Wirtgesteinsformationen (Steinsalz, Tonstein, Kristallin)

Forschung

Wirtgesteinsformationen (Steinsalz, Tonstein, Kristallin)
Foto: Thomas Hies/Docuvista Filmproduktion

Wir erforschen grundlegende Umweltprozesse, insbesondere die Zusammenhänge, Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen Litho-, Pedo-, Hydro- und Biosphäre. Diese Fokussierung entspricht der zentralen Bedeutung geowissenschaftlicher Forschung für zukünftige gesellschaftliche Herausforderungen und Aufgaben, vor allem hinsichtlich der beschränkten Verfügbarkeit von Georessourcen, der Verantwortung für nachhaltige Entwicklungen, des globalen Wandels und des frühzeitigen Erkennens von Georisiken.

Schwerpunkte

Bioremediation
Bioremediation
Biologische Sanierung von Böden durch Pilze, Bakterien, Pflanzen
Wirtgesteinsformationen (Steinsalz, Tonstein, Kristallin)
Prozesse in geologischen Tiefenlagern
Tiefe geologische Entsorgung radioaktiver Abfälle
Geothermal power plant Iceland
Geothermie
Erforschung und Nutzung der Erdwärme als regenerative Energie
REM-Aufnahmen von Staubpartikeln an Spinnweben
Nanopartikel & Staub
Untersuchungen von kleinsten Partikeln im sub-mm Bereich
Aufschluß Schlackenkegel mit aufgepressten tertiären Tonen
Oberflächendynamik
Untersuchungen des Laacher Sees im quartären Vulkanfeld der Eifel
Säulenversuchsaufbau
Reaktiver Stofftransport
Erstellung reaktiver Transportmodelle als Prognosewerkzeug

Laufende Projekte

BEACON Eintrag erweitern
Abbildung 1: Schematische Abbildung des über 1100 Tage laufenden CFM LIT (Long-Term In Situ) Tests mit unterschiedlichen Quelldrücken im oberen (1400-1850 kPa) und unteren Bereich (850-950 kPa) des Packers und einer spontanen Druckentlastung (Homogenisierung?) von ca. 300 kPa nach ca. 500 Tagen im oberen Bereich. Abbildung 1: Schematische Abbildung des über 1100 Tage laufenden CFM LIT (Long-Term In Situ) Tests mit unterschiedlichen Quelldrücken im oberen (1400-1850 kPa) und unteren Bereich (850-950 kPa) des Packers und einer spontanen Druckentlastung (Homogenisierung?) von ca. 300 kPa nach ca. 500 Tagen im oberen Bereich. Abbildung: CFM Konsortium 2017

Mechanische Entwicklung des kompaktierten Bentonits

Förderkennzeichen 755942

Projektleitung: Prof. T. Schäfer

Projektbearbeitung: Janis Pingel & Franz Rinderknecht (KIT-INE)

Schlagworte: CFM-LIT, Bentonit, Barriere, Homogenisierung, Wassersättigung

Beschreibung:
Das Hauptziel des Projektes ist es, die Werkzeuge zu entwickeln und zu testen, die für die Beurteilung der mechanischen Entwicklung einer installierten Bentonit- Barriere und der daraus resultierenden Leistungsfähigkeit der Barriere notwendig sind.

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CONCERT Eintrag erweitern

Projekt CONCERT (Skalenübergreifender Komponentenansatz zur Vorhersage der rheologischen Eigenschaften von Zementleim auf Basis mineralischer und partikelbasierter Heterogenität)

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer


Bearbeitung:
Steffen Hellmann, Frank Heberling, Johannes Lützenkirchen (beide KIT-INE) & Teba Gil Diaz

Die Oberflächenkomplexierungsmodelle (SCoMs) für die verschiedenen Mineralphasen in zementhaltigen Systemen und deren Kombination werden auf der Grundlage von Adsorptionsstudien (einschließlich Fließmittel, SPs), Zetapotential- und AFM-Kraft-Abstands-Messungen ermittelt. Das rheologische Verhalten entsprechender kolloidaler Suspensionen wird untersucht und dient der Kalibrierung der Verknüpfung zwischen SCoMs / DLVO-Theorie und rheologischer Modellierung.

