Projektbeschreibung

Im Rahmen seiner Partnerschaft mit dem Schweizer Untertagelabor „Grimsel Test Site“ (GTS) beteiligt sich das BASE seit Oktober 2020 am CIM-Experiment. In diesem Experiment wird das Migrationsverhalten von 14-C und I-129 sowie weiteren Radionukliden in gealtertem Zement und Kristallingestein unter In-situ-Bedingungen untersucht. Dabei werden wichtige Erkenntnisse für Langzeitsicherheitsanalysen insbesondere unter den Aspekten

•Übertragung von Kenntnissen aus dem konventionellen Labor auf In-situ-Bedingungen im Gestein sowie
• Upscaling vom Mikro-/Milli-/Zentimetermaßstab auf größere Dimensionen

gewonnen.

Im bisherigen CIM-Experiment erfolgten
• die Einrichtung des Experimentes in einem vor über 15 Jahren mit Zement verfüllten Bohrloch,
• Zirkulationsversuche im präparierten Bohrloch mit nichtradioaktiven Lösungen,
• verschiedene analoge Experimente in übertägigen Laboren für einen Vergleich mit dem In-situ-Experiment sowie
• Modellierungen zum Migrationsverhalten der im Experiment verwendeten Radionuklide in Zement und Kristallingestein.

Nach Abschluss der Radionuklidzirkulation soll das Experiment-Bohrloch überbohrt werden. Aus den gewonnenen Bohrkernen sollen geeignete Proben genommen und analysiert werden. Ergänzend zur Analytik soll eine „Post mortem“-Modellierung dieser Zement- und Kristallingesteinsproben erfolgen.

Durch seine Mitarbeit im CIM-Vorhaben erweitert das BASE seine Expertise im Themenkomplex der Transportprozesse sicherheitsrelevanter Radionuklide in der geotechnischen und geologischen Barriere.
Die Erkenntnisse aus dem Vorhaben werden bei der Bewertung von Langzeitsicherheitsanalysen relevant, in denen sowohl die Eignung der verwendeten Parameter als auch der Modellannahmen entscheidend für die Ergebnisse sind. Im Rahmen seiner Beteiligung am CIM-Vorhaben vertieft das Amt zudem seine wissenschaftliche Vernetzung mit den internationalen Projektpartnern.

Projektbeschreibung

Das GT-Experiment untersucht im Felslabor Mont Terri die Mechanismen des Gastransports durch Tongestein. In einem Endlager für hochradioaktive Abfälle entsteht durch Metallkorrosion der Barrierematerialien und durch radioaktiven Zerfall (in den Endlagerbehältern) Gas, welches bei Versagen eines Behälters in das Gestein eindringen könnte. Da der Opalinuston ein dichtes Wirtgestein ist und das Gas nicht einfach abfließen kann, führt die Gasbildung zu einem Druckanstieg, der die Integrität von Barrieren für die Radionuklidrückhaltung gefährden kann. Ein Eindringen von Gasen in das Wirtsgestein kann somit zu einem Abbau des Drucks führen und sich positiv auf die Sicherheit des Endlagers auswirken. Ziel dieses Projekts ist die experimentelle Untersuchung der Gastransportmechanismen im Tongestein, insbesondere des dilatanzkontrollierten Gastransports. Die im Experiment gemessenen großen Datenmengen werden verwendet um numerische Modelle zu entwickeln, welche die Beobachtungen reproduzieren können. In Kombination mit den Beobachtungen im Experiment soll so ein vertieftes Verständnis und Validierung der Erkenntnisse über die Transportprozesse erzielt werden.

Das Experiment besteht aus einem Labor- und einem Feldteil, beide mit Opalinuston:
Im Labor werden mechanische Tests durchgeführt, um Belastungsdaten zu bestimmen und die mechanischen Eigenschaften für die numerische Modellierung zu bestimmen. Im Untertagelabor wird Heliumgas in eine Reihe von abgedichteten Abschnitten einer zentralen Injektionsbohrung in das Tongestein injiziert und die Migration und das Verhalten des Gases im Gestein werden in einer Reihe von Beobachtungsbohrungen in-situ überwacht.

Die numerische Modellierung ist Gegenstand einer Doktorarbeit an der ETH Zürich, die vom BASE mitbetreut wird. Die Ergebnisse des GT-Experiments werden zusätzlich in der nächsten Phase von DECOVALEX verwendet, an der BASE ebenfalls beteiligt ist.

Projektbeschreibung

Das DR-C Experiment wird im Opalinuston durchgeführt um die Frage zu beantworten, wie und in welchem Ausmaß der Transport von Radionukliden in einem Feld erhöhter Temperatur sich gegenüber niedrigeren Temperaturen verändert. Diese Frage ist relevant, weil bisher wenige Daten bei erhöhten Temperaturen gemessen wurden und sich dabei für einige Radionuklide ein deutlich schnellerer Transport zeigt.
Endlagerbehälter werden nach der Einlagerung und Verfüllung der Hohlräume um sie herum thermisch stärker isoliert, was zu einer Erwarmung des Verfüllmaterials und des Wirtsgesteins führt. Idealerweise sind die Behälter in dieser Phase noch intakt, so dass Radionuklide gar nicht ausgetragen werden können. Für die Beurteilung der Sicherheit eines Endlagers müssen aber auch ungünstige Entwicklungen wie vorzeitiges Behälterversagen mit möglichen Freisetzungen von Radionukliden berücksichtigt werden.

Das DR-C-Experiment untersucht in der sandigen Fazies des Opalinustons die Diffusion von verschiedenen Radionukliden bei verschiedenen Temperaturen. In einem Bohrloch wird das Gestein dazu an der Kontaktfläche auf eine konstante Temperatur von 80 °C aufgeheizt. Um den Einfluss der Temperatur auf die Radionuklidausbreitung objektiv bewerten zu können wird das gleiche Experiment einige Meter entfernt in einem unbeheizten Bohrloch (Referenzexperiment) durchgeführt und die Ergebnisse verglichen.
Beide Experimente bestehen aus je einer 5 m langen Bohrung, in die ein Tracercocktail injiziert wird, der sich im Opalinuston langsam diffusiv ausbreitet.

