GRS entwickelt Vergleichsmethoden für Endlagerstandorte in unterschiedlichen Wirtsgesteinen

29.08.2011

Für radioaktive Abfälle aus Medizin, Forschung, Industrie und der Nutzung von Kernenergie, werden derzeit weltweit geeignete Endlager gesucht. Als Wirtsgesteine für wärmeerzeugende, hochradioaktive Abfälle werden unter anderem auch Salz, Ton und Granit in Betracht gezogen.

Alle drei Gesteinsarten kommen auch in Deutschland vor. Für eine detaillierte Untersuchung im Rahmen des hier vorgestellten Verbundprojekts wurden exemplarisch die Gesteinsarten Ton und Salz zugrunde gelegt. Geeignete Vorkommen wurden in zahlreichen Gebirgsformationen in Norddeutschland (Salz und Ton) und in Süddeutschland (Ton) nachgewiesen.

Salz und Ton sind jeweils prinzipiell in der Lage, den Einschluss von radioaktiven Abfällen zu gewährleisten. Sie verfügen allerdings über grundlegend unterschiedliche Eigenschaften. Salz ist zum Beispiel unempfindlicher gegenüber hohen Temperaturen als Tonstein. Tonstein wiederum bindet bestimmte Radionuklide (= Sorption) und verhindert bzw. verzögert damit deren Austritt in die Biosphäre. Aufgrund dieser Verschiedenartigkeit kann keines der beiden Gesteine per se als „das bessere Wirtsgestein“ für die Endlagerung von radioaktiven Abfällen favorisiert werden. Die Entscheidung für oder gegen einen Standort zur Endlagerung kann also nicht allein auf Basis eines Wirtsgesteinsvergleichs getroffen werden. Vielmehr muss unter Berücksichtigung der spezifischen geowissenschaftlichen Gegebenheiten eines Standortes ein angepasstes technisches Endlagerkonzept entwickelt werden. In einem Endlagerkonzept wird beschrieben, wie das Endlager aussehen soll. Es legt unter anderem die räumliche Lage und Dimensionierung der Grubenbaue, die Art der Einlagerung (Strecken- oder Bohrlochlagerung) sowie die Anforderungen an die Abfallbehälter und geotechnischen Verschlusssysteme fest. Außerdem ist darin hinterlegt, welche Arten von Abfällen in welchen Mengen eingelagert werden.

Beim Vergleich von potenziellen Standorten müssen stets die jeweiligen Endlagersysteme, d. h. deren geologische Beschaffenheit im Verbund mit dem Endlagerkonzept, bewertet werden.

Das Verbundprojekt VerSi (Vergleichende Sicherheitsanalysen)

Mit dem Ziel, eine Methode für einen solchen Standortvergleich zu erarbeiten, startete das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) im Jahr 2006 das Verbundprojekt "Durchführung vergleichender Sicherheitsanalysen für Endlagersysteme zur Bewertung der Methoden und Instrumentarien" (VerSi). In Rahmen mehrerer Teilvorhaben war die GRS damit beauftragt, eine Methode für den Vergleich von Endlagersystemen zu entwickeln, deren Durchführbarkeit exemplarisch anhand zweier Endlagersysteme im Salz und im Ton zu überprüfen und eventuelle Grenzen der Vergleichsmethodik aufzuzeigen.

Annahmen und Vorgehensweise

Das Vorhaben umfasst die Entwicklung von Methoden und deren beispielhafte Anwendung zum Vergleich zweier Standorte in unterschiedlichen Wirtsgesteinen. Für beide Standorte wurde angenommen, dass sie genehmigungsfähig sind, das heißt, dass der Nachweis der Langzeitsicherheit erbracht werden kann. Demnach können sie radioaktive Stoffe über einen Zeitraum von 1 Mio. Jahren so einschließen, dass diese nicht, bzw. nur in unbedenklich geringen Mengen, in die Biosphäre gelangen.

Stellvertretend für das Wirtsgestein Salz wurde der Erkundungsstandort Gorleben ausgewählt.   Aufgrund der bereits vorliegenden Erkundungsergebnisse, ist eine ausführliche Datengrundlage vorhanden, die für einen Vergleich notwendig war. Der Vergleichsstandort im Tonstein wurde in einem der VerSi-Teilprojekte synthetisch generiert und charakterisiert.

Auf Basis dieser Annahmen wurde für beide Standorte jeweils ein adäquates Endlagerkonzept erstellt, ein einschlusswirksamer Gebirgsbereich (ewG) festgelegt und denkbare Szenarien für die Endlagersysteme entwickelt. Beispielsweise wurde in einem Szenarium von einer Eiszeit ausgegangen und die Frage gestellt: Mit welchen Auswirkungen muss gerechnet werden, wenn ein Gletscher das Deckgebirge über einem Endlager teilweise abträgt oder beschädigt?

