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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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Hinsichtlich des Ausmaßes von Sorption bestehen zwischen den nuklid-, gesteins- und milieuspezifischen Faktoren komplexe Beziehungen, die über die Benennung der geschilderten allgemeinen Zusammenhänge hinaus die Ableitung eines pauschal anwendbaren quantitativen Kriteriums nicht erlauben. Die Definition und Beurteilung günstiger geochemischer Verhältnisse für Sorptionsvorgänge muss vielmehr im Rahmen einer komplexen gesteins-, nuklid- und milieu-spezifischen Fallunterscheidung in späteren Verfahrensschritten vorgenommen werden.

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7 Stimmen
 
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In Sicherheitsbetrachtungen wird als Maß für die Beurteilung des Sorptionsvermögens üblicherweise der lineare Sorptionskoeffizient Kd herangezogen. Ein Kd-Wert von 0,001m3/kg bedeutet bei einer absoluten Porosität des Gesteins von 0,15, dass der Transport von Radionukliden im Grundwasser gegenüber der Abstandsgeschwindigkeit um etwa einen Faktor 10 - 20 verzögert wird. Im Zusammenhang mit der Endlagerung hoch radioaktiver Abfälle sind solche Gesteinstypen vorteilhaft, die ein Sorptionsvermögen für langlebige Radionuklide aufweisen.

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Vor dem Hintergrund dieser Zusammenhänge lässt sich für die Rückhaltung von Radionukliden ableiten (siehe auch Tabelle 32):

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Zugehöriges Kriterium:

  • Die Sorptionsfähigkeit der Gesteine sollte möglichst groß sein; der Sorptionskoeffizient (Kd-Wert) sollte für die Mehrzahl der langzeitrelevanten Radionuklide größer oder gleich 0,001m3/kg sein.
  • Die Gesteine des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs sollten möglichst hohe Gehalte an Mineralphasen mit großer reaktiver Oberfläche aufweisen.
  • Um die Migration von an Kolloiden sorbierten Radionukliden einzuschränken beziehungsweise zu verhindern, sollten die Ionenstärke des Grundwassers im einschlusswirksamen Gebirgsbereich möglichst hoch sein und die Öffnungsweiten der Gesteinsporen im Nanometerbereich liegen.
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Eine wissenschaftlich nachvollziehbare geochemische Bewertung von potenziellen Endlagerformationen zielt vorrangig auf den Einfluss der lokal/regional auftretenden Tiefenwässer und der festen Mineralphasen der Gesteine auf die Löslichkeit der Radionuklide und damit ihre Freisetzung und Migration beziehungsweise Rückhaltung zum Beispiel durch Sorption und Immobilisierung. Hinzu kommen Fragen möglicher chemischer Angriffe auf das Material technischer und geotechnischer Barrieren und möglicher Veränderungen der hydrochemischen Bedingungen für Radionuklidfreisetzung und ‑transport durch eingebrachtes Behälter- und Ausbaumaterial.

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Günstige hydrochemische Verhältnisse in einer geologischen Formation werden unter anderem durch ein reduzierendes geochemisches Milieu, geringe Konzentrationen an Komplexbildnern und Kolloiden sowie neutrale bis leicht alkalische pH-Bedingungen bei niedrigem CO2-Partialdruck charakterisiert. Unter derartigen Bedingungen sind geringe Löslichkeiten von Radionukliden zu erwarten.

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111

Als mögliche Indikatoren zur Identifizierung günstiger hydrochemischer Verhältnisse gelten der Eh-Wert, das Vorliegen reduzierter Festphasen, der Gehalt an organischen Substanzen und das Fehlen freien Sauerstoffs im Grundwasser sowie darüber hinaus der pH-Wert und die Pufferung durch vorhandene karbonathaltige Gesteine. Für eine Retardation von Radionukliden sind die Konzentrationen von Komplexbildnern und Kolloiden (zum Beispiel Karbonatkomplexe oder Huminstoffkolloide) im Tiefenwasser und das Vorhandensein von Sorptionsplätzen an Mineralphasen im Gestein entscheidend (s. dazu Anforderung 9). Ein weiterer wichtiger Indikator für günstige hydrochemische Verhältnisse ist das Vorliegen eines geochemischen Gleichgewichtes zwischen Tiefenwasser und Gestein.

