Sicherere Entsorgung radioaktiver Abfälle

Radioaktive Abfälle entstehen in allen Phasen der Kernenergieerzeugung sowie durch die Verwendung von radioaktivem Material in industriellen, medizinischen und wissenschaftlichen Anwendungen. Die Referenz-Lösung für ihre langfristige Handhabung ist die Entsorgung in speziell errichteten Einrichtungen. Aber das Vergraben in diesen Strukturen tief unter der Erdoberfläche, um den Abfall sowohl durch natürliche als auch durch technische Barrieren wegzusperren, ist nicht das Ende der Geschichte.

Im Laufe der Zeit produzieren Metallkorrosion und Radiolyse eine Vielzahl von Gasen wie etwa Wasserstoff. Einige Abfälle können auch organisches Material enthalten, das beim Zerfall Methan und Kohlendioxid erzeugt. Das Wissen darüber, wo sich diese Gase bilden und wie sie sich im Endlager bewegen, ist wichtig für die langfristige Sicherheit und das Thema des EU-geförderten Projekts "Fate of repository gases" (FORGE).

Die Wissenschaftler gingen dieses Problem mithilfe einer Kombination von Laborexperimenten und groß angelegte Feldtests in unterirdischen Forschungslaboratorien an. Da Experimente nur bei einer Laufzeit von ein paar Jahren Erfolg bringen können, wurden auch mathematische Modellierungen von möglichen zukünftigen Bedingungen verwendet, um ein Gesamtbild zu erlangen. Modellbauer und Experimentatoren tauschten ihre Daten untereinander aus, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.

Das FORGE-Team untersuchte, wie die Bestrahlung sich auf Bentonit-Verfüllmaterial in Kontakt mit Metall unter simulierten Lagerbedingungen auswirkt, um die Rate der Wasserstoffproduktion zu bestimmen. Der Transport von Gas durch die Bauteile eines Endlagers wurde in Full-Scale-Experimenten untersucht. Diese deckten Hinterfüllungen auf Bentonit- und Zementbasis sowie die Schnittstelle zwischen dem Wirtston und Verfüllmaterial ab.

Experimente im Labormaßstab und in vollem Ausmaß wurden ebenfalls durchgeführt, um das Verständnis von Gasflüssen durch Brüche in Ton-Nebengestein und die Auswirkungen von Stress auf diese zu verbessern. Zwar gibt es Unsicherheiten im Zusammenhang mit der Gaserzeugung, die weitere Forschungsarbeiten erfordern, aber das FORGE-Projekt konnte zeigen, dass die Gasfragen nicht automatisch das Aus für die Lagerung bedeuten.

FORGE spielte eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der europäischen Kompetenz in Gasmigration in geologischen Tiefenlagern und hilft, dass die Projektpartner an der Spitze dieses sich schnell entwickelnden Gebiets stehen. Die erhobenen Daten und entwickelten numerischen Modelle sollte für den Erdölsektor und im Kontext der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung interessant sein.