewerten zu können. Darüber hinaus sollen sie dem BASE ermöglichen, Kompetenzen in diesen Bereichen auszubauen und konkrete Anforderungen für die Genehmigungsvoraussetzungen zur Aufbewahrung von hochradioaktiven Abfällen nach § 6AtG abzuleiten.

Projektbeschreibung

In der Bundesrepublik Deutschland wird in einem Auswahlverfahren der Standort gesucht, der die bestmögliche Sicherheit für die Errichtung eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle für 1 Million Jahre bietet.

Im Bewertungszeitraum von 1 Million Jahren werden sich zahlreiche äußere Bedingungen verändern, beispielsweise

• durch externe Ereignisse wie zukünftige Kalt- und Warmzeiten,
• die natürlichen hydrogeologischen Eigenschaften des Gesamtsystems,
• strukturelle Eigenschaften durch Reaktivierung von Störungen oder
• hydraulische Gradienten und damit Strömungsrichtungen des Grundwassers.

Hauptziel des FoV AREHS ist die Modellierung der Auswirkungen sich ändernder äußerer Randbedingungen auf die im StandAG relevanten hydrogeologischen Parameter eines generischen geologischen Endlagerstandorts in Deutschland in allen drei potenziellen Wirtsgesteinen (Tonstein, Salz und Kristallin).

Im Rahmen des FoV wurden umfangreiche Recherchen durchgeführt zu

• den Eingangsdaten und Stand von Wissenschaft und Technik der numerischen Modellierung von THM(C)-Prozessen,
• einer Vielzahl von numerischen Codes und ihrer Eignung für das Forschungsvorhaben,
• THM(C)-Prozessen, benötigter Parameter und Eingangsdaten,
• Klimamodellen für den Betrachtungszeitraum von einer Million Jahren
• Definition von Randbedingungen, die den glazialen Wandel abbilden,
• Einer Übersicht über die geologischen Verhältnisse in Deutschland mit relevanten Vorkommen der drei oben genannten Wirtsgesteinsformationen.
• Die Entwicklung und Validierung des THM-(C)-Modellansatzes wurde wie folgt durchgeführt:
  Beschreibung und Definition des physikalischen Problems und der mathematischen Gleichungen einschließlich der Kopplungen.
• Validierung der ausgewählten Software.
• Vergleich mit analytischen Lösungen und 1D-THM-(C)-Modellen.
• Festlegung von Benchmarks für die Reproduktion von Felddaten vergangener Vereisungsereignisse und mit veröffentlichten Modellierungsergebnissen.
• Entwicklung eines automatisierten Modellierungs-Workflows.

Durch die durchgeführten Modellierungen wurden Einblicke in die unterirdischen Vorgänge infolge glazialer Belastung erlangt. Im Ergebnis der Modellierungen wurde festgestellt, dass alle betrachteten THM-Kopplungen relevant erscheinen. Es zeigt sich, dass die glazialen Zyklen zu persistenten Abweichungen im Untergrund führen. Das heißt, es gibt gewissermaßen Fingerabdrücke glazialer Ereignisse in THM-Profilen, z. B. persistente Druckanomalien infolge THM-Kopplung und Überkonsolidation. Das bedeutet aber auch, dass die heutigen Felddaten bereits die “Erinnerung” vergangener Vereisungsereignisse in sich tragen. Dies heißt, dass die Anfangsbedingungen bereits von der Vergangenheit überprägt sind. Dies ist bei zukünftigen Anwendungen des Modellkonzeptes zu beachten. Auch wurde festgestellt, dass es einen starken Einfluss der Randbedingungen und damit der Größe des Simulationsgebietes gibt. Daraus wird geschlussfolgert, dass realistische mechanische Randbedingungen von großräumigen Simulationen abgeleitet werden sollten. Weiterhin wurde festgestellt, dass es einen starken Einfluss des mechanischen Materialmodells gibt. Insgesamt wurde aber auch eingeschätzt, dass die Plausibilität der Ergebnisse an generischen Standorten nur begrenzt verifiziert werden kann, da bereits der Anfangszustand nicht an realen Daten kalibriert werden kann

Die Ergebnisse dieses Projektes liefern dem BASE eine Grundlage für die weitere in-house Modellierung. Durch diesen Workflow soll die Möglichkeit geschaffen werden, dass die an generischen Standorten durchgeführten Modellierungen mit begrenztem Aufwand auf reale Standorte angewendet werden können.

Abschlussbericht AREHS

Projektbeschreibung

Das DECOVALEX-Projekt ist eine internationale Forschungskooperation mit einem Fokus auf numerische Modellierung im Zusammenhang mit Sicherheitsanalysen für tiefengeologische Endlager. DECOVALEX steht hierbei für DEvelopment of COupled models and their VALidation against EXperiments. Ziel dieses Projektes ist es, das Verständnis und die numerische Modellierung für gekoppelte thermo-hydraulisch-mechanisch-chemische (THMC) Prozesse zu vertiefen und zu entwickeln. Es geht dabei um Systeme aus Abfällen, geologischen und (geo) technischen Barrieren.

Die DECOVALEX-Kooperation wurde bereits 1992 gegründeten, das BASE ist im Jahr 2020 beigetreten. Die Wissenschaftler:innen in dem Forschungsverbund kommen aus China, Deutschland, Frankreich, Japan, Kanada, Niederlande, Schweden, Schweiz, Spanien, Südkorea, Taiwan, Tschechien, USA und dem Vereinigten Königreich.

Für Sicherheitsanalysen zu möglichen Endlagerstandorten in tiefen geologischen Formationen ist ein umfassendes Verständnis von THMC-Prozessen von großer Bedeutung - von Atomen bis hin zu kilometergroßen Modellgebieten. Wesentlich Untersuchungen setzen die Erstellung und Anwendung von Modellen für diese Analysen voraus. In diesem Zusammenhang werden in DECOVALEX beispielsweise die Kopplung von Deformation, Fluidfluss (Flüssigkeiten und Gase) und thermischen Effekten durch wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle untersucht.

DECOVALEX beschäftigt sich in der aktuellen Phase mit den drei potentiellen Wirtsgesteinen, die für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle in Betracht kommen. Gearbeitet wird in sieben Arbeitsgruppen und der Abschluss dieser Arbeiten ist für das Jahr 2023 vorgesehen.

Das BASE ist an zwei dieser Gruppen beteiligt:

• Die Task F „Performance Assessment“ hat das Ziel, generische Modelle für Endlager im Kristallin (Task F1) und Steinsalz (Task F2) zu entwickeln. Die Leitung hat das Sandia National Laboratory, USA.
  
