Ausgabe 1 / 2010 - Hessischer Landesverband

Steinsalz Ton/Tongestein Kristallin, z.B. Granit
Temp. Leitfähikeit hoch + gering - mittel +/-
Durchlässigkeit undurchlässig + sehr gering - gering/groß +/-
Festigkeit mittel +/- gering/mittel +/- hoch +
Verformgsverhalten viskos + plast./spröde +/- spröde +
Hohlraumstabilität eigenstabil + sehr gering - hoch/klüftig +/-
in-situ-Spannugen isotrop + anisotrop - anisotrop -
Lösungsverhalten hoch - sehr gering + sehr gering +
Sorptionsverhalten sehr gering - sehr hoch + mittel/hoch +/-
Temp. Belastbarkeit hoch + gering - hoch +
Die hier offenkundig werdenden Vorteile des Wirtgesteins Steinsalz erklären, warum sich in Deutschland angesichts seiner riesigen Vorkommen an Zechsteinsteinsalzlagerstätten
alle weiteren Untersuchungen auf dieses Wirtgestein konzentrieren.
keit von Steinsalz (s. Abb. 9).
Zu der damit angesprochenen wichtigen Problematik
der Wärmeentwicklung von HAW
und deren Beherrschung am Endlagerstandort
sei hier ein kurzer Exkurs gestattet:
Das Einbringen hochradioaktiver Abfälle
bedeutet nicht nur eine hohe Strahlenbelastung
in unmittelbarer Umgebung der
Abfälle, sondern auch die Freisetzung großer
Wärmemengen. Die Wärmeleistung in
einem Endlager für die in Deutschland zu
erwartenden HAW-Abfälle würde im Maximum
20 bis 40 MW betragen. 10) Seite 353 Der
Temperaturverlauf an beliebigen Punkten
in einem Endlager und dessen Umfeld
lässt sich mit Hilfe von Rechenmodellen
mit großer Genauigkeit ermitteln.
10) Seite
461 ff
Die in die Berechnungen eingehenden
Stoffparameter und Ausgangsdaten sind:
- Die mittlere Wärmeleitfähigkeit des
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Abb. 7: DBE – Konzept eines Endlagerbergwerks
Abb. 8: DBE – Konvergenzverlauf einer
verfüllten Einlagerungsstrecke im Steinsalz
9) Seite 26
nach 50 Jahren
Zechsteinssteinsalzes; sie beträgt bei
35 °C 5,2 Watt/m und je 1 Grad Kelvin
und liegt um den Faktor 2 bis 4 höher
als für Ton- und kristalline Gesteine.
- Die Wärmefreisetzung durch die endzulagernden
Abfallbehälter ergibt sich aus
ihrem Gehalt und der Menge an Radionukliden.
Der standardisierte Kokillentyp
für HAW (L = 1,25 m, Durchmesser
= 0,3 m) hat 10 Jahre nach der Entnahme
aus dem Reaktor (d. h. am Ende der
vorgesehenen übertägigen Abkühlungsphase)
eine Wärmeausgangsleistung
von 900 Watt.
Der zeitliche Verlauf der Wärmefreisetzung
dieser Kokille stellt sich wie folgt dar:
nach 6 Jahren 1.430 Watt
nach 10 Jahren 900 Watt
nach 20 Jahren 650 Watt
nach 50 Jahren 300 Watt
nach 100 Jahren 100 Watt
nach 150 Jahren 40 Watt
nach 800 Jahren 1 Watt
Abb. 9: DBE – Zeitlicher Temperaturverlauf in einer verfüllten
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Einlagerungsstrecke im Steinsalz
Dieser zeitliche Verlauf der Wärmefreisetzung
entspricht der abklingenden
Radioaktivität der HAW-Glasblöcke und
Brennelemente. 10) Seite 354 Sie beträgt:
bei der Entnahme 8.000.000 Curie/
aus dem Reaktor t Schwermetall
nach 10 Jahren 300.000 "
nach 100 Jahren 40.000 "
nach 1000 Jahren 200 "
nach 10.000 Jahren 5 "
800 Jahre nach der Einlagerung sind Radioaktivität
und Wärmeleistung der radioaktiven
Spaltprodukte in den HAW-Kokillen
so weit abgeklungen, dass sie das
gleiche Gefährdungspotential besitzen
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wie eine Uranerz-Lagerstätte.
- Die Aufheizung der gesamten Endlagerzone
ergibt sich als eine Funktion der
Lagerungsdichte.
- Der Einlagerungsraum liegt – abgesehen
von den Zugangs- und Arbeitsstrecken –
im bisher absolut unverritzten Gebirge.