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Abbildung 1: a) Normierte Kraft-Abstandskurven bei Annäherung der Silica Kolloid-Probe und der Klinkeroberfläche, b) entsprechende Kurven beim Zurückziehen der Silica Kolloid-Probe von der Oberfläche, c) REM-Aufnahme eines mit einem Zementpartikel modifizierten AFM-Cantilevers. Der geschätzte Kontaktbereich ist rot hervorgehoben. Abbildung 1: a) Normierte Kraft-Abstandskurven bei Annäherung der Silica Kolloid-Probe und der Klinkeroberfläche, b) entsprechende Kurven beim Zurückziehen der Silica Kolloid-Probe von der Oberfläche, c) REM-Aufnahme eines mit einem Zementpartikel modifizierten AFM-Cantilevers. Der geschätzte Kontaktbereich ist rot hervorgehoben. Foto: Angewandte Geologie Jena
ELF-China-Pilot Eintrag erweitern

Verbundprojekt Deutsch-chinesiche Entsorgungsforschung - Pilotprojekt: Reanalysis of BRUIG THM Mock-up Tests

BMWK Förderkennzeichen 02E11850E

Laufzeit:  01.08.2020 bis 28.02.2022

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung: Janis Pingel

Schlagworte: GMZ, Bentonit, Multi-Barriere-System, Tiefenlagerung

Beschreibung:

Ein wesentlicher Bestandteil des Multi-Barriere-Systems für die tiefgeologische Entsorgung von hochradioaktiven Abfällen ist die geotechnische Barriere (Bentonit). Im Rahmen des chinesisch-deutschen Pilotprojekts sind Voruntersuchungen zu THMC Prozessen geplant, insbesondere in Bezug auf GMZ-Bentonit im Vergleich zu bereits vorhandenen Daten zu MX-80 Bentonit.

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FluviMag Eintrag erweitern
Suszeptibiltätsmessplatz Suszeptibiltätsmessplatz Foto: Michael Pirrung

Fluviatiler Transport von Magneto-Mineralen

Laufzeit: seit 2011

Projektleitung: Dr. Michael Pirrung

Bearbeitung: Dr. Michael Pirrung

Schlagworte: physikalische Eigenschaften, fluviatile Sedimente

Beschreibung:

Der gesteinsphysikalische Parameter magnetische Suszeptibilität von Liefergesteinen und rezente Ablagerungen in fluviatilen Systemen wird untersucht. Ziel ist ein besseres Vertändnis von Transportdynamik und – bevorzugt in Kombination mit geochemischen Daten – von anthropogener Beeinflussung der Entwässerungssysteme durch z.B. Siedlungen, Bergbauhalden und äolischen Staub. 

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KOLLORADO-e3 Eintrag erweitern
Abb. 1: Bilder des überbohrtes LIT-Experiment: (links) Segmentierte Kluftgeometrie zur Abschätzung der Ausdehnung der Bentonit-Gelschicht in der Scherzone (erstellt von Dr. Hinz, Math2Market mittels Volume Rendering in GeoDict), (rechts) überbohrte Grimsel Granodiorit Matrix (ca. 6m) bis zur Kontaktzone der Scherzone. Abb. 1: Bilder des überbohrtes LIT-Experiment: (links) Segmentierte Kluftgeometrie zur Abschätzung der Ausdehnung der Bentonit-Gelschicht in der Scherzone (erstellt von Dr. Hinz, Math2Market mittels Volume Rendering in GeoDict), (rechts) überbohrte Grimsel Granodiorit Matrix (ca. 6m) bis zur Kontaktzone der Scherzone. Foto: Angewandte Geologie Jena

BMWi Förderkennzeichen: 02E11759A

Laufzeit:  01.05.2019 bis 31.12.2022

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung:  Janis Pingel

Schlagworte: Bentonit, Multi-Barriere-System, Na-Montmorillonit, akzessorische Minerale, Erosion, Kolloide, CFM-iBET, CFM-LIT

Beschreibung:

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es, das mechanistische Verständnis der Prozesse weiter zu vertiefen, die unter naturnahen, endlagerrelevanten Bedingungen in geklüfteten Granitsystemen die Integrität der Bentonitbarriere beeinträchtigen und zu einem kolloidgetragenen Radionuklidtransport führen können.

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NacoTe: LC-OCD-OND-System Eintrag erweitern

Der Lehrstuhl für Angewandte Geologie am IGW baut momentan ein Labor zur Nanopartikel-Charakterisierung in Prozessen der Öko- und Technosphäre (Characterization of Nanoparticles in the Eco- and Technosphere), kurz NacoTe auf.