Um das zentrale geheizte Bohrloch herum werden drei Beobachtungsbohrungen abgeteuft, die mit geeigneten Instrumenten zur Überwachung des Porenwasserdrucks und anderer relevanter Parameter ausgerüstet sind.
Dieses Experiment schließt damit eine Lücke in der begrenzten Menge an In-situ-Daten aus Experimenten bei erhöhten Umgebungstemperaturen und wird zum besseren Prozessverständnis beitragen.

Projektbeschreibung

Das Verständnis von seismischen Prozessen und das Wissen über die Erdbebenaktivität in der geologischen Vergangenheit eines potentiellen Endlagerstandortes sind von zentraler Bedeutung für die Entwicklung einer vertrauenswürdigen Standort-Sicherheitsanalyse. Als Zeugen früherer Erdbeben findet man auf bruchhaften Störungen häufig Tonminerale, die sich während Erdbebenereignissen gebildet haben. Solche Tonminerale lassen sich mithilfe radiometrischer Altersbestimmungsmethoden unter Bestimmung der Isotopenverhältnisse datieren, wodurch das zugehörige seismische Ereignis zeitlich eingegrenzt werden kann.

Wenig bekannt ist allerdings, was mit den Isotopenverhältnissen dieser Tonminerale geschieht, wenn sie mehrmals einer Deformation durch seismische Aktivität ausgesetzt werden: Bleibt das „Entstehungsdatum“ der Minerale bestehen oder wird es komplett gelöscht und durch das „Datum“ des zweiten Erdbebenereignisses überschrieben? Ergibt sich ein scheinbares Mischalter?

Im Rahmen des PD-Experiments werden Deformationsversuche mit verschiedenen Gesteinsmühlen am Opalinuston des Felslabors Mont Terri durchgeführt. Die Mahldauer, die Mahlkräfte und die Mahltemperatur werden während der Tests systematisch verändert. Die gewonnenen Daten erlauben es, die Verlässlichkeit radiometrischer Datierungen an Tonmineralen aus Störungszonen zu verbessern. Damit trägt das PD-Experiment dazu bei, Erdbebenaktivitäten besser einordnen zu können und beispielsweise eine Reaktivierung alter Störungen im Bereich eines potentiellen Endlagers fundierter einzuschätzen.

Projektbeschreibung

Ein Endlager für radioaktive Abfälle ist ein komplexes Mehrbarrierensystem: Es besteht aus einer geologischen Barriere (einem der drei potentiellen Wirtsgesteine Steinsalz, Tongestein oder Kristallingestein), geotechnischen und technischen Barrieren, zu denen auch die Endlagerbehältern für die radioaktiven Abfälle gehören. Die Klüfte und Porenräume des Wirtsgesteins enthalten Grundwasser und Gase (beides bezeichnet man als Fluide), die mit dem Festgestein wechselwirken und reagieren und im Lauf der Zeit auch mit den technischen und geotechnischen Barrieren in Kontakt treten.

Um ein Endlagersystem angemessen umfangreich beschreiben und eine profunde Langzeitsicherheitsanalyse durchführen zu können, ist eine genaue Kenntnis der Fluidzusammensetzung im Gestein von Bedeutung. Hier setzt das PC-D Experiment an und analysiert Fluide im Opalinuston des Schweizer Untertagelabors Mont Terri Project. Im Fokus von PC-D stehen im Porenwasser gelöste Gase, deren Zusammensetzung und Konzentration. Die chemische Zusammensetzung und die Isotopenverhält-nisse von Gasen liefern Informationen über Fließpfade und chemische Reaktionen sowie über das Alter des Porenwassers. Allerdings sind nicht alle Methoden zur Porenfluidgasextraktion und -analyse gleich gut etabliert. Im Rahmen von PC-D sollen verschiedene Analysemethoden für Gase im Porenwasser verglichen und evaluiert werden, um das Vertrauen in Analyseergebnisse zu erhöhen und somit grundsätzlich Sicherheitsanalysen belastbarer zu machen.

Projektbeschreibung

Der Porenraum, in dem sich Grundwasser durch ein Gestein bewegen kann, wird im Fall von in Kristallingestein durch ein Netzwerk von Bruchflächen auf verschiedenen Skalen gebildet, die vom Mikrometer- bis in den Zentimeterbereich reichen können. Das LTD Projekt untersucht bereits seit dem Jahr 2005 den Transport und Rückhalte-mechanismen für Radionuklide im Kristallingestein des Felslabors Grimsel.

Matrixdiffusion bezeichnet das Phänomen, dass Grundwasser mit gelösten Stoffen durch sehr feine Brüche und Klüfte im Kristallingestein langsam in dieses eindringen kann. Das führt dazu, dass der Stofftransport und -austausch in einem sehr großen Volumen des Gebirges und nicht nur in den Hauptfließpfaden der größeren Klüfte stattfindet. Auch Radionuklide, die im Falle des Endlagerbehälterversagens in das Wirtsgestein ausgetragen werden können, würden nicht nur in größeren Klüften mit dem Grundwasser transportiert werden, sondern aufgrund der Matrixdiffusion auch tief in das augenscheinlich intaktere Gestein eindringen. Dies ist grundsätzlich ein positiver Effekt, denn dadurch werden Radionuklide davon zurückgehalten, beziehungsweise darin verzögert, aus dem Wirtsgestein in Richtung Biosphäre transportiert zu werden.

