Kristallines Wirtsgestein

Porenwasserdruck und entsättigte Bereiche um die Strecken und die Einlagerungsbohrungen mit Bentonit bzw. Bentonit/Sand-Gemisch als geotechnischen Barriere Quelle: BGR

Gemäß § 1 des Standortauswahlgesetzes (StandAG) kommt Kristallingestein grundsätzlich für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle in Deutschland als Wirtsgestein in Betracht neben Steinsalz, Tongestein. Im Gegensatz zu Steinsalz und Tongestein ist im StandAG (§ 23 Absatz 1) für das Wirtsgestein Kristallingestein auch ein alternatives Konzept zu einem einschlusswirksamen Gebirgsbereich möglich, das deutlich höhere Anforderungen an die Langzeitintegrität des Behälters stellt. Ist in einem Gebiet absehbar, dass kein einschlusswirksamer Gebirgsbereich ausgewiesen werden kann, es sich aber für ein wesentlich auf technischen oder geotechnischen Barrieren beruhendes Endlagersystem eignet, muss anstelle der Mindestanforderung nach § 23 Absatz 5 Nummer 1 der Nachweis geführt werden, dass die technischen (Behälter) und geotechnischen Barrieren (Bentonit) den sicheren Einschluss der Radionuklide für eine Million Jahre gewährleisten können.

Die BGR führt bereits seit vielen Jahren Forschungsarbeiten im Wirtsgestein Kristallin (Granit) in internationaler Zusammenarbeit durch, insbesondere im Felslabor Grimsel in der Schweiz und Äspö in Schweden. Kristalline Gesteine wie Granit zeichnen sich im Allgemeinen durch hohe Festigkeiten aus, sie können aber auch Kluftnetzwerke in unterschiedlicher Ausbildung aufweisen. Eine wesentliche Barrierefunktion in den Endlagerkonzepten von Schweden und Finnland im kristallinen Wirtsgestein übernimmt deshalb ein Abfallbehälter mit Kupferummantelung. Aufgrund der potenziellen Klüftigkeit und der geringen Radionuklid-Adsortptionsfähigkeit des Granits werden die Hohlräume zwischen den Behältern mit den radioaktiven Abfällen und dem Gebirge mit einer zusätzlichen geotechnischen Barriere aus Bentonit (ein quellfähiges Tonmineral) verfüllt. Daher stehen auch die Wechselwirkungen zwischen geotechnischer Barriere und Auflockerungszone des Gebirges im aktuellen Fokus der BGR-Forschung. Die BGR-Forschungsarbeiten sind in internationale Forschungsprojekte in der Schweiz und in Schweden eingebettet. Ferner bestehen Kooperationen mit Russland (Hinweis: Die Zusammenarbeit der BGR mit Russland ist aufgrund des Ukraine-Kriegs ausgesetzt.) und China auf dem Gebiet der Endlagerung radioaktiver Abfälle in kristallinen Wirtsgesteinen. Die BGR ist ebenfalls am internationalen Erfahrungsaustausch im Rahmen des „Crystalline Club“ der OECD NEA beteiligt.

Im Schwerpunkt werden von der BGR folgende Arbeiten durchgeführt:

• Charakterisierung des klüftigen Gesteins aus geologischer und geotechnischer Sicht
• Beschreibung von Strömungs- und Stofftransportprozessen in Kluftnetzwerken
• Charakterisierung des Nahfeldes von Grubenräumen
• Ermittlung der Zweiphasenströmung in geklüfteten Medien
• Entwicklung von Sicherheits- und Nachweiskonzepten für die Endlagerung in kristallinen Wirtsgesteinen

Durch die internationale Zusammenarbeit werden die Untersuchungsmethoden und -verfahren der BGR bezüglich der speziellen Randbedingungen kristalliner Wirtsgesteine für die Endlagerung radioaktiver Abfälle angepasst und weiterentwickelt. Darüber hinaus erfolgt die Optimierung numerischer Rechencodes zur Charakterisierung des kristallinen Wirtsgesteins und der geotechnischen Barrieren im Hinblick auf ihre Wechselwirkungen sowie zur Abbildung der Strömungs- und Stofftransportprozesse. Gleichzeitig fließen die Erfahrungen der BGR auf dem Gebiet der Endlagerung radioaktiver Abfälle in die Arbeiten der internationalen Projektpartner ein.

Ausgewählte Projekte:

Task Force on Engineered Barrier Systems

Large Scale Gas Injection Test (LASGIT)

Zusammenarbeit mit Russland auf dem Gebiet der Endlagerung von radioaktiven Abfällen
(Hinweis: Die Zusammenarbeit der BGR mit Russland ist aufgrund des Ukraine-Kriegs ausgesetzt.)

Zusammenarbeit mit China auf dem Gebiet der Endlagerung von radioaktiven Abfällen

Entwicklung einer Sicherheits-und Nachweismethodik für ein Endlager für Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle im Kristallingestein in Deutschland (CHRISTA II)