Entsorgung und Endlagerung radioaktiver Abfälle - Strategien und Sicherheitsnachweise

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1 Entsorgung und Endlagerung radioaktiver Abfälle - Strategien und Sicherheitsnachweise Klaus-Jürgen, Berlin,

2 Übersicht Herkunft radioaktiver Abfälle und Optionen für ihre Verbringung Endlagerung (tiefe geologische Formationen): Wie wird Sicherheit erreicht? Sicherheitsfunktionen und Endlagerkonzepte Endlagerung (tiefe geologische Formationen): Wie wird Sicherheit gezeigt? Das Konzept des Safety Case Die Rolle der Geowissenschaften 2

3 Radioaktive Abfälle - Herkunft Energieerzeugung - Bestrahlte ( abgebrannte ) Brennelemente (Spent Nuclear Fuel = SNF) (wenn als Abfall deklariert!) - Betriebsabfälle (Verdampferkonzentrate, Anlagenteile, Filter, Reinigungsmittel, Schutzkleidung) - Brennstoffproduktion (Bergbau, Herstellung) - Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente - Verglaste hochaktive Abfälle (vitrified High-level Waste = HLW) - Strukturteile (zerschnittene Hülsen etc.) - Abgetrenntes Pu und U - Betriebsabfälle - Stilllegungsabfälle (Kraftwerke und Anlagen des Brennstoffkreislaufs) Forschungseinrichtungen (Forschungsreaktoren s. o., andere) Industriebetriebe (Quellen, NORM) Medizin [Kernwaffenproduktion] Bergbau *) farbig: Abfälle mit signifikanter Wärmeproduktion ( High-level waste HLW ) 3

4 Abfall-Klassifizierung (IAEA) Deutschland: wärmeentwickelnde radioaktive Reststoffe Reststoffe mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung, vulgo: Konrad-gängige Reststoffe 4

5 Verbringung wärmeentwickelnder radioaktiver Reststoffe: Nach Betrachtung der Optionen (vgl. Vortrag Dr. Bräuer) verbleiben: Langfristige Lagerung (Erdoberfläche) Tiefenlagerung Überwachung, Wartung erforderlich passive Sicherheit / Nachsorgefreiheit Sicherheit abhängig von sozialer Stabilität, ökonomischen Ressourcen, Sicherheit abhängig vom Verhalten geogener und anthropogener Komponenten Fairness = maximale Flexibität für künftige Generationen durch einfache Rückholbarkeit (wofür?) Fairness = keine Belastung künftiger Generationen Welche Lösung ist vertrauenswürdiger? Welche ist fair? Rückholbare Endlagerung als Kompromiss? 5

6 Langfristige Lagerung: HABOG (bei Borssele, Zeeland, NL) 6

7 Deep geological repositories 0 ~300 ~1000 m Mined Repositories 1000 m Very Deep Boreholes ITC School (modified)

8 Geologische Tiefenlagerung: WIPP (Carlsbad, NM, USA) 8

9 Geologische Tieflagerung / Endlagerung Sicherheitsfunktionen: - Isolation von der Biosphäre und Behinderung des menschlichen Eindringens - Stabilität (mechanisch, hydraulisch, chemisch) - Einschluss - Behinderung von Migrationsvorgängen Unterschiedliche und zeitabhängige Rollen künstlicher und technischer Barrieren je nach Konzept und Standort In jedem Fall hohe Anforderungen an die Geologie 9

10 Sicherheitsfunktionen Endlagerkonzept Isolation von Biosphäre, Behinderung d. menschlichen Eindringens Stabilität (mechanisch, hydraulisch, chemisch) Einschluss der Abfälle Behinderung von Migrationsvorgängen SKB 10

11 anthropogen geogen Sicherheitsfunktionen Endlagerkonzept Granit Isolation von Biosphäre, Behinderung d. menschlichen Eindringens Stabilität (mechanisch, hydraulisch, chemisch) Behälter, Bentonitpuffer Einschluss der Abfälle Behinderung von Migrationsvorgängen Brennstoffmatrix, Bentonitpuffer langlebiger Brennstoff- Deckgebirge behälter 11

12 Andra Sicherheitsfunktionen Endlagerkonzept 12

13 anthropogen geogen Sicherheitsfunktionen Endlagerkonzept Granit Isolation von Biosphäre, Behinderung d. menschlichen Eindringens Stabilität (mechanisch, hydraulisch, chemisch) Behälter, Bentonitpuffer Einschluss der Abfälle Behinderung von Migrationsvorgängen Brennstoffmatrix, Bentonitpuffer, langlebiger Brennstoff- Deckgebirge behälter Tonstein Deckgebirge [Abfallbehälter] zeitlich begrenzt! [Deckgebirge] Verschlüsse 13

14 DOE/WIPP 14

15 anthropogen geogen Sicherheitsfunktionen Endlagerkonzept Granit Isolation von Biosphäre, Behinderung d. menschlichen Eindringens Stabilität (mechanisch, hydraulisch, chemisch) Behälter, Bentonitpuffer Einschluss der Abfälle Behinderung von Migrationsvorgängen Brennstoffmatrix, Bentonitpuffer, langlebiger Brennstoff- Deckgebirge behälter Tonstein Deckgebirge [Abfallbehälter] zeitlich begrenzt! [Deckgebirge] Verschlüsse Salz Deckgebirge Verschlüsse [Deckgebirge] Verschlüsse 15

