Entwurf des Berichtsteils zu Teil B Kapitel (Nachweisführung für den sicheren Einschluss)
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- Clara Hauer
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1 Geschäftsstelle Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe gemäß 3 Standortauswahlgesetz Entwurf des Berichtsteils zu Teil B Kapitel (Nachweisführung für den sicheren Einschluss) Vorlage der der Vorsitzenden der AG 3 für die 31. Sitzung der Kommission am 15. Juni 2016 Zweite Lesung BEARBEITUNGSSTAND:
2 Bearbeitungsstand: Nach 30. Sitzung der Kommission am Änderungen sind gelb markiert Stand: Nachweisführung für den sicheren Einschluss der radioaktiven Abfälle für eine Million Jahre Die Langzeitsicherheit jeden Endlagers basiert darauf, dass der 8sichere Einschluss der radioaktiven Abfälle dauerhaft gewährleistet wird und eine unzulässige 9 Freisetzung von Radionukliden in die Biosphäre innerhalb des Nachweiszeitraumes 10 von einer Million Jahren verhindert wird. Dazu ist immer das gesamte Endlagersystem 11 zu betrachten. Für eine Endlagerung in tiefen geologischen Formationen besteht das Endlagersystem 12 - aus den (konditionierten) Abfällen (z.b. Glasmatrix der Wiederaufarbeitungsabfälle, 13 Brennelemente) - aus den eingelagerten Abfallbehältern (technische Barriere), - dem sie umgebenden Endlagerbergwerk mit seinen geotechnischen 16 Barrieren (Versatz, Streckenverschlüsse und Schachtverschlüsse), - dem das Endlager umschließenden, zum Einschluss der Radionuklide 18 beitragenden einschlusswirksamen Gebirgsbereich (ewg) und - den diesen Gebirgsbereich wiederum umgebenden oder überlagernden 20 geologischen Schichten bis zur Erdoberfläche, soweit sie sicherheitstechnisch 21 bedeutsam und damit im Sicherheitsnachweis zu berücksichtigen sind. In einem Endlagerkonzept wird beschrieben, wie das Ziel des langzeitigen 23 Einschlusses der radioaktiven Abfälle durch das geeignete Zusammenwirken geologischer 24 und technischer Barrieren erreicht werden soll. Für eine Endlagerung in tiefen geologischen 25 Formationen sind dabei folgende Ansätze zum Nachweis des langzeitsicheren Einschlusses 26 grundsätzlich möglich: a) Die maßgebliche Einschlussfunktion wird einer geologischen 29 Barriere (dem sogenannten einschlusswirksamen Gebirgsbereich) zugeordnet. 30 b) Die maßgebliche Einschlussfunktion wird einer technischen31 Barriere (basierend auf langzeitstabilen Behältern und ihrer Ummantelung) zugeordnet. 32 c) Die Einschlusswirkung des Gesamtsystems wird durch eine 33 aufeinander folgende Kombination von Wirtsgesteinseigenschaften und technischen34 Barrieren erreicht. Auf Basis dieser Ansätze ist für jede Wirtsgesteinsart an einem 36 bestimmten Standort Endlager- und ein Nachweiskonzept zu entwickeln, mit dem 37 der Nachweis der Langzeitsicherheit über den Nachweiszeitraum geführt 38werden kann. Im Standortauswahlgesetz ist dieser Nachweiszeitraum auf eine Million 39 Jahre festgelegt Nachweisführung über den einschlusswirksamen Gebirgsbereich 42 (ewg) Die Sicherheitsanforderungen des BMU von basieren 44 auf dem Konzept des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs (ewg). Für den Nachweis, 45dass eine geologische Barriere den langzeitsicheren Einschluss der radioaktiven Abfälle gewährleisten 46 kann, wird hierbei ein einschlusswirksamer Gebirgsbereich innerhalb des Wirtsgesteins 47 um den Ort der Einlagerung der radioaktiven Abfälle bzw. zwischen den Abfällen 48 und der Biosphäre 1 Vgl. Standortauswahlgesetz vom 23. Juli BGBl. I S Absatz 1. 2 Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2010). Sicherheitsanforderungen an die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle.
3 ausgewiesen. Das ewg-konzept wurde in Deutschland vom AkEnd 3 1entwickelt. Der AkEnd hat in seiner Definition die in den folgenden Abbildungen 2 dargestellten Gesteinskonfigurationen als kompatibel mit dem Konzept eines 3 einschlusswirksamen Gebirgsbereichs beschrieben: Die Kommission behandelt in Kapitel 6.5.1ausführlich den aus 6 ihrer Sicht an den Sicherheitsanforderungen bestehenden Änderungsbedarf und zu überprüfende 7 Punkte. 3 Vgl. AkEnd (2002). Auswahlverfahren für Endlagerstandorte. K-MAT 1, dort Kap
4 3 Abbildung : Konfigurationen zwischen Wirtsgestein und einschlusswirksamem Gebirgsbereich: Typ A und Typ Ba 4 4 Vgl. AkEnd (2002). Auswahlverfahren für Endlagerstandorte. K-MAT 1, S Erläuterung zu Abbildung : Typ A: Der einschlusswirksame Gebirgsbereich ist Teil eines Wirtsgesteinskörpers mit sicherheitsrelevanter Barrierewirkung. Typ B: Der Wirtsgesteinskörper hat keine sicherheitsrelevante Barrierewirkung und bildet mit dem einschlusswirksamen Gebirgsbereich unterschiedliche Konfigurationen. Die Darstellung entspricht dabei dem Typ Ba: Das Wirtsgestein ist vollständig vom einschlusswirksamen Gebirgsbereich umschlossen. Die Darstellung ist schematisch und ohne Maßstab.
5 4 Abbildung : Konfigurationen zwischen Wirtsgestein und einschlusswirksamem Gebirgsbereich: Typ Bb 5 Kommentiert [JSe1]: Beschriftung der Grafik ergänzen: Typ Bb 1 5 Vgl. AkEnd (2002). Auswahlverfahren für Endlagerstandorte. K-MAT 1, S Erläuterung zu Abbildung :Konfigurationstyp Bb: Geologische Strukturen mit unterschiedlicher Anordnung von Wirtsgesteinskörper und einschlusswirksamem Gebirgsbereich. Die Darstellung ist schematisch und ohne Maßstab,? bedeutet weitere Ausdehnung noch zu erkunden". Legende siehe vorherige Abbildung.
6 Der einschlusswirksame Gebirgsbereich ist der Teil des Endlagersystems, 1 der im Zusammenwirken mit den geotechnischen Verschlüssen (z.b. 2 Schachtverschlüsse, Streckenverschlüsse, Versatzmaterial) den Einschluss der Abfälle sicherstellt. 3 Der ewg stellt hierbei die Hauptbarriere (= geologische Barriere) dar. Zur "Heilung" 4 der erforderlichen technischen Eingriffe in den ewg sind geotechnische Barrieren 5 (Schacht- und Streckenverschlüsse, Versatzmaterial) vorgesehen. Der Behälter hat beim 6 ewg-konzept eine zeitlich begrenzte Funktion als technische Barriere, auf der aber 7 der Nachweis der Langzeitsicherheit nicht beruht. Ein ewg Konzept ist hinsichtlich der Wirtgesteinstypen prinzipiell anwendbar 9 für geeignete Steinsalz- und Tonsteinformationen und auch für Kristallinformationen 10 mit geringer Gebirgsdurchlässigkeit. Dabei sind je nach örtlicher Situation 11auch Endlagerkonzepte denkbar, bei denen an einem Standort nicht einer, sondern mehrere 12 räumlich voneinander getrennte einschlusswirksame Gebirgsbereiche ausgewiesen werden, 13 in denen jeweils ein Teil der radioaktiven Abfälle langzeitsicher endgelagert werden kann, sowie 14 Konstellationen, bei denen nicht das Wirtsgestein sondern überlagernde Schichten den 15 sicheren Einschluss gewährleisten. Bei der vorgeschlagenen Standortauswahl entsprechend den in Kapitel beschriebenen Entscheidungskriterien ist es nach Auffassung der Kommission 18 möglich, einen einschlusswirksamen Gebirgsbereich so auszuweisen, dass ein Nachweis 19 seiner Integrität über eine Million Jahre geführt werden kann. Bei ausreichend geringer 20 Durchlässigkeit des Wirtsgesteins gelingt dabei der Nachweis des Einschlusses unmittelbar 21 durch die vollständige Integrität des ewg, einschließlich Versatz und Verschlussbauwerke. 22In diesem Fall können im Nachweiszeitraum keine Radionuklide den ewg verlassen ( vollständiger 23 Einschluss ). Alternativ kann im Nachweisverfahren gezeigt werden, dass 24 der einschlusswirksame Gebirgsbereich während des Nachweiszeitraums Radionuklide mindestens 25 in dem Maße zurückhält, dass nur geringfügige Freisetzungen in die Biosphäre zu26 erwarten sind, die nicht zu einer Überschreitung der in den BMUB-Sicherheitsanforderungen27 genannten Grenzwerten für die effektive Dosis führen können ( sicherer Einschluss ). Beim ewg-konzept haben die Behälter insbesondere die 30 Aufgabe, während des Endlagerbetriebes (einige Jahrzehnte) die Rückhaltung von Radionukliden 31 zu gewährleisten; zudem müssen die Abfallbehälter, ggf. in Kombination mit einem 32 Transferbehälter, eine sichere Handhabung unter Strahlenschutzbedingungen ermöglichen. 33 Dieselben Sicherheitsfunktionen werden von den Behältern für eine (eventuell 34 notwendige) Rückholung in der Betriebsphase (s.a. Kapitel 5.5.2) gefordert. Nach Verschluss des 35 Endlagers müssen die Abfälle bis zu 500 Jahre bergbar bleiben, woraus sich Anforderungen 36 an die mechanische Stabilität des Behälters und seine ausreichende Korrosionsbeständigkeit 37 ergeben. Ab dem Zeitpunkt, nach dem die Bergbarkeit keine Anforderung mehr ist, muss 38 der Behälter im ewg- Konzept nur noch solange eine Barrierefunktion (einige hundert 39 bzw. tausend Jahre) übernehmen, bis die Langzeitsicherheit des Endlagersystems40 vollständig über die Eigenschaften des ewg, also durch die geologische Barriere sowie 41 die Strecken- und Schachtverschlüsse,, nachgewiesen wird. Im Sicherheits- und Nachweiskonzept 42 für den Nachweiszeitraum von einer Million Jahre wird danach von langzeitigen 43 Eigenschaften der Behälter kein Kredit mehr genommen Nachweisführung über langzeitsichere technische Barrieren Wenn das Wirtsgestein oder das umgebende Gestein keine ausreichende 48 Barriere darstellen, dann muss, wenn an einem solchen Standort ein Endlager realisiert werden 49 soll, der Nachweis des langzeitsicheren Einschlusses insbesondere über die technischen 50 Barrieren geführt werden. Denkbar ist dies für Endlagersysteme in allen potenziellen 51 Wirtsgesteinstypen,
7 konzeptionell verfolgt wird es hauptsächlich in Ländern, deren1 Endlagerkonzept auf Kristallingestein beruht. In erster Linie ist die technische Barriere der Abfallbehälter, der langfristig 3 dicht sein muss. Damit er diese Funktion auch über den gesamten Nachweiszeitraum 4von einer Million Jahre übernehmen kann, wird er in den bekannten Endlagerkonzepten zum5 Schutz vor Korrosion zusätzlich mit einer Schutzschicht (dem sogenannten "Buffer"), bestehend 6 aus einer mehrere Dezimeter dicken, quellfähigen Bentonitschicht ummantelt. Ein i. W. auf Behälter- und Buffer-Eigenschaften beruhender Langzeitsicherheitsnachweis 9 ist mit den derzeit geltenden Sicherheitsanforderungen des BMU 6 nicht10 kompatibel, da diese auf einem Nachweis über den einschlusswirksamen Gebirgsbereich beruhen. 11 Die bestehenden Sicherheitsanforderungen müssen deshalb für diese Art der Nachweisführung 12 ergänzt werden, wie die Kommission in Kapitel dieses Berichtes es auch zur Prüfung 13 anregt. Behälter und Buffer müssen bei einem solchen Nachweis 15 über den gesamten Nachweiszeitraum die wesentliche Barrierefunktion übernehmen, wobei 16 Anforderungen an die Rückholbarkeit während des Betriebs und eine sich anschließende 17 Phase der Bergbarkeit nach Verschluss des Endlagers als Anforderungen an den 18Behälter ebenfalls zu berücksichtigen sind. Der Behälter ist also im Unterschied zu einem 19 Nachweis über einen einschlusswirksamen Gebirgsbereich nicht nur für die Betriebsphase20 des Endlagers und einen nachfolgenden kürzeren Zeitraum sicherheitsrelevant, sondern 21 für den gesamten Nachweiszeitraum. Als Behälter sind in derartigen Endlagerkonzepten derzeit im Ausland 24(z.B. in Schweden und Finnland) Kombinationen aus mechanisch stabilen Innenbehältern (z.b. 25 aus Sphäroguss) und korrosionsbeständigen Außenbehältern (z.b. aus dickwandigem Kupfer) 26 vorgesehen (siehe Kapitel /4.3.4 und Kapitel 6.8). Als "Buffer" dient eine im Wesentlichen 27 aus Bentonit bestehende mineralische Ummantelung. Bentonit ist ein stark quellfähiger 28 Ton, der bei Zutritt von Feuchtigkeit quillt und dadurch den eingeschlossenen Behälter29 gegenüber Wasser (bzw. Salzlösungszutritt) von seiner unmittelbaren Umgebung isoliert. Voraussetzung 30 ist, dass das als Buffer eingesetzte Bentonitprodukt 7 sorgfältig und mit einer ausreichenden 31 Dichte um die Abfallbehälter herum eingebaut wird, und dass unmittelbar im Bereich 32 des Buffers keine oder nur geringfügige Erosionsvorgänge zu erwarten sind. Eine geringe 33 Feuchte des Gebirges ist dabei erforderlich, um den notwendigen Quellvorgang des Bentonits 34 auszulösen und vollständig ablaufen zu lassen. Die Anforderung an die Kombination35 aus den Behältern, dem Buffer und dem umgebenden Wirtsgestein ist so, dass Behälterversagen 36 mit Freisetzung aus dem Behälter nur in einen so geringen Umfang möglich ist, dass damit 37 keine unzulässigen hohen Freisetzungen von radioaktiven Stoffen in die Biosphäre erfolgen. 38 Das umgebende Wirtsgestein hat bei einer im Wesentlichen auf den 39 technischen Barrieren beruhenden Nachweisführung die Aufgabe, die mechanische 40 Stabilität der Einlagerungshohlräume sicher zu stellen. Darüber hinaus müssen Wirtsgestein 41 und Buffer so gewählt sein, dass an der Behälteroberfläche ein stabiles nichtkorrosives 42 geochemisches Milieu herrscht. Die Tiefenlage des Endlagerbergwerks bewirkt in erster 43 Linie den Schutz der eingelagerten Abfälle gegenüber exogenen Einflüssen (Eiszeiten, Erosion). 44 Das Wirtsgestein übernimmt nicht, oder nicht maßgeblich, die Aufgabe, während des 45 Nachweiszeitraums einen Kontakt mit Wasser oder einen Radionuklidaustrag zu verhindern. Kommentiert [MS2]: oder Tonstein gestrichen. 6 Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2010). Sicherheitsanforderungen an die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle. 7 Es werden international verschiedene Mischungen und Produktformen entwickelt.
