Geologische Tiefenlager: erfolgreicher Einlagerungsversuch im Grossmassstab in Kanada

Kanada wird seine radioaktiven Abfälle in einem geologischen Tiefenlager mehr als 500 Meter unter dem Erdboden entsorgen, wo sie durch ein System aus mehrfachen Sicherheitsbarrieren eingeschlossen werden. Zum kanadischen Mehrfachbarrierensystem gehören die natürliche Gesteinsbarriere und technische Barrieren wie die langlebigen, kupferbeschichteten Endlagerbehälter aus dickwandigem Kohlenstoffstahl, die Bentonitbox (buffer box) aus gepresstem Bentonit – die den Stahlbehälter aufnimmt – und die Verfüllung der Hohlräume des unterirdischen Lagerraums mit Bentonitgranulat. Bentonit ist ein mineralischer Rohstoff mit einem hohen Gehalt an Tonmineralen, das in Tiefenlagern als Verfüllmaterial zum Abdichten dient.

«Die Bentonitboxen bieten zusätzlichen Schutz vor Korrosion oder Zersetzung [des Stahlbehälters]», schreibt NWMO und erklärt: «Bentonit ist eine wirksame Barriere sowohl gegen den Wasserfluss als auch gegen das Wachstum von Mikroorganismen.» Beides sind Prozesse, welche zu einer schnelleren Korrosion von Stahl führen würden. Der Korrosion wirkt auch die Kupferbeschichtung entgegen.

Umfangreiche Vorbereitungen auf Demonstrationsversuch
Demonstrationsversuche im Grossmassstab werden durchgeführt, um Konzepte zu überprüfen und Nachweise für Sicherheitsbehörden zu erbringen, wobei typischerweise Testbehälter zum Einsatz kommen, die keine radioaktiven Abfälle enthalten. NWMO habe sich über acht Jahre lang auf den Demonstrationsversuch zu den technischen Barrieren vorbereitet, welche die ausgedienten Brennelemente dereinst einschliessen werden, schreibt die Entsorgungsorganisation. «In der Testanlage der NWMO in Oakville, Ontario, bauten Technikerteams im Rahmen des Demonstrationsversuchs ein Modell im Massstab 1:1 eines der unterirdischen Lagerräume des Tiefenlagers nach. Es besitzt exakte Abmessungen und die Innenwände sind mit nachgebildeten Gesteinskacheln ausgekleidet», so NWMO.

«Nach dem Zusammenbau wiegt der in der Bentonitbox eingeschlossene Endlagerbehälter für ausgediente Kernbrennstoffe 8000 Kilogramm – schwerer als ein grosser Elefant», beschreibt NWMO die endlagerfertig verpackten Abfälle. Im Demonstrationsversuch sei die Einlagerung der Boxen über mehrere Tage hinweg erfolgt. Spezielle dafür entworfene Maschinen hätten die Boxen in den nachgebildeten Lagerraum gebracht und die verbleibenden Hohlräume mit Schutzmaterial aus Bentonit gefüllt, so NWMO.

«Nach Abschluss des Einlagerungsversuchs wurde der Lagerraum wieder systematisch geleert, um die Installation des technischen Barrierensystems sorgfältig zu bewerten», schreibt NMWO. Die Ergebnisse würden nun eingehend analysiert, um Erkenntnisse zu gewinnen, welche die laufende Planung und Auslegung des geologischen Tiefenlagers unterstützten.

«Alle Punkte der Demonstration verliefen wie erwartet und plangemäss», sagte Chris Boyle, Vizepräsident und Chefingenieur der NWMO. «Die Demonstration zeigt nicht nur die Fähigkeit der NWMO, das technische Barrierensystem zu installieren, sondern auch das Können unserer Technikerteams, die in den Erfolg des Projekts investiert haben und sich dafür einsetzen, das Richtige für die Kanadier und die indigene Bevölkerung zu tun.»

Mehrfachbarrierensystem auch im Schweizer Tiefenlager
Wie in Kanada wird dereinst auch in der Schweiz ein Mehrfachbarrierensystem die Abfälle zuverlässig in der Tiefe einschliessen. Die wichtigste Barriere im Schweizer Tiefenlagerkonzept ist die natürliche Barriere aus dem Tongestein Opalinuston, in welchem die unterirdischen Lagerräume (Lagerstollen und Lagerkavernen) erstellt werden. Bei den technischen Barrieren setzt die Schweiz unter anderem auf dickwandige Endlagerbehälter aus Kohlenstoffstahl und Bentonit als Verfüllmaterial.

Im Gegensatz zu Kanada werden die Endlagerbehälter aber nicht bereits in Bentonitboxen verpackt ins Tiefenlager gebracht, sondern auf einem Podest aus kompaktierten Bentonitblöcken platziert und der Hohlraum im Stollen darum herum mit Bentonitgranulat verfüllt und abgedichtet. Dabei kommt eine Verfüllmaschine zum Einsatz, die das Granulat möglichst dicht (mit einer genau vorgegebenen Trockendichte) einbringen muss, damit später keine Wegsamkeiten für fliessendes Wasser entstehen können und Bakterienwachstum unterdrückt werden kann.

Auch die Schweizer Entsorgungsorganisation Nagra wird Einlagerung und Rückholung der Abfälle in einem Demonstrationsversuch im Grossmassstab auf die Betriebsbewilligung des Tiefenlagers hin aufzeigen müssen. Einen Einlagerungsversuch im Massstab 1:1 hat die Nagra bereits mit dem Full-Scale Emplacement Experiment (FE-Experiment) im Felslabor Mont Terri durchgeführt.