Endlagerforschung in Deutschland Thomas Fanghänel Forschungszentrum Karlsruhe Institut für Nukleare Entsorgung (INE) http://www.fzk.de/ine

Radioaktive Abfälle in Deutschland -Prognose*)- Abfälle mit vernachlässigbarer 280.000 m³ Wärmeentwicklung 22 GWe Szenario Wärmeentwickelnde Abfälle 24.000 m³ insgesamt davon: Abgebrannte Brennelemente 18.000 m³ Verglaste Abfälle**) 860 m³ Technologische Abfälle**) 2.800 m³ Abgebrannte BE aus Forschungsreakt. 130 m³ Ausgediente BE aus Hochtemperaturreakt. 1975 m³ Ausstieg aus der Kernenergie *) Quelle: BfS(2005), Basis Ausstiegsbeschluss, **) Aus der Wiederaufarbeitung bei COGEMA und BNFL

Einteilung der radioaktiven Abfälle in Deutschland Bq/m3 Waste Category Waste Type Final Disposal previous today HLW 3.7 E16 HLW-glass Spent fuel Cladding material 5% of the total waste 99% of the radioactivity DT >> 3°C heat producing waste 3.7 E14 ILW 3.7 E12 95 % of the total waste 1% of the radioactivity DT max. 3°C waste with negligible heat production Low and medium level waste 3.7 E10 LLW 3.7 E08 Source: H. Nickel, atw 37 (1992)

Endlagerung - Randbedingungen In Deutschland sollen alle Arten von radioaktiven Abfällen in tiefen geologischen Formationen endgelagert werden. Dadurch soll der sichere Einschluss der Abfälle und ihre langfristige Isolierung von der Biosphäre gewährleistet werden. Die sichere Endlagerung radioaktiver Abfälle liegt in der Verantwortung des Bundes. Die Sicherheitsforschung zur Endlagerung ist gesellschaftliche Vorsorgeforschung und langfristig angelegt.

Endlagerung – Historie in Deutschland ~ 1965 Entscheidung für die Endlagerung aller Arten radio- aktiver Abfälle in tiefen geologischen Formationen 1967 -1978 Asse Salzbergwerk, 126 000 Fässer LAW/(MAW) 1978 - 1980 Eignungsstudie Eisenerzmine Konrad seit ~1982 Planfeststellungsverfahren (längstes in Deutschland) Planfeststellungsbeschluss 2002 Beginn der Erkundung des Salzstocks Gorleben für alle Arten von Abfällen (HAW, MAW, LAW) 1999 Untertägige Erkundung gestoppt - 10 Jahre Moratorium 1978 Einlagerungsbetrieb von ERAM (DDR) 1990 Wiedervereinigung, Weiterführung der Einlagerung 1990 - 1998 Einlagerung von 20 000 m3 LAW im ERAM Zurzeit: Verfüllung und Vorbereitung auf Verschluß

Endlagerung – Situation Asse (Forschungsbergwerk) Maßnahmen zur Verfüllung und zum Verschluss Morsleben Planfeststellungsverfahren zur Stillegung Konrad - Planfeststellungsbeschluss 2002 (n. 20 Jahren) - Betrieb erst nach gerichtlicher Entscheidung über Einsprüche Gorleben (Projekt) Untertägige Erkundung gestoppt - 10 Jahre Moratorium

AkEnd - Auftrag Bundesumweltminister Trittin hat im Februar 1999 den Arbeitkreis Auswahlverfahren Endlagerstandorte (AkEnd) eingerichtet. 1999-2002 Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens und von Kriterien für die Suche und Auswahl eines (relativ) bestmöglichen Standortes zur Endlagerung radioaktiver Abfälle unter den Gesichtspunkten Sicherheit, Akzeptanz und Einsatz von Resourcen. 2002 Abschlussbericht Vorgabe vom BMU: Alle radioaktiven Abfälle sollen in tiefen geologischen Formationen in Deutschland endgelagert werden. Für die Endlagerung aller Arten und Mengen radioaktiver Abfälle soll ein Endlager ausreichen, das ab 2030 betriebsbereit ist.

Endlagerforschung in Deutschland Wer macht was? Bundesrepublik Bundesland Errichtung und Betrieb BFS (DBE) Genehmigungsbehörde Radiochemie, Geologie, Bergbau Geochemie langlebiger RN Standortauswahl und Langzeitsicherheits- nachweis FZK - INE Universitäten Product- charakterisierung Geologie, PA GRS Geologie, Hydrogeologie, Geotechnik FZJ - ISR RN im Öko- system, U-Kontam. BGR FZR - IRC

Jährliche Aufwendungen des Bundes für FuE-Arbeiten zur Endlagerung radioaktiver Abfälle Mio € Quelle: PTKA+WTE

Entwicklung der Fördermittel (Projektförderung) für Endlagersicherheitsforschung ~3,0 ~2,0 Ton Granit ~ 1,2 ~ 1,8 Quelle: PTKA+WTE

Forschung Was brauchen wir? Standortbezogene Standortunabhängige Biosphere Standortunabhängige Overburden Host rock Emplacement in galleries Emplacement in drill holes