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Förderung NacoTe: LC-OCD-OND-System Förderung NacoTe: LC-OCD-OND-System Foto: Angewandte Geologie Jena
RENA Eintrag erweitern
μ-XRF Mapping der Elemente Ti, Ca, Fe und Al in einem Dünnschliff zur Untersuchung sekundärer Mineralphasen (aus Bachelorarbeit N. Münch (2020). μ-XRF Mapping der Elemente Ti, Ca, Fe und Al in einem Dünnschliff zur Untersuchung sekundärer Mineralphasen (aus Bachelorarbeit N. Münch (2020). Foto: Niklas Münch

Biologische Radionuklidentfernung durch Nutzung natürlicher Assoziationsprozesse

BMBF Förderkennzeichen 02NUK066B

Laufzeit: 01.09.2021 bis 30.08.2024

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung: Dr. Susanne Lehmann

Beschreibung:

Ziel des Verbundprojektes RENA ist die Entwicklung eines Verfahrens zur ex situ-Behandlung radionuklidbelasteter Böden, die aus dem Rückbau kerntechnischer Anlagen stammen. Dafür wird das Potential der Biologie (Pflanzen, Pilze) zur Mobilisierung und Entfernung von Radionukliden aus Böden untersucht.

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TRANS-LARA Eintrag erweitern
Logo Trans-Lara Logo Trans-Lara Foto: Angewandte Geologie Jena

Transport- und Transferverhalten langlebiger Radionuklide entlang der kausalen Kette Grundwasser-Boden-Oberfläche-Pflanze unter Berücksichtigung langfristiger klimatischer Veränderungen

BMBF Förderkennzeichen 02NUK051A-E

Bearbeitung: Prof. Thorsten Schäfer, Dr. Dirk Merten, Marcus Böhm, Dr. Daniel Jara Heredia

Beschreibung:

Für Langzeitsicherheitsnachweise potentieller Endlager gehen die gängigen radioökologischen Modelle in Störfallszenarien von einem Radionuklideintrag in die Biosphäre über den Wasserpfad aus. Neben dem Weg über Niederschlag und Bewässerung ist besonders der Eintrag über das oberflächennahe Grundwasser in den Boden interessant.

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USER II Eintrag erweitern
Abb.1: LaserScanning-Aufnahmen (Drohne) vom Testfeld Gessenwiese (Ronneburg) zur Ermittlung der Baumhöhe von Birke, Erle, Weide auf unterschiedlich behandelten Substraten (rot=hohe Bäume; grün=niedriger Baumbestand); oben - Baumhöhe + Geländeoberfläche; Mitte1 - Baumhöhen; Mitte2 – Geländeoberfläche; unten – Aufsicht (Stand 09/2019) Abb.1: LaserScanning-Aufnahmen (Drohne) vom Testfeld Gessenwiese (Ronneburg) zur Ermittlung der Baumhöhe von Birke, Erle, Weide auf unterschiedlich behandelten Substraten (rot=hohe Bäume; grün=niedriger Baumbestand); oben - Baumhöhe + Geländeoberfläche; Mitte1 - Baumhöhen; Mitte2 – Geländeoberfläche; unten – Aufsicht (Stand 09/2019) Foto: Angewandte Geologie Jena

Umsetzung von Schwermetall-Landfarming zur nachhaltigen Landschaftsgestaltung und Gewinnung erneuerbarer Energien auf radionuklidbelasteten Flächen: Optimierungsstrategien (USER II) 

Förderkennzeichen 15S9417

Projektleitung:
Prof. Erika Kothe, Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung:  Dr. Daniel Mirgorodsky, Sarah Nettemann, K. Lenk, D. Fürst, S. Pietschmann

Laufzeit:  01.07.2019 bis 30.06.2022 

Beschreibung:

Nach einer ersten Etablierungsphase (USER) wird im Verlauf des Projektes die Möglichkeit einer mikrobiell gestützten Phytostabilisierung zur Erzeugung von Lignozellulose als nachwachsendem Rohstoff auf mit Schwermetallen und Radionukliden (SM/R) belastetem Substrat aus einem ehemaligen Uranbergbau etabliert.

