Bewertung der Integrität von Endlagerbehältern unter Korrosionseinfluss im Kristallingestein
Ein Endlagerbehälter muss beispielsweise so konzipiert sein, dass die Radionuklide sicher eingeschlossen sind und eine erneute Kritikalität der darin eingelagerten Stoffe verhindert wird. Das soll zum Beispiel durch das verwendete Behältermaterial und die passende Anordnung der unterschiedlichen Abfallstoffe im Behälter gewährleistet werden. Will man die Sicherheit eines Endlagers bewerten, ist es aber auch wichtig zu wissen, wie sich die Behälter im Zusammenspiel mit den jeweiligen Randbedingungen der Wirtsgesteinen verhalten.
Kristallingestein zeichnet sich durch eine besonders hohe Festigkeit aus, kann Wärme gut ableiten und weist ein sehr geringes Lösungsverhalten auf. Dies ist mit Blick auf die zu erwartenden Wasserzutritte ein wichtiges Kriterium. Als nachteilig wird gesehen, dass das Gestein Radionuklide nur in geringem Maße zurückhält. Außerdem verfügt Kristallingestein natürlicherweise über Klüfte, die potenziell wasserführend sein können. Damit stellen sich spezielle Anforderungen an die Behälter.
Während man in Deutschland bei der Behälterentwicklung für Steinsalz – auch bedingt durch die jahrzehntelange Forschungsarbeit im Erkundungsbergwerk Gorleben – bereits über einen, vergleichsweise umfassenden, Wissensstand verfügt (vgl. Pollux-Behälter), sind zahlreiche Fragen zum Verhalten von möglichen Behältermaterialien für die Randbedingungen im Kristallingestein noch offen. Bereits erarbeitete Behälterkonzepte wie sie zum Beispiel in Finnland oder Schweden in Endlagern im Kristallin zum Einsatz kommen sollen, lassen sich nicht ohne Weiteres auf Deutschland übertragen. Ein Grund hierfür ist, dass in Deutschland unter anderem andere geochemische Randbedingungen wie zum Beispiel die Zusammensetzung der anstehenden Porenwässer postuliert werden.
Hier setzt das Projekt BEnKo (kurz für: Bewertung der Integrität von Endlagerbehältern unter Korrosionseinfluss im Kristallingestein) an, in dem Forschende der GRS gemeinsam mit Fachleuten der BGE Technology GmbH seit November 2024 zusammenarbeiten. Ziel des Vorhabens ist es, eine methodische Grundlage zur Bewertung der Behälterintegrität im Kristallingestein unter Korrosionseinfluss zu erarbeiten. Der Nutzen einer solchen Methodik liegt für Heike Mönig, Projektleiterin bei der GRS, auf der Hand:
„Eine methodische Grundlage zur Bewertung der Behälterintegrität würde vergleichbare und robuste Aussagen unter den korrosiven Randbedingungen einer Endlagerung im Kristallingestein ermöglichen und bildet damit eine wesentliche Grundlage für die Entwicklung von Behälterkonzepten.“
Heike Mönig,Projektleitung GRS
Die Arbeiten im Verbundvorhaben umfassen mehrere Teilschritte. So ist unter anderem vorgesehen, eine Kombinationsmatrix aus geochemischen und physikalischen Randbedingungen und potenziellen Behältermaterialien zu erstellen und die Behälterstandzeit bei prognostizierter Korrosion zu modellieren.
„Im Idealfall lassen sich die methodischen Ansätze später auch auf andere Materialien und Wirtsgesteine übertragen. “
Heike Mönig,Projektleitung GRS
Projekt-Highlights Endlagerung
Bei der Bewertung von Endlagersystemen in Kristallingestein ist die mögliche Klüftung des Gesteins eine anspruchsvolle Variable. Im Forschungsprojekt CHRISTA-II haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der GRS Modellierungen für ein solches System entwickelt und untersucht, welchen Einfluss verschiedene Parameter auf den unterirdischen Schadstofftransport im Laufe von Jahrtausenden haben können.
Hochradioaktive Abfälle geben Energie in Form von Wärme ab. Bei der Planung eines sicheren Endlagers spielt deshalb auch das Thema Wärme eine entscheidende Rolle. Die Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE) hat nun festgelegt, welche Temperaturen die eingelagerten Behälter an ihrer Oberfläche maximal erreichen dürfen. Die Temperaturen sind auch auf der Basis von Forschungsergebnissen der GRS bestimmt worden. Die Forscherinnen und Forscher der GRS haben hierfür eine neue Methodik entwickelt, mit der sich Aussagen über die Temperaturverträglichkeit treffen lassen.
Endlagerforschende zeichnen mit Simulationsprogrammen ein Bild der Zukunft eines Endlagersystems. Wie präzise und realitätsnah die Prognose ist, hängt ganz wesentlich von den verwendeten Eingabedaten für die Berechnungen ab. Der von der GRS entwickelte Simulationscode Radi berechnet die Zerfallsketten der radioaktiven Stoffe aus den eingelagerten Abfällen. Er beantwortet die Frage, wie viel 'Radioaktivität' nach einem bestimmten Zeitraum noch vorhanden ist und stellt somit die Grundlage für weitere Simulationen dar.