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BGR veröffentlicht neue Forschungsergebnisse zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Salzgesteinen, 07.01.2025  Quelle: BGR
Der vorliegende Abschlussbericht „Stoffliche und mikrostrukturelle Untersuchungen zur Entstehung von Salzgesteinen in flacher Lagerung und in Salzstöcken“ fasst die Ergebnisse einer über zehnjährigen Forschungsarbeit zur Charakterisierung des Einflusses der Bildungs- und Umbildungsprozesse auf die Barriereeigenschaften von Salinargesteinen zusammen.
Die in diesem Bericht dargelegten Forschungsarbeiten, deren Durchführung bereits viele Jahre vor Neubeginn der Standortsuche in Deutschland in 2017 erfolgte, können einen wertvollen Beitrag bei der Anwendung der im StandAG formulierten geowissenschaftlichen Abwägungskriterien (Anlagen 2, 3 zu § 24 Abs. 3, Anlagen 5, 6 zu § 24 Abs. 4, Anlagen 8, 10 zu § 24 Abs. 5) leisten. Dabei wurden mit Hilfe mineralogisch-geochemischer und mikrostruktureller Methoden Fragestellungen zur stofflichen Zusammensetzung, Genese und zu den aktiven Deformationsmechanismen von Salzgesteinen bearbeitet. Integraler Bestandteil dieser Arbeiten waren u. a. Untersuchungen zu Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen, mit dem Ziel, die Spurenelementverteilung zwischen Salzgesteinen und salinaren Lösungen besser zu verstehen.
Im Fokus stand des Weiteren die Anwendbarkeit und Fortentwicklung bereits bestehender Methoden in Salzgesteinen. Erstmalig erprobt wurde die Anwendung einer mobilen Röntgenfluoreszenzanalytik sowie die Messung der magnetischen Suszeptibilität für eine erste, zerstörungsfreie in situ mineralogisch-geochemische Charakterisierung von Salzgesteinen. Die Erstellung eines international referenzierten Salzstandards („Rock Salt“) verbessert die Qualitätssicherung der Analytik und nachfolgender Bewertungen. Ein Teil der Arbeiten fand in enger Kooperationen mit anderen Forschungseinrichtungen statt.
Weiterführende stofflich-strukturelle Arbeiten sind aktuell dem Projekt BASAL/BASAL II zugeordnet und knüpfen inhaltlich an das beendete Projekt „Stoffliche und mikrostrukturelle Untersuchungen zur Entstehung von Salzgesteinen in flacher Lagerung und in Salzstöcken“.
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Neue BGR-Studie zur Methodenentwicklung für die Bewertung von Salzstrukturen für die Standortauswahl, 25.06.2024  Quelle: BGR
60 Teilgebiete in Salzstrukturen („Steinsalz in steiler Lagerung“) hat die Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE) in Schritt 1 der Phase I des Standortauswahlverfahrens für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle ausgewiesen. Diese Salzstrukturen sind durch Mobilisierung von Salzgesteinen im Untergrund entstanden und weisen durch die damit verbundene Verfaltung einen teilweise komplexen Internbau auf. Neben Steinsalz kommen auch andere Gesteine in Salzstrukturen vor. Für die Prognose der Anteile und der räumlichen Verteilung von Wirtsgesteinen mit Barrierefunktion stellt dies eine Herausforderung dar. Hinzu kommt, dass in den Teilgebieten nur wenig diesbezügliche ortsspezifische Daten vorliegen.
Vor diesem Hintergrund wurde von der BGR im Auftrag der BGE eine Methode entwickelt, um den Anteil homogener Steinsalzbereiche und die Variabilität ihrer Lagerungsverhältnisse abzuschätzen und zu bewerten. Basierend auf einer Literaturstudie und den Erkenntnissen aus der Erkundung von Salzlagerstätten in Deutschland wurden verschiedene geologische Faktoren unterschiedlicher Relevanz ermittelt, die Einfluss auf den internen Aufbau von Salzdiapiren bzw. die Verteilung von Steinsalzbereichen haben. Die entwickelte Methode bietet im Rahmen der repräsentativen vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen die Möglichkeit, Teilgebiete im steil stehenden Steinsalz hinsichtlich ihrer geologischen Voraussetzungen für das Vorkommen größerer Wirtsgesteinsbereiche mit Barrierefunktion (für die spätere Ausweisung eines einschlusswirksamen Gebirgsbereichs) systematisch zu bewerten.
