A) Problemstellung: Die Abscheidung und Speicherung von CO2 (CCS) aus industriellen Anlagen stellt ein mögliches Instrument zur Minderung des globalen Klimawandels dar. Staaten mit entsprechenden Lagekapazitäten und Kraftwerksbetreiber sehen CCS als eine wirtschaftlichere Maßnahme an, so dass mit dem Einsatz, der ab 2020 im Großmaßstab möglich sein wird, zu rechnen ist. Der Einsatz dieser Technik birgt bei der Speicherung durch mögliche Beifügung giftiger Zusatzstoffe oder Austritt von CO2 erhebliche Umweltrisiken. Als ökologisch sinnvolle Speicher kommen vor allem ausgebeutete Erdgas- oder Erdöllagerstätten sowie saline Aquifere unter dem Meeresboden oder unter dem Festland in Betracht. In beiden Fällen können Leckagen erhebliche Umweltrisiken nach sich ziehen. B) Handlungsbedarf: Um die deutschen Klimaziele zu erreichen, sollen auch die Möglichkeiten von CCS geprüft werden. Dazu müssen die rechtlichen und sicherheitstechnischen Rahmenbedingungen festgelegt werden. C) Ziel des Vorhabens: In einer Studie sollen die vorhandenen fachlichen Anforderungen ihr CCS vertieft begründet und weitere abgeleitet werden. Es sollen geeignete materielle Standards entwickelt werden sowie Anforderungen an Überwachung und Begleitforschung. Weiterhin sollen Vorschläge erarbeitet werden, wie die 'zivilrechtliche' Haftung sichergestellt werden kann Es sind zum Schutz der Meeresumwelt Anforderungen ihr CCS abzuleiten. Darauf aufbauend ist zu überprüfen, wie diese Anforderungen in das internationale (London- und OSPAR-Übereinkommen) und nationale(Berg-/Abfallrecht) Regelungsregime einzupassen sind. Es sollen geeignete materielle Standards entwickelt werden, sowie Anforderungen an die Überwachung und die Begleitforschung. Es muss geklärt werden, wie - angesichts der erforderlichen Speicherzeiträume und ggf. von Speicherformationen, die außerhalb der Hoheitsgewässer liegen - die 'zivilrechtliche' Haftung sichergestellt werden kann, ob und unter welchen Bedingungen den Staat eine Ausfallhaftung treffen sollte. Ein weiteres bislang nicht geklärtes Problem ist die Anerkennung von CCS-CO2- Emissionsminderungsmaßnahmen im Rahmen der Klimaschutzkonvention sowie beim Emissionshandel.
Die Beurteilung der Langzeitsicherheit von UTD im Salzgebirge setzt fundierte Kenntnisse ueber das Verformungs- und Bruchverhalten der Grubenbaue voraus. Bisher wurden UTD ausschliesslich in Salzgesteinen vom Typ Steinsalz angelegt, dessen duktiles Verhalten in umfangreichen Untersuchungen aufgeklaert ist. In juengster Zeit nimmt jedoch die Nutzung von Gruben fuer die Verbringung von gefaehrlichen Abfaellen/Reststoffen zu, in denen Carnallit grossflaechig aufgeschlossen ist, dessen Sproedbruchneigung eine voellig andersartige Auswirkung auf Stabilitaet und Barriereintegritaet, insbesondere im Zusammenhang mit dynamischen Prozessen (z.B. Gebirgsschlaegen) haben kann. Das Vorhaben hat zum Ziel, fuer solche Gruben mit Carnallitaufschluessen Rechenmodelle und Kriterien fuer Aussagen zur Langzeitsicherheit (Stabilitaet, Integritaet der Barrieren, Einschluss des Einlagerungsgutes, Stoerfallzenarien) bereitzustellen. Es umfasst Modellentwicklung, Aufarbeitung vorhandener Daten zur Modellvalidierung und Laboruntersuchungen zur Ableitung von Stoffgesetzen.
Das Forschungsvorhaben ist abgeschlossen. Die durchgefuehrten Untersuchungen hatten das Ziel, die in den oestlichen Bundeslaendern in der Vergangenheit und gegenwaertig betriebenen Sonden, Kavernen und Schaechte zur Einleitung von Abwaessern und fluessigen Abfaellen in den tieferen Untergrund zu erfassen, hinsichtlich der versenkten Abfallarten zu analysieren und die geologischen Gegebenheiten unter dem Aspekt des Gefaehrdungspotentials fuer Grund- und Tiefenwaesser sowie fuer die Biosphaere zu bewerten. Insgesamt wurden 29 Standorte mit einer Vielzahl von Versenkbohrungen sowie eine Kaverne und zwei Schaechte untersucht. Bei den Abwaessern und fluessigen Abfaellen handelt es sich um ca. 5,5 Mio m3 Industrieabwaesser, 7,2 Mio m3 Formationswaesser der KW-Industrie, 0,3 Mio m3 kuenstliche Sole der Kavernensolung, 5,6 Mio m3 Geothermiewaesser und 333 Mio m3 Salzabwaesser der Kaliindustrie. Die Versenkung von Industrieabwaessern wurde inzwischen eingestellt. Formationswaesser der KW-Industrie werden noch in 8 Sonden versenkt. Fuer die Reinjektion von Geothermiewaessern werden 5 Sonden und fuer die Versenkung kuenstlicher Sole werden 4 Sonden genutzt.