Hier setzt das LTD-Projekt an. Es umfasste seit Projektbeginn bereits eine Reihe von Experimenten, die darauf abzielten, quantitative Informationen über Matrixdiffusion und Radionuklidtransport in einer Störungszone unter In-situ-Bedingungen (also unter realistischen „Vor-Ort“-Bedingungen im Gestein und nicht nur an Laborproben) zu sammeln. In der aktuellen Phase wird der Radionuklidtransport in einer im Projektverlauf bereits teilweise untersuchten Störung mithilfe von ausgewählten Radionukliden und Tracern im Experiment vertieft beobachtet und numerisch modelliert. Die In-situ-Versuche werden durch Laboranalysen und numerische Modelle zum Transport und Rückhaltung unterstützt. Alle Untersuchungen zielen auf ein besseres Prozessverständnis und eine solide Datenbasis für Sicherheitsanalysen zu Endlagersystemen ab.

Projektbeschreibung

Aktuell ist das Suchverfahren für einen Endlagerstandort noch in der ersten Phase und der Standort noch zu bestimmen. Unterschiedliche Standorte mit verschiedenen Wirtsgesteinen und individuelle Endlagerkonzepte (also die technische Auslegung und das Sicherheitskonzept) bedingen unterschiedliche, gesetzlich geforderte Rückholkonzepte. Bereits im Rahmen der vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen im Standortauswahlverfahren werden Einflüsse und Auswirkungen aus den konzeptuellen Planungen für eine Ermöglichung der Rückholbarkeit zu identifizieren und zu bewerten sein. Dieses Forschungsvorhaben soll hierzu eine geeignete Bewertungsmethode entwickeln, die einen Vergleich der unterschiedlichen Konzepte, basierend auf unterschiedlichen Maßnahmen mit den zu beachtenden sicherheitstechnischen Auswirkungen erleichtert und nachvollziehbarer macht. Dabei sind sowohl wirtsgesteinsspezifische Anforderungen als auch unterschiedliche Einlagerungskonzepte (z. B. Bohrloch- oder Streckenlagerung) zu berücksichtigen.

Im Projekt soll auf Basis geeigneter, noch zu identifizierenden Kriterien eine Methode zur Einschätzung einzelner Maßnahmen und technischer Komponenten für eine Rückholbarkeit bzw. gesamte Rückholkonzepte hinsichtlich ihrer sicherheitstechnischen Bedeutung entwickelt werden.

Das Forschungsprojekt trägt dazu bei, die Endlagerauslegung für eine mögliche Rückholbarkeit besser zu verstehen. Unterschiedliche Rückholmaßnahmen können identifiziert und verglichen werden, um sie letztendlich im Rahmen der aufsichtlichen und genehmigungstechnischen Aufgaben des BASE besser prüfen zu können.

Projektbeschreibung

Die Wechselwirkungen zwischen Temperatur, Fluiden und mechanischen Eigenschaften in einem Endlagersystem werden im Wesentlichen durch Thermo-Hydro-Mechanisch (THM) gekoppelte Prozesse naturwissenschaftlich beschrieben. THM-Modellierung, also die Vorhersage des Verhaltens von Materialien unter verschiedenen Bedingungen, ist dabei das grundlegende numerische Werkzeug. Der sichere Umgang und das tiefe Verständnis von numerischen Berechnungsverfahren ist somit die Voraussetzung zur Durchführung und Bewertung von vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen im Standortauswahlverfahren.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer Open-Source-Softwarebibliothek zur Modellierung von THM gekoppelten Prozessen in der Skriptsprache Python. Der Fokus der Entwicklung liegt dabei auf der Schaffung einer einfach zu nutzenden und gleichzeitig hoch flexiblen Werkzeugsammlung.

Das Projekt verfolgt mehrere langfristige Teilziele:

• Förderung des Kompetenzerhalts und -aufbaus innerhalb des BASE zu Fragen der numerischen Modellierung in Hinblick auf die vom Gesetzgeber festgelegten Langzeitsicherheitsanalysen.
• Schaffung einer Softwaregrundlage zur nachvollziehbaren Verfolgung des Standes von Wissenschaft und Technik zu Fragen der numerischen Modellierung von THM Prozessen.
• Befähigung zur inhaltlichen Unterstützung aller Fachabteilungen bei Fragestellungen zur numerischen Modellierung.
• Aufbau einer Sammlung von Benchmark- und Evaluierungsfällen zum qualitativen und quantitativen Vergleich verschiedener Modellierungswerkzeuge.
• Diversifizierung der Prüfmöglichkeiten bzgl. der vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen durch eigene und unabhängige Modellierungssoftware.
• Aufarbeitung und Dokumentation grundlegender THM Prozesse und Szenarien für interne oder ggf. auch öffentliche fachliche Weiterbildung

Die Wahl eines Open-Source-Ansatzes gewährleistet bestmögliche Transparenz und erlaubt langfristig auch die Bereitstellung von entsprechend qualitätsgesicherten und dokumentierten Simulationswerkzeugen für die Öffentlichkeit.

Projektbeschreibung

Die regulatorische Bewertung von Langzeitsicherheitsanalysen im Standortauswahlverfahren ist eine der gesetzlichen Aufgaben des BASE. Diese Aufgabe wird in den kommenden Jahren an Bedeutung gewinnen Die Bewertung erfordert qualitätsgesicherte Rechenprogramme, die in den Eigenforschungsprojekten OSTHM (FKZ 4722B10203) und ERLa (FKZ 4722B10205) durch das BASE entwickelt und verifiziert werden. Zur weiteren Qualitätssicherung ist die Teilnahme an Benchmarks optimal geeignet. Dort ist der Vergleich mit anderen Rechenprogrammen in Bezug zu endlagersystemnahen Standardproblemen ohne Bezug auf einen spezifischen Standort möglich. Ziel des Eigenforschungsprojektes ist eine erfolgreiche Teilnahme am internationalen Benchmarkprojekt BenVaSim-II. Dabei sollen die Rechenprogramme, die im BASE entwickelt und weiterentwickelt werden zur Anwendung kommen.