  
• Die Task G „Safety ImplicAtions of Fluid Flow, Shear, Thermal and Reaction Processes within Crystalline Rock Fracture NETworks (SAFENET)“ hat das Ziel, Modelle zu entwickeln. Diese Modelle werden anhand von Daten aus Experimenten zur bruchhaften Deformation im Kristallin validiert. Die Leitung hat das Umweltforschungszentrum Leipzig.

Projektbeschreibung

Der Standort, der am Ende des Endlager-Suchverfahrens hochradioaktive Abfälle aufnehmen soll, muss diese Stoffe für hunderttausende Jahre von der Umwelt abschirmen. Um die Langzeitsicherheit eines Endlagers zu bewerten, ist es nicht nur notwendig, die heute herrschenden hydrogeologischen Eigenschaften und Randbedingungen eines Standortes zu kennen (z. B. Grundwasserbewegung, Temperaturschwankungen des Grundwassers). Auch deren mögliche Änderungen in dem zu betrachtenden Zeitraum von einer Million Jahren müssen berücksichtigt werden. Zukünftige Eiszeiten werden einen großen Einfluss auf das hydrogeologische Verhalten des Gesamtsystems haben. Dieser Einfluss und die resultierenden Auswirkungen auf einen möglichen Radionuklidtransport und ihre Abhängigkeiten von den tektonischen Randbedingungen sind bisher kaum erforscht.

Das Projekt „INFRA - Impacts of glaciation, permafrost and tectonic conditions on far-field radionuclide evolution following a potential repository failure case“ wird diese offene Forschungsfrage mit Hilfe numerischer Studien untersuchen. Multiphysikalische Simulatoren sind ein leistungsstarkes Werkzeug, um die hydrogeologische Entwicklung eines Standortes unter sich ändernden Bedingungen zu modellieren und dabei die verschiedenen, gekoppelten Prozesse zu berücksichtigen. Die Ergebnisse werden wichtige Quantifizierungen für die Sicherheitsbewertung eines Endlagers auf verschiedenen Skalen liefern. Als Untersuchungsregion dient ein Kristallinkomplex im Jenisseisk Gebiet (Sibirien), in dem Russland die Errichtung eines Untertagelabors für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle plant. Dies ermöglicht dem Projekt den Zugriff auf eine Datenbasis zur lokalen und regionalen Geologie, wie sie qualitativ und quantitativ auch bei einer Erkundung auf ein Endlager vorliegen würde.

Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt und wird gemeinsam von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Russischen Stiftung für Grundlagenforschung (RFBR) gefördert. Projektpartner des Bundesamtes für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung sind der Lehrstuhl für Bodenmechanik, Grundbau und bergbauliche Geotechnik an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg sowie das Institut für Geologie, Lagerstätten, Petrographie, Mineralogie und Geochemie der Russischen Akademie der Wissenschaften.

Mit diesem Vorhaben verbreitert das BASE seine methodischen Kompetenzen sowohl in der numerischen Modellierung als auch mit Blick auf das Wirtsgestein Kristallin.

Erfahren Sie mehr:

Im Rahmen dieses Projekts wurde im November 2022 folgender Artikel veröffentlicht: Malkovsky, V., Liebscher, A., Nagel, T. and Magri, F. “Influence of tectonic perturbations on the migration of long-lived radionuclides from an underground repository of radioactive waste”. Environ Earth Sci 81, 537 (2022).

Es wurden 2D-Simulationen der Grundwasserströmung und der Radionuklidmigration entwickelt, um die Auswirkungen tektonischer Störungen auf den Transport potenziell mobilisierter Radionuklide im Grundwasser aus einem Tiefenlager für feste hochradioaktive Abfälle zu untersuchen. Die Simulationen zeigen, wie die Sicherheit des Endlagers vom Zeitpunkt der Entstehung der Verwerfung und vom Abstand zwischen dem Endlager und der Verwerfung abhängt.

Projektbeschreibung

Ziel des vom BASE im Jahr 2020 beauftragten Vorhabens "Unterstützung des BASE bei der Prozessanalyse des Standortauswahlverfahrens (PaSta)" war die frühzeitige Erarbeitung einer Gesamtprozessanalyse für das mit dem Standortauswahlgesetz vorgegebene Standortauswahlverfahren.

Das Forschungsvorhaben hatte zum Ziel, eine erste Gesamtprozessanalyse für das mit dem Standortauswahlgesetz vorgegebene Standortauswahlverfahren zu erarbeiten. Insbesondere sollten aus interdisziplinärer wissenschaftlicher Sicht die fachlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen betrachtet, die Abfolgen der notwendigen Verfahrensschritte detaillierter dargestellt sowie mögliche Wechselwirkungen und Abhängigkeiten analysiert werden. Dazu gehörte auch die Analyse von möglichen Risiken und daraus resultierenden Konsequenzen für das Standortauswahlverfahren. Zudem sollten die Ergebnisse mit Planungen der Vorhabenträgerin BGE abgeglichen werden. Da entsprechende Planungen nicht vorgelegt wurden, ist das Vorhaben im Zeitraum Februar 2021 bis März 2023 pausiert worden. Anlass für die Wiederaufnahme war das Bekanntwerden der zeitlichen Planungen der Vorhabenträgerin Ende 2022.

Die mit dem Abschlussbericht vorgelegten Ergebnisse liefern die Erkenntnisse des Auftragnehmers zu den Aspekten

• Analyse der Rahmenbedingungen des Standortauswahlverfahrens,
• Darstellung eines Projektablaufplans inklusive des kritischen Projektpfads,
• Risiko- und Konsequenzenanalyse sowie
• Vergleich der zeitlichen Betrachtung des Standortauswahlverfahrens der BGE mit dem kritischen Projektpfad des von den Auftragnehmern entwickelten Ablaufs des Standortauswahlverfahren.

In einem separaten Kapitel werden mögliche generische Handlungsoptionen mit Fokus auf einen optimierten zeitlichen Verlauf des Standortauswahlverfahrens vorgeschlagen.

