Projekt Mont Terri

Land / Region: Schweiz, Deutschland

Projektanfang: 01.07.1997

Projektende: 31.12.2025

Projektstand: 15.11.2023

Karte der neuen Experimente in der Galerie 18 (grün) im Felslabor Mont Terri, St. Ursanne im Schweizer Jura Gebirge, geändert Quelle: swisstopo, www.mont-terri.ch

English Version

Die BGR untersucht im internationalen Felslabor Mont Terri, in der nordwestlichen Schweiz, physikalische, chemische und mikrobielle Prozesse im Tongestein, die für die sichere Lagerung von radioaktiven Abfällen im geologischen Untergrund relevant sind. Tongestein ist neben Steinsalz und Kristallingestein eines der drei potenziellen Wirtsgesteine für die Einlagerung radioaktiven Abfalls in Deutschland gemäß Standortauswahlgesetz (StandAG). Darüber hinaus untersucht die BGR die Barrierewirkung des Tongesteins für die geologische Speicherung von CO₂.

Mit ihren Forschungsarbeiten im Untertagelabor Mont Terri gewinnt die BGR wichtige Kenntnisse über die Eigenschaften von Tongestein als potenzielles Wirtsgestein bei der Endlagerstandortsuche in Deutschland. Dabei stehen folgende Aspekte im Vordergrund:

• Die Nähe zu internationalen Entwicklungen und deren Übertragbarkeit auf Anwendungen in Deutschland,
• Grundlagenforschung für die vergleichende Bewertung potenzieller Endlagerwirtsgesteine.

Zu den grundlegenden und standortunabhängigen Forschungsarbeiten der BGR im Mont Terri Projekt, die in enger Zusammenarbeit mit internationalen Partnern durchgeführt werden, gehören:

• Kenntnisse, Erfahrungen und Verständnis zu den thermisch, hydraulisch, mechanisch und chemisch gekoppelten Prozessen im Tonstein,
• Charakterisierung des potentiellen Wirtsgesteins Tongestein,
• Weiterentwicklung und Anpassung von Methoden zur Erkundung sowie von Überwachungsmessungen,
• Untersuchungen zur Realisierung von geotechnischen Barrieren und deren Optimierung,
• Beteiligung an Demonstrationsexperimenten,
• Datenanalyse und Datenmanagement,
• Anwendung und Weiterentwicklung von numerischen Simulationen, insbesondere für Sicherheitsanalysen.

Das Mont Terri Projekt im schweizerischen Kanton Jura wurde zur grundlegenden Erforschung von Tongestein und zur Entwicklung von Untersuchungsmethoden im Jahr 1996 etabliert. Das schweizerische Bundesamt für Landestopografie (swisstopo) ist Betreiber des Felslabors Mont Terri. Eigentümer des Labors ist der Kanton Jura.

Bei der Auffahrung eines Autobahntunnels durch den etwa 800 Meter hohen Berg Mont Terri wurde in einer Tiefe von circa 300 Metern eine circa 150 Meter mächtige Schicht Tongestein (Opalinuston) aufgeschlossen. Dieser Opalinuston zeichnet sich durch seine vergleichsweise geringe hydraulische Durchlässigkeit aus und besitzt zudem die Eigenschaft, kleine Risse bzw. Klüfte durch Selbstabdichtung zu schließen. Beides sind Merkmale, welche für die Sicherheit der Einlagerung radioaktiver Abfälle im Tongestein günstig sind.

Bereits ein Jahr nach der Gründung trat die BGR 1997 dem internationalen Projekt Mont Terri bei. Derzeit (Stand November 2023) beteiligen sich gleichberechtigt 22 Partner aus zehn Ländern am umfangreichen Forschungsprogramm. Hinzu kommen zahlreiche Universitäten und weitere Forschungseinrichtungen sowie kleinere Unternehmen als Kontraktoren.

Im Jahr 2019 wurde die Erweiterung des Felslabors durch den Bau der neuen Galerie 18 abgeschlossen. Dieser Ausbau verdoppelt den für Experimente zur Verfügung stehenden Bereich auf eine Galerie- und Nischen-Länge von nun etwa 1200 Meter. Zu den neuen Einzelexperimenten der BGR gehören Untersuchungen

• zu hydromechanischen Einflüssen auf die Tonsteinformation durch die Auffahrung von Grubenräumen,
• zum Einfluss der Ventilation auf die Auflockerungszone,
• zu neuartigen geotechnischen Barrieren für ein geologisches Tiefenlager,
• zur zeitlich und räumlich hochauflösenden Detektion von Deformationen im Tongestein,
• zur Speicherung von Kohlendioxid im geologischen Untergrund mit Blick auf den Opalinuston als geologische Barriere.

Die BGR ist derzeit federführend oder als Partner an 19 von insgesamt 46 aktuellen Experimenten im Mont Terri Projekt beteiligt. Die Messungen und Untersuchungen der BGR fokussieren auf das mechanische Verhalten des Opalinustons, die Gebirgsdurchlässigkeit, den Erhalt der Barrierewirkung, das Einschlussvermögen der geotechnischen Barrieren, die Qualität des Einschlusses, Absicherung des Isolationsvermögens, die Wechselwirkung von geotechnischer Barriere und Gebirge und die Neigung zur Bildung von Fluidwegsamkeiten und Gasbildung.

Ergänzend zu den In-situ-Aktivitäten im Untertagelabor werden im Mont Terri Projekt kleinskaligere Laborarbeiten an der BGR sowie umfangreiche numerische Modellierungen der thermisch, hydraulisch, mechanisch und chemisch gekoppelten Prozesse durchgeführt.