Projektbeschreibung

Das Standortauswahlgesetz (StandAG) verpflichtet zur Suche nach dem Endlagerstandort mit der bestmöglichen Sicherheit. Für den Sicherheitsvergleich von Endlagersystemen stehen regulatorische Kriterien zur Verfügung. Sie decken jedoch nicht alle Details des Sicherheitsvergleichs ab. Das BASE forscht daher im Projekt METIENS zu den Grundlagen des sicherheitsgerichteten Standortvergleichs. Das Akronym METIENS steht dabei für „Methoden, Bewertungskriterien und transparente Entscheidungsprozesse zur Identifikation eines Endlagerstandortes mit bestmöglicher Sicherheit”.

Wie die Sicherheit von Endlagerstandorten verglichen werden kann, hängt von der Einschätzung darüber ab, was Sicherheit ausmacht und wie sie bemessen und verglichen werden sollte. Diese Einschätzung kann von der bewertenden Person und dem Bewertungskontext abhängen. Das Projekt METIENS konzentriert sich daher nicht auf eine einzige Methode des Sicherheitsvergleichs. Es lotet vielmehr eine Bandbreite von Bewertungsmöglichkeiten aus und untersucht deren Eigenschaften.

Das BASE setzt mit dem Projekt METIENS wichtige Punkte seiner Forschungsagenda um: die Schaffung von Bewertungsmaßstäben und Indikatoren für einen sicherheitsgerichteten Vergleich sowie den transparenten Umgang mit Ungewissheiten. Hierdurch soll das BASE in die Lage versetzt werden, seinen Prüfungs- und Bewertungsauftrag nach §19 Abs. 1 StandAG auf wissenschaftlicher Grundlage zu erfüllen.

Der Vergleich verschiedenartiger Sicherheits- und Endlagerkonzepte

Die in Deutschland in Frage kommenden Wirtsgesteine Steinsalz, Tongestein und Kristallingestein zeigen erhebliche geologische, hydraulische, mechanische und chemische Unterschiede. Entsprechend verschieden sind Aufbau und Funktionsweise der jeweiligen Endlagerkonzepte. Dies erschwert die Suche nach gemeinsamen Kriterien für einen sicherheitsgerichteten Vergleich von Endlagerstandorten. Ein Vergleich grundlegend verschiedener Dinge ist aber nicht unmöglich. Es lassen sich stets gemeinsame Eigenschaften finden, deren Ausprägungen verglichen werden können. Beim Sicherheitsvergleich von Endlagersystemen müssen diese gemeinsamen Eigenschaften aber etwas über die relative Sicherheit der Systeme aussagen. Welche Eigenschaften hierfür in Frage kommen, wie sich daraus Sicherheitsindikatoren ableiten lassen und wie diese evaluiert werden können, wird im Forschungsprojekt METIENS untersucht.

Vielfältige Anforderungen

Sicherheitsindikatoren sollten nicht nur in der Lage sein, die relative Sicherheit von Endlagerstandorten zu bemessen. Sie sollten es auch mit ausreichender Genauigkeit tun. Außerdem sollten sie verständlich und nachvollziehbar bewertbar sein, wobei subjektive Bewertungsfaktoren transparent aufgezeigt werden sollten. Welche weiteren Anforderungen an die Sicherheitsindikatoren und die Sicherheitsbewertung zu stellen sind, wird im Forschungsprojekt METIENS erörtert. Dabei sollen auch Konflikte zwischen konkurrierenden Anforderungen untersucht werden.

Zur Vorgehensweise

Das Forschungsprojekt METIENS startete am 1. Januar 2022 und wird am 31. Dezember 2024 enden. Die ersten eineinhalb Jahre der Projektlaufzeit sind der Problemanalyse sowie der Identifikation und Begründung verschiedener Bewertungsstrategien gewidmet. Dazu werden auch grundsätzliche Fragen zur Interpretation des übergeordneten Ziels der bestmöglichen Sicherheit erörtert sowie mögliche Bedeutungen von Robustheit und Sicherheitsreserven. Auch werden Einsatzmöglichkeiten multikriterieller Entscheidungsverfahren erkundet. Im Anschluss sollen durch die Anwendung ausgewählter Bewertungsmethoden Rückschlüsse auf Vor- und Nachteile der Methoden gezogen werden, die erst in der Praxis sichtbar werden.

Projektbeschreibung

Ziel des Forschungsvorhabens ist eine Zusammenstellung und Begründung der Anforderungen an den Aufbau eines Inventarmodells für hochradioaktive Abfälle.

Ein Inventarmodell ist die strukturierte Darstellung von Inventardaten. Die Daten werden sinnvoll zueinander ins Verhältnis gesetzt und Annahmen einbezogen. Diese Annahmen sind beispielsweise Abbrandrechnungen, Aktivierungsrechnungen und Laufzeiten.

Radiologische und chemische Inventardaten beschreiben grundlegende Eigenschaften hochradioaktiver Abfälle, die eine Vielzahl von Anforderungen an die Sicherheit eines Endlagers begründen. Dazu gehören Anforderungen an die Eigenschaften der Wirtsgesteine als auch an das Endlagerkonzept selbst.

Es wird ein Abgleich zwischen den nach gesetzlichen Vorgaben erhobenen Inventardaten und den für die Prüfung benötigten Inventardaten erfolgen.

Das Forschungsvorhaben befasst sich daher mit

• Parametern, die im Inventarmodell erfasst werden müssen,
• generellen Abschätzungen zu den bestehenden Ungewissheiten der Inventardaten und
• potenziellen Auswirkungen auf endlagerrelevante Aspekte (Sensitivität).

Außerdem besteht die Notwendigkeit, den möglichen Einfluss einer verlängerten Zwischenlagerung auf die Endlagerfähigkeit der Abfälle zu untersuchen.