Download: Abschlussbericht "Entwicklung einer Methode zur Bewertung von Wirtsgesteinsanteilen mit Barrierefunktion und der Internbauvariabilität in Salzstrukturen (Teilgebiete in Steinsalz in steiler Lagerung)"
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Abschlussbericht des Projektes KOMPASS-II zu Salzgrus als geotechnische Barriere ist veröffentlicht, 08.03.2024  Abb.: Salzgrus mit kompaktierter Probe
Quelle: BGR
Hochradioaktive Abfälle müssen für Zeiträume bis zu einer Million Jahre sicher in tiefen geologischen Formationen eingeschlossen bleiben. Deshalb verfolgen viele Staaten ein Mehrbarrierenkonzept für den Bau eines Endlagers. Neben der technischen Barriere – dem Behälter – und der geologischen Barriere – dem Wirtsgestein – dient die geotechnische Barriere dazu, die verbleibenden Hohlräume nach der Einlagerung der Behälter im Bergwerk zu schließen und potenziell austretende Nuklide zurückzuhalten.
Für ein Endlager in einer Salzformation untersuchte die BGR dazu Salzgrus als Verfüllmaterial. In lockerer Schüttung weist es zunächst eine hohe Durchlässigkeit und eine geringe Stützwirkung auf. Sowie das umgebende Salzgebirge die Grubenhohlräume kriechend schließt, kompaktiert das Salzgrus zusehends, baut einen Gegendruck auf, wird undurchlässig und umschließt den radioaktiven Abfall dicht. Die Evolution der Porosität und des Stützdrucks wurde in KOMPASS-II (Compaction of Crushed Salt for Safe Containment – Phase 2) näher untersucht.
Dazu wurden Salzgrusproben speziell synthetisiert und unter verschiedenen Umgebungsbedingungen belastet. Ihr Verformungsverhalten wurde aufgezeichnet und zur Kalibrierung von Prognoserechnungen genutzt, welche die Evolution der Porosität und des Stützdrucks auf geologische Zeiträume abschätzten. Außerdem wurde gezeigt, dass drei verschiedene Herstellungsverfahren Proben synthetisierten, die eine nicht unterscheidbare Mikrostruktur aufwiesen, da das Ausgangsmaterial bereits eine deutliche mikrostrukturelle Vorschädigung erfahren hatte.
Erkenntnisse zur zeitlichen Entwicklung der Kompaktion sowie zum qualitativen Zusammenspiel der verschiedenen mikrostrukturellen Deformationsmechanismen blieben unvollständig. Dies ist vor allem auf die stark nicht-linearen Einflüsse der Umgebungsparameter zurückzuführen, was weitere, aufwendige Testreihen bedingt.
Mit der Veröffentlichung des Abschlussberichtes (grs-751.pdf) ging nun das Projekt KOMPASS-II zu Ende. Die BGR beteiligte sich mit umfangreichen Laborexperimenten, mit Mikrostrukturuntersuchungen sowie in der numerischen Modellierung. Der Start eines Nachfolgeprojekts ist noch für dieses Jahr anberaumt.
Die Verbundpartner sind auch darin – neben der BGR – die BGE Technology (BGE-TEC), die niederländische COVRA (Centrale Organisatie Voor Radioactief Afval), das Institut für Gebirgsmechanik Leipzig (IfG), die Sandia National Laboratories, die Technische Universität Clausthal (TUC) und die Utrecht University (UU). Verbundkoordinator ist die Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS).
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