Überprüfung und Bewertung des Instrumentariums für eine sicherheitliche Bewertung von Endlagern für HAW (ISIBEL)

Land / Region: Deutschland

Projektanfang: 01.10.2005

Projektende: 31.03.2010

Projektstand: 31.03.2010

Das Projekt ISIBEL ist ein Gemeinschaftsprojekt von BGR, DBE Technology GmbH (DBETec), Peine, und der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, Braunschweig, mit dem Ziel, ein Nachweiskonzept für die sicherheitliche Bewertung von Endlagern für hochradioaktive, wärmeerzeugende Abfälle (HAW) in der Wirtsgesteinsformation Salzgestein zu entwickeln.

Im Projekt ISIBEL wurde untersucht, inwieweit das Instrumentarium für die Bewertung der Betriebs- und Nachbetriebsphase eines solchen Endlagers an einem Referenzstandort vorhanden bzw. ausreichend ist. Die bisherigen Ergebnisse aus den Untersuchungen am Erkundungsstandort Gorleben dienten im Wesentlichen als Datengrundlage für die Charakterisierung des Referenzstandortes.

Hauptziel des Projektes war es, auf Grundlage des aktuellen Standes von Wissenschaft und Technik zu untersuchen, inwieweit die Nachweise zur technischen Realisierbarkeit sowie zur Endlagersicherheit auf der Grundlage des erreichten Kenntnis- und Entwicklungsstandes geführt werden können und worin die Schwerpunkte zukünftiger FuE-Arbeiten bestehen.

Das Vorhaben bestand aus zwei Projektphasen (Phase 1 lief vom 01.10.2005 bis 31.12.2007 und Phase 2 vom 01.01.2008 bis 31.03.2010). Die Ergebnisse beider Phasen wurden jeweils in einem Abschlussbericht und in einer Reihe von Einzelberichten dokumentiert. Nachfolgend sind diese Berichte aufgeführt und ihre Inhalte angegeben. Die von BGR und DBE Technology erstellten Berichte können heruntergeladen werden.

Phase 1

Der zusammenfassende
Abschlussbericht zu Phase 1: Überprüfung und Bewertung des Instrumentariums für eine sicherheitliche Bewertung von Endlagern für HAW – ISIBEL (2008) (PDF, 4 MB)

gibt einen Überblick über die methodischen Ansätze, Grundlagen, Ziele und Inhalte der nachfolgend genannten Berichte.


Bericht 1: Langzeitsicherheitsanalyse für ein HAW-Endlager im Salz – Geologisches Referenzmodell für einen HAW-Endlagerstandort im Salz (2007) (PDF, 3 MB)
(Federführung BGR)

Beispielhaft werden die möglichen Inhalte eines Referenzstandortmodells auf Basis der Untersuchungsergebnisse eines Untersuchungsstandortes in Deutschland vorgestellt. Diese Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für die Betrachtung möglicher zukünftiger Entwicklungen im Rahmen von Szenarienanalysen, für die Abschätzung der Integrität der Barrieren oder für Radionuklidausbreitungsrechnungen dar. Im Bericht sind die geologische Entwicklung und der geologische Bau des Referenzstandortes, Lösungs- und Fluidvorkommen sowie die hydrogeologischen Verhältnisse beschrieben.


Bericht 2: ISIBEL AP1.2: Konzeptionelle Endlagerplanung und Zusammenstellung des endzulagernden Inventars
(Federführung DBE Technology)

Schwerpunkte der Untersuchungen waren einerseits die detaillierte Aufnahme der Inhalte und Mengen der hochradioaktiven und wärmeentwickelnden Abfälle sowie andererseits eine Zusammenstellung des technischen Entwicklungsstandes der für den Transport und die Einlagerung dieser Abfälle vorgesehenen Behälter. Das Inventar und die Behälter bestimmen die Auslegung eines HAW-Endlagers und dessen Betrieb maßgeblich. Als Ergebnis wurden das bisherige Endlagerreferenzkonzept überprüft und weiterentwickelt und die Anforderungen an die technischen und geotechnischen Barrieren für den Verschluss des Endlagers hergeleitet. Zudem wurde der weitere Entwicklungs- und/oder Erprobungsbedarf ermittelt.