Die bei den Sicherheitsnachweisen fuer ein Endlager einzusetzenden Rechenprogramme muessen ueberprueft und verifiziert und im Hinblick auf die Erfordernisse eines realen Endlagersystems ausgelegt sein. Dieses Projekt dient der Anwendung des weiterentwickelten Instrumentariums fuer Langzeitsicherheitsanalysen, wie es in dem begleitenden Vorhaben zur Weiterentwicklung des Rechenprogramms EMOS erarbeitet wird. Darueber hinaus dient es der Untersuchung neuentstandener Fragestellungen zur Technik der Einlagerung von Abfaellen, der Verfuellung des Endlagers und der Strategie der Entsorgung. Als Untersuchungsobjekt wird ein hypothetisches endlager im Salzgestein mit hochaktiven radioaktiven Abfaellen betrachtet, die entweder als verglaster Abfall oder als abgebrannter Brennstoff ins Endlager gelangen. Als Ergebnis der Untersuchungen sollen die einzelnen Varianten im Hinblick auf die Langzeitsicherheit des Endlagers bewertet werden.
Im Rahmen des FuE-Vorhabens wurden neue Erkenntnisse aus nationalen und internationalen Arbeiten ueber wichtige Effekte und Ablaeufe, die im Rahmen eines Langzeitsicherheitsnachweises fuer Endlager von Relevanz sind, aufbereitet und ausgewertet. Darauf auf bauendend wurden Modellansaetze und Daten dem aktuellen Stand der Forschung angepasst und das sicherheitsanalytische Instrumentarium weiterentwickelt. Wichtige sicherheitsrelevante Fragestellungen wurden identifiziert und notwendiger FE-Bedarf aufgezeigt. Im Rahmen des Projekts wurden verschiedene Schwerpunktthemen bearbeitet. Die dabei erzielten Ergebnisse und Arbeitsfortschritte stellen sich wie folgt dar. Es wurden - neue Beziehungen zur Beschreibung der Permeabilitaet von Salzgrus bzw. der Permeabilitaet von Auflockerungszonen in Langzeitsicherheitsanalysen auf Basis aktueller Forschungsergebnisse abgeleitet. Die experimentellen Ergebnisse .Wechselwirkungen von Actinoiden mit Huminstoffen ausgewertet und daraus Eingangsparameter zur Beschreibung des kolloidgetragenen Transports mit dem Rechenprogramm TRAPIC abgeleitet. - Ein vollstaendiges Instrumentarium fuer Langzeitsicherheitsanalysen fuer Endlager fuer radioaktive Abfaelle im Hartgestein entwickelt und eine erste Langzeitsicherheitsanalyse durchgefuehrt. Diese Arbeiten wurden im Rahmen des Projektes 'Spent Fuel Performance Assessment' partiell von der Europaeischen Union unterstuetzt. - Eine Statusanalyse internationaler Arbeiten zur Beruecksichtigung zukuenftiger Entwicklungen der hydrologischer klimatischen und geologischen Verhaeltnisse in Langzeitsicherheitsanalysen begonnen. Internationale Studien zu Natuerlichen Analoga verfolgt und die Ergebnisse zu geochemischen Fragestellungen zusammengestellt und ausgewertet.
In der Literaturstudie wird auf der Grundlage geologischer Aufnahmen, bergmaennischer Aufschluesse sowie eigener uebermittelter Erfahrungen und Dokumentationen die Ausbildung und Lagerung des Hauptanhydrits beschrieben. Gleichzeitig werden die im Hauptanhydrit in den Kalisalzgruben auftretenden Salzloesungen und Gase geologisch und geochemisch beurteilt. Fuer die Bewertung der Langzeitsicherheit von Endlagern in Salzformationen mit Hauptanhydrit laesst sich nachweisen, dass die Salzloesungs- und Gasaustritte an spezielle geologisch-hydraulische und geomechanische Voraussetzungen gebunden sind. Die zielgerichtete Nutzung der Ergebnisse traegt zu einer Gewaehrleistung der Bergbausicherheit in der Betriebs- und Nachbetriebsphase eines Endlagers bei.
