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Online-Konsultation der Endlager-Kommission

21 TeilnehmerInnen
92 Kommentare
1859 Stimmen

Teil B: 6.5.6-6.5.10 Entscheidungskriterien für das Auswahlverfahren

Status: Geschlossen

Sichtbarkeit: Öffentlich  

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089

Zugehörige Kriterien

  • Die Veränderbarkeit der Gebirgsdurchlässigkeit sollte möglichst gering sein. Dazu sollte die repräsentative Gebirgsdurchlässigkeit des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs gleich der repräsentativen Gesteinsdurchlässigkeit sein[22].
  • Die Barrierenwirkung der Gebirgsformation gegenüber der Migration von Flüssigkeiten oder Gasen (unter geogener und auch teilweise anthropogener Beanspruchung) sollte aus geowissenschaftlicher, geotechnischer oder bergbaulicher Erfahrung ableitbar sein. Folgende Sachverhalte können zur Einschätzung verwendet werden:
  1. Rezente Existenz als wasserlösliches Gestein
  2. Fossile Fluideinschlüsse
  3. Unterlagernde wasserlösliche Gesteine
  4. Unterlagernde Vorkommen flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe
  5. Heranziehung als hydrogeologische Schutzschicht bei Gewinnungsbergwerken
  6. Aufrechterhaltung der Abdichtungsfunktion auch bei dynamischer Beanspruchung
  7. Nutzung von Hohlräumen zur behälterlosen Speicherung von gasförmigen und flüssigen Medien
  • Das Gestein sollte unter in situ-Bedingungen geogen eine plastisch-viskose Deformationsfähigkeit ohne Dilatanz aufweisen (Bewertungsgröße: Duktilität des Gesteins).
  • Risse/Risssysteme im Gestein sollten bei Beanspruchungsinversion (zunehmende isotrope Beanspruchung und abnehmende deviatorische Beanspruchung) geohydraulisch wirksam verschlossen werden (Bewertungsgröße: Rückbildung der Sekundärpermeabilität durch Rissschließung).
  • Risse/Risssysteme im Gestein sollten nach der Rissschließung geomechanisch wirksam verheilt sein (Bewertungsgröße: Rückbildung der mechanischen Eigenschaften durch Rissverheilung).
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8 Stimmen

 
090

Endgelagerte radioaktive Abfälle können bei Kontakt mit Wasser oder Lösungen durch Korrosion und Radiolyse Gase bilden. In der Nachbetriebsphase eines Endlagers kann es zur Gasbildung kommen, wenn Flüssigkeit an die Abfallbehälter gelangt und diese korrodieren. Die Gasbildung kann zu einem Druckaufbau im einschlusswirksamen Gebirgsbereich führen. Die Gasmengen und die Gasbildungsraten müssen im Rahmen der Szenarienanalyse abgeschätzt werden. Durch den Gasdruckaufbau kann die Integrität der geologischen Barriere gefährdet werden, wenn der Gasdruck den Frac-Druck überschreitet.

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9 Stimmen
 
091

Im Rahmen von Sicherheitsbetrachtungen sind auch Auswirkungen des Zweiphasenflusses auf die Radionuklidmigration und Migration radioaktiver Gase zu beachten. Im Rahmen von Sicherheitsbetrachtungen sind auch Auswirkungen des Zweiphasenflusses auf die Radionuklidmigration, dilatanzgesteuerte Gasmigration sowie die Migration radioaktiver Gase zu beachten.

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092

Zur Beurteilung der Auswirkung der Gasbildung auf die Sicherheit des Endlagers, insbesondere auf die Einschlussfunktion von einschlusswirksamem Gebirgsbereich und zugehörigen geotechnischen Barrieren, sind die maximal mögliche Gasmenge, die unter Endlagerungsbedingungen aus dem Abfall gebildet werden kann, sowie die Gasbildungsrate (Volumen pro Jahr) von Bedeutung. Die Gasmenge wird im Wesentlichen von der Art und den Inhaltstoffen der Abfälle, durch die Feuchte in den Abfallgebinden sowie durch das Grundwasser- beziehungsweise Salzlösungsdargebot an die Gebinde bestimmt. Die Gasbildungsrate hängt ab von der Temperatur, der Feuchte und dem chemischen Milieu am Einlagerungsort beziehungsweise im Gebinde.