Bericht 3: ISIBEL AP2: Bewertung der Betriebssicherheit
(Federführung DBE Technology)

Die Bewertung der Betriebssicherheit konzentriert sich auf die Identifizierung und Betrachtung von darin enthaltenen Schwachstellen und möglichen relevanten Störfällen. Dazu erfolgte eine Überprüfung der Anforderungen an die Betriebssicherheit und die Identifikation von bestehenden Defiziten und Konflikten.
Es wurden die Betriebsabläufe sowohl über als auch unter Tage, wie auch die bergbaulichen Einwirkungsmöglichkeiten auf das Endlagersystem betrachtet.
Ziel war im Rahmen einer Defizitanalyse Schwachstellen durch zukünftige FuE-Arbeiten oder durch Änderungen des Endlagerkonzeptes auszuräumen, damit Störfälle verhindert werden.


Bericht 4: ISIBEL AP 3: FEP-Generierung und Szenarienentwicklung (2006) (PDF, 246 KB)
(Federführung BGR)

Die möglichen zukünftigen Entwicklungen eines Endlagers werden als Szenarien beschrieben, diese setzen sich aus verschiedenen Merkmalen, Prozessen und Ereignissen (features, events, processes – FEP) zusammen. Der Bericht dokumentiert für einen Referenzstandort die Szenarienentwicklung nach dem Bottom-Up-Ansatz. Dieser Ansatz beinhaltet die Definition und die Verknüpfung der standortspezifisch relevanten FEPs, aus deren Kombinationen die Szenarien generiert werden. Beispielhaft ist im Bericht ein Szenario für den Zeitraum 0 bis 10.000 Jahre nach Verschluss des Endlagers abgeleitet.


Bericht 5: ISIBEL AP4: Nachweis der Integrität der geologischen Barriere (Stand: 11.10.2007) (PDF, 2 MB)
(Federführung BGR)

Zur Beschreibung des Isolationsvermögens der geologischen Barriere eines Endlagers für radioaktive Abfälle in Salzformationen wird der Begriff „Integrität“ verwendet. Damit wird die Fähigkeit und Wirksamkeit der Barriere verstanden, das Eindringen von Fluiden aus dem Deck- und Nebengebirge in das Endlagerbergwerk sowie ggf. das Austreten kontaminierter Fluide und Gase aus dem Endlager in die Biosphäre dauerhaft zu verhindern.
Inhalt des Berichts ist die Bewertung der hydraulischen Eigenschaften und das damit verbundene langfristige Barriereverhalten des Salzgesteins. In diesem Zusammenhang wurden Spannungszustände über mechanische bzw. thermomechanische Modellberechnungen ermittelt, um standortspezifische und durch die Endlagerung verursachte Einwirkungen abschätzen zu können.


Bericht 6: ISIBEL AP5: Nachweiskonzept zur Integrität der einschlusswirksamen technischen Barrieren
(Federführung DBE Technology)

Neben dem Wirtsgestein sind der Salzgrusversatz und die geotechnischen Barrieren (Schacht-, Strecken- und ggf. Bohrlochverschlüsse) maßgeblich am sicheren Einschluss in einem Endlager beteiligt. Der Bericht stellt den aktuellen Kenntnisstand zum Nachweiskonzept der Integrität der einschlusswirksamen technischen Barrieren für ein Endlager mit hochradioaktiven und wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen zusammen. Für die verschiedenen Komponenten des Endlagersystems wurden in-situ- und Laborversuche sowie Modellrechnungen ausgewertet.


Bericht 7: Untersuchungen zur Ermittlung und Bewertung von Freisetzungsszenarien
(Federführung GRS)
Der Bericht GRS-233 kann direkt bei der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) angefordert werden)

Der Bericht enthält Szenarienbeispiele, in denen Freisetzungen von Radionukliden aus den eingelagerten Abfällen unterstellt wurden. Auf der Grundlage der Szenarienentwicklung wurde ein Konzept entworfen, wie die radiologischen Konsequenzen aus den Szenarien hinsichtlich der Einhaltung von Schutzzielen für ein Endlager in einer Salzformation bewertet werden können. Nach einer Auswahl geeigneter Modelle und Rechenprogramme wurden die Konsequenzen einer eventuellen Freisetzung analysiert. Als Ergebnis dieser Analyse konnten die Vollständigkeit des Instrumentariums hinsichtlich aller relevanten FEPs bewertet und noch bestehende Erkenntnisdefizite und -lücken als FuE-Bedarf ausgewiesen werden.