Die Ergebnisse bestätigen die Sichtweise, dass das Standortauswahlverfahren erheblich länger dauert als im Standortauswahlgesetz mit dem Jahr 2031 avisiert.
Die im Abschlussbericht ausgeführte Risiko- und Konsequenzenanalyse zum im Vorhaben erarbeiteten Projektablaufplan für das Standortauswahlverfahren weist u. a. darauf hin, dass insbesondere die Anzahl der von der Vorhabenträgerin vorzuschlagenden Standortregionen erhebliche Auswirkungen auf den Zeitverlauf des weiteren Verfahrens haben wird. Dabei werden nicht nur unmittelbar höhere Zeitbedarfe für die nachfolgenden Verfahrensschritte in Phase I und II erzeugt, sondern auch infolge der höheren Anzahl an notwendigen Regionalkonferenzen mittelbar weitere Ereignisse ausgelöst oder begünstigt, die das Verfahren zusätzlich negativ beeinflussen können. Es sei demnach zu empfehlen, die Anzahl der zur übertägigen Erkundung vorzuschlagenden Standortregionen einzugrenzen und ausschließlich Gebiete mit hinreichendem Potenzial zum „Standort mit bestmöglicher Sicherheit“ weiterzuführen.
Ein weiterer relevanter Einfluss wird unter anderem im Zusammenwirken der verschiedenen Akteure mit unterschiedlichen Rollen gesehen. In der Ausgestaltung des Verfahrens und Findung geteilten Verständnisses über die Ziele und des Weges dahin liege das Potential, Spannungsfelder rechtzeitig abzubauen und somit positiv auf den Ablauf des Verfahrens zu wirken.

Die Ergebnisse des Abschlussberichtes liefern einen wichtigen wissenschaftlichen Beitrag für die weitere Diskussion zur Umsetzung des Standortauswahlverfahrens. Mit den generischen Handlungsoptionen werden mögliche Potentiale für eine zukünftige Optimierung und Beschleunigungspotentiale in verschiedenen Bereichen aufgezeigt. Das vom Standortauswahlgesetz partizipativ, wissenschaftsbasiert, transparent, selbsthinterfragend und lernend angelegte Verfahren und die eingerichteten Organisationen bieten hierfür grundsätzlich die notwendigen Voraussetzungen.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 7 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Projektbeschreibung

Für Informationen über die Zwischen- und Endlagerung radioaktiver Abfälle ist gemäß § 38 des Standortauswahlgesetzes eine dauerhafte Unversehrtheit zu gewährleisten. Dies gilt sowohl für bereits vorhandene als auch für künftig zu erzeugende Informationen.

Je nach Zusammensetzung und Lagerungsbedingungen können Dokumente aus Papier eine vergleichsweise lange Les- und Haltbarkeit von einigen Jahrhunderten erreichen. Damit stellt Papier ein geeignetes Medium zur Überlieferung von Informationen über lange Zeiträume dar.

In diesem Forschungsvorhaben wurde untersucht, wie mit typischen, eventuell vorhandenen Schäden an Papierdokumenten umgegangen werden kann. Es wurde ebenso betrachtet, welche Art von Papier in Verbindung mit welchen Schreib- und Druckstoffen zur Gewährleistung der dauerhaften Unversehrtheit geeignet ist.

Die wesentlichen Ergebnisse dieses Projektes sind:

• Alle untersuchten Papiersorten einschließlich Recyclingpapier weisen eine Alterungsbeständigkeit von mindestens 500 Jahren auf.
• Der Tiefdruck hat sich als das Verfahren mit dem geringsten Einfluss auf Papier herausgestellt.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 5 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Projektbeschreibung

Das Standortauswahlgesetz regelt das Verfahren zur Auswahl des Standorts für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle in der Bundesrepublik Deutschland. Die Endlagerung soll in tiefen geologischen Formationen in einem für diese Zwecke errichteten Endlagerbergwerk mit dem Ziel des endgültigen Verschlusses erfolgen.

Im Rahmen des Verfahrens erarbeitet die BGE mbH Vorschläge für übertägige und untertägige Erkundungsprogramme. Diese Vorschläge werden vom BASE bewertet und mit einer begründeten Empfehlung an das Bundesumweltministerium übergeben. Zu dieser begründeten Empfehlung gehört auch ein Bericht des BASE zur Evaluation des Standortauswahlverfahrens und eine Darstellung und Diskussion alternativer Entsorgungsmöglichkeiten.

Daraus ergibt sich für das BASE die Aufgabe,

• den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik bezüglich möglicher Alternativen zur tiefen geologischen Endlagerung in Bergwerken zu ermitteln und
• deren weitere Entwicklung fortlaufend zu beobachten und zu bewerten.

Von der Endlagerkommission wurden bereits folgende Alternativen diskutiert:

• Endlagerung in tiefen Bohrlöchern,
• Transmutation bzw. Partitionierung und Transmutation (P&T),
• Langzeitzwischenlagerung.

Daneben sind vom BASE auch mögliche neue Alternativen und Ansätze zu identifizieren und zu bewerten.

Entsorgungsprogramme anderer Länder sind ebenso zu verfolgen. Dies beinhaltet auch Entwicklungen auf dem Feld neuer Reaktortypen. Es gilt zu beobachten, welchen Einfluss diese Entwicklungen auf die Entsorgungsprogramme und damit auch auf favorisierte Entsorgungsoptionen haben könnten.

Zur verbesserten Wahrnehmung der vorgenannten Aufgaben hat das BASE dieses Forschungsvorhaben initiiert. Die konkreten Ziele waren,

• den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik zu alternativen Entsorgungsoptionen darzustellen,
• in jährlichen Fortschreibungsberichten nationale und internationale Entwicklungen zu verfolgen,
• das BASE frühzeitig über wesentliche und insbesondere auch neue Entwicklungen im Bereich alternativer Entsorgungsoptionen zu informieren,
• sicherheitstechnische Bewertungen der betrachteten alternativen Entsorgungsoptionen zur Verfügung zu stellen und
• das BASE als Träger der Öffentlichkeitsbeteiligung dabei zu unterstützen, die Öffentlichkeit zu informieren und Anfragen zu beantworten.

Zwischenergebnisse

Im ersten Bericht dieses Forschungsvorhabens wurde der Stand von Wissenschaft und Technik bis August 2021 dargestellt.

Ausgehend vom Bericht der Endlagerkommission und der Entsorgungssituation in Deutschland wurden Kriterien zur Bewertung alternativer Entsorgungsoptionen hergeleitet. Auf Basis dieser Grundlagen wurden die von der Kommission als beobachtenswert eingestuften Alternativen ausführlich dargestellt. Hierbei handelt es sich um Langzeitzwischenlagerung, tiefe Bohrlochlagerung sowie Partitionierung und Transmutation. Ihr möglicher Beitrag für die Entsorgung der hochradioaktiven Abfälle in Deutschland wurde untersucht und bewertet.

Zwischenbericht zu Arbeitspaket 1 (PDF, 9 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

BASE-Fachdiskussion

Im Mai 2022 haben Expertinnen und Experten auf einer öffentlichen Fachveranstaltung des BASE die alternativen Entsorgungsoptionen für hochradioaktive Abfälle diskutiert. Das Fazit der Veranstaltung war, dass derzeit keine der diskutierten Technologien technisch verfügbar oder sicherheitstechnisch vorteilhaft sind. Weitere Informationen zu dieser Veranstaltung finden Sie hier.