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093

Zugehöriges Kriterium:

  • Die Gasbildung der Abfälle sollte unter Endlagerbedingungen möglichst gering sein.
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8 Stimmen

 
094

Die mit der Einbringung wärmeentwickelnder Abfälle in ein Endlager verbundene Temperaturerhöhung (und die daraus resultierenden Temperaturgradienten) in den die Abfallbehälter umgebenden geotechnischen Barrieren und im ewG beziehungsweise Wirtsgestein, können komplexe und nach Art, Intensität und Reichweite positive und negative Auswirkungen haben. Dies ist von vielen Faktoren abhängig, wie zum Beispiel vom Ausmaß des Wärmeeintrags, vom Wirtsgesteinstyp und von dessen Erscheinungsform beziehungsweise standortspezifischer Ausprägung, vom verfolgten Sicherheits- und Lagerkonzept und von weiteren standortspezifischen Randbedingungen.

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095

Beispielsweise verbinden sich positive Erwartungen damit, dass die Temperaturerhöhung beim Wirtsgesteinstyp Steinsalz zur Beschleunigung der Konvergenz und damit zum rascheren Einschluss der Abfälle im ewG führt. Andererseits verursachen Temperaturerhöhung im Gebirge und nachfolgende Abkühlung Gebirgsspannungen, die zur Entstehung oder Wiederbelebung von Wegsamkeiten im ewG und seiner Umgebung führen und so das Einschlussvermögen beeinträchtigen können.

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8 Stimmen
 
096

Das Wirtsgestein und insbesondere der ewG sollen daher so beschaffen sein, dass temperaturbedingte Änderungen der Gesteinseigenschaften und wärmeinduzierte Gebirgs-spannungen durch Expansion der Gesteine und ihrer Fluide während der anfänglichen Erwärmung nach Einlagerung und der anschließenden Abkühlung nicht zu einem Festigkeitsverlust und zur Bildung von Wasserwegsamkeiten führen können.

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7 Stimmen
 
097

Im Wesentlichen ist bei der Beurteilung thermisch induzierter Veränderungen zwischen den Auswirkungen auf den gebirgsmechanischen Spannungszustand im ewG und das umgebenden Gebirge einerseits und mineralogischen Veränderungen des Wirtsgesteins andererseits zu unterscheiden[23]:

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7 Stimmen
 
098

Prozesse, die bei erhöhter Einlagerungstemperatur auf Grund ihres Potenzials zur Ausbildung von thermisch-induzierten Sekundärpermeabilitäten kritisch diskutiert werden, beziehen sich auf thermomechanisch bedingte Rissbildung, auf thermisch oder radiolytisch induzierte Gasbildung und den dadurch induzierten Druckaufbau sowie auf die Migration von Lösungen/Wasserdampf („Thermomigration“) bei erhöhtem Feuchteeintrag (zum Beispiel durch Salzgrusversatz; Lösungseinschlüsse). Bei Temperaturen größer 120°C kann im Salzgestein die Ausbildung eines temperatur- und druckbedingten Porennetzwerkes durch statische Perkolation nicht ausgeschlossen werden[24]. Dies muss standortspezifisch im Rahmen von Sicherheitsuntersuchungen überprüft werden. Bei Tonstein und Bentonit ist die thermisch induzierte Gasbildung in der Offenhaltungsphase vor Einspannung im Gebirge zu besorgen, welche zur Desintegration des Tonsteins oder Bentonits führen kann.

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7 Stimmen
 
99

Eine Erhöhung der Sekundärpermeabilität kann andererseits auch durch Mineralumwandlungen erfolgen. Zu diesen mineralogischen Veränderungen zählen insbesondere die Kristallwasserabgabe von Salzmineralen, etwa Carnallit, Kieserit, Polyhalit, und die Illitisierung bei Ton und Betonit, die eine Beeinträchtigung des Quellvermögens bewirkt. Letzteres führt bei Endlagerkonzepten für Tonstein und Kristallin, bei Kristallin auf Grund der Bentonitbarriere, im Allgemeinen zur Begrenzung der Temperatur innerhalb der geotechnischen Barriere auf 100 Grad Celsius. Die aus mineralogischer Sicht auf Grund guter Temperaturverträglichkeit für Kristallin zu erwartenden Vorteile können also in diesem Punkt nicht ausgenutzt werden. Aus den oben genannten Gründen der Kristallwasserabgabe werden kompakte Vorkommen dieser Salzmineralien bei der Einlagerung in Steinsalz gemieden.

