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

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)