Eignung von Bentonit als Füllstoff für geologische Tiefenlager wird diskutiert

Die Stollen eines geologischen Tiefenlagers sollen nach der Einlagerung der hochaktiven Abfälle mit Bentonit gefüllt werden. Deshalb werden die Eigenschaften dieses Stoffs intensiv analysiert. Auch das Technische Forum Sicherheit hat sich bei seiner 19. Sitzung am 28. November 2013 mit Fragen zu diesem Versiegelungsmaterial auseinandergesetzt.

Ein geologisches Tiefenlager muss die radioaktiven Stoffe langfristig zurückhalten. Dabei spielen mehrere technische und natürliche Barrieren eine Rolle. Nachdem die Behälter mit hochaktiven Abfällen eingelagert sind, sollen die Einlagerungsstollen mit Bentonit verfüllt werden.

„Die Natur liefert uns wichtige Hinweise, wie dieses Material über lange Zeiträume auf Einflüsse im Tiefenlager reagiert“, erklärt Meinert Rahn, Leiter der Sektion Geologie beim Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI. „Nebst Modellierungen und Experimenten bilden die Naturanaloga wichtige Grundlagen für unsere Arbeit“.

Erkenntnisse aus der Natur

Bentonit weist als Barriere viele günstige Eigenschaften auf. Wenn Porenwasser vom umliegenden Gestein in die Einlagerungsstollen eindringt, quillt der Bentonit, füllt die Hohlräume aus und dichtet sie ab. Dieser Prozess sorgt neben anderen für einen langen Rückhalt der Radionuklide. Weitere positive Eigenschaften dieses Materials sind die gute Bindung der radioaktiven Stoffe sowie seine langzeitliche Stabilität, wie an der 19. Sitzung des Technischen Forums Sicherheit dargestellt wurde.

Der Salzgehalt des Wassers, die so genannte Salinität, die Temperatur sowie ein alkalisches Umfeld, also hohe pH-Werte, können die günstigen Eigenschaften des Bentonits schwächen. Die Wechselwirkung zwischen Beton mit hohen pH-Werten und Bentonit wurde in der philippinischen Region Mangatarem untersucht. Es hat sich dort gezeigt, dass der Bentonit bei solchen Wechselwirkungen seine positiven Eigenschaften über geologisch lange Zeiträume nur innerhalb einer Grenzschicht von einigen Millimetern verloren hat.

Anhand von Bentonit-Vorkommen bei Kinnekulle in Schweden haben die Forscher die Auswirkungen erhöhter Temperaturen auf die Eigenschaften des Bentonits untersucht. Sie konnten feststellen, dass die mineralogische Umwandlung sehr langsam abläuft. Verglichen dazu ist in einem Tiefenlager der Anstieg der Temperatur durch die eingelagerten hochaktiven Abfälle beschränkt und der Zeitraum mit erhöhten Temperaturen deutlich kürzer. Daher geht man von einem geringen Einfluss der Temperatur auf die Eigenschaften des Bentonits aus. „Solche Erkenntnisse ermöglichen es, die Tiefenlager-Konzepte besser zu beurteilen“, erklärt Meinert Rahn.

Internationale Forschung

Fragen zur Verfüllung und zu Versiegelungsbauwerken werden international untersucht. Deshalb führen mehrere Länder Experimente zum Bentonit durch. In der Schweiz beteiligen sich im Felslabor Mont Terri internationale Partner an diesen Untersuchungen. Beispielweise ist die Auswirkung der Temperatur auf Bentonit zurzeit Gegenstand eines Experiments mit einem Heizkörper.

Anhand eines weiteren Experiments konnten Forscher Berechnungsmodelle zur Wasseraufnahme des Bentonits prüfen. Sie haben zu diesem Zweck einen Stollen mit zentralem Stahlkanister mit Bentonit verfüllt. Der beobachtete Prozess konnte die Modellierungen zur Aufsättigung weitgehend bestätigen.

Das ENSI hatte das Versiegelungskonzept der Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle Nagra bereits 2005 im Rahmen des Entsorgungsnachweises für hochaktive Abfälle mit unabhängigen Experten geprüft. Es ist der Ansicht, dass für den Bau solcher Versiegelungen weiterhin Forschungsbedarf besteht Bis ein geologisches Tiefenlager gebaut wird, können neue Erkenntnisse aus der Forschung in die Lagerkonzepte einfliessen.