Ergebnisse des Forschungsvorhabens

Die Zwischenergebnisse wurden im weiteren Verlauf des Forschungsvorhabens aktualisiert und einzelne Themen vertieft. So wurden beispielsweise die Möglichkeit einer Lagerung der Abfälle in horizontal abgelenkten Bohrlöchern sowie potentielle Kombinationen der verschiedenen Ansätze näher betrachtet. Weitere Schwerpunktthemen waren unter anderem Salzschmelzereaktoren und die Integrität hochradioaktiver Inventare bei der Langzeitzwischenlagerung.

Insgesamt bietet der Abschlussbericht einen umfangreichen Überblick über den Stand von Wissenschaft und Technik bei alternativen Entsorgungsansätzen. Die Diskussion über die Inhalte hat interessante Fragen aufgeworfen, die Gegenstand weiterer Forschung sein könnten. Dazu gehören beispielsweise: Könnte ein Einsatz von Partitionierungsmethoden mit anschließender Konditionierung die Entsorgungssicherheit erhöhen? Was müsste der jeweilige Alternativansatz leisten, um infrage zu kommen oder sich gar als der bessere Entsorgungsweg zu erweisen?

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 11 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Factsheets

Aus dem Projekt gingen drei Factsheets zu den oben genannten Themen Langzeitzwischenlagerung, Bohrlochlagerung sowie Partitionierung und Transmutation hervor. Die Factsheets enthalten Fachinformationen. Sie richten sich sowohl an Leser:innen mit wissenschaftlichem Hintergrund als auch an interessierte Bürger:innen, die ihre Kenntnisse vertiefen möchten.

• Langzeitzwischenlagerung als Entsorgungsoption?
• Bohrlochlagerung als Entsorgungsoption?
• Partitionierung und Transmutation hochradioaktiver Abfälle als Entsorgungsoption?
  

Fazit des BASE

Aus Sicht des BASE lässt sich festhalten, dass die geplante Entsorgung der hochradioaktiven Abfälle in einem Endlagerbergwerk die sicherste Lösung ist - zum jetzigen Zeitpunkt und in absehbarer Zukunft. Das BASE wird Entwicklungen im Bereich alternativer Entsorgungstechnologien weiter beobachten.

Projektbeschreibung

Um die Langzeitsicherheit eines Endlagers zu gewährleisten, müssen alle unterirdischen Hohlräume möglichst vollständig verfüllt und verschlossen werden. Dadurch soll verhindert werden, dass Fluide (z. B. Grundwasser) in das Endlager oder Schadstoffe in die Biosphäre gelangen.
Dabei ist die Auswahl der Verfüllmaterialien und Verfüllkonzepte von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Sicherheitsfunktionen der Barrieren.
Verfüllmaterialien müssen zahlreiche, zum Teil widersprüchliche Funktionen erfüllen. Das Verfüllmaterial muss:

• Gegenüber Fluiden möglichst dicht sein.
• Gleichzeitig die Migration von Gasen ermöglichen (Gase können durch Korrosion von Metallen entstehen und zu einem Überdruck im System führen).
• Chemische und mikrobiologische Reaktionen, die die Sicherheitsfunktionen der technischen Barriere beeinträchtigen können, verhindern oder zumindest reduzieren.

Das Forschungsvorhaben VergE bietet eine umfassende Darstellung und Bewertung des aktuellen Standes der Verfüllmaterialien und -konzepte weltweit. Die drei für Deutschland relevanten potenziellen Wirtsgesteine (Steinsalz, Tonstein und Kristallin) wurden untersucht. Ebenso wurde die Anwendbarkeit numerischer Modelle zur Simulation und Vorhersage kritischer Verfüll- und Verschlussprozesse veranschaulicht.
Die untersuchten Verfüllmaterialien für unterschiedliche Verschlusskonzepte in den Wirtsgesteinen wurden hinsichtlich der folgenden Kriterien verglichen bzw. bewertet:

• Spezifische Anforderungen an die Materialien
• Charakteristische Eigenschaften
• Aktueller Stand der Forschung
• Eignung der Materialien und Machbarkeit (Verfügbarkeit, Herstellung, Einbau)
• Probleme und Forschungsbedarf
• Schlussfolgerungen für ein Endlager für hochradioaktive und wärmeentwickelnde Abfälle in einer tiefen geologischen Formation in Deutschland

Mit den Materialgruppen Salzgrus, Ton bzw. Bentonit und Beton stehen grundsätzlich geeignete Materialien zur Verfügung. Diese Materialien sind sowohl in Forschungsvorhaben als auch in der bergmännischen Praxis erprobt. Die Handhabung und Einbaubarkeit ist grundsätzlich Stand der Technik und es kann davon ausgegangen werden, dass diese Materialien in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Die Eignung ist allerdings jeweils spezifisch für den konkreten Standort und das Sicherheitskonzept zu prüfen und zu bewerten.
Es gibt auch allgemeine Entwicklungen in der numerischen Modellierung, die laufend berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise werden folgende Aspekte in Zukunft eine Rolle spielen:

• Modellierung von Prozessen auf mehreren Skalen (von der Poren- bis zur Endlagerskala),
• High Performance Computing / Parallelisierung,
• 3D-Visualisierung der Ergebnisse,
• Integration numerischer Modelle in Umgebungen von GIS und BIM (Bauwerksdatenmodellierung),
• Kopplung der Modelle mit Ansätzen des maschinellen Lernens für das Engineering und die Integration experimenteller Daten,
• Integration der komplexen Bruchentwicklung,
• Einsatz relativ neuer numerischer Techniken.

Fachlicher Abschlussbericht (13,3 MB, barrierefrei)

Projektbeschreibung

In der Bundesrepublik Deutschland wird in einem Auswahlverfahren der Standort gesucht, der die bestmögliche Sicherheit zur Endlagerung hochradioaktiver Abfälle gewährleistet.

Zu den Herausforderungen gehören:

• das große Suchgebiet, das sich über das gesamte Bundesgebiet erstreckt,
• der Nachweiszeitraum von einer Million Jahre sowie
• die unterschiedliche Qualität, Menge und Detailliertheit der Geodaten, die bewertet und verarbeitet werden müssen.

Im Umgang mit solch großen und heterogenen Datenmengen wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt. Die immer größer werdenden Rechenkapazitäten haben beispielsweise zur Etablierung der wissenschaftlichen Disziplin "Data Science" geführt. Vor allem Methoden der sogenannten Künstlichen Intelligenz (KI) sind heute in der Lage, Muster in großen Datensätzen zu erkennen. Diese Muster können für Modellierungen und Prognosen genutzt werden.

