Wirtgesteinsformationen (Steinsalz, Tonstein, Kristallin)

Prozesse in geologischen Tiefenlagern

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

Die Einlagerung in geologischen Tiefenlagern gilt derzeit als sicherstes Konzept zur Entsorgung langlebiger und/oder radioaktiver Abfälle. Um diese Abfälle langfristig zu isolieren, wird weltweit ein Multibarrierensystem eingesetzt, bestehend aus: 1) den Abfällen selber, 2) Kupfer- oder Edelstahlkanistern, 3) einer geotechnischen Barriere und 4) der geologischen Barriere. Für letztere werden in Deutschland kristalline Gesteine, Steinsalz und Tonformationen aufgrund ihrer in mehreren hundert Metern Teufe in der Regel geringen Permeabilität erforscht.

Die AG Angewandte Geologie forscht primär zu zwei Teilbereichen des Multibarrierensystems. Im Bereich der geotechnischen Barriere liegt der Fokus auf der Stabilität von Bentonit, insbesondere bei glazialem Schmelzwassereinfluss und einer dadurch möglichen Erosion gepaart mit einem Radionuklidaustrag. Im Rahmen mehrerer Projekte werden verschiedene Bentonite (MX-80-Bentonit, GMZ-Bentonit) untersucht, auch im Hinblick auf die mechanische Entwicklung kompaktierter Bentonite. Zugehörige Projekte sind z.B. KOLLORADO-e3, BEACON und ELF-China-Pilot. Als geologische Barriere wird granitoides Kristallingestein näher beleuchtet. Hier spielen Klüfte und Spalten als Wasserwegsamkeiten eine zentrale Rolle im Hinblick auf den Radionuklid-Transport bzw. die Rückhaltung. Wichtige Aspekte bei deren Bewertung sind Geometrie und Rauigkeit der Trennfläche, Geochemie und Mineralogie des Gesteins sowie sekundäre Präzipitate. Diese werden z.B. im Projekt WTZ-Granit untersucht.

Die Arbeiten umfassen vorwiegend Laborversuche zum Prozessverständnis (Erosions-, Diffusions- und Sorptionsexperimente) und eine umfassende Analytik zur Charakterisierung der Materialien. Zudem fließen die Ergebnisse in Codes und Datenbanken zur (reaktiven) Transportmodellierung ein. Darüber hinaus bestehen Zusammenarbeiten mit unterirdischen Forschungslaboren wie dem Grimsel-Felslabor (CH), in denen direkt in der Geosphäre, näherungsweise in Endlagertiefe, Prozesse untersucht und Migrationsversuche durchgeführt werden können. Herauszuheben ist hierbei die Arbeit im CFM Konsortium, in welchem beispielsweise das iBET-Experiment (in situ Bentonit-Erosionstest) durchgeführt und ausgewertet wird.

Auch im oberflächennahen Gesteinskörper spielen Klüfte und Spalten eine zentrale Rolle. Im Vergleich zum Gestein in der Umgebung eines geologischen Tiefenlagers gibt es hier starke Berührungspunkte mit der Biosphäre, insbesondere durch das Grundwasser. Beispielhaft kann dies an der Untersuchung des ober- und unterirdischen Einzugsgebiets des Laacher Sees im quartären Vulkanfeld der Osteifel gezeigt werden. Hier soll ein hydrogeochemisches Grundwassermodell für vulkanische Poren- und Kluftgrundwasserleiter erstellt werden.

Beteiligte: Prof. Thorsten Schäfer, Dr. Sarah Hupfer, Dr. Neele van Laaten, Dr. Michael Pirrung, Annemie Kusturica, Janis Pingel, Sven Philipp

Projekte: BEACON, KOLLORADO-e3,ELF-China-Pilot, WTZ-Granit

Abbildung 1: Blick in den GTS Tunnel der kontrollierten Zone mit dem Equipment des CFM- Projekts und dem Megapacker im Hintergrund zur Stabilisierung der hydraulischen Bedingungen entlang der MI-Scherzone.
Abbildung 1: Blick in den GTS Tunnel der kontrollierten Zone mit dem Equipment des CFM- Projekts und dem Megapacker im Hintergrund zur Stabilisierung der hydraulischen Bedingungen entlang der MI-Scherzone.
Foto: CFM Konsortium 2015