Ergebnisse

Für einen direkten Vergleich der beispielhaft ausgewählten Standorte wurde eine qualitative (verbalargumentative) und eine auf probabilistischen Langzeitsicherheitsanalysen basierende, quantitative Vergleichsmethode entwickelt. Beide Methoden wurden am Beispiel der Standorte Gorleben und des generischen Tonsteinstandorts angewandt, um ihre Effektivität und die Grenzen ihrer Aussagekraft zu ermitteln.     

Verbalargumentative Vergleichsmethode

Ausschlaggebendes Kriterium für den Vergleich bei dieser Methode ist die Robustheit der Sicherheitsfunktionen. Die Robustheit dient hier als Merkmal für die Unempfindlichkeit gegenüber inneren und äußeren Einflüssen. Beispielhaft kann an dieser Stelle wieder eine angenommene Eiszeit aufgeführt werden. Dabei stellt man sich die Frage: Erfüllt das Endlagersystem die Sicherheitsfunktionen auch bei einer Eiszeit und bis zu welchem Punkt lässt sich das Szenario zuspitzen, bevor es tatsächlich zu einer Beschädigung des Endlagersystems kommt?

Die Darstellung des Ergebnisses erfolgt argumentativ, indem erläutert wird, wie gut die unterschiedlichen Barrieren ihre Sicherheitsfunktion erfüllen. Sicherheitsfunktionen haben z. B. der Behälter, die geotechnischen Barrieren, wie zum Beispiel die Streckenverschlüsse und der ewG.

Als weiteres Kriterium wird bei dieser Methode auch die Robustheit der Nachweisführung der Langzeitsicherheit für beide Endlagersysteme verglichen, also mit welcher Sicherheit sich eine Aussage treffen lässt.

Probabilistische, langzeitsicherheitsanalytische Vergleichsmethode

Eine weitere Vergleichsmethode für Endlagersysteme wurde in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Unternehmen AF-Consult Switzerland AG entwickelt. Sie zielt auf einen quantitativen Vergleich auf Basis mathematisch ermittelter Kenngrößen (Indikatoren) ab. Die zentrale Frage hierbei ist, wie wahrscheinlich Abweichungen von den prognostizierten Entwicklungen der Endlagersysteme sind und wie diese sich auf die errechneten Indikatoren auswirken.

Zunächst wurden für diese Methode die Indikatoren (z. B. Radionuklidfluss über den Rand des ewG) bzw. dazugehörige Kriterien definiert. Dann wurden für die probabilistische Analyse zum einen eine statistische Wichtung von Szenarien durchgeführt und zum anderen die Werte der Modellparameter, wie zum Beispiel der Durchlässigkeit von Verschlussbauwerken, festgelegt. Dabei wurden neben dem erwarteten Wert auch weniger wahrscheinliche Parameterwerte berücksichtigt. Die probabilistischen Analysen ergeben statistische Verteilungen von Indikatorwerten. Die Methode führt im Ergebnis zu einer vergleichenden Bewertung der statistischen Indikatorwerte, zu einer Diskussion der Robustheit dieser Bewertung und damit zum Vergleich der Robustheit der Endlagersysteme.

Die hier vorgestellten Methoden können als Basis für einen späteren realen Standortvergleich herangezogen werden. Beide Methoden ergänzen sich. So sind die Ergebnisse der qualitativen Analyse hilfreich bei der Definition von Szenarien und Modellparameter für die quantitative Analyse. Im Umkehrschluss können die Ergebnisse der quantitativen Analyse Hilfestellung geben bei der Wichtung und Bewertung von Einflussgrößen der qualitativen Analyse. Legt man für ein tatsächliches Standortauswahlverfahren die Maßgaben des Arbeitskreis Auswahlverfahren Endlagerstandorte (AkEnd) zugrunde, würden neben den rein technischen Sicherheitsaspekten weitere Kriterien eine Rolle spielen – unter anderem sozioökonomische und gesellschaftliche Fragestellungen. Diese wurden im Rahmen des Forschungsprojekts VerSi nicht berücksichtigt.

Weitere Informationen

GRS-Bericht: Projekt VerSi - Endlagerung im Tonstein (Teil 1)

GRS-Bericht: Projekt VerSi - Endlagerung im Tonstein (Teil 2)

GRS-Bericht: Projekt VerSi - Endlagerung im Tonstein (Teil 3)

GRS-Bericht: Projekt VerSi - Endlagerung im Tonstein (Teil 4)