Dieses Forschungsvorhaben identifiziert für das Standortauswahlverfahren (StandAV) relevante Anwendungsbereiche von KI in den Geowissenschaften. Zudem wird auf Grenzen und notwendige Voraussetzungen hingewiesen, die sich aufgrund der Risiken des Einsatzes von KI ergeben.

In einem ersten Schritt werden Chancen und Risiken sowie Stärken und Schwächen der einzelnen KI-Anwendungsbereiche identifiziert und beschrieben. Diese Identifikation dient als allgemeiner Überblick über mögliche Anwendungsfelder der Künstlichen Intelligenz und deren Bewertung. Im zweiten Schritt werden ausgewählte Fallstudien anhand eines Bewertungsschemas analysiert, um die Relevanz für die Schlüsselaktivitäten des Standortauswahlverfahrens zu bestimmen.

Abschließend werden die Erkenntnisse aus den Fallstudien zusammengefasst und Möglichkeiten für den Einsatz von KI in den Schlüsselaktivitäten des Standortauswahlverfahrens abgeleitet. Dabei werden Grenzen und Rahmenbedingungen aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die KI-Einsatzbereiche nur mit methodischen und fachspezifischen Anpassungen auf das StandAV übertragbar sind.

Voraussetzung für den Einsatz von KI ist eine qualitativ hochwertige Datenbasis. In den Geowissenschaften gibt es bereits viele Publikationen, die sich mit dem Einsatz von KI beschäftigen. Hierbei geht es beispielsweise um:

• die Erkennung, Segmentierung, Generierung und Verarbeitung von Daten in digitalen Bildern,
• die Klassifikation oder Gruppierung von Daten („Clustering“).

Darüber hinaus zeigt die Studie Anwendungsbereiche auf, in denen KI-Methoden bereits eingesetzt werden. Beispiele sind:

• die Entwicklung von Ersatzmodellen,
• die Schätzung, Vorhersage oder Prognose,
• die Vereinfachung komplexer Prozesszusammenhänge,
• das finden „besserer“ Lösungen (Optimierung) und
• die Erkennung und Identifikation ungewöhnlicher Muster (Anomalie-Erkennung).

Hohe Ansprüche müssen an die Nachvollziehbarkeit der angewendeten KI-Methoden und ihre Vermittlung gestellt werden, um dem Transparenzanspruch des Standortauswahlverfahrens gerecht zu werden.

Vor diesem Hintergrund kann KI als Unterstützungsinstrument für Schlüsselaktivitäten der Auswahlverfahrens dienen. Sie darf jedoch nicht so eingesetzt werden, dass sie finale Entscheidungen trifft. Auch wenn KI zur Generierung von Daten eingesetzt wird, um Datenlücken und Unsicherheiten zu schließen: Die Ergebnisse dürfen nicht unreflektiert verwendet werden. Die Ergebnisse müssen immer einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden.

Die Ergebnisse dieses Projektes liefern dem BASE eine Grundlage für die weitere Überprüfung von KI-Methoden, die für den Standortauswahlprozess relevant sind oder sein könnten. Gleichzeitig wird der interessierten Öffentlichkeit eine fundierte Informationsquelle zu KI-Anwendungen in den Geowissenschaften zur Verfügung gestellt.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 4 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Erfahren Sie mehr:

• BASE-Fachdiskussion: Künstliche Intelligenz – Was bedeutet sie für die nukleare Entsorgung?

• Forschung: Künstliche Intelligenz bei der Endlagersuche? (Meldung des BASE vom 16.05.2022)

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Standortauswahlverfahrens für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle (HAW) soll nach Standortauswahlgesetz (§27 (5) StandAG) und Endlagersicherheitsuntersuchungsverordnung (§7 (5) EndlSiUntV) auch geprüft werden, ob eine zusätzliche Endlagerung von schwach- und mittelradioaktiven Abfällen (LAW/MAW) - in einem eigens für diesen Zweck errichteten Endlagerbergwerk – am gleichen Standort möglich ist. Im Forschungsvorhaben GemEnd wurden mögliche gegenseitige Beeinflussungen dieser Bergwerke, sowie die daraus resultierenden sicherheitsrelevanten Konsequenzen für das HAW-Endlagersystem, untersucht.

Es wurden im Wesentlichen zwei Ziele verfolgt:

1. Die Identifikation und Bewertung von Prozessen, die durch die untertägige Entsorgung von LAW/MAW am Standort des HAW-Endlagers nach dessen endgültigen Verschluss hervorgerufen werden können.
2. Die Untersuchung der Konsequenzen einer geordneten Beseitigung geringer Mengen an LAW/MAW im HAW-Endlager auf dessen Langzeitsicherheit.

Die vier für Deutschland in Betracht kommenden exemplarischen Endlagerkonfigurationen im Wirtsgestein, d.h. Tongestein, Steinsalz in stratiformer Lagerung und Kristallingestein sowie einer Kombination aus Wirtsgestein Kristallingestein für HAW-Abfälle und Wirtsgestein Tongestein für LAW/MAW Abfälle wurden numerisch modelliert. Am Beispiel ausgewählter gekoppelter T (thermischer), H (hydraulischer), M (mechanischer) und C (chemischer)-Prozesse sollten mögliche sicherheitsrelevante Prozesse für den HAW-Bereich identifiziert werden.
In der Endlagerkonfiguration im Tongestein wurden TH-C-Prozesse mit dem Rechenprogramm TOUGH3 modelliert. Folgende Effekte für die TH-Prozesse zeigen sich: eine lokale zeitliche Überlagerung von thermisch-bedingten und Gasbildungsbedingten Druckanstiegen, eine Ausdehnung der Gasphase in der LAW/MAW-Kammer auf benachbarte HAW-Strecken sowie eine thermomechanische Beanspruchung der LAW/MAW-Kammer. Durch die Transportprozesse von Salzen (NaCl (Kochsalz)) kann es im LAW/MAW-Bereich zu einer erhöhten Salzkonzentration kommen. Diese TH-C-Prozesse erreichen aber in den Modellrechnungen keine sicherheitsrelevanten Ausmaße für den Bereich der HAW-Abfälle.
In der Endlagerkonfiguration im Steinsalz in stratiformer (flachlagernder) Lagerung wurden TM-Prozesse mit der Software OpenGeoSys6 unter Berücksichtigung einer Gasbildung auf Grund von Metallkorrosion modelliert. Hier sind vor allem die Wärmeausbreitung und das Gebirgskriechen (plastische Verformung zur Schließung von Hohlräumen) sowie die Gasbildung im LAW/MAW-Bereich relevant, diese zeigen in den Modellrechnungen aber keinen Integritätsverlust des Gebirges zwischen den beiden Endlagertypen.
In der Endlagerkonfiguration Kristallingestein wurden THM-C-Prozesse, hier die Ausbreitung einer Hoch-pH-Fahne (wässrige Lösung mit hohem pH-Wert), mit dem Rechenprogramm TOUGH3 modelliert. Relevante Effekte sind hier: die Wärmeausbreitung, die Gasbildung, die Bewegungen des Kluft- und Porenwassers sowie die mögliche Reaktivierung von Klüften und eine schnelle Ausbreitung der Hoch-pH-Fahne in den HAW-Bereich. Es zeigt sich durch die Modellrechnungen, das für den Verlauf der einzelnen Prozesse im Wirtsgestein Kristallin der Abstand zwischen den beiden Endlagertypen einen geringen Einfluss hat.