Die Ergebnisse des Vorhabens erlauben es dem BASE, seine Prüfaufgaben nach § 4 Standortauswahlgesetz (StandAG) vollumfänglich zu erfüllen.

Projektbeschreibung

Ziel des Forschungsprojektes ist es, das modelltechnische Instrumentarium (Codesystem) des BASE weiterzuentwickeln und eine Qualitätssicherung für die zu entwickelnden Rechen-programme durchzuführen. Damit soll das Forschungsprojekt dazu beitragen, die rechnergestützte Bewertung von Langzeitsicherheitsanalysen durch das BASE zu ermöglichen. Die Arbeiten sollen dabei maximal transparent stattfinden. Hierdurch soll das Vertrauen in die regulatorischen Bewertungen des BASE gestärkt werden.

Die regulatorische Bewertung von Langzeitsicherheitsanalysen im Standortauswahlverfahren erfordert diversifizierte, hochspezialisierte, langlebige und qualitätsgesicherte Rechenprogramme. Die Eigenentwicklung von Rechenprogrammen und die Weiterentwicklung von bereits vorhandenen Rechenprogrammen bieten zwei wesentliche Vorteile: eine hohe Flexibilität bei der Modellbildung sowie ein vertieftes Verständnis der Programme und Prozesse.

Wichtig für die Qualitätssicherung von Sicherheitsanalysen ist die Modellierung derselben Fragestellung mit verschiedenen Werkzeugen und durch verschiedene Teams. Diese Vorgehensweise wird als diversitäre Modellierungsstrategie bezeichnet. Hierdurch können Rechenprogramme, Modellbildung und Modellauswertung einer Gegenprüfung unterzogen werden.

Bei der Entwicklung bzw. Weiterentwicklung der oben genannten Rechenprogramme sind folgende Arbeitsschritte maßgeblich:

• Die Verifizierung der Rechenprogramme: Sie dient dem Nachweis, dass die Ergebnisse herauskommen, die zu erwarten sind. Dazu wird durch viele geeignete Testfälle gezeigt, dass die Ergebnisse den in den Rechenprogrammen enthaltenen Modellen entsprechen. Außerdem soll die Verifizierung zeigen, dass die Rechenprogramme korrekt ablaufen und die Ergebnisse im Rahmen der Rechengenauigkeit liegen.
• Die Qualifizierung der Rechenprogramme: Dabei wird ein bestimmtes Phänomen betrachtet, das für Langzeitsicherheitsanalysen wichtig ist. Hierbei ist es entscheidend, dass das Phänomen selber aus mehreren, teils überlagerten Einzelprozessen besteht. Eventuelle konzeptionelle Schwächen der Rechenprogramme können so erkannt werden. In der Betrachtung von Einzelprozesses würden diese nicht sichtbar werden. Im Forschungsprojekt werden beispielsweise Rechnungen zu einem aktuellen Experiment im Felslabor Mont Terri durchgeführt.
• Die Entwicklung von Darstellungsoptionen: An die Rechenprogramme, die in der Bewertung von Langzeitsicherheitsanalysen eingesetzt werden, werden ebenso besondere Anforderungen hinsichtlich der Darstellungsoptionen gestellt. Die Bewertungen und Ergebnisse sollen transparent und gut verständlich in der wissenschaftlichen und nichtwissenschaftlichen Öffentlichkeit präsentiert werden können. Deshalb sind zeit-gemäße und flexible Möglichkeiten in der Darstellung der Ergebnisse wichtig.

Projektbeschreibung

Die Standortauswahl für ein potentielles Endlager muss die Anforderungen nach der Endlagersicherheitsanforderungsverordnung erfüllen. Das Deckgebirge des potentiellen Endlagers soll demnach möglichst langfristig zum Schutz des einschlusswirksamen Gebirgsbereiches gegen Auswirkungen exogener Vorgänge beitragen. Durch die Anwendung geowissenschaftlicher Abwägungskriterien soll dies sichergestellt werden.

Exogene Prozesse, also Prozesse von außen, könnten die Barriere- und Schutzfunktion des Deckgebirges gefährden. In diesem Forschungsvorhaben wird der Stand von Wissenschaft und Technik auf der Basis von Reviews evaluiert.

Zu Beginn soll ein systematischer Literatur-Review

• zum Deckgebirge und seiner Beschaffenheit in Deutschland,
• zu den sicherheitsrelevanten erosiven (abtragenden) Prozessen im Deckgebirge und
• zu Langzeit-Klimaprognosen für das Gebiet von Mitteleuropa - mit besonderem Blick auf Deutschland - erfolgen.

Daran schließt sich ein weiterer systematischer Review

• zu online bereitgestellten digitalen Geofachdaten zum Deckgebirge in Deutschland und
• zur Methodik und Erstellung von generischen numerischen Modellen sowie 2D- und 3D-Modellen an.

Eine 2D-Übersichtsdarstellung des Deckgebirges in Deutschland im Maßstab 1:1.000.000 soll erarbeitet werden. Ebenso wird eine Darstellung der methodisch-technische Herangehensweise und Erarbeitung von generischen Grundlagen für die eigentliche numerische Modellierung erfolgen. Hierbei werden zwei sicherheitsrelevante erosive Prozesse über den Zeitraum von 1.000.000 Jahren berücksichtigt.

Ein wichtiger Aspekt im Forschungsvorhaben "MeMoDeck" ist die Identifikation von Ungewissheiten und ihren Auswirkungen

• zum einen bei den erosiven Prozessen und ihren Rahmenbedingungen (z.B. klimatische Entwicklung, Deckgebirgsbeschaffenheit) und
• zum anderen bei deren Umsetzung in den numerischen Modellen.

Internationale Erfahrungen und Empfehlungen sollen evaluiert, dokumentiert und ihre Übertragbarkeit auf Deutschland geprüft werden. Das beinhaltet auch Erfahrungen in Bezug auf den Umgang mit Ungewissheiten bei Langzeitprognosen.