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WTZ Granit Eintrag erweitern
3D Scan (XRM) eines Bohrkerns mit farbkodierter Segmentierung der verschiedenen Mineralgruppen sowie des Porenraums (weiß) 3D Scan (XRM) eines Bohrkerns mit farbkodierter Segmentierung der verschiedenen Mineralgruppen sowie des Porenraums (weiß) Foto: Annemie Kusturica

Vorhersage der heterogenen Radionuklidsorption auf Kluft- und Störungsflächen in granitischen Gesteinen: Parametrisierung und Validierung verbesserter reaktiver Transportprozesse

BMWK Förderkennzeichen: 02 E 11911B

Laufzeit:  01.05.2021 bis 30.04.2024

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung:  Annemie Kusturica, Dr. Sarah Hupfer, Dr. Neele van Laaten

Schlagworte: Granitoide Gesteine, Spurelemente und REE Sorption, Kluftgeometrie, Reaktiver Transport

Beschreibung:

Geologische Tiefenlager sind eine international anerkannte Lösung für die langfristige sichere Endlagerung hochradioaktiver Abfälle. Ein potenzielles Wirtsgestein sind kristalline Gesteine wie Granite oder Gneise. Die Sicherheitsanalyse und Optimierung des Konzepts zur Endlagerung hochradioaktiver und langlebiger Abfälle in Granitoidformationen ist Bestandteil aktueller Forschungsvorhaben.

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Abgeschlossene Projekte

Eifelvulkanismus während des Weichsel-Hochglazials Eintrag erweitern

Eifelvulkanismus während des Weichsel-Hochglazials

Bearbeiter:
Dipl. Thomas Lange

Beschreibung:
Die Eifel ist durch ihre Vielzahl an Maaren und Schlackenvulkanen eine morphologisch außergewöhnliche Region innerhalb Deutschlands. In diesem Projekt liegt der Fokus auf den spätquartären Eifelvulkanismus in der Region Gillenfeld und Strohn. Die Entstehung des Wartgesberg-Vulkankomplexes vor knapp34 ka und die Förderung zweier Lavaströme sorgten hier zur vollständigen Talabriegelung. Die daraus resultierende Bildung glazigener Archive und die Konservierung der damaligen Landoberfläche ermögliche heute einzigartige Einblicke in die Talentwicklung der Eifel während der letzten großen Eiszeit.

Blick in den nahezu vollständig abgebauten Wartgesberg-Vulkankomplex. Vor knapp 34 ka bildeten sich nahezu zeitgleich mehrere Eruptionszentren an der Ostflanke des Alfbachtals. Die geförderten Schlacken, Agglutinate und Laven türmten sich zu einer bis zu 80 m hohen Barriere auf und führten die vollständige Abriegelung des Tals herbei Blick in den nahezu vollständig abgebauten Wartgesberg-Vulkankomplex. Vor knapp 34 ka bildeten sich nahezu zeitgleich mehrere Eruptionszentren an der Ostflanke des Alfbachtals. Die geförderten Schlacken, Agglutinate und Laven türmten sich zu einer bis zu 80 m hohen Barriere auf und führten die vollständige Abriegelung des Tals herbei Foto: T.Lange
Feinstaubquellen in urbanen Räumen Mitteldeutschlands Eintrag erweitern
Spinnweben agieren als natürliche Fänger für Feinstaub Spinnweben agieren als natürliche Fänger für Feinstaub Foto: Neele van Laaten, 2018

Bearbeitung:
Dr. Neele van Laaten , Dr. Dirk Merten, Dr. Michael Pirrung

Beschreibung:

Mit Hilfe von Spinnweben, Moossäckchen (sog. Moss Bags) und einfachen Passivsammlern wird Feinstaub aus anthropgenen und geogenen Quellen im mitteldeutschen Raum (mit Fokus auf die Stadt Jena) beprobt.

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KOBIOGEO Eintrag erweitern

Kontrolle biologischer Untersuchungen bei der Dekontamination heterogener, schwach radioaktiv kontaminierter Geosubstrate für die Strahlenschutzvorsorge (KOBIOGEO)

Projekt: https://www.tib.eu/de/suchen/id/TIBKAT:609340255/

Projektleiter:
Prof. Dr. Georg Büchel, Dr. Dirk Merten

Beschreibung:
Schwach radioaktive, heterogene Geosubstrate können durch Phytoremediation biologisch dekontaminiert werden, so dass ein Beitrag zur Strahlenvorsorge geleistet wird. Durch Identifizierung der für die Phytoremediation relevanten Prozesse im Labormaßstab mit der innovativen Methode der Seltenen Erden Element (SEE)-Fraktionierung und der Übertragung auf natürliche Bedingungen wird eine Effizienzsteigerung gegenüber bisherigen, empirischen Ansätzen und Erfahrungen der Dekontamination schwach radioaktiver Geosubstrate erreicht. Es werden die natürlich vorkommenden Seltenen Erden Elemente und ihre Verteilung zur Prozesskontrolle und Optimierung bei der Aufnahme von Schwermetallen/Radionukliden aus geogenen Materialien in Pflanzenmaterial genutzt. Damit besteht die Möglichkeit, durch unterschiedliche Fraktionierungsmuster der SEE biologische und/oder physikalisch/chemische Prozesse zu identifizieren, welche bei der selektiven Aufnahme von Radionukliden und Schwermetallen auftreten. Somit kann auf wirksame Transportprozesse beim Transfer zurück geschlossen werden. Über die Identifizierung sowie Kontrolle hinaus lässt sich eine Optimierung der biologischen Dekontaminationsverfahren erreichen.

Laufzeit:
01.10.2004 bis 31.10.2008

Förderkennzeichen:
02S8294

KOLLORADO-e2 Eintrag erweitern

KOLLORADO-e2 (Integrität der Bentonitbarriere zur Rückhaltung von Radionukliden in kristallinen Wirtsgesteinen – Experimente und Modellierung)

Bearbeiter: Thorsten Schäfer (FSU) & Francesca Quinto, Madeleine Stoll, Franz Rinderknecht (alle KIT-INE)

Beschreibung:
Der Kenntnisstand zur Kolloidproblematik, speziell zur Prognostizierbarkeit des Kolloidquellterms, der Kolloidstabilität und Kolloid- Mineraloberflächen- Wechselwirkung unter Einbezug der Oberflächenrauigkeit hat in den letzten Jahren sehr große Fortschritte gemacht. Neben der Beschreibung der Kolloidstabilität mittels elektrostatischer Ansätze sind quantitative Daten zur Erosion der Bentonitbarriere in Laborversuchen generiert worden. Alle Daten zum kolloidgetragenen Radionuklidtransport weisen auf eine starke Abhängigkeit der Kolloidmobilität von der Kluftgeometrie/Oberflächenrauigkeit hin, wobei die vollständige Dissoziation vierwertige Actinide von der Tonkolloidoberfläche nach wie vor eine offene Fragestellung ist. Hauptziel des Anschlußvorhabens ist es weiterhin, das mechanistische Verständnis der Erosion des kompaktierten Bentonits und der Radionuklid-Kolloid Wechselwirkungen unter naturnahen Bedingungen mittels in-situ Experimenten zu verbessern und die Relevanz des kolloidgetragenen Radionuklidtransports hinsichtlich der Langzeitsicherheit eines Endlagers in einer Hartgesteinsformation zu bewerten. Darüber hinaus werden generische Aussagen zur Kolloidrelevanz und der Mobilität von Radionukliden erarbeitet.

Förderung:
The KOLLORADO-e2 project is a joint project between KIT and GRS and is financed by the BMWi under project number 02E11456A.

TransAqua Eintrag erweitern

Durch Gesteins-/Wasser-Interaktionen im Untergrund werden u.a. Radionuklide freigesetzt und gelangen von dort bis in das Trink- und Oberflächenwasser. Über die Rolle von Mikroorganismen bei diesen Freisetzungs- und Transportprozessen ist wenig bekannt.

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USER Eintrag erweitern

Umsetzung von Schwermetall-Landfarming zur nachhaltigen Landschaftsgestaltung und Gewinnung erneuerbarer Energien auf radionuklidbelasteten Flächen (USER)

Projektleiter:
Prof. Dr. E. Kothe, Prof. Dr. G. Büchel

Laufzeit:
01.12.2014 bis 30.11.2018 

Beschreibung:
Im aktuellen Projektvorhaben sollen im Rahmen des FuE-Programms „Rückbau kerntechnischer Anlagen“ im Sinne einer Strahlenschutz-Vorsorge schwermetall- und radionuklidbelastete Substrate durch die Verwendung von Bioremediationsmethoden saniert und einer Nutzung zur Produktion von Energiepflanzen zugeführt werden. Dabei zielt das Projekt auf die Nutzung einer kostengünstigen, durch Mikrobiologie gesteuerten Phytosanierung, in der belastete Substrate über eine Durchmischung mit unbelastetem Boden konditioniert und kontaminierte Flächen neu konturiert werden können. Damit können kontaminierte Flächen genutzt werden, um erneuerbare Energien (Holz als Energieträger) zu produzieren, und parallel zur Sanierung zusätzlich Wertschöpfungspotentiale erschlossen werden. 

Förderkennzeichen:
15S9194

Abschlussbericht: 

Umsetzung von Schwermetall-Landfarming zur nachhaltigen Landschaftsgestaltung und Gewinnung erneuerbarer Energien auf radionuklidbelasteten Flächen (USER) : Schlussbericht (gbv.de)