Bericht 8: ISIBEL AP7: Nachweiskonzepte für die Einhaltung der nicht radiologischen Schutzziele in der Nachbetriebsphase
(Federführung DBE Technology)

Neben der Einhaltung der radiologischen Schutzziele sind insbesondere der Schutz der Tagesoberfläche (Hebungen und Senkungen) und der Grundwasserschutz nachzuweisen. Im Bericht wird die Notwendigkeit einer wasserrechtlichen Erlaubnis für die Nachbetriebsphase diskutiert. Im Nachweiskonzept wurde davon ausgegangen, dass hinsichtlich chemo-toxischer Kontaminationen die gleichen Anforderungen wie bei Untertagedeponien für besonders überwachungsbedürftige (nicht radioaktive) Abfälle gelten.
Der Nachweis des Schutzes der Tagesoberfläche erfolgte unter Berücksichtigung der bergbaulichen Auffahrungs- und späteren Versatzmaßnahmen sowie der thermomechanischen Konsequenzen bei der Einlagerung wärmeerzeugender Abfälle.


Bericht 9: FEP-Katalog für einen HAW-Standort im Wirtsgestein Salz
(Federführung DBE Technology)

Ein FEP-Katalog (FEP: features, events, processes) ist ein wichtiges Element für die Szenarienermittlung und somit für den Sicherheitsnachweis eines Endlagers. Der in diesem Bericht vorgestellte FEP-Katalog basiert auf der international erstellten NEA FEP-Datenbank. Er soll eine Voraussetzung für eine systematische Szenarienentwicklung im Salzgestein schaffen, als Grundlage zur Modellierung von Systemabläufen dienen, die Transparenz und Nachvollziehbarkeit wichtiger Grundlagen des Nachweisverfahrens gewährleisten und damit auch die Vertrauensbildung in die Sicherheitsaussage ermöglichen.
Im Rahmen des Projektes wurden zum ersten Mal alle FEPs zusammengestellt, die für eine Endlagerung hochradioaktiver Abfälle an einem norddeutschen Referenzstandort relevant sind. Als weitere Informationen enthält der FEP-Katalog Angaben über die direkte Einwirkung der FEPs auf die Funktion einschlusswirksamer Barrieren und über Abhängigkeiten zwischen einzelnen FEPs. Darüber hinaus wurden Begriffsdefinitionen vorgenommen und offene wissenschaftliche Fragen identifiziert.

Phase 2

Bericht 10: FEP-Katalog für einen HAW-Standort im Wirtsgestein Salz. Revision 01
(Federführung DBE Technology)

Dieser FEP-Katalog ist das Ergebnis einer Überarbeitung des unter Bericht 9 vorgestellten FEP-Katalogs, in die die inhaltlichen und formalen Anmerkungen eines externen Review-Teams eingeflossen sind. Das unter Bericht 9 definierte Ziel, die allgemeine Datenstruktur und die Art der Inhalte wurden bei der Überarbeitung im Wesentlichen beibehalten, jedoch konkretisiert.


Bericht 11: Erläuterungen zur Revision des FEP-Kataloges
(Federführung DBE Technology)

Alle Aspekte der Revision des FEP-Katalogs werden in diesem Bericht zusammenfassend dargestellt und erläutert. Die Darstellung ist in „Allgemeine und methodische Aspekte“ und „Änderungen der FEP-Einträge“ gegliedert und enthält die Anmerkungen des Review-Teams (gesondert gekennzeichnet) und erläutert die vom Projekt-Team vorgenommene Behandlung der Anmerkungen im FEP-Katalog.


Bericht 12: Entwicklung und Test einer Methodik zur Ableitung eines Referenzszenarios
(Federführung BGR)

Der Bericht beschreibt die Methodik und die Ableitung des Referenzszenarios auf Basis der FEPs, die durch das ISIBEL-Projekt Phase 1 katalogisiert und in einer Datenbank organisiert wurden. Im Rahmen des Referenzszenarios wird eine möglichst große Gesamtheit von als wahrscheinlich anzusehenden Entwicklungen des Endlagersystems beschrieben. Im Bericht wird zunächst die Methodik erläutert, dann werden die relevanten FEPs sowie deren Verknüpfungen dargestellt. Das daraus abgeleitete Referenzszenario beschreibt die Entwicklung des Endlagers für die nächsten eine Million Jahre ab Verschluss des in mehrere Teilsysteme aufgegliederten Endlagers.