Projektbeschreibung

Anlass für dieses Forschungsprojekt ist das Gesetz zur Suche und Auswahl eines Standortes für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle (StandAG).

Im Gegensatz zu Endlagerkonzepten in Tongestein oder Steinsalz wird für Kristallingestein nicht zwingend ein einschlusswirksamer Gebirgsbereich (ewG) vorgeschrieben. Der sichere Einschluss hochradioaktiver Abfälle wird im Falle von Endlagerkonzepten ohne einschlusswirksamen Gebirgsbereich (ewG) vor allem durch das Zusammenwirken von Endlagerbehälter und technischer bzw. geotechnischer Barriere erreicht. Das StandAG schreibt daher besonders hohe Anforderungen für die Langzeitintegrität der Endlagerbehälter sowie die umgebenden technischen und geotechnischen Barrieren vor.

In diesem Projekt wird der Stand von Wissenschaft und Technik zu Behälterkonzepten im Kristallingestein über den Zeitraum von einer Million Jahre zusammengetragen. Im Fokus stehen Robustheit und Integrität. Hierbei werden Korrosionsprozesse verschiedener Materialien unter den geochemischen Randbedingungen in Kristallingestein in Deutschland analysiert. Im Anschluss erfolgt ein Review.

Betrachtet wird auch, wie fortgeschrittene Endlagerkonzepte anderer Länder für Kristallingestein unter den regulatorischen Anforderungen in Deutschland realisiert werden könnten. Die damit verbundenen Vor- und Nachteile solcher Konzepte werden ermittelt. Zudem sollen Ansätze zur rechnerischen Ableitung des Einschlussvermögens für ein Endlagerkonzept ohne ewG nach den Vorgaben der Endlagersicherheitsanforderungsverordnung entwickelt werden. Das Verständnis über Methoden wird vertieft, die zur Bewertung der Barrierenwirksamkeit und des Einschlussvermögens in Langzeitsicherheitsuntersuchungen für Kristallingestein genutzt werden können.

Projektbeschreibung

Sicherheitsuntersuchungen für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle erfordern unter anderem die Analyse von zu erwartenden und abweichenden Entwicklungen des Endlagersystems. Die Szenarienentwicklung erfasst und beschreibt diese Systementwicklungen durch Szenarien. Zur Bewertung der Langzeitsicherheit müssen für die meisten Szenarien numerische Modellrechnungen durchgeführt werden. Die Rechenfälle sollten das jeweilige Szenarium abdecken und keine wesentliche Entwicklung unberücksichtigt lassen.

Wann ein Szenarium vollständig durch Rechenfälle abgedeckt wird, ist wenig erforscht. Erfahrungen aus Sicherheitsanalysen wie z. B. der vorläufigen Sicherheitsanalyse Gorleben (VSG) zeigten, dass die Überführung abstrakter Szenarienbeschreibungen in konkrete Rechenfälle schwierig ist. Damit verbunden sind Fragen, die entscheiden für die Vertrauensbildung in die Ergebnisse sind. Ein Beispiel hierfür wäre, ob angewendete Rechenfälle die Szenarien vollständig abdecken. Das Forschungsprojekt soll dazu beitragen, diese Fragen näher zu beleuchten und den Kenntnisstand zu verbessern.

Hierfür wird ein Verfahren der szenariengestützten Entwicklung von Rechenfällen entwickelt und erprobt. Kern des Verfahrens ist ein intensiver, sich wiederholender Austausch zwischen den Fachdisziplinen der Szenarienentwicklung und der Modellierung. Bei diesen Austausch werden Rechenfälle mit Blick auf die Repräsentativität schrittweise bis zum erforderlichen Grad der Szenarienabdeckung optimiert bzw. angepasst. Durch die Erprobung und Weiterentwicklung des Verfahrens sollen wesentliche Schwierigkeiten bei der Erstellung szenarienabdeckender Rechenfälle identifiziert, analysiert und Lösungsansätze entwickelt werden. Dabei werden auch Transparenz, Nachvollziehbarkeit und mögliche Begründungslücken bei Modellierungsentscheidungen wichtige Themen sein, die berücksichtigt werden.

Das Forschungsprojekt trägt dazu bei, die Theorie und Praxis der Szenarienentwicklung, der Modellierung und ihres Zusammenspiels besser zu verstehen. Typische Schwachstellen können identifiziert werden, um sie letztendlich im Rahmen der aufsichtlichen und genehmigungstechnischen Aufgaben des BASE besser prüfen zu können.

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

Zur weiteren Vernetzung und Vertiefung wissenschaftlicher Erkenntnisse im Bereich der Endlagerung ist das BASE zum 23.10.2020 dem untertägigen Schweizer Felslabor Grimsel Test Site beigetreten.

Die Grimsel Test Site befindet sich in den Schweizer Alpen. Sie ist seit 1984 ein internationales Zentrum für untertägige Forschung zu Fragestellungen der Endlagerung radioaktiver Stoffe in Kristallingestein. Erkenntnisse aus in-situ durchgeführten Experimenten sind auch für das BASE von Relevanz. In labor- oder computergestützten Untersuchungen können aus verschiedenen Gründen nicht alle relevanten Parameter nachgebildet werden können. In einer Rahmenvereinbarung wurde eine Beteiligung an zunächst drei laufenden Forschungsvorhaben beschlossen. Diese Vorhaben befassen sich mit

• dem Korrosionsverhalten möglicher Endlagerbehältermaterialien (MaCoTe)
• der Mobilität von Radionukliden in Kristallingestein (CIM)
• der Rückhaltung von Radionukliden in (geo) technischen Barrieren (LTD).