Vor der Einrichtung eines Endlagers fuer chemisch-toxische Abfaelle muessen die im Grubengebaeude waehrend der Betriebs- und Nachbetriebsphase der Deponie zu erwartenden Gebirgsverformungen prognostiziert werden, um eine Beurteilung seiner Langzeitsicherheit zu ermoeglichen. Das geschieht durch Modellrechnungen, die durch Messungen am Standort validiert werden. Das beabsichtigte Vorhaben soll unter realitaetsnahen Bedingungen durchgefuehrt werden, d.h. es findet Gewinnungsbergbau in einem der Deponie benachbarten Feldesteil statt. Fuer die Messungen werden hochaufloesende Strainmeter eingesetzt. Damit koennen z.B. die durch normale Sprengarbeiten verursachten Pfeilerstauchungen noch in 500 m Herdentfernung gemessen werden. Das Vertikalstrainmeterarray liefert statt einer einzigen Verteilung der belastungsbedingten Gebirgsverformungen viele derartige Verteilungen mit unterschiedlichen Herdlagen und Ereignisstaerken. Das ist vorteilhaft fuer die Schaffung zuverlaessiger Standardmodelle, weil diese um so sicherer werden, je haeufiger sie an Faellen mit unterschiedlicher Lastverteilung geprueft werden.
Zielsetzung ist die Bereitstellung analytischer Methoden und Daten zum Nachweis der Langzeitsicherheit von Anlagen zur Untertageverbringung bergbaufremder Rueckstaende in dauerhaft offenen Grubenraeumen des Festgesteins. Dazu wurden Daten zu Rueckstaenden und zu geologischen Formationen erhoben. Nicht verfuegbare Daten, z.B. zur Gesteinsdurchlaessigkeit und zur Schadstoffmobilisierung, wurden durch in situ- und Laboruntersuchungen ermittelt. Vorhandene Rechenprogramme zur Modellierung des Grundwassers- und Stofftransportes wurden, z.B. zur Modellierung der Kluftwasserstroemung, angepasst und weiterentwickelt. Die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden und Modelle wurden an Modellstandorten nachgewiesen. Die Untersuchungen zur Untertageverbringung bergbaufremder Rueckstaende wurden schwerpunktmaessig fuer den Steinkohlebergbau und den Erzbergbau gefuehrt. Auf der Grundlage dieser Arbeiten konnte ein Instrumentarium bereitgestellt werden, mit dessen Hilfe der Langzeitsicherheitsnachweis fuer Bergwerke mit Abfallversatz auf wesentlich verbesserter Basis gefuehrt werden kann.
Im Rahmen des FE-Vorhabens werden alle fuer die Sicherheitsanalyse des Endlagers relevanten FE-Arbeiten auf der Grundlage des vom technischen Ausschuss Sicherheitsanalyse Endlagerung in 1988 verabschiedeten Rahmenplans in Abstimmung mit den bearbeitenden Institutionen und dem Bundesamt fuer Strahlenschutz fachlich strukturiert und geplant. Die durchzufuehrenden Arbeiten werden fachlich koordiniert. Die erzielten Ergebnisse werden im Hinblick auf die fortschreitende Konzeptplanung des BfS fuer das Bundesendlager und die Erkenntnisse aus der untertaegigen Erkundung des Salzstockes Gorleben auf ihre spaetere Anwendbarkeit im Rahmen einer standortspezifischen Sicherheitsanalyse ueberprueft und bewertet. Dies gilt insbesondere fuer die Arbeiten zur Bestimmung der Migrations- und Rueckhalteeffekte in den Barrieresystemen des Endlagers fuer langzeitrelevante Radionuklide und die Untersuchung der Durchlaessigkeitseigenschaften dieser Barrieren.
Zum Nachweis des sicheren Einschlusses von Schadstoffen in tiefen geologischen Formationen sind fuer ein Planfeststellungsverfahren standortspezifische Sicherheitsanalysen notwendig. In ihnen werden das Verhalten des Gesamtsystems und insbesondere moegliche Transportvorgaenge der eingelagerten Schadstoffe beschrieben. Bei einem Endlager im Salz sind merkliche Schadstofftransporte nur unter Stoerfallbedingungen zu erwarten, bei denen Waesser als Transportmedium bis an die Abfaelle gelangen. Fuer die relevanten Stoerfallszenarien ist das Verhalten des Endlagersystems in den Sicherheitsanalysen fuer die Nachbetriebsphase zu beschreiben. Im Rahmen des Vorhabens werden die dazu erforderlichen Instrumentarien weiterentwickelt und deren Anwendbarkeit demonstriert. Anwendungsrechnungen sind ausserdem dazu geeignet, die experimentellen Untersuchungen im Labor und in situ sowie die theoretischen Analysen von Einzeleffekten auf sicherheitsrelevante Fragestellungen auszurichten.
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