Nº 76 - Bundesverband Geothermie

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10 Tiefe Geothermie Zur Zeit ist nicht davon auszugehen, dass bei den gängigen geothermalen Installationen in Deutschland mit einer direkten Radonausgasung aus der Lagerstätte zu rechnen ist. Die Radonemissionen aus den übertägigen Anlagen sind im Normalbetrieb zu vernachlässigen. Bei Betriebsstörungen kann Radon kurzzeitig in die Atmosphäre gelangen, wobei außerhalb des Betriebsgeländes nur sehr geringe Erhöhungen der Radonkonzentration im Vergleich zur natürlichen Untergrundstrahlung erwartet werden. Radon – Grundlagen und Bezug zur Geothermie TEXT: Dr. Joachim Kemski, Dr. Heiko Woith, Sebastian Feige, Prof. Dr. Horst Rüter Im Umfeld einiger geothermischer Projekte ist eine Diskussion um das radioaktive Edelgas Radon aufgekommen. Insbesondere wird diskutiert, ob die Errichtung oder der Betrieb einer Geothermie-Anlage in Deutschland das Ausmaß der natürlichen Freisetzung und den nachfolgenden Transport von Radon aus dem Untergrund verändern kann und somit auch die Gefahr einer gesundheitlich bedenklichen Anreicherung von Radon in Gebäuden besteht. Physikalische Grundlagen Radon ist ein natürlich vorkommendes, farb-, geruch- und geschmackloses radioaktives Edelgas, das überall in Gesteinen und Böden, Wasser und Luft zu finden ist. Es entsteht in den natürlichen Zerfallsreihen der langlebigen und seit Anbeginn der Erde existierenden Elemente Uran (U) und Thorium (Th). Durch Alphazerfall von Radium bilden sich verschiedene Radonisotope: in der 238 U-Zerfallsreihe 222 Rn (»Radon«, Halbwertszeit: ca. 3,8 Tage; Abb. 1), in der 232 Th-Zerfallsreihe 220 Rn (»Thoron«, Halbwertszeit: ca. 55 Sekunden) und in der 235 U-Zerfallsreihe 219 Rn (»Actinon«, Halbwertszeit: ca. 3,9 Sekunden). Als einziges gasförmiges Element innerhalb der Zerfallsreihen kann sich Radon besonders leicht von seinem Entstehungsort entfernen. Auf dieser Migrationsfähigkeit beruht auch seine Bedeutung in der geochemischen Exploration oder bei der Kartierung verdeckter Kluft- oder Schwächezonen an der Erdoberfläche. Hierfür ist fast ausschließlich das Isotop 222 Rn von Interesse, weil nur dessen Halbwertszeit ausreichend lang ist, um eine weiträumige Wanderung im Untergrund zu erlauben. Ein Problem stellt es nur dann dar, wenn es aus dem Baugrund über Undichtigkeiten ins Gebäude eindringt und sich in der Raumluft anreichert. Über die Atmung nimmt der Mensch Radon und seine Folgeprodukte auf. Diese Inhalation führt zu einer internen Strahlenexposition des Bronchial- und Lungengewebes. In umfangreichen epidemiologischen Studien wurde nachgewiesen, dass sich dadurch das Risiko erhöhen kann, an Lungenkrebs zu erkranken. Radon in der Umwelt Die Radonaktivitätskonzentrationen in Gesteinen, Böden und Wässern sowie Raum- und Außenluft überdecken einen weiten Bereich von wenigen Bq/m 3 (Becquerel pro m 3 ) bis zu einigen Millionen Bq/m 3 (Abb. 2). In der Außenluft bedingt die rasche Verdünnung beim Übertritt aus dem Boden niedrige Radonaktivitätskonzentrationen, in der freien Atmosphäre überschreiten diese selten 50 Bq/m 3 . Auffallend sind die um den Faktor 1.000 bis 100.000 höheren Aktivitätskonzentrationen in der Bodenluft. Das im Untergrund zur Verfügung stehende Radon kann in Gebäude übertreten und Raumluftkonzentrationen von einigen hundert bis tausend Bq/m 3 bewirken. Mitunter spiegeln sich die Uran- und Radiumgehalte geologischer Einheiten in den Radonaktivitätskonzentrationen der Bodenluft und der Luft in den Gebäuden wider. In Grund- und Quellwässern werden lokal Radonaktivitätskonzentrationen gemessen, die bis zu einigen Millionen Bq/m 3 reichen. Die Radongehalte in fließenden Oberflächenwässern sind dagegen in aller Regel gering (< 5.000 Bq/m 3 ), da turbulente Strömungen eine rasche Entgasung begünstigen. Radonkonzentrationen in der Umwelt sind nicht zufällig verteilt, sondern stehen in der Regel in Beziehung zum Auftreten und Verhalten der natürlichen Radionuklide Uran und Radium. Alle Gesteine und Böden enthalten diese Elemente in unterschiedlichen Konzentrationen und sind daher immer auch Radonquellen. Hier erfolgt eine
Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2 11 Abb. 1: Uran-Radium-Zerfallsreihe ständige Radonneubildung durch den Alphazerfall von Radium. Die Radonatome durchlaufen bei ihrem Weg vom Bildungsort in die freie Atmosphäre nach ihrer Entstehung mehrere aufeinander folgende Prozesse. Die Emanation führt zu einer Freisetzung der Radonatome aus der festen Phase der Mineralkörner oder Bodenpartikel in den Porenraum des Gesteins oder Bodens. Sie wird beispielsweise durch Korngrößenverteilung oder die Bodenfeuchte beeinflusst. Die Freisetzungsraten von Gesteinen und Böden können daher in einem weiten Bereich schwanken. Einmal im Porenraum angelangt, kann Radon hier wandern (Migration). Der Hauptmigrationsmechanismus ist Diffusion, die durch Konzentrationsunterschiede angetrieben wird und maximal über wenige Meter reicht. Mit hohen Radonaktivitätskonzentrationen in der Bodenluft ist daher generell in Böden über Gesteinen mit erhöhten Radionuklidgehalten (z.B.: Granite, Rhyolithe, bestimmte Sandsteine und dunkle Schiefer) zu rechnen. Zudem kann eine sogenannte advektive Komponente hinzutreten, bei der ein passiver Radontransport mittels Grundwasser oder Bodengasen wie beispielsweise CO 2 oder CH 4 durch Klüfte im Gestein erfolgt. Die Migrationsweite wird durch die Halbwertszeit von Radon und die Strömungsgeschwindigkeit von Grundwasser und Bodenluft auf Meter bis Zehnermeter beschränkt. Solche Prozesse sind beispielsweise aus Regionen mit Verkarstungserscheinungen
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