Die Ergebnisse aus den gekoppelten THMC-Prozessen und die abschließende vergleichende Synthese der unterschiedlichen Endlagerkonfigurationen unterstützen eine bessere Bewertung und Prüfung der gegenseitigen Einflüsse dieser beiden unterschiedlichen Endlagertypen am gleichen Standort. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine gemeinsame Endlagerung grundsätzlich machbar erscheint. Für eine Sicherheitsanalyse, ist jedoch zumindest eine vorläufige Auslegung des LAW/MAW-Endlagerbergwerks und ein zugehöriges vorläufiges Sicherheitskonzept für jede Endlagerkonfiguration erforderlich.

GemEnd Forschungsvorhaben (PDF, 17,7 MB, Datei ist barrierefrei/barrierearm)

Projektbeschreibung

Im Rahmen seiner Aufgaben bei der Standortauswahl prüft das BASE u.a. die Vorschläge der Vorhabenträgerin - der Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH - zu den einzelnen Verfahrensschritten gemäß §§ 13, 14, 16 und 18 StandAG und erarbeitet begründete Empfehlungen. Für diese Verfahrensschritte sieht das Standortauswahlgesetz die wiederholte Durchführung von sicherheitsgerichteten Vergleichen und vergleichenden Bewertungen im Rahmen der vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen entsprechend § 27 StandAG vor.

Das StandAG macht jedoch keine Vorgaben dazu,

• wie diese Vergleiche und Bewertungen methodisch durchzuführen sind,
• wie mit Ungewissheiten aufgrund unterschiedlicher Datenverfügbarkeiten, -qualitäten und -vergleichbarkeiten umzugehen ist,
• wie unterschiedliche Daten gegebenenfalls zu gewichten sind und
• wie wirtsgesteinsspezifische sowie wirtsgesteinsunabhängige Daten zu betrachten sind.

Das Forschungsvorhaben setzt hier an, mit dem Ziel den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik in Bezug auf generelle sicherheitsgerichtete Bewertungs- und Vergleichsmethoden zu evaluieren und zu dokumentieren. Die Relevanz und Anwendbarkeit dieser ermittelten sicherheitsgerichteten Bewertungs- und Vergleichsmethoden, unter Berücksichtigung der spezifischen Herausforderungen des Standortauswahlverfahrens, werden herausgearbeitet.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens versetzen damit das BASE in die Lage methodische Ansätze bei Erfordernis weiter bzw. neu zu entwickeln und an spezifische Herausforderungen anzupassen. Darüber hinaus wird eine Bewertung methodisch bedingter unterschiedlicher Ergebnisse maßgebend unterstützt.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 4 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Projektbeschreibung

Die Schweiz führt ein Auswahlverfahren für Endlagerstandorte für radioaktive Abfälle durch - den "Sachplan Geologisches Tiefenlager". Die Bundesrepublik Deutschland wird bereits seit mehreren Jahren aktiv an diesem Verfahren beteiligt.

Verantwortlicher Betreiber ist die Nagra, die Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle. Diese hat im Rahmen des Sachplanverfahrens die drei Standorte Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost ausgewiesen. Alle Standorte liegen nahe der Grenze zu Deutschland. Daher besteht für Deutschland ein dringendes Interesse daran, das Schweizer Angebot zur Beteiligung fachlich kompetent wahrzunehmen.

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz vertritt die sicherheitstechnischen und gesellschaftlichen Interessen der deutschen Seite gegenüber der Schweiz. Ebenso werden die im Auswahlverfahren getroffenen Entscheidungen bewertet. Zur Unterstützung des BMUV wurden

• die Expertengruppe Schweizer Tiefenlager (ESchT) sowie
• die gemeinsam mit dem Land Baden-Württemberg getragene Deutsche Koordinationsstelle Schweizer Tiefenlager (DKST)

eingerichtet.

Durch Experten verschiedener Sachgebiete stellt die ESchT die unabhängige, fachliche Expertise des Bundes sowie der verschiedenen betroffenen Gruppen der Region sicher. Zu diesen Sachgebieten zählen unter Anderem die Bereiche Langzeitsicherheit, Sozial- und Planungswissenschaften, Berg- und Umweltrecht.

Informationen zur Endlagersuche in der Schweiz

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Standortauswahlverfahrens hat die Vorhabenträgerin BGE in den verschiedenen Verfahrensschritten unter anderem wiederholt das Ausschlusskriterium „aktive Störungszonen“ (§ 22 StandAG) anzuwenden. Hierzu gehört auch, dass sie nach §§ 13, 14 StandAG Empfehlungen abgibt, wie mit Gebieten umgegangen werden soll, für die keine hinreichenden Informationen zur Anwendung dieses Kriteriums vorliegen. Dem BASE als Regulierungsbehörde obliegt es - die Anwendung des Ausschlusskriteriums „aktive Störungszonen“ durch die BGE - zu prüfen und zu bewerten.

Das Forschungsvorhaben KaStör leistet hier einen wesentlichen Beitrag, um eine fundierte Bewertung zu ermöglichen. Es hat zum einen den aktuellen und regionalen Kenntnisstand von Wissenschaft und Technik zu aktiven Störungen/Störungszonen in Deutschland gemäß der Definition § 22 StandAG für das BASE evaluiert. Zum anderen hat es die international verfügbaren Literaturquellen in Bezug auf den Umgang mit aktiven Störungen/Störungszonen ausgewertet und diesen für die einzelnen Länder dokumentiert.

Die derzeit bekannten Methoden zur Ermittlung aktiver Störungen/Störungszonen werden umfassend beschrieben und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet. Daraus abgeleitete Empfehlungen sollen es erlauben, die Aktivität einer Störung/Störungszone besser identifizieren und klassifizieren zu können.

