17. Mär. 2020
Der Stollen des Versuchslabors Mont Terri, in dem der Langzeit-Heizversuch mit drei Kanistern stattfindet.

Der Stollen des Versuchslabors Mont Terri, in dem der Langzeit-Heizversuch mit drei Kanistern stattfindet.

Europa sucht nach Endlagern für den strahlenden Müll von bislang rund 60 Jahren friedlicher Nutzung der Kernenergie. Auch Staaten wie Deutschland und die Schweiz, die in absehbarer Zeit aus dieser Form der Energieerzeugung aussteigen, müssen sich um die langfristige Sicherung der Hinterlassenschaften kümmern. Im Felslabor Mont Terri im gebirgigen Teil des Schweizer Kantons Jura erforschen daher Wissenschaftler aus neun Nationen, wie solch ein sicheres Endlager aussehen kann.

Mont Terri ist in Opalinuston gebaut, neben Salz und Granit eines von drei in Europa verfügbaren Gesteinen, die für Endlager in Frage kommen. Deutschland verfügt über alle drei, untersucht aber nur Tongestein und Salz, weil man dem klüftigen Granit mißtraut. Die Schweiz hat Tongestein und Granit und hat sich aus denselben Gründen für Tongestein entschieden. "Opalinuston ist sehr dicht und hält die meisten Radionuklide zurück", erläutert Laborleiter Paul Bossart vom Schweizer Geologischen Dienst Swisstopo. Dafür ist das Gestein schlecht in der Ableitung der Wärme, die der radioaktive Abfall zumindest in den ersten paar Dutzend Jahren entwickelt.

Markus Furche, BGR, erläutert einer Journalistengruppe ein Langzeitexperiment im Felslabor Mont Terri.

Markus Furche, BGR, erläutert einer Journalistengruppe ein Langzeitexperiment im Felslabor Mont Terri.

Bild: Holger Kroker
So sollen nach derzeitigem Stand die Endlagerbehälter mit hochaktivem radioaktivem Müll in einem Schweizer Opalinuston-Endlager deponiert werden.

So sollen nach derzeitigem Stand die Endlagerbehälter mit hochaktivem radioaktivem Müll in einem Schweizer Opalinuston-Endlager deponiert werden.

Bild: Holger Kroker
Blick auf die Betonwand, hinter der seit 2015 der Langzeit-Heizversuch mit drei Behältern läuft.

Blick auf die Betonwand, hinter der seit 2015 der Langzeit-Heizversuch mit drei Behältern läuft.

Bild: Holger Kroker
1 / 3

Markus Furche, BGR, erläutert einer Journalistengruppe ein Langzeitexperiment im Felslabor Mont Terri.

Bild: Holger Kroker

So sollen nach derzeitigem Stand die Endlagerbehälter mit hochaktivem radioaktivem Müll in einem Schweizer Opalinuston-Endlager deponiert werden.

Bild: Holger Kroker

Blick auf die Betonwand, hinter der seit 2015 der Langzeit-Heizversuch mit drei Behältern läuft.

Bild: Holger Kroker

Dichtigkeit und Temperaturverhalten stehen daher im Zentrum von zwei Langzeitexperimenten, die die Endlagersituation in einem Opalinuston-Bergwerk simulieren. Zwischen 2002 und 2012 wurde getestet, ob die Einlagermethode tatsächlich so dicht wie gedacht ist. Denn für die Kanister, in denen der strahlende Müll im Endlager deponiert wird, werden ja Stollen gegraben, die später wieder mit einem anderen Tonmaterial, Bentonit, gefüllt werden. Das Auffahren der Stollen führt zu Rissen und Klüften in einer rund zwei Meter breiten Auflockerungszone um den Stollen herum, der Bentonit wird als Granulat eingefüllt. Wasserundurchlässig ist Opalinuston aber  nur, wenn er ein festes Gestein ohne Risse und Klüfte bildet.

Bentonit hielt dicht

Die Erwartung trog offenbar nicht. "Am Ende des Experiments war der Bentonit genauso dicht wie ein normaler Opalinus-Ton und der Druck, den er aufbaute, hat die Auflockerungszone, die man vorher beobachtete, wieder geschlossen", resümierte Markus Furche, Geophysiker bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover das Ergebnis des Experiments. Der Effekt entsteht, weil das stark getrocknete Bentonitgranulat enorm viel Wasser zieht, dadurch immens aufquillt und gegen die Stollenwände drückt. Das Wasser entzieht er dem umgebenden Opalinuston, der zwischen fünf und neun Volumenprozent Porenwassergehalt hat. Unter normalen Umständen hätte allein dieser Prozess Jahrzehnte gedauert, doch im Experiment leiteten die Wissenschaftler Wasser in das Bentonitgranulat, so dass es schon nach fünf Jahren mit Wasser gesättigt war.