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Im Zuge der Kriterienentwicklung hat der AkEnd[27] geprüft, inwieweit sich auf der Basis damals zugänglicher Daten quantitative beziehungsweise qualitative Kriterien für die genannten Indikatoren ableiten lassen. Dabei wurden auch das schrittweise Vorgehen bei einer Standortauswahl und die beim jeweiligen Verfahrensschritt voraussichtlich vorliegenden Kenntnisse und Daten berücksichtigt.

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113

Der gegenwärtige Kenntnisstand zum Chemismus von Tiefenwässern in Deutschland und die heterogene Verbreitung verschiedener Grundwassertypen auf engem Raum lässt allerdings keine flächendeckenden Aussagen zur Charakterisierung und Beurteilung von Standortregionen und Standorten auf der Basis hydrochemischer Kriterien zu. Insbesondere bei Grundwässern im für die Errichtung eines Endlagers vorgesehenen Tiefenbereich ist das Wissen über die hydrochemischen Verhältnisse dafür zu lückenhaft. Zuverlässige Aussagen sind daher erst bei genauerer regionaler beziehungsweise standortspezifischer Betrachtung auf Basis entsprechender Daten möglich.

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114

Andererseits können folgende hydro- und geochemische Parameter mit Einfluss auf Löslichkeit und Transportverhalten von Radionukliden als Indikatoren für günstige hydrochemische Bedingungen hinsichtlich Radionuklidlöslichkeit und -transport herangezogen werden. Folgende Zusammenhänge lassen sich benennen:

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7 Stimmen
 
115
  • Das tiefe Grundwasser in Wirtsgestein / im einschlusswirksamen Gebirgsbereich soll sich mit den Gesteinen im chemischen Gleichgewicht befinden.
  • Im Bereich des Tiefenwassers sollte ein pH-Wert von 7-8 vorliegen.
  • Im Bereich des Tiefenwassers sollten günstige Redoxbedingungen (anoxisch-reduzierendes Milieu) vorliegen.
  • Der Gehalt an Kolloiden im Tiefenwasser sollte möglichst gering sein.
  • Der Gehalt an Komplexbildnern und die Karbonatkonzentration im Tiefenwasser sollten gering sein.
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Zusammenfassend gilt aber, dass zur Ermittlung der Eigenschaft „günstige hydrochemische Verhältnisse“ standortspezifische Kenntnisse und Angaben zur Endlagerkonzeption vorliegen müssen, die in späten Verfahrensschritten bereitgestellt werden können.

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Der einschlusswirksame Gebirgsbereich (ewG) eines Endlagersystems hat für die Langzeitsicherheit eines Endlagers herausragende Bedeutung. Seine Integrität soll deshalb gegen direkte oder indirekte Auswirkungen exogener Vorgänge geschützt werden, insbesondere gegen Erosion und Subrosion. Dies kann durch das Deckgebirge des ewG geleistet werden, also die ihn überlagernden geologischen Schichten bis zur Erdoberfläche. [28] Ein erster Beitrag zum Schutz des ewG durch das Deckgebirge wird dabei durch die Einhaltung der Mindestanforderung Minimale Tiefe des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs geleistet. Sie entspricht der geforderten Mindestmächtigkeit des Deckgebirges. Beim Endlagersystemtyp Steinsalz in steiler Lagerung wird diese durch eine Salzschwebe über dem ewG von mindestens 300 m ergänzt. Vereinfachend gilt, dass der ewG umso besser gegen tief greifende Erosion geschützt ist, je tiefer er liegt.

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Neben der Mächtigkeit des Deckgebirges tragen auch sein struktureller Aufbau und seine Zusammensetzung zum Schutz des ewG bei. Die Erfüllung dieser Schutzfunktion des Deckgebirges und ihre Berücksichtigung im Rahmen des abwägenden Vergleichs von Standortregionen und Standorten leisten einen Beitrag zur gesuchten günstigen geologischen Gesamtsituation und damit zur Identifizierung des Standortes mit bestmöglicher Sicherheit.

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119

Zwischen den zu betrachtenden Endlagersystemtypen[29] bestehen hinsichtlich der für sein Schutzpotenzial maßgeblichen Eigenschaften des Deckgebirges deutliche Unterschiede. Sie ergeben sich zum einen aus regionalen Unterschieden zwischen den zu erwartenden und sicherheitlich zu betrachtenden exogenen Prozessen hinsichtlich ihrer Art, Wirkungsweise und Intensität sowie der Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens innerhalb des Nachweiszeitraums. Sie hängen zum anderen von der Empfindlichkeit des ewG, des Wirtsgesteinskörpers und des Deckgebirges gegenüber solchen Prozessen ab.