Da in der aktuellen Fachliteratur die Störungsreaktivierung durch Eisauflast immer wieder ein Thema ist, hat sich das Forschungsvorhaben auch mit dem Einfluss der letzten Eiszeiten und ihren möglichen Auswirkungen auf Störungen/Störungszonen beschäftigt. Die Autoren empfehlen, im Rahmen der Bewertung von Störungen/Störungszonen auch die Effekte einer möglichen eiszeitlichen Reaktivierung zu betrachten.

Abschlussbericht und verwendete Daten

Hinweis

Mit Hilfe eines Hash-Wertes, z.B. MD5 wird die Integrität von Daten dokumentiert, um eine nachträgliche Veränderung der Daten überprüfen zu können. Für die Ermittlung von Hash-Werten lassen sich im Internet kostenlose Prüfprogramme finden.

Projektbeschreibung

Weltweit wurden bereits übertägige Erkundungsprogramme durchgeführt, die hydrologische, hydrogeologische und hydrogeochemische Eigenschaften von potenziellen Endlagerstandorten untersucht haben. Mit dem durch das Standortauswahlgesetz (StandAG) vorgegebenen Verfahren, liegt ein neuer Ausgangspunkt bei der Endlagersuche für hochradioaktive Abfälle in Deutschland vor.

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) nimmt in diesem Verfahren unter anderem folgende Aufgaben wahr:

• den Vorschlag der Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) für die übertägig zu erkundenden Standortregionen prüfen
• die von der BGE vorzuschlagenden, standortbezogenen übertägigen Erkundungsprogramme festlegen.

Im Vorhaben wurde analysiert, mit welchen der genannten Parametern die Anforderungen an die zu untersuchenden Standortregionen durch übertägige Erkundungsprogramme beurteilt werden können.

Dafür wurden, falls nötig, aus abstrakt formulierten Anforderungen messbare Parameter abgeleitet. Die entsprechenden, aktuell zur Verfügung stehenden Messverfahren sind dann identifiziert und systematisch dargestellt worden. Von der Auftragnehmerin wurde ein Orientierungsrahmen vorgeschlagen, der verschiedene relevante Aspekte berücksichtigt und die Beurteilung der übertägigen Erkundungsprogramme unterstützen können soll.

Aus dem Forschungsvorhaben ergab sich eine umfangreiche Zusammenstellung von Methoden, Messverfahren und Erkenntnissen. Diese liefert dem BASE eine Grundlage für weiterführende Arbeiten und für seine Prüfaufgaben.

Das Forschungsvorhaben liefert keine Vorlage für ein konkretes Erkundungsprogramm an einem Standort.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 6 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Ergänzend zu den Arbeiten dieses Vorhabens wurde vom BASE das Forschungsvorhaben "Messmethoden für übertägige Erkundungsprogramme gemäß StandAG" beauftragt.

Projektbeschreibung

Dem Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) wurden mit dem Standortauswahlgesetz (StandAG) verschiedene Aufgaben im Standortauswahlverfahren übertragen. Hierzu gehört die Prüfung, Festlegung und Veröffentlichung der von der Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) vorgeschlagenen standortbezogenen Programme zur übertägigen Erkundung.

In diesem Vorhaben wurde eine umfassende Übersicht über aktuell verfügbare Messmethoden für eine übertägige Erkundung mit Bezug auf das Standortauswahlverfahren erarbeitet.

Dabei wurden die in Deutschland grundsätzlich in Betracht kommenden Wirtsgesteine Steinsalz, Tongestein und Kristallingestein zu Grunde gelegt. Ebenso berücksichtigt wurden auch die vom StandAG vorgegebenen Anforderungen und Kriterien für die Standortauswahl sowie nationale und internationale Programme für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle.

In der Darstellung der Messmethoden im Abschlussbericht erfolgt zunächst eine grundsätzliche Einteilung in die Kategorien: flächenhaft, punktuell und Labor. Im Anschluss werden die einzelnen Messmethoden und -prinzipien unter Betrachtung folgender Aspekte näher erläutert:

• gemessene Parameter und zu erwartender Erkenntnisgewinn,
• technische Ausführung,
• Aussagekraft, Grenzen und einschränkende Randbedingungen,
• Aufwand,
• Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Methoden
• alternative Methoden,
• Informationen zum Stand von Wissenschaft und Technik sowie
• Neu- und Weiterentwicklungen.

Das Forschungsvorhaben widmet sich der Darstellung von Messmethoden zur Erfüllung der Anforderungen gemäß StandAG. Unter Auswertung der vom StandAG vorgegebenen Ausschlusskriterien, Mindestanforderungen und geowissenschaftlichen Abwägungskriterien werden die zu messenden Parameter abgeleitet. Anschließend werden geeignete Methoden identifiziert und bezüglich ihrer jeweiligen Eignung unter Abwägung der Vor- und Nachteile vergleichend dargestellt. Dabei wird auch die Anwendbarkeit auf die oben genannten Wirtsgesteine berücksichtigt.

Die Ergebnisse dieses Vorhabens liefern dem BASE eine Grundlage für die Prüfung und Festlegung von Programmen für die übertägige Erkundung im Standortauswahlverfahren. Zugleich wird der interessierten Öffentlichkeit eine fundierte Informationsquelle zu einem speziellen Themenbereich des Standortauswahlverfahrens verfügbar gemacht.

Das Forschungsvorhaben liefert keine Vorlage für ein konkretes Erkundungsprogramm an einem Standort.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 3 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)

Ergänzend zu den Arbeiten dieses Vorhabens wurde vom BASE das Forschungsvorhaben "Untersuchung zu übertägigen Erkundungsprogrammen für hydrologische, hydrogeologische und hydrogeochemische Fragestellungen im Standortauswahlverfahren" beauftragt.

Projektbeschreibung

Ungestörtes Steinsalz kommt laut Standortauswahlgesetz grundsätzlich als eines von drei möglichen Wirtsgesteinen für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle in Betracht. Steinsalz wird generell als undurchlässig für Flüssigkeiten und Gase angesehen. Eine wissenschaftliche Veröffentlichung (Ghanbarzadeh et al., 2015) hat diese Barrierewirkung von Steinsalz gegenüber Flüssigkeiten und Gasen jedoch in Frage gestellt. Ziel des Forschungsvorhabens PeTroS „Überprüfung des perkolationsgetriebenen Transports von Fluiden im Wirtsgestein Steinsalz unter relevanten Bedingungen für ein Endlager“ war es, die These von Ghanbarzadeh et al. experimentell unter endlagerrelevanten Druck- und Temperaturbedingungen zu untersuchen.