16 Optimierung von Endlagersystemen Schrittweiser, über Jahrzehnte andauernder Prozess Prüfung von Alternativen Optimierungsziele: Schutzziele (radiologische u.a., jetzt und in der Zukunft), Technik / Machbarkeit, Randbedingungen und Ziele ändern sich über die Jahrzehnte, z.b. - Betrachtungszeitraum: Jahre 1 Million Jahre - Begrenzung von Kontaminationen des zugänglichen Grundwassers Einschluss im einschlusswirksamen Gebirgsbereich Es gibt keine Optimierung in der Retrospektive. Man muss sich allerdings immer fragen, ob Ergebnisse früherer Schritte den heutigen Ansprüchen gerecht werden (Beispiel Gorleben). 16

17 Optimierung des Endlagersystems: Entscheidungen und Sicherheitsbericht (Safety Case) Beispiel Frankreich : Gesetz ( Loi Bataille ) Festlegung einer 15-Jahres-Frist : Antrag auf Genehmigung des Untertagelabors Bure - Dossier 2001: Zwischenbericht ( Test ) - Dossier 2005: Machbarkeitsanalyse - eine der Grundlagen zur Gesetzgebung 2006 (auch hier: Zeitplan!) Rolle des Zeitplans Rolle der Behörden (1996: genehmigend, 2001: beratend, 2005: legislativ) Rolle des Peer Review 17

18 Wie wird Sicherheit gezeigt? Das Konzept Safety Case System: - Maßstab: einige 100 m einige km - heterogen unvollständige Charakterisierung - komplexe interagierende Prozesse - lange Betrachtungszeiträume - Jedes Endlagersystem ist ein Unikat! keine Verifizierung im Wortsinn möglich! Dynamisches Element (Entscheidungsgrundlage in einer bestimmten Phase beim schrittweisen Vorgehen, Weiterentwicklung des SC einhergehend mit der Optimierung des Systems) Integrierendes Element (Zusammenfassung aller Argumente ) - Forschung und Standortcharakterisierung - Endlagerauslegung - Sicherheitsanalyse 18

19 Forschungsprogramm Sicherheitsaussage: Soll vs. Haben Vertrauensaussage Entscheidungsgrundlage Randbedingungen: Abfallaufkommen Regelwerk Standort(e)/Geosynthese Forschungsergebnisse Funktionsanalyse: Sicherheits- u.a. Funktionen Sicherheitskonzept Endlagerauslegung Phänomenologie Modelle Daten Szenarien Quantitative Analysen Safety Case Management Assessment Basis Safety Assessment Identifizierung und Einordnung von Unsicherheiten / Ungewissheiten: mögliche Beeinträchtigung der Funktionen? Entscheidung über Handhabung 19

20 Die Rolle der Geowissenschaften Approaches and Methods for Integrating Geoscientific Information (AMIGO, OECD/NEA) basis of understanding at the temporal and spatial scales relevant to safety evidence regarding : - the stability of a site, - the isolation of the waste, - the containment properties of the geosphere, - radionuclide release and mobility in the sub-surface and - other issues relevant to the safety functions basis for establishing the values of key parameters Trends - increasing role of palaeogeoscientific information - increasing understanding and a more systematic approach to transferability of data, techniques and conclusions - increasing awareness of the necessity of accounting for engineering feasibility and for ensuring compatibility with engineered components 20

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22 Die Rolle der Geowissenschaften Approaches and Methods for Integrating Geoscientific Information (AMIGO, OECD/NEA) basis of understanding at the temporal and spatial scales relevant to safety evidence regarding : - the stability of a site, - the isolation of the waste, - the containment properties of the geosphere, - radionuclide release and mobility in the sub-surface - other issues relevant to the safety functions basis for establishing the values of key parameters Trends - increasing role of palaeogeoscientific information - increasing understanding and a more systematic approach to transferability of data, techniques and conclusions - increasing awareness of the necessity of accounting for engineering feasibility and for ensuring compatibility with engineered components 22

23 Schluss Optionen für den Verbleib hochradioaktiver Abfälle: - langfristige überwachte Lagerung - passiv sichere Endlagerung in tiefen geologischen Formationen Endlagerung: passive Sicherheit = Unabhängigkeit von Überwachungsmaßnahmen, Wartung etc., damit: - Sicherheit über lange Zeiträume (Unabhängigkeit von gesellschaftlicher und ökonomischer Stabilität) - Möglichst geringe Verlagerung der Verantwortung auf künftige Generationen - Keine Rückholung vorgesehen (aber ggf. zu einem gewissen Grad möglich) Unterschiedliche und zeitabhängige Rollen geogener und technischer Barrieren je nach Konzept und Standort, in jedem Fall hohe Anforderungen an die Geologie Sicherheit - in einem über Jahrzehnte andauernden Optimierungsprozess erzielt - anhand des sich mit entwickelnden Safety Case nachzuweisen (methodischer Rahmen für die Erarbeitung von Sicherheits- und Vertrauensaussagen als Entscheidungsgrundlage) Zentrale Rolle der Geowissenschaften Notwendigkeit der Integration (Erkundung, F&E, Analyse, ) 23