Endlagerung wärmeentwickelnder Abfälle in flach lagernden Salzformationen. Jonathan Kindlein, GRS Braunschweig

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1 Endlagerung wärmeentwickelnder Abfälle in flach lagernden Salzformationen Jonathan Kindlein, GRS Braunschweig

2 Was sind flach lagernde Salzformationen? Salzstock Salztektonik (Halokinese, Diapirismus) steil stehende Salzstrukturen tektonische Verwerfungen Flache Lagerung schichtige (stratiforme) Lagerstätten tiefliegende, flächige Salzstrukturen homogen, tektonisch ungestört Quelle: BGR 2

3 Warum werden flach lagernde Salzformationen für die Endlagerung in Betracht gezogen? Standortauswahlgesetz Prinzip weiße Landkarte Gemäß StandAG 2013: Untersuchung aller in Deutschland in Frage kommenden Wirtsgesteine für ein HAW-Endlager Auch die in Deutschland existierenden flach lagernden Salzvorkommen Für ein HAW-Endlager in Steinsalz (Typ: steile Lagerung) existieren Endlagerkonzepte sowie Sicherheits- und Nachweiskonzepte (s. Vorläufige Sicherheitsanalyse Gorleben) Für flach lagernde Salzstrukturen sind generische Endlagerkonzepte sowie Sicherheits- und Nachweiskonzepte noch zu entwickeln (Typ A: flache Lagerung und Typ B: Salzkissen) 3

4 Vorkommen von Salz- und Tonsteinformationen in Deutschland Zechstein-Salinar Verbreitung der Zechstein-Diapire Salzstrukturen des Zechstein-Salinar Tonsteinformationen Untersuchungswürdige Salzstöcke (BGR 1995) Salzkissen Salzstöcke Quelle: BGR 2014 Quelle: BGR

5 Welche Vor- und Nachteile haben flach lagernde Salzformationen? Vorteile von Steinsalz hohe Temperaturleitfähigkeit Kriechvermögen hydraulische Dichtheit Wirtsgestein Nachteile von Steinsalz Löslichkeit geringes Sorptionsvermögen Geologische Struktur Vorteile der flachen Lagerung Nachteile der flachen Lagerung große laterale Ausdehnung vielfach zu große Tiefenlage homogene stratigrafische Einheiten geringe Schichtmächtigkeiten tektonisch ungestörte Deckgebirgsüberdeckung 5

6 W:\projekte\kosina\det\abb\poro-fl-sl_det-v1_id_vgl_konv.lay Aktuelle Forschung zu flach lagernden Salzformationen Konzeptentwicklung für ein generisches Endlager für wärmeentwickelnde Abfälle in flach lagernden Salzschichten in Deutschland und Überprüfung des entwickelten Sicherheits- und Nachweiskonzeptes (FuE-Vorhaben KOSINA, 07/ /2018) Ein Verbundprojekt von: Projektleitung FKZ 02E11405B Entwicklung generischer geologischer Modelle Entwicklung eines Sicherheits- und Nachweiskonzeptes Entwicklung technischer Endlagerkonzepte Integritätsnachweis der geologischen Barriere und radiologische Konsequenzenanalyse Porosität R-0 (feucht) R-1 (trocken) R-2 R-3 R ZEIT 6

7 Welche Endlagerkonzepte und Einlagerungsvarianten werden betrachtet? Typ A: flache Lagerung 1. Streckenlagerung von POLLUX -Behältern POLLUX -Behälter mit Brennstäben Profil Einlagerungsstrecke Einlagerungstechnik 2. Bohrlochlagerung (horizontal) von Kokillen (BSK-H) Quelle: DBE TEC 7

8 Welche Endlagerkonzepte und Einlagerungsvarianten werden betrachtet? Typ B: Salzkissen 3. Bohrlochlagerung (vertikal) von Kokillen (BSK-V) Brennstabkokille Profil Abschirmbehälter Einlagerungstechnik BSK-V Einlagerungsstrecke 4. Direkte Endlagerung von Transport- und Lagerbehältern TLB CASTOR V/19 Quelle: DBE TEC 8