Markus Furche und seine Kollegen testeten in dem Experiment auch gleich noch Überwachungsmaßnahmen, mit denen man in einem späteren Endlagerbergwerk aus der Ferne kontrollieren kann, ob in den Einlagerungsstollen alles in Ordnung ist. "Wir haben 45 Elektroden rings um den Stollen verlegt und messen den spezifischen elektrischen Widerstand", so Furche. Im wassergesättigten Tongestein und Füllmaterial ist der Widerstand gering, je trockener das Material ist, desto höher ist der Widerstand. So können Geophysiker wie Furche im gesamten Bereich um einen Behälter herum sehen, wo sich die Materialien im gewünschten wassergesättigten Zustand befinden und wo sich Trockenanomalien abzeichnen.

Temperaturfrage musste extra geklärt werden

Mit dem Ende des Experiments waren die Fragen der Geologen jedoch noch nicht vollständig beantwortet, denn der Versuch hat sich nicht um die Temperaturfrage gekümmert. Die aber kann kritisch sein, denn das Tongestein leitet die Wärme nicht nur schlecht, es verträgt sie auch nicht gut. "Opalinuston verändert sich mit der Hitze, deshalb wollen wir nicht, dass eine Temperatur von 85 Grad überschritten wird", betont Patrick Studer von der Schweizer NAGRA, die die Schweizer Endlager errichten soll. 85 Grad ist die Temperatur, die das Tongestein im Laufe seiner 174 Millionen Jahre alten Geschichte schon einmal ohne Probleme erfahren hat.

Ein solches Experiment läuft seit 2015. Drei Behälternachbauten wurden mit Heizgeräten ausgestattet, von denen jedes 1350 Kilowatt Leistung besitzt. "Das ist ungefähr die Heizleistung, die ein mit hochaktivem Müll beladener Container besitzt", so Olivier Leupin, der bei der Schweizer NAGRA für die Experimente zuständig ist. Die drei Nachbauten wurden mit großzügigen Abständen in einen rund 50 Meter langen Stollen auf Bentonitsteine gestellt und intensiv mit Sensoren verkabelt. "Es sind über 1500 Messpunkte in diesem Versuch drin", so Leupin, "die Dichte von Daten, die wir kriegen aus diesem Versuch ist riesig." Dann wurden die drei Container mit Bentonitgranulat begraben, genau so, wie es später im Endlagerbergwerk gemacht wird. Seitdem laufen die drei Heizelemente, sie haben die Behälter mittlerweile auf eine Oberflächentemperatur von rund 140 Grad gebracht. Die Ingenieure haben berechnet, dass das zu erwarten ist, wenn später einmal die wirklichen Atommüll-Behälter eingelagert werden.

Langzeitexperiment liefert schon jetzt erste Ergebnisse

Schon jetzt gibt es erste Ergebnisse. So ist der Sauerstoff in der Bentonit-Füllung um die Container überrraschend schnell verschwunden. "Vor diesem Versuch hatten wir mit zehn Jahre bis 50 Jahren gerechnet", so Olivier Leupin, "hier hat sich gezeigt, dass der Sauerstoff innerhalb von ein paar Wochen, Monaten aufgebraucht ist." Sauerstoff ist ein kritischer Punkt, weil er den Stahl der Endlagerbehälter angreift. Je schneller er verschwunden ist, um so länger halten die Kanister. Was mit dem Sauerstoff geschah, wissen die Wissenschaftler noch nicht genau. "Wahrscheinlich ist es eine Sorption auf den Bentonit, aber das müssen wir noch erforschen", so Leupin.

Was die Temperatur im Teststollen angeht, erlebten die Wissenschaftler keine böse Überraschung. "Im Moment sieht es so aus, dass wir das Verhalten relativ genau vorhersagen konnten und dass wir einen Effekt sogar überschätzt haben", erklärt Olivier Leupin. Die drei Kanister heizten sich gegenseitig nicht sehr auf. "Der mittlere Behälter ist ein bißchen kühler als wir erwartet haben", erklärt der Geochemiker. Offenbar isoliert der Bentonit besser als man erwartet hat.

Das Experiment soll noch mindestens bis zum Jahr 2025 dauern und wichtige Erkenntnisse über das Verhalten von Opalinuston als Wirtsgestein für ein Endlager liefern. Neben Deutschland und der Schweiz untersuchen auch Frankreich und Belgien ihre Tonsteinvorkommen auf ihre Eignung. Die Versuche in Mont Terri liefern für alle Staaten wichtige Erkenntnisse, sie können aber die Endlagerforschung vor Ort nicht ersetzen. "Wir können Prozesse und Methoden entwickeln, wir können Forschung und Entwicklung betreiben, aber die die wichtigen sicherheitstechnischen Merkmale müssen vor Ort bestimmt werden", betont NAGRA-Mit