Bisher wurden im Forschungslabor mehr als 170 Experimente durchgeführt, von denen bereits etwa 130 erfolgreich abgeschlossen werden konnten. Die BGR legt Ihren Fokus hauptsächlich auf Untersuchungen zu den ersten beiden Phasen eines nuklearen Endlagerstandorts,

• dem Zeitraum vor der Einlagerung des radioaktiven Abfalls – mittels Untersuchungen der initialen Bedingungen vor der Konstruktion eines Tiefenlagers sowie die Ermittlung der Änderungen im Gebirge durch die Errichtung eines Tiefenlagers,
• der Anfangsphase nach Einbringung des radioaktiven Abfalls – mittels Untersuchungen der Änderungen im Gebirge und den geotechnischen Barrieren während des Einlagerungsbetriebes eines Tiefenlagers.

Blick in die neue Galerie 18 im Mai 2019 Quelle: D. Rebscher

Neben dieser zeitlichen Einteilung wird bei den wissenschaftlich-technischen Studien auch räumlich, d. h. zwischen ungestörten Bereichen des Gebirges und der durch die Auffahrung verursachten Auflockerungszone im Gebirge, unterschieden. Hier führt die BGR felsmechanische und felshydraulische In-situ-Untersuchungen beispielsweise zur Bestimmung der Permeabilität des Tonsteins durch. Ein weiterer Schwerpunkt der BGR-Arbeiten liegt in der Methodenentwicklung, z. B. in der Entwicklung geomechanischer, geohydraulischer oder geophysikalischer Messmethoden, die auch bei Untersuchungen von anderen Gesteinsarten bzw. in weiteren Anwendungsbereichen im geologischen Untergrund erfolgreich zum Einsatz kommen. Diese Forschungsaktivitäten im Rahmen der Endlagerung radioaktive Abfälle werden durch Untersuchungen zur Speicherung von CO₂ im Untergrund ergänzt.
Computergestützte Modellierungen der thermisch, hydraulisch, mechanisch und chemisch gekoppelten Prozesse (THMC) werden sowohl beim Design eines Experiments, Begleitung der experimentellen Messungen als auch bei Auswertung und Interpretation von Untersuchungsergebnissen und anderer Befunde intensiv eingesetzt.

Referenzen:

Bossart, P., Bernier, F., Birkholzer, J., Bruggeman, C., Connolly, P., Dewonck, S., Fukaya, M., Herfort, M., Jensen, M., Matray, J.M. and Mayor, J.C., (2018): Mont Terri rock laboratory, 20 years of research: introduction, site characteristics and overview of experiments. In: Mont Terri Rock Laboratory, 20 Years, pp. 3-22. Birkhäuser, Cham.

Schuster, K., Furche, M., Shao, H., Hesser, J., Hertzsch, J.M., Gräsle, W. and Rebscher, D. (2019): Understanding the evolution of nuclear waste repositories by performing appropriate experiments–selected investigations at Mont Terri rock laboratory. Advances in Geosciences, 49, pp.175-186

Projektseite: www.mont-terri.ch

Projektbeiträge:

• Aktuelle Experimente mit Beteiligung oder Federführung der BGR im Mont Terri Projekt
• Charakterisierung der Auflockerungszone
• Detektion und seismische Charakterisierung gestörter Bohrlochwandbereiche
• Detektion und seismische Charakterisierung kleinräumiger Heterogenitäten im Gestein
• Geophysikalische Charakterisierung der zeitlichen Entwicklung des Gebirgsnahbereichs und des Bentonits im EB-Experiment
• Langzeitbeobachtung der Entwicklung einer durch hydro-mechanische Belastung beanspruchten Auflockerungszone
• Seismische Anisotropie
• Untersuchungen der THMC-Eigenschaften an Tonsteinen und Beschreibung der physikalischen Prozesse mittels Laborversuchen
• Zerstörungsfreie Charakterisierung der Auflockerungszone

Partner:

• ANDRA Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs, Frankreich
• BASE Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung, Deutschland
• BGE Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH, Deutschland
• BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Deutschland
• CHEVRON Chevron Energy Technology Company, USA
• CRIEPI Central Research Institute of Electric Power Industry, Japan
• ENSI Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat, Schweiz
• ENRESA Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, S.A., Spanien
• ETH Zürich Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
• FANC Federaal agentschap voor nucleaire controle, Belgien
• GRS Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit gGmbH, Deutschland
• Helmholtz Gemeinschaft UFZ, GFZ, FZJ, HZPR und KIT, Deutschland
• IRSN Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety
• NAGRA Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle, Schweiz
• NWMO Nuclear Waste Management Organization, Kanada
• OBAYASHI Obayashi Corporation, Japan
• RWM Radioactive Waste Management, Großbritannien
• SCK CEN Studiecentrum voor Kernenergie, Belgien
• Shell, Niederlande
• swisstopo Bundesamt für Landestopographie, Schweiz
• TotalEnergies SE, Frankreich
• U.S. DOE Department of Energy, USA

Kooperationen u. a. mit:

• BGS British Geological Survey, Großbritannien
• BRGM, Bureau de Recherches Géologiques et Minières, Frankreich
• CEE Civil and Environmental Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, USA
• CHYN, Université de Neuchâtel, Schweiz
• CIEMAT, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Spanien
• CMM-KIT Kompetenzzentrum für Materialfeuchte am Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland
• CSIC Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Spanien
• Edi Meier + Partner, Schweiz
• Hydroisotop, Deutschland
• Universität Bern Institut für Geologie, Universität Bern, Schweiz
• University of Ottawa, Kanada