Standortbezogene Untersuchungen Auswahl Wirtsgestein und Standort Erkundung (Wirtsgestein und Deckgebirge) Mechanik, Bergbau, Geochemie, Hydraulik Biosphere Overburden Endlagerkonzept - Tiefe - Temperatur - Behälter, Versatz, Verschluss - Lagergeometrie - Technik (Bergbau, Transport,...) Host rock Emplacement in galleries Sicherheitsanalyse (PA) - FEPs - Szenarien - Konzeptionelle Modelle - Optimierung Emplacement in drill holes Sicherheitsnachweis

Standortunabhängige Untersuchungen

Paradigmenwechsel Prozessverständnis auf molekularer Ebene makroskopische (integrale) Betrachtung (KD-Konzept) 1 Parameter Ansatz Prozessverständnis auf molekularer Ebene  Quantifizierung  Übertragung in makroskopische Systeme

Endlagersicherheitsforschung am INE Generische Forschung zu allen drei Wirtsformationen: Salz, Ton, Granit Konzentration auf hochradioaktive, wärmeentwickelnde Abfälle: - abgebrannter Kernbrennstoff, - HAW-Glas ca. 5% der Abfälle ca. 99% der Aktivität Konzentration auf die Actiniden, wegen ihre Langlebigkeit und Radiotoxizität Verlauf der Radiotoxizität von 1Tonne abgebranntem Kernbrennstoff

Was brauchen wir? Endlagersicherheitsforschung Geochemisch geführter Langzeitsicherheitsnachweis Grundlagen Anwendung Granit Ton generische Forschung Vernetzung Salz

FuE-Programm des INE Geochemisch geführter Langzeitsicherheitsnachweis Entwicklung und Anpassung von Speziationsmethoden Grundlegende Untersuchungen Anwendungsorientierte Untersuchungen Prozessverständnis auf molekularem Niveau Radionuklid-Rückhaltung im Multibarrierensystem Strukturinformation im Spurenbereich Aquatische Chemie/ Thermodynamik der Actiniden Wechselwirkung von Actiniden mit Mineralober-flächen Einbau von Actiniden in Sekundärphasen Genese und Stabilität von Kolloiden Technische,geotechnischeund geologische Bariere: (abgebrannter Kernbrenn-stoff, HAW-Glas, Behälter, Versatz, Deckgebirge) Strahlenchemische Effekte Naturnahe Systeme (Untertagelabors) Gekoppelte Transport/ Speziationsmodelle Laserspektroskopie TRLFS, LPAS, LIBS, LIBD Summenfrequenz- IR-Spektroskopie Röntgenspektroskopie (Synchrotronstrahlung) EXAFS, XANES, GIXAFS

Endlagersicherheitsforschung - wissenschaftl Endlagersicherheitsforschung - wissenschaftl. Herausforderung  Voraussagen für extrem lange Zeiten notwendig Zeithorizont fürStandortfindung, Errichtung und Betrieb eines Endlagers reicht bis über die Mitte des Jahrhunderts Die Forschung ist Basis für die Bewertung und Erkundung von Standorten Mit der Auswahl des Endlagerstandortes erfolgt die konsequente Fokusierung auf standortbezogene Untersuchungen Die Errichtung und der Betrieb werden wissenschaftlich begleitet

Erhalt und weiterer Ausbau der Kompetenz Notwendig: Erhalt und weiterer Ausbau der Kompetenz Sicherstellung der Ausbildung - Enge Zusammenarbeit mit den Hochschulen Motivierung des wissenschaftlichen Nachwuchses zur Mitarbeit auf dem Gebiet der Endlagersicherheitsforschung - nur durch attraktive Forschung Großer Bedarf an Fachleuten bei - Forschung, - Genehmigung, - Begutachtung

Sicherheit der Nuklearen Entsorgung muss unabhängig von der weiteren Nutzung der Kernenergie gewährleistet sein Eine Renaissance der Kernenergie wird es nicht ohne den Nachweis der sicheren Entsorgung geben.

AKEnd – vorgeschlagene Vorgehensweise 2003 Identifizierung von Gebieten, die Mindestan- forderungen erfüllen Auswahl von Teilgebieten mit besonders günstigen geologischen Voraussetzungen Auswahl von möglichst 5 aber nicht weniger als 3 Standortregionen für die übertägige Erkundung. Festlegung von mindestens 2 Standorten, die untertägig erkundet werden sollen. Entscheidung über den Endlagerstandort „Weiße Deutschland- karte“ Genehmigungsverfahren für Endlagerstandort 2030

Endlagerung - Potentielle Wirtsformationen für wärmeentwickelnde Abfälle Salz Ton Granit + Dichtigkeit + Plastisches Verhalten (Konvergenz) + Wärmeleitfähigkeit + Temperaturbelastbarkeit + Alter der Salzstöcke + Erfahrung + Dichtigkeit + Plastisches Verhalten (Quellfähigkeit) + Nicht wasserlöslich + Hohe Rückhaltung + Stabile Mechanik + hohe Belastbarkeit + Wärmeleitfähigkeit (mäßig) + Erfahrung - Wasserführende Klüfte - Geringe Rückhaltung - Technische Barriere erforderlich (Bentonit) geringe Temperatur- belastbarkeit - Wasserlöslichkeit - Geringe Rückhaltung - Ablösungsvorgänge - Aufstieg (ca. 0,02 mm/a) - Geringe Wärmeleit- fähigkeit - Geringe Temperatur- belastbarkeit - Aufwändiger Bergbau