- Das Einlagerungsfeld hat eine Flächener
streckung von 250 m mal 420 m und
liegt im Teufenbereich zwischen 850 und
1150 m. Darin befinden sich im Abstand
von 50 m 54 Stück 300 m lange senkrechte
Bohrungen (6 Bohrungen in der Breite
und 9 Bohrungen in der Länge). Jede
Bohrung nimmt 240 Kokillen auf, das
ganze Feld, das in 6 Jahren befüllt wird,
240 mal 54 = 12.960 Kokillen. Mehrere
solcher Einlagerungsfelder reihen sich
aneinander zu einem max. 2 km langen
Gesamtfeld. Die Ausrichtung der Felder
erfolgt von einem Streckengitter aus, die
spätere Befüllung im Rückbau.
- Die anfängliche Gebirgstemperatur im
Einlagerungsfeld beträgt 30 °C.
Die wichtigsten Ergebnisse der Berechnungen
sind:
- Im Zentrum des Endlagers liegen die Gesteinstemperaturen
über 150 °C. Temperaturen
über 100 °C treten nur innerhalb
der Umgrenzung des Lagerfeldes auf. Das
durch die 100 °C-Isotherme definierte
Feld vergrößert sich im weiteren Zeitverlauf
nicht mehr; vielmehr baut es sich
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binnen 300 Jahren zur Gänze ab.
- 500 Jahre nach der Einlagerung sind die
Maximaltemperaturen auf 80 °C gefallen.
Das durch die 100 °C-Isotherme definierte
Feld hat sich abgebaut. Dafür hat
eine Erwärmung des Gipshutbereiches
eingesetzt, die 1700 Jahre später das Maximum
von 7 °C über der Gebirgstemperatur
erreicht.
- Nach 1000 Jahren liegen die Gesteinstemperaturen
im Endlager bei 60 °C, im
Gipshut beträgt die Temperaturerhöhung
4 Grad.
- Nach 5000 Jahren werden die Flanken
des Modellsalzstockes einer Temperaturerhöhung
von 1 bis 3 °C ausgesetzt
2.4 Steinsalz als Wirtgestein
für Endlager von HAW (s. Abb. 6)
Salzlagerstätten, insbesondere Salzstöcke,
können die o. a. Anforderungen in nahezu
idealer Weise erfüllen. Hinzu kommt
der große Vorteil, dass mit dem bergmännischen
Umgang mit Salzgestein eine sehr
lange Erfahrung vorliegt und dass die maschinellen
Einrichtungen zur Herstellung
von Hohlräumen im Salz entwickelt und
die Einlagerungsräume daher mit großer
Genauigkeit planbar und erstellbar sind
(s. Abb. 7). Steinsalz besitzt zudem in Teufen
ab 800 m durch seine hohe Plastizität
die für die Endlagerung von Abfällen
sehr erwünschte Eigenschaft zur Konvergenz
(s. Abb. 8). Dadurch werden die Abfälle
mittelfristig bündig vom Wirtgestein
Steinsalz umschlossen. Hinzu kommt
schließlich die relativ gute Wärmeleitfähigsein,
und das Endlager hat nur noch eine
Temperatur von 40 bis 45 °C.
- Unter den genannten Einlagerungsparametern
sind demnach Erwärmungen an
der Erdoberfläche über dem Salzstock,
dessen Gipshut in 300 m Tiefe liegt, zu
keiner Zeit zu erwarten.
In einem kürzlich veröffentlichten Aufsatz
31) Seite 543 ff wird die „Thermomechanische
Auslegung und Entwicklung eines
Referenz-Endlagerkonzeptes zur Einlagerung
wärmeentwickelnder radioaktiver
Abfälle im Tongestein in Deutschland“
vorgestellt. Danach ergibt sich für die Endlagerung
im Tongestein im Vergleich zu
Steinsalz rein auf die Einlagerungsfelder
bezogen (ohne bergmännische Ausrichtung)
ein rund 8-facher Flächen- und ein
rund 10-facher Volumenbedarf für die
Einlagerung der gleichen HAW-Menge im
Tongestein im Vergleich zu Steinsalz.
Das Wirtgestein Steinsalz hat allerdings
auch einige Eigenschaften, die für die Aufnahme
von Endlagern nachteilig sind:
- Verunreinigungen des Salzes durch Tonund
Anhydriteinschlüsse
- die geringe Dichte in Verbindung mit
der Plastizität, die im Laufe der Jahrmillionen
zu Diapirismus führt, zu Faltenbildungen,
Ausdünnungen und Anstauchungen
der Salzschichten
- die hohe Wasserlöslichkeit des Steinsalzes
- die korrosive Wirkung von Salzlösungen
- die relativ niedrigen inkongruenten
Schmelzpunkte (Freiwerden von Kristallwasser)
der Evaporite. Daher darf die Erwärmung
des die Abfälle umgebenden
Salinars 90 °C +/- 10 °C für Steinsalz und
75 °C für Carnallit nicht überschreiten. 10)
Seite 433 ff
Durch entsprechende Untersuchungen
(geologische Aufnahme, Bohrungen,
Untertage-Radar) ist sicherzustellen,
dass das Einlagerungsfeld frei von
Carnalliteinfaltungen ist. Carnallitfreie
Steinsalzpakete sind z.B. im ungestörten
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