8 Nachweisführung über eine Kombination von Wirtsgesteinseigenschaften 1 und technischen Barrieren Unter Ausnutzung sowohl von Wirtsgesteinseigenschaften als auch von 4 technischen Barrieren könnten auch kombinierte Konzepte entwickelt werden, die vorhandene, 5 aber vielleicht nicht vollständig einschlusswirksame Eigenschaften des Wirtgesteins mit 6 einschlusswirksamen Eigenschaften technischer Barrieren kombinieren und in dieser Kombination 7 eine weitere Nachweismöglichkeit für den langzeitsicheren Einschluss eröffnen. 8 Das gilt für Wirtsgesteinsformationen, die ein relativ hohes Isolationsvermögen gegenüber 9 Einflüssen aus der Biosphäre haben. Charakteristisch ist dabei, dass die geologische(n) 10 und technische(n) Barriere hinsichtlich der Vermeidung bzw. Begrenzung möglicher 11 Freisetzungen nacheinander angeordnet sind und so nur gestuft wirken. Die Barriereeigenschaften 12 des Wirtsgesteins werden dabei um die Barriereeigenschaften der Behälter 13 und der Buffer ergänzt, um in Kombination miteinander die Langzeitsicherheit 14über den geforderten Zeitraum von einer Million Jahren zeigen zu können. Der Nachweis 15 des sicheren Einschlusses beruht dann auf einer integrierten Betrachtung des Zusammenspiels 16 von technischen und geotechnischen Barrieren und Wirtsgesteinseigenschaften. Dabei wird 17 in Kauf genommen, dass ein gewisser Prozentsatz an Behälterversagen während des Nachweiszeitraums 18 nicht ausgeschlossen werden kann. Es ist konzeptionell darzulegen 19 wie Schwächen der geologischen Barrieren durch technische und geotechnische Vorkehrungen 20 bzw. Schwächen der technischen Barriere durch Anforderungen an die geologischen 21 Eigenschaften des Wirtsgesteins über den Nachweiszeitraum ausgeglichen werden können, 22 damit höchstens eine Freisetzung von Radionukliden in die Biosphäre unterhalb von Grenzwerten erfolgt. Auch für diese Art der Nachweisführung müssten die bestehenden 24 Sicherheitsanforderungen des BMU ergänzt werden Stellung der Nachweisstrategien im Standortauswahlverfahren28 Nach Auffassung der Kommission hat das Konzept des einschlusswirksamen 30 Gebirgsbereichs den Vorteil, dass es hinsichtlich der nachzuweisenden Langzeitsicherheit 31 auf geologischen Eigenschaften des Endlagersystems basiert, die an geeigneten Standorten 32 als vergleichsweise solide prognostizierbar angesehen werden können. Technische Barrieren erhöhen zwar die Robustheit des Endlagersystems, die im Nachweisverfahren zu belegende 34 Langzeitsicherheit ist hiervon aber nicht abhängig. Geotechnische Barrieren müssen 35 dagegen - je nach Sicherheitskonzept - außer zur Robustheit auch einen relevanten 36 Beitrag zur Langzeitsicherheit leisten können. Demgegenüber muss sich bei einem Nachweiskonzept, dass i.w. auf 38 technischen Barrieren beruht (Behälter/Buffer), die Prognose auf die langzeitigen Eigenschaften 39 dieser technischen Barrieren stützen. Demgegenüber ist das Vertrauen auf eine i. W. technisch durch den Behälter begründete Langzeitsicherheit bei einem Nachweiszeitraum von einer Million Jahren auf den ersten Blick geringer als das gegenüber einer geowissenschaftlich begründeten Prognose. Die Kommission schließt aber auch alternative Nachweisführungen 44 mit einer stärkeren Betonung auf technischen Barrieren nicht grundsätzlich aus. Sie 45 kämen unter den in Deutschland zu erwartenden geologischen Randbedingungen dann46 zum Tragen, wenn es darum geht, Endlager- und Nachweiskonzepte für Standorte ohne 47 die Möglichkeit der Ausweisung eines ausreichend integren ewg zu entwickeln. Dabei ist 48 zu zeigen, dass ein auf Behältertechnologie, Buffer und geotechnischen Barrieren 49 basierender Langzeitsicherheitsnachweis, ggf. in Kombination mit günstigen Wirtsgesteinseigenschaften, 50 zu einer gleichwertigen und gleich robusten Sicherheitsaussage 51 führt wie ein Kommentiert [MS3]: geringfügig gestrichen Kommentiert [MS4]: gemeinsamer Textvorschlag Appel/Sailer (in der letzten Kommissionssitzung als Aufgabe festgelegt)
9 8 2 3 Langzeitsicherheitsnachweis, basierend auf einem Nachweiskonzept des 1 einschlusswirksamen Gebirgsbereich.
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