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100

Da durch die Temperaturerhöhung in geotechnischen Barrieren und umgebendem Gebirge Prozesse mit unterschiedlichen negativen oder positiven Konsequenzen für die Endlagersicherheit ausgelöst, beschleunigt oder verstärkt werden können, sind Festlegungen von wirtsgesteinsspezifisch oder gar allgemein gültigen Grenztemperaturen und ihre Anwendung zur zuverlässigen Vermeidung nachteiliger Konsequenzen für die Endlagersicherheit nur bedingt geeignet. In der Praxis werden daher im Rahmen von im Verfahrensablauf standortspezifisch zu verfeinernden vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen modellmäßige Betrachtungen beziehungsweise (gekoppelte) Modellrechnungen zu Intensität und Reichweite der thermischen, mechanischen und hydraulischen Auswirkungen des Wärmeeintrags durchzuführen sein, um auf der Basis der Ergebnisse den Wärmeeintrag mit den Abfällen steuern und seine Auswirkungen beherrschen zu können[25].

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101

Die Verträglichkeit von Wirtsgestein und Buffer gegenüber der sich an der Außenfläche des Abfallgebindes einstellenden Temperatur muss überprüft und begründet werden. Es muss ein Sicherheitsabstand zwischen der sich tatsächlich einstellenden Temperatur und der Temperatur, bei der kritische Zustände wie schädliche Mineralumwandlungen oder langfristige Schädigungen auftreten können, eingehalten werden. Die Forschungsaktivitäten zu physikalisch maximal möglichen Temperaturen an der Außenfläche Abfallgebinde zu Wirtsgestein und Buffer sollen verstärkt werden. Aus der physikalisch maximal möglichen Temperatur muss unter Einhaltung eines Sicherheitsabstands die zulässige maximale Temperatur abgeleitet werden. Dabei sind die Vorschläge zur zukünftigen Forschung im Gutachten der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit gGmbH „Wärmeentwicklung/Gesteinsverträglichkeit“[26] vom Mai 2016 zu berücksichtigen. Diese Fragestellungen sind vom Vorhabenträger bis zum Ende der Phase 1 zu klären. Bis dahin empfiehlt die Kommission, aus Vorsorgegründen von einer Grenztemperatur an der Außenfläche Behälter von 100 Grad Celsius auszugehen, solange nicht die maximalen physikalisch möglichen Temperaturen in den jeweiligen Wirtsgesteinen auf Grund von Forschungsarbeiten zuverlässig festgelegt worden sind.

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102

Kriterienableitung: Im Rahmen der Standortauswahl muss nachvollziehbar sichergestellt werden, dass der ewG und das überlagernde Deckgebirge (einschließlich des Nebengebirges, soweit möglicherweise betroffen) so beschaffen sind, dass temperaturbedingte Änderungen der Gesteinseigenschaften sowie thermomechanische Gebirgsspannungen nicht zu einem Festigkeitsverlust und der Bildung von Sekundärpermeabilitäten führen. Die Ableitung der Kriterien im Rahmen des Standortausahlverfahrens muss daher die Bildung wärmeinduzierter Sekundärpermeabilitäten und ihre Ausdehnung bewerten, sowie die Temperaturstabilität des Wirtsgesteins im Rahmen von Mineralumwandlungen abschätzen.

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103

Für eine Retardation (Rückhaltung) von Radionukliden in der Geosphäre sind die Ionenstärke beziehungsweise die Konzentrationen von Komplexbildnern und Kolloiden im tiefen Grundwasser und der Mineralbestand des Gesteins entscheidend. Weitere retardierende Eigenschaften einer Formation sind Matrixdiffusion (und Sorption an Matrixpartikeln) sowie Filterwirkung gegenüber Kolloiden.

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104

Das Ausmaß der Sorption hängt sowohl von der mineralogischen Zusammensetzung der durchströmten Gesteine als auch vom hydrochemischen Milieu des Tiefenwassers ab. Tonminerale, Mangan-, Eisen- und Aluminium-Oxide, -Hydroxide und -Oxihydrate sowie organische Substanz (zum Beispiel Kohle, Torf) stellen - zumindest unter bestimmten hydrochemischen Milieubedingungen - gute Sorbenten dar. Von den hier interessierenden Gesteinstypen, die als Wirtsgestein beziehungsweise einschlusswirksamer Gebirgsbereich in Frage kommen, trifft das – im Hinblick auf die Zusammensetzung - vor allem auf Tonstein zu. Granit und vergleichbare kristalline Gesteinstypen, aber auch Steinsalz und die meisten damit vergesellschafteten Gesteinstypen weisen hingegen ein generell schwaches Sorptionsvermögen auf, während sie in anderer Hinsicht Vorteile gegenüber anderen Gesteinstypen aufweisen können. Die Bedeutung des Rückhaltevermögens ist daher im Rahmen der abwägenden Gesamtbetrachtung von Endlagersystemen zu beurteilen.

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Am meisten diskutiert

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