Die Partnerschaft mit der Grimsel Test Site ermöglicht es dem BASE, zusammen mit internationalen Partnern, Experimente zu entwerfen und durchzuführen. Das schafft eine weitere Wissensbasis für die Aufgaben des BASE als Aufsichts- und Regulierungsbehörde des Bundes bei der Endlagersuche. Das BASE erhält so auch Zugriff auf die Ergebnisse der langjährigen Forschung zum Kristallingestein. Es kann sich dadurch mit anderen aktiven internationalen Forschungsakteuren zum Thema Endlagerung austauschen und vernetzen.

An den vom BASE unterstützten Forschungsthemen beteiligen sich unter anderem Organisationen aus Finnland, Großbritannien, Japan, Kanada, Schweiz, Südkorea und Tschechien.

Erfahren Sie mehr: BASE kooperiert mit Untertagelabor Grimsel Test Site (Meldung des BASE vom 10.02.2021)

Projektbeschreibung

Das Standortauswahlgesetz regelt das Verfahren zur Auswahl des Standorts für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle in der Bundesrepublik Deutschland. Gemäß StandAG soll die Endlagerung in tiefen geologischen Formationen in einem für diese Zwecke errichteten Endlagerbergwerk mit dem Ziel des endgültigen Verschlusses erfolgen. Nach den §§ 15 (2) und 17 (2) StandAG (Entscheidungen über übertägige/untertägige Erkundung und Erkundungsprogramme) übermittelt das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung dem BMUV den jeweiligen Vorschlag der Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) zusammen mit einer begründeten Empfehlung. 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, sowohl den aktuellen Stand von Wissenschaft & Technik (W&T) bzgl. möglicher Alternativen zur tiefen geologischen Endlagerung in Bergwerken zu ermitteln, als auch deren weitere Entwicklung fortlaufend zu beobachten und zu bewerten.

Neben den bereits von der Endlagerkommission diskutierten Alternativen wie Endlagerung in tiefen Bohrlöchern, Transmutation (bzw. Partitionierung und Transmutation – P&T) sowie Langzeitzwischenlagerung sind auch mögliche neue Alternativen und Ansätze, welche zum Zeitpunkt der Endlagerkommission noch nicht absehbar waren, zu identifizieren und zu bewerten. Neben der Verfolgung des Standes von W&T mit explizitem Bezug auf alternative Entsorgungsoptionen sind auch die Entsorgungsprogramme anderer Länder zu verfolgen. Dies bedeutet auch, Entwicklungen auf dem Feld neuer Reaktortypen (z.B. Generation IV-Reaktoren, kleine modulare Reaktoren SMR) unter dem Aspekt zu verfolgen, welchen Einfluss diese Entwicklungen auf die Entsorgungsprogramme und damit auch auf favorisierte Entsorgungsoptionen in den Ländern haben könnten, die diese neuen Reaktortypen einsetzen würden.

Das Forschungsvorhaben „Verfolgung und Aufbereitung des Standes von Wissenschaft und Technik bei alternativen Entsorgungsoptionen für hochradioaktive Abfälle (altEr)“ soll den aktuellen Stand von W&T zu alternativen Entsorgungsoptionen und –pfaden darstellen und in jährlichen Fortschreibungsberichten deren nationalen und internationalen Entwicklungen verfolgen. Zudem soll das Forschungsvorhaben das BASE über wesentliche (insbesondere auch neue) Entwicklungen im Bereich alternativer Entsorgungsoptionen und –pfade frühzeitig informieren sowie sicherheitstechnische Bewertungen der betrachteten alternativen Entsorgungsoptionen und –pfade zur Verfügung stellen. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden das BASE auch als Träger der Öffentlichkeitsbeteiligung dabei unterstützen, die Öffentlichkeit zu informieren und Anfragen zu beantworten.

Zwischenergebnisse zum Stand von Wissenschaft und Technik

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

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

Der Bericht wird in der weiteren Laufzeit des Vorhabens aktualisiert. Hierbei werden einzelne Aspekte vertieft, wie beispielsweise aktuelle Entwicklungen im Bereich der Bohrlochlagerung.

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

Factsheets zu den als beoachtenswert eingestuften Alternativen

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

• Langzeitzwischenlagerung als Entsorgungsoption?

• Bohrlochlagerung als Entsorgungsoption?
  

• Partitionierung und Transmutation hochradioaktiver Abfälle als Entsorgungsoption?
  

BASE-Fachdiskussion: Alternative Entsorgungsoptionen

Im Mai 2022 haben Expertinnen und Experten auf einer Fachveranstaltung des BASE über alternative 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.

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

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

Die Suche und Auswahl eines Standortes für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle erfolgt in der Bundesrepublik Deutschland in einem durch das Standortauswahlgesetz geregelten Standortauswahlverfahren. Diese Verfahren ist gemäß § 1 Abs. 2 StandAG partizipativ, wissenschaftsbasiert, transparent, selbsthinterfragend und lernend sowie nach Maßgabe der §§ 12 ff. StandAG reversibel. Die Festlegung des Standortes wird für 2031 angestrebt (§ 1 Abs. 5 StandAG).

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hat im Standortauswahlverfahren insbesondere folgende Aufgaben (§ 4 StandAG): Es

• legt die standortbezogenen Erkundungsprogramme für die über- und untertägige Erkundung sowie die Prüfkriterien für die untertägige Erkundung fest;
• prüft die Vorschläge des Vorhabenträgers zu übertägig zu erkundenden Standortregionen und zu untertägig zu erkundenden Standorten sowie den Standortvorschlag und erarbeitet hierzu jeweils begründete Empfehlungen;
• überwacht den Vollzug des Standortauswahlverfahrens;
• ist Träger der Öffentlichkeitsbeteiligung, informiert die Öffentlichkeit umfassend und systematisch über das Standortauswahlverfahren und veröffentlicht die Vorschläge jeweils unmittelbar nach Übermittlung durch den Vorhabenträger.
  