Bericht 13: Nachweis und Bewertung des Isolationszustandes „Sicherer Einschluss“
(Federführung GRS)

Ziel dieses Berichtes ist es unter Berücksichtigung der Gegebenheiten an einem Salzstock in der norddeutschen Tiefebene ein Konzept für den Nachweis des sicheren Einschlusses im Rahmen eines Langzeitsicherheitsnachweises zu erarbeiten und geeignete Indikatoren abzuleiten, mit denen er bewertet werden kann. Ein prinzipieller Test des Konzepts erfolgt anhand von Beispielrechnungen mit einem schematisierten hydraulischen Endlagermodell.


Bericht 14: Behandlung von Ungewissheiten im Langzeitsicherheitsnachweis für ein HAW-Endlager in Salzgesteinen
(Federführung GRS)

Ziel ist es, für die Standortauswahl und die Auslegung des Endlagers eine Reduzierung oder eine Vermeidung von Ungewissheiten zu erreichen. Anhand der Komponenten des im Projekt ISIBEL erstellten Sicherheits- und Nachweiskonzeptes wurde in diesem Bericht erarbeitet, wie mit Ungewissheiten in einem Langzeitsicherheitsnachweis für ein HAW-Endlager im Salzgestein umgegangen werden kann. Nicht vermeidbare Ungewissheiten werden im Bericht identifiziert und erläutert. Ergänzt wird die Zusammenstellung durch eine tabellarische Übersicht sicherheitsrelevanter Phänomene, deren Ungewissheiten ebenfalls zu behandeln sind. Für den Umgang mit vermeidbaren Ungewissheiten werden verschiedene Ansätze diskutiert. Eine wesentliche Aufgabe des Berichtes ist die Entwicklung einheitlicher und klarer Definitionen für die unterschiedlichen Komponenten des Nachweiskonzeptes, um die Transparenz zu erhöhen und Missverständnisse zu vermeiden. Die Ausarbeitung und Bewertung dieses auch international neuen systematischen Ansatzes für den Umgang mit Ungewissheiten wird in Nachfolgeprojekten weiter verbessert werden. Abschließend wird für den Umgang mit Ungewissheiten für ein Sicherheitsnachweiskonzept eines HAW-Endlagers im Salzgestein der weitere FuE-Bedarf abgeleitet.


Bericht 15: Vorgehensweise bei einem Safety-Case-Konzept für ein HAW-Endlager im Salinar
(Federführung GRS)

Unter dem Begriff Safety-Case wird gemäß einer Definition der OECD/NEA eine Zusammenstellung aller Erkenntnisse verstanden, die die Sicherheit eines Endlagers nach dessen Verschluss belegen: „A safety case for the post-closure phase of a geologic repository is a synthesis of evidence, analyses and arguments to quantify and substantiate that a repository will be safe after closure and beyond the time when active control of the facility can be relied upon.“ (aus: Post-closure Safety Case for Geological Repositories: Nature and Purpose, OECD/NEA Nuclear Energy Agency, Paris, France 2004.)
In diesem Bericht wird unter Safety-Case die Zusammenfassung aller Sicherheitsnachweise für die Phasen der Errichtung, des Betriebes und der Stilllegung des Endlagers (Nachweis der Betriebssicherheit) sowie für den Zeitraum nach dem Verschließen des Endlagers (Langzeitsicherheitsnachweis) verstanden. Betrachtet wird entsprechend der Ziele und Inhalte des Projektes ISIBEL die Zeit nach der Stilllegung des Endlagers. Der Safety-Case beinhaltet dabei verschiedene Elemente, die wiederum in mehrere Komponenten aufgeteilt sein können. Inhalt des Berichts ist die Erläuterung der einzelnen Elemente sowie der zugehörigen Komponenten und ein Vorschlag zu deren thematischer Strukturierung in einem Langzeitsicherheitsnachweis. Teil dieser Arbeit ist die Zuordnung der Elemente und Komponenten zu verschiedenen Themengebieten sowie eine Darstellung der hierarchischen Abhängigkeiten zwischen diesen.

Partner:

• DBE Technology GmbH (DBETec), Peine

• Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, Braunschweig