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120

Je nach regionaler Lage eines möglichen Endlagerstandortes ist nicht auszuschließen, dass die Schutzfunktion des Deckgebirges durch tief greifende künftige Erosionsprozesse beeinträchtigt wird oder verloren geht. Damit ist beispielsweise für das norddeutsche Tiefland zu rechnen, wo das Deckgebirge innerhalb des Nachweiszeitraums in künftigen Eiszeiten durch die Entstehung tiefer subglazialer Rinnen örtlich beseitigt oder vollständig umgebildet werden kann. Solche Entwicklungen sind im Rahmen vorläufiger Sicherheitsuntersuchungen im Detail zu betrachten und zu bewerten. Sie werden allerdings nicht an allen potenziellen Standorten auftreten, so dass der günstige Deckgebirgsaufbau eines Endlagersystems auch erhalten bleiben und für längere Zeiträume eine Schutzfunktion wahrnehmen kann.

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Bei den durch die Eigenschaften des Deckgebirges und des ewG maßgeblich beeinflussbaren exogenen Prozessen wird hier vereinfachend zwischen der alle Wirtsgesteins- beziehungsweise Endlagersystemtypen betreffenden mechanischen Erosion und ihren Folgen wie Dekompaktion, bei Kristallin- und insbesondere Tongestein, und Subrosion, bei Steinsalz, unterschieden. Diese Prozesse können direkt oder indirekt zur Beeinträchtigung der Integrität des ewG führen und werden daher im Hinblick auf die Bedeutung für die Langzeitsicherheit eines Endlagers als wichtig angesehen. Den Prozessen können aufgrund ihres Auftretens in der für prognostische Aussagen relevanten geologischen Vergangenheit von mehreren Millionen Jahren und der damit verbundenen Folgen wirkungshemmende Eigenschaften der Gesteine des Deckgebirges zugeordnet werden. Im günstigen Fall können sie Grundlage für die Ableitung von Kriterien zur Bewertung der Schutzfunktion des Deckgebirges gegen mechanische Erosion einschließlich Dekompaktion und Subrosion sowie nachteiliger Folgen für die Integrität des ewG anhand konkreter Eigenschaften der das Deckgebirge aufbauenden Gesteinsserien sein.

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Allein auf Grund der unterschiedlichen Wasserlöslichkeit der Gesteinstypen ist zwischen Endlagersystemen mit Steinsalz als Wirtsgestein und solchen mit Ton, Tonstein oder Kristallin als Wirtsgestein zu unterscheiden. Solche Unterschiede machen die nach Endlagersystemtypen differenzierte Beurteilung des Schutzvermögens des Deckgebirges erforderlich. Die möglichen sicherheitlichen Auswirkungen des Wärmeeintrags in das Gebirge durch die Einlagerung der Abfälle, wie Rissbildung in der Salinarfolge oder Mineralumwandlungen in Tongestein, bleiben hier unberücksichtigt.[30]

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Kenntnisstand zu den zu betrachtenden Endlagersystemtypen: Mit Ausnahme des Endlagersystemtyps "Steinsalz in steiler Lagerung (Salzstöcke)", für das systemtypspezifische Abwägungskriterien bereits abgeleitet worden sind[31], liegen die für die Entwicklung entsprechender Abwägungskriterien erforderlichen Kenntnisse und Informationen derzeit nicht zu allen Endlagersystemtypen mit ausreichender Aussagekraft vor. Die der Formulierung spezifischer Kriterien für die einzelnen Endlagersystemtypen entgegen stehendenden Erkenntnis- und Informationsdefizite betreffen in unterschiedlicher Weise und in unterschiedlichem Ausmaß die für die Fragestellung relevanten Eigenschaften der einzelnen Endlagersystemtypen, die Art und Intensität der regional zu berücksichtigenden exogenen Prozesse und die das Schutzpotenzial gegen deren Auswirkungen zuverlässig anzeigenden Eigenschaften des jeweiligen Deckgebirges. Derzeit bestehen für die Formulierung differenzierender Abwägungskriterien für die zu betrachtenden Endlagersystemtypen unter den Gesichtspunkten Prozessverständnis und Kenntnis zur Schutzwirkung der geologischen Eigenschaften der Endlagersystemtypen deutliche, auch regionale Unterschiede, die bei der Beurteilung der Schutzfunktion des Deckgebirges und bei der Formulierung und Anwendung entsprechender Kriterien zu beachten sind.

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