Im Hinblick auf seine Aufgaben im Standortauswahlverfahren kann das BASE nicht für alle Aspekte auf Erfahrungswerte Dritter zurückgreifen. Um den Vollzug des Standortauswahlverfahrens den Anforderungen entsprechend zu überwachen, muss das BASE das Verfahren als Ganzes im Blick behalten. Auch gilt es die einzelnen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Prozessen zu identifizieren.

Ziel des Vorhabens "PaSta" ist es,

• die einzelnen Prozessschritte des Standortauswahlverfahrens mit ihren inhaltlichen und zeitlichen Abhängigkeiten umfassend und detailliert zu erheben und darzustellen,
• das Standortauswahlverfahren unter Berücksichtigung von technischen, sozioökonomischen und juristischen Aspekten zu analysieren sowie
• die Interaktionen der beteiligten Institutionen und den Ablauf des Verfahrens mit eventuellen Risiken darzulegen.

Eine Analyse von Risiken und Konsequenzen interner und externer Prozesse und Ereignisse sollen Handlungsoptionen des BASE beim Standortauswahlverfahren aufzeigen. Ziel ist es Prozess- und Terminrisiken im Verfahren frühzeitig zu erkennen und zu minimieren. Die Ergebnisse aus "PaSta" bieten zudem eine Grundlage, um eventuell erforderlichen Forschungsbedarf zu den einzelnen Themenfeldern und Prozessen des Standortauswahlverfahrens zu identifizieren.

Projektbeschreibung

Eine Langzeitsicherheitsbetrachtung und damit Bewertung und Auswahl eines geeigneten Standorts für die Errichtung eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle mit bestmöglicher Sicherheit für eine Million Jahre erfordert neben dem gründlichen Verständnis des geologischen Ausgangszustands des potentiellen Endlagerstandortes auch die Identifizierung und Bewertung zukünftiger externer Ereignisse und Prozesse, die sich auf dessen Entwicklung auswirken können.

Numerische Simulationen gekoppelter thermisch-hydraulisch-mechanisch-(chemischer) THM-(C) Prozesse bieten ein leistungsfähiges Instrument zur Bewertung der Entwicklung (petro)physikalischer Parameter und hydrogeologischer Eigenschaften des Endlagersystem. Dies gilt sowohl im Nah- als auch Fernfeld über den Nachweiszeitraum von einer Million Jahre.

Deshalb besteht das Hauptziel dieser Studie in der Modellierung der Auswirkungen sich ändernder äußerer Randbedingungen auf die hydrogeologisch relevanten Parameter (z. B. hydraulische Permeabilität, Porosität, Migrationswege, Fluid Verfügbarkeit, hydraulische Gradienten) eines potenziellen geologischen Endlagers in Deutschland (Tongestein, Steinsalz, Kristallingestein) und seiner umgebenden Gesteinseinheiten. Besonderes Augenmerk gilt der zyklischen mechanischen Be- und Entlastung aufgrund von Vereisungsereignissen und den hierdurch hervorgerufenen Spannungsänderungen (M) sowie induzierten Temperatureffekten (T) aufgrund von Permafrost und Warmzeiten. Derartige Prozesse können Änderungen des gekoppelten Fernfeldregimes mit Grundwasserfluss und Grundwasserdargebot (H) sowie Fluidtransport aufgrund thermischer (T) und chemischer (C) Gradienten bewirken sowie Störungen/Klüfte (M) reaktivieren und damit neue/zusätzliche Wegsamkeiten schaffen. Deshalb sind sie für die Integrität eines Endlagers über den Zeitraum von einer Million Jahren besonders relevant und müssen mit gekoppelten THM-(C)-Modellierungen sachgerecht erfasst werden. Die Ergebnisse sollen zeigen, welche Prozesse mit den vorhandenen THM-(C) Modellierungsansätzen und –codes bereits gut erfasst werden, wo Entwicklungs- und Forschungsbedarf besteht und wie sich die Wahl spezifischer Modellierungsansätze und –codes auf die Ergebnisse der Modellierungen auswirken.

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 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

Zum 01.07.2019 ist das BASE dem Schweizer Mont Terri Projekt beigetreten. Dies dient der weiteren Vernetzung und Vertiefung wissenschaftlicher Erkenntnisse im Bereich der Endlagerung.

Das Mont Terri Projekt forscht seit 1996 in einem Felslabor im Schweizer Kanton Jura zur Endlagerung radioaktiver Stoffe in Tongestein. Das Felslabor wird vom Schweizer Bundesamt für Landestopografie (swisstopo) betrieben und bietet in mehreren Stollen in 300 Metern Tiefe unterschiedlichste Experimentiermöglichkeiten.

Die Partnerschaft mit Mont Terri ermöglicht dem BASE, selbstständig und in Kooperation mit den internationalen Partnern Experimente zu entwerfen und durchzuführen. Das schafft eine weitere Wissensbasis für die Aufgaben des BASE als Aufsichts- und Regulierungsbehörde des Bundes bei der Endlagersuche. Das BASE erhält so auch Zugriff auf die Ergebnisse aus über 20 Jahren Forschung zum Tongestein. Es kann sich dadurch mit anderen europäischen Regulierungsbehörden austauschen und vernetzen. An den Forschungen beteiligen sich 19 Organisationen aus Belgien, Deutschland, Frankreich, Japan, Kanada, Spanien, der Schweiz, Großbritannien und den USA. Die Organisationen repräsentieren Regulierungsbehörden, Vorhabenträger, Forschungseinrichtungen sowie technische Institute.

Aktuell beteiligt sich das BASE an Experimenten

• zu Fragen der Diffusion in thermischen Gradienten,
• des Gastransportes in Tonsteinen
• der Korrosion und des Einflusses mikrobieller Aktivitäten
• der Wechselwirkungen zwischen Tonstein und organischen Bestandteilen sowie
• der Charakterisierung von Porenwässern.