9 Wie wird die langfristige Sicherheit eines Endlagers in flach lagernden Salzformationen gewährleistet? Leitgedanken zum Sicherheitskonzept für ein Endlagersystem in flachen Salzstrukturen: Möglichst weitgehender Einschluss der radioaktiven Abfälle in einem definierten Gebirgsbereich um die Abfälle herum (einschlusswirksamer Gebirgsbereich - ewg) Sofort nach Verschluss des Endlagerbergwerks wirksamer sowie durch das Endlagersystem dauerhaft und nachsorgefrei sichergestellter Einschluss Einschlusswirksamkeit durch Verhinderung oder zumindest starke Begrenzung von Lösungszutritten Geologische Barriere Schacht- und Streckenverschlüsse kompaktierender Streckenversatz BE-Behälter Abfallmatrix Zeit / Jahre 9

10 Was ist der einschlusswirksame Gebirgsbereich? DG DG WG ewg Deckgebirge Wirtsgestein Einschlusswirksamer Gebirgsbereich ewg ELB ELB Schachtverschluss Einlagerungsbereich WG vereinfachte radiologische Langzeitaussage ( BMUB Sicherheitsanforderungen /BMU 10/) Gebirgsbereich mit sicherheitsrelevanter Barrierefunktion Gebirgsbereich ohne sicherheitsrelevante Barrierefunktion 10

11 Wie wird die Langzeitsicherheit nachgewiesen? Nachweis der radiologischen Geringfügigkeit der Freisetzungen aus dem Endlager Indikator: Radiologischer Geringfügigkeitsindex (RGI, dimensionslose Zahl) Gestuftes Verfahren für Bewertung des Einschlusses der Radionuklide im ewg 11

12 Instrumentarium zur Radiologischen Konsequenzenanalyse Vorhandenes Programmpaket RepoTREND (Transport and REtention of Nondecaying and Decaying contaminants in final Repositories) Vereinfachte LZS-Aussage 12

13 Welche Modellrechnungen werden durchgeführt? Szenario mit Versagen der geotechnischen Verschlüsse ( kontinuierlicher Lösungszufluss) Vorlaufende Studien zur Optimierung (Länge Schachtverschluss, Versatz Zugangsstrecken) Radiologische Konsequenz (RGI) für den Basisfall und für Varianten (Diffusion, Konvergenz) Deterministische Fallstudien (z.b. Diskretisierung) Probabilistische Analysen von Szenarien W:\projekte\kosina\det\abb\dosis-fl-sl_det-v1_id_vgl.lay Basisfall KOSINA vgl. ISIBEL2 (VSG) Summe Summe Spaltprodukte Summe Aktiniden RGI=1 t=1mio.a RGI [-] Szenario mit Lösungszutritt in ein Endlager im Salz Zeit [a] Radiologische Konsequenz (RGI) für den Basisfall KOSINA vs. VSG 13

14 Ergebnisse der numerischen Analysen Durch geotechnische Barrieren in Verbindung mit langzeitwirksamen Streckenverschlüssen aus kompaktiertem Salzgrus können die radiologischen Konsequenzen auf vernachlässigbare Größen reduziert werden. Auf Grundlage der numerischen Konsequenzenanalyse konnten Ansätze für eine Optimierung von Endlagerlayout und -auslegung ermittelt werden. Der RN-Austrag aus dem Endlager ist überwiegend diffusionsbestimmt. Der RN-Austrag aus dem Endlager erfolgt erst zu sehr späten Zeiten. Für die Ergebnisse des numerischen Modells ist der räumliche Diskretisierungsgrad von geringem Einfluss. 14

15 Fazit 1. Die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in flach lagernden Salzformationen ist eine mögliche Option für das beginnende Standortauswahlverfahren. 2. In einem diesbezüglichen FuE-Verbundprojekt (KOSINA) wurden wissenschaftlich-technische Grundlagen geschaffen: geologische Modelle Endlagerdesign und technische Verfahren Sicherheits- und Nachweiskonzepte radiologische Konsequenzenanalysen. 3. Die radiologische Langzeitsicherheit kann mit dem bei der GRS zur Verfügung stehenden Programmpaket RepoTREND umfassend analysiert und bewertet werden. 15

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!