Ghanbarzadeh et al. (2015) führten fünftägige Experimente mit losen Körnern aus Steinsalz durch, die erst in den Versuchen kompaktiert wurden und werteten Beobachtungen an erbohrten Steinsalzproben aus Erdölfeldern aus. Auf Basis ihrer Beobachtungen stellten sie die These auf, dass Steinsalz unter endlagerrelevanten Druck- und Temperaturbedingungen eine deutlich erhöhte Durchlässigkeit aufweisen könne. Ursache für die angenommene erhöhte Durchlässigkeit könnten nach den Autoren zwei bislang nicht beachtete, hypothetische Transportmechanismen im Steinsalz sein:

1. Die Ausbildung eines durchgehenden Fluidfilms entlang der Korngrenzen aufgrund eines von den Druck- und Temperaturbedingungen abhängigen kleinen Benetzungswinkels im System Steinsalz – Fluid sowie
2. die Schaffung neuer Fließwege im Zusammenhang mit einer Deformationsbeanspruchung des Gesteins.

Die Thesen von Ghanbarzadeh et al. beruhen ausschließlich auf indirekten Indizien. Direkte Messungen der Durchlässigkeit wurden weder an Laborproben, noch an Bohrkernen oder in-situ (also beispielsweise in einer Salzformation in einem Forschungsbergwerk) durchgeführt.

Zur Überprüfung der für das Standortauswahlverfahren wichtigen Fragestellung, ob die Barrierewirkung von Steinsalz unter relevanten Druck- und Temperaturbedingungen gegebenenfalls grundsätzlich in Frage zu stellen ist, hatte das BASE das aus Mitteln des Ministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit finanzierte Forschungsvorhaben „PeTroS“ öffentlich ausgeschrieben und das Institut für Gebirgsmechanik GmbH Leipzig (IfG Leipzig) mit der Ausführung beauftragt. Ziel war es, die von Ghanbarzadeh et al. (2015) geweckten Zweifel an der Dichtheit von Steinsalz erstmalig unter repräsentativen Druck- und Temperaturbedingungen an natürlichen Steinsalzproben experimentell zu überprüfen. In einem technisch aufwändigen Versuchsprogramm wurden an den Steinsalzproben experimentelle Durchflussmessungen unter quasi-isotropen (also in alle Richtungen gleich) Spannungsbedingungen ohne Deformation durchgeführt. Als Fluide wurden sowohl Gas (Stickstoff) als auch Flüssigkeit (gesättigte Steinsalzlösung) unter verschiedenen Druck- und Temperaturbedingungen (18 MPa und 38 MPa bei 140 °C, 160 °C und 180 °C) untersucht.

Die von Ghanbarzadeh et al. (2015) vorausgesagten erhöhten Durchlässigkeiten konnten in den Versuchen bei Versuchslaufzeiten von mehreren Stunden bis zu fünf Tagen nicht beobachtet werden. Alle Versuche zeigten erst bei Überschreitung des Minimalspannungskriteriums signifikante Durchlässigkeiten und belegen die Existenz dieser bekannten und gut untersuchten Perkolationsgrenze auch unter den untersuchten Bedingungen bei erhöhter Temperatur. Die von Ghanbarzadeh et al. postulierte deformationsunterstützte Perkolation wurde in diesem Vorhaben nicht experimentell untersucht. Allerdings legen im Vorhaben PeTroS durchgeführte theoretische Überlegungen nahe, dass dieser Mechanismus in Frage zu stellen ist. Sollten künftige Forschungsergebnisse jedoch neue / weitere Indizien für eine de-formationsunterstützte Perkolation liefern, sind möglicherweise weitere experimentelle Durchflussuntersuchungen unter Deformationsbedingungen notwendig.

Fazit

Die im Jahr 2015 postulierte erhöhte Durchlässigkeit von Steinsalz in Folge der Ausbildung eines durchgehenden Fluidfilms entlang der Korngrenzen aufgrund eines von den Druck- und Temperaturbedingungen abhängigen kleinen Benetzungswinkels im System Steinsalz – Fluid konnte experimentell nicht bestätigt werden. Die Ergebnisse des Vorhabens PeTroS geben keine Hinweise, dass die Barrierewirkung von Steinsalz unter relevanten Druck- und Temperaturbedingungen gegebenenfalls grundsätzlich in Frage zu stellen ist. Die Barrierewirkung von Steinsalz ist im Verlauf des Standortauswahlverfahrens regionen- bzw. standortspezifisch zu untersuchen und im Rahmen der vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen zu bewerten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen und Bewertungen machen gegebenenfalls weitere experimentelle Studien notwendig. Das BASE wird dieses Thema wissenschaftlich weiterhin eng verfolgen und bei Bedarf weitere Forschungsarbeiten in Auftrag geben.

Fachlicher Abschlussbericht PeTroS (PDF, 49,4 MB, Datei ist barrierefrei/barrierearm)

Projektbeschreibung

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hat laut Standortauswahlgesetz die Aufgabe, den Vollzug des Standortauswahlverfahrens zu überwachen.

In §27 (4) des Standortauswahlgesetzes (StandAG) ist die Annahme einer Grenztemperatur von 100 Grad Celsius an der Außenfläche der Abfallbehälter benannt. Diese Vorgabe und Annahme ist aus Vorsorgegründen erfolgt und vorläufig. Die Auswirkungen dieser Vorgabe auf zukünftige Endlagerkonzepte sollen weiter untersucht werden. Die Temperatur an der Außenfläche der Behälter stellt damit eine relevante Größe zur Beantwortung von Sicherheitsfragen bei der Endlagerung dar. Das Gestein, das die hochradioaktiven Abfälle einschließen soll, darf zum Beispiel durch Erwärmung seine Schutzfunktion nicht verlieren. Viele der sicherheitsrelevanten Fragen lassen sich aber erst abschließend beantworten, wenn geklärt ist, welches Endlager- und Sicherheitskonzept verfolgt wird.

Auf Grundlage eines Literatur-Reviews zu „maximal physikalisch möglichen Temperaturen“ wurde der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik überprüft und ausgewertet. Insbesondere folgende Aspekte standen im Hinblick auf die Grenztemperatur nach §27 (4) StandAG im Fokus:

• die Übertragbarkeit von internationalen Forschungsergebnissen,
• die Rückholbarkeit, Bergung und Handhabbarkeit der Abfallbehälter,
• die durch die Grenztemperaturen auftretenden thermo-hydraulisch-mechanisch-chemisch-biologisch gekoppelten Prozesse (THMCB-Modelle).

Das Forschungsvorhaben bildet damit eine wichtige Grundlage für weitere notwendige Forschungsarbeiten zu diesem Thema.

Fachlicher Abschlussbericht (PDF, 12 MB, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm)