Rückholbarkeit eine Herausforderung für die Entwicklung von Endlagerkonzepten. Philipp Herold

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1 Rückholbarkeit eine Herausforderung für die Entwicklung von Endlagerkonzepten Philipp Herold DBE TECHNOLOGY GmbH, Peine, Deutschland 5. Essener Essen

2 Inhalt Warum Rückholbarkeit? Vorgaben zur Rückholbarkeit Rückholungsstrategie Rückholung im Salzgestein Streckenlagerung von POLLUX -Behältern Bohrlochlagerung von Brennstabkokillen (BSK) Rückholung im Tongestein Bohrlochlagerung von Brennstabkokillen (BSK) Zusammenfassung 2

3 Warum Rückholbarkeit? Für und Wider der Rückholbarkeit umfasst soziologisch-ethische, ökonomische, sicherheitstechnische und technische Aspekte nach (IAEA 09): Mögliche Vorteile Öffentliche Akzeptanz schaffen Zukünftige Nutzung von Ressourcen Möglichkeit erhalten, durch neue Verfahren und Technologien bessere Entsorgungswege zu finden Möglichkeit zu Korrekturmaßnahmen bei festgestellten Fehlern Zukünftigen Generationen die Entscheidungsfreiheit lassen, wie mit dem radioaktiven Abfall umgegangen werden soll Flexibilität im Entscheidungsprozess bewahren Mögliche Nachteile Negative Auswirkungen auf Betriebssicherheit (konventionell und radiologisch) Einfluss auf Langzeitsicherheit Erschwernis bei der Entwicklung eines akzeptablen Safety Case Erschwernisse bei der Sicherstellung der Kernmaterialüberwachung (Safeguards) Zusatzkosten 3

4 Warum Rückholbarkeit? Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe, gemäß 3 Standortauswahlgesetz Sicherheitsanforderungen an die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit vom 30. September 2010 vom Bundestag entsprechend StandAG eingesetzt Aufgaben sind die Entwicklung von Anforderungen und Auswahlkriterien für einen zukünftigen Endlagerstandort sowie die Entwicklung eines geeigneten Verfahrens zur Standortauswahl Endlagerung mit Rückholungsoption als Vorzugsvariante festgelegt Abschlussbericht im Juni 2016 ersetzen die früheren Sicherheitskriterien von 1983 legen fest, welches Sicherheitsniveau nachweislich einzuhalten ist gelten für Planung, Erkundung, Errichtung, Einlagerungsbetrieb und Stilllegung geben Rückholbarkeit der Behälter in der Betriebsphase erstmalig als feste Anforderung vor 4

5 Vorgaben Sicherheitsanforderungen an die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit vom 30. September 2010 (BMU10) ersetzen die früheren Sicherheitskriterien von 1983 gelten für Planung, Erkundung, Errichtung, Einlagerungsbetrieb und Stilllegung Rückholbarkeit wird erstmals als feste Auslegungsanforderung vorgeschrieben Nachweis der technischen Möglichkeit einer Rückholung wird Gegenstand der Genehmigung für den Bau und Betrieb eines Endlagers für wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle Durchörterung des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs mit Schächten, Auffahrungen oder Bohrungen ist zu minimieren Anzahl offener Einlagerungsbereiche ist gering zu halten 5

6 Begriffe Rückholbarkeit (retrievability): Als Rückholbarkeit wird die geplante technische Möglichkeit zum Entfernen der eingelagerten radioaktiven Abfallbehälter aus dem Endlagerbergwerk bezeichnet. (BMU 10) Rückholung (retrieval): Der aktive Vorgang der Entnahme von Abfallbehältern aus dem Endlager während der Betriebszeit. (NEA 10) bis zum Verschluss der Schächte (BMU 10) Bergung (recovery):... die Rückholung radioaktiver Abfälle aus dem Endlager als Notfallmaßnahme (BMU 10) Rückholbarkeit Bergung aus dem stillgelegten und verschlossenen Endlager für einen Zeitraum von 500 Jahren (BMU 10) (NEA 11) 6

7 Rückholungsstrategie Prämisse: BMU-Sicherheitsanforderungen gelten Ursachen und Bewertungsgrundlage für Entscheidung zur Rückholung heute nicht bekannt Re-Mining Strategie: Einlagerung der Endlagerbehälter mit schrittweisem Versatz der Hohlräume und Verschluss der Strecken konzeptionelle/technische Anpassungen zur Erleichterung der Rückholung Gewährleistung günstiger Bedingungen im Rückholungszeitraum im Falle einer Entscheidung zur Rückholung: Wiederauffahrung der verfüllten Strecken Freilegen der Endlagerbehälter Aufnahme mit vorhandener ggf. angepasster Einlagerungstechnik Transport nach über Tage Abfallbehälter werden aus dem passiven Sicherheitssystem des Endlagers zurück in die menschliche Obhut überführt 7

8 Randbedingungen Rückholung zum spätestmöglichen Zeitpunkt: Ende der Betriebszeit als abdeckender Fall ca. 40 Jahre nach Beginn der Einlagerung alle Strecken verfüllt und Streckenverschlüsse errichtet Infrastrukturbereich und Schächte noch zugänglich alle eingelagerten Behälter innerhalb der Einlagerungsfelder werden zurückgeholt auch Behälter mit Abfällen vernachlässigbarer Wärmeentwicklung (Brennelementstrukturteile) vollständige Räumung und Entlassung aus dem Atomgesetz wird angestrebt bei Wiederauffahrung wird Kontrollbereich wieder geöffnet Rückholungskonzepte umfassen nur untertägige Tätigkeiten weiterer Umgang mit den Behältern wird nicht betrachtet 8

9 Einlagerungsvarianten Salzformationen in Norddeutschland Salz: Kokillen ohne Abschirmung in bis zu 300 m tiefe Bohrlöcher horizontale Streckenlagerung von selbstabschirmenden POLLUX -10-Behältern Transport- und Lagerbehälter in kurze horizontale Bohrlöcher untersuchungswürdige Tongesteinsformationen in Deutschland (BGR 08) Tongestein: Kokillen ohne Abschirmung in ca. 30 m tiefe Bohrlöcher horizontale Streckenlagerung von selbstabschirmenden POLLUX -3-Behältern Kristallin: Konzepte in Entwicklung (BGR 07) 9

10 Streckenlagerung von POLLUX -Behältern Einlagerungsstrecke Behälter werden in 250 m lange Blindstrecken abgelegt POLLUX -Behälter Einlagerungsvorrichtung 10

11 Streckenlagerung Rückholung Artikel 8.5 der Sicherheitsanforderungen (Minimierung Strecken) bei Rückholung nicht mehr gegeben Doppelstrecke im Norden des Grubengebäudes Auffahrung mit einer TSM und/oder Continous Miner Rückholung Neuauffahrung Auffahrung mit einer TSM Bandanlage Gebindetransport Frischwetter Abwetter Überwachungsbereich Kontrollbereich Auffahrung der Teilstrecken und Rückholung findet im Kontrollbereich statt Auffahrung der Teilstrecken vom schachtfernen Querschlag aus einsöhlige Bewetterung der Einlagerung bleibt erhalten Abwetter werden in einer Hauptstrecke gesammelt 11

12 Streckenlagerung Rückholung Anpassungen Grubengebäude: Rückbau der Einbauten nach der Einlagerung Doppelstrecke ausreichende Festen zwischen den Einlagerungsstrecken Anordnung der Einlagerungstrecken darf Rückholungsschema nicht behindern Rückholungsstrecke Querschlag Richtstrecke Süd zusätzliche Zugangsstrecke erlaubt u.a. Vergrößerung der Wettermenge als erste Kühlmaßnahme 12

13 Streckenlagerung Rückholung Beginn der Rückholung: endgültige Rückholungsstrecke: Teilschritt 1 Teilschritt 2 Teilschritt 3 frühere Einlagerungsstrecke POLLUX POLLUX schrittweise Auffahrung zweier Teilstrecken Teilstrecken parallel zu den eingelagerten POLLUX - Behältern durchschlägig zwischen zwei Querschlägen Rückbau des verbleibenden Pfeilers und Freilegen sowie Abtransport der Behälter im Wechsel geräumte Strecken werden später wieder versetzt 13

14 Streckenlagerung Rückholung Anpassung der Einlagerungstechnik: Schienen werden nach der Einlagerung entfernt und sollen in der Rückholungsstrecke nicht wieder installiert werden selbstfahrendes Fahrwerk Nutzbarkeit der Tragzapfen nach unbestimmter Einlagerungsdauer ggf. nicht gegeben alternative Aufnahmevorrichtung für die Behälter Anpassung des Plateauwagens Prototyp Einlagerungsvorrichtung in Strecken (ELVIS) Machbarkeitsstudie zur modifizierten Einlagerungsvorrichtung in Strecken (melvis) 14

15 Streckenlagerung Rückholung 200 C Auslegungstemperatur an der Behälteroberfläche bisherige Endlagerauslegung mit Optimierungsziel dichteste Lagerung potenzieller Rückholungszeitraum fällt in einigen Einlagerungsfeldern mit dem Temperaturmaximum zusammen Bedingungen in schachtnahen Einlagerungsfeldern sind (kurz nach Ende der Einlagerung) thermisch noch beherrschbar bergbauliche Tätigkeiten nicht in allen Einlagerungsfeldern zu jeder Zeit umsetzbar Anpassung der thermischen Endlagerauslegung zur Erleichterung der Rückholung Beispiel: 43 a nach Einlagerungsbeginn (=Beginn der Rückholung) 15

16 Bohrlochlagerung von Brennstabkokillen Abfälle werden von der Einlagerungssohle aus in bis zu 300 m tiefe Bohrlöcher eingelagert BSK 3 triple pack Prototyp Einlagerungsvorrichtung (ELV) aus FuE-Vorhaben DENKMAL/ESDRED (auch zur Rückholung nutzbar) 16

17 Bohrlochlagerung Rückholung Konzeptanpassung aus der VSG (nach nse GmbH): zusätzliche Verrohrung des Bohrloches Einspannung durch Gebirgskonvergenz Sandverfüllung im Inneren 41 m³ Versatz je Bohrloch (entspricht 0,8 m³ pro Kokille) konische Außenform der Kokille (BSK-R) Innendurchmesser der BSK-R gleich BSK und triple pack Verrohrung, gegen Gebirgsdruck ausgelegt konisch geformte Kokille (BSK-R) Rückholung entspricht im Wesentlichen einer Umkehrung der Einlagerung Verrohrung verbleibt im Gebirge 1 m inertes, wenig kompaktierbares Material (Sand) 17

18 Bohrlochlagerung Rückholung Greifer Entfernen des Bohrlochversatzes: wesentliche technische Herausforderung während des Rückholungsvorgangs Bohrlochinnerstes wird Sperrbereich zugeordnet innerhalb der Verrohrung Temperaturen nahe der Auslegungsgrenze Ansatz: Entwicklung einer Saugkokille zur schrittweisen Entnahme des Sandversatzes Transport und Handhabung der Kokille mit eigenem Transferbehälter vorhandenes Luftvolumen wird für zirkulierenden Volumenstrom genutzt (Flugförderung) Vorversuche Saugkokille 18

19 Bohrlochlagerung Rückholung Grubengebäude: Rückholungsstrecken entsprechen in Lage und Querschnitt den Einlagerungsstrecken zusätzliche Zugangsstrecke im Süden des Grubengebäudes Günstige thermische Bedingungen im Rückholungszeitraum: Wärmequellen liegen unterhalb der Einlagerungssohle Temperaturmaxima liegen unter der Auslegungstemperatur und treten deutlich nach dem Rückholungszeitraum auf 19

20 Bohrlochlagerung im Tongestein für mächtige Unterkreidetone kurze vertikale Bohrlöcher Beladung und Größe der Behälter an Auslegungstemperatur ( C) angepasst durchlässiger Außenliner garantiert Bohrlochstabilität beim Einbau Bentonitbuffer zur Verzögerung möglicher Lösungsbewegungen Streckenausbau als Betonliner zur Reduzierung der Stahlmenge (Gasbildung) generische Endlagerauslegung in ERATO(DBE TEC10) Rückholbarkeit: zweite, innere Verrohrung und Sandversatz angepasste Kokillenform Rückholung entspricht im Wesentlichen Umkehrung der Einlagerung (ähnlich wie im Salz) 20

21 Zusammenfassung Anforderung der Rückholbarkeit ist mit Sicherheitsanforderungen (BMU, 2010) als Genehmigungsvoraussetzung festgeschrieben Anforderung der Rückholbarkeit ändert die Randbedingungen für die Endlagerauslegung Rückholbarkeit nicht im Widerspruch zum Sicherheitskonzept eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle im Salz Wärmeeintrag der Abfälle kann Rückholungstätigkeit beeinflussen und ist bei Endlagerauslegung zu beachten Rückholbarkeit von Endlagerbehältern aus nicht salinaren Wirtsgesteinen bisher nur als Grobkonzept Nachweis der technischen Machbarkeit und Überführung in den Stand der Technik steht für alle Rückholungskonzepte aus Verbleib und weiterer Umgang mit zurückgeholten Endlagerbehältern/Abfällen heute offen 21

22 Danksagung Vielen Dank! meinen Kollegen, für ihre Arbeiten und Beiträge zum Thema Rückholbarkeit dem BMWi und dem Projektträger PTKA für die Förderung des abgeschlossenen FuE-Vorhabens ASteRix und des laufenden FuE-Vorhabens ERNESTA zum Thema Rückholbarkeit 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 23