Es soll als Modellszenario ein repräsentativer regionaler Cluster unterschiedlicher CO2-Quellen (Zementindustrie, Kraftwerk etc.) betrachtet werden, dessen abgeschiedene CO2-Ströme verschiedene Begleitstoffe enthalten. Diese CO2-Ströme sollen in einem Pipelinenetz zusammengefasst transportiert und in einen geologischen Speicher injiziert werden. Für dieses Szenario soll ein mathematisches Gesamtmodell erstellt werden, das es erlaubt, für verschiedene CO2-Reinheiten und CO2-Strom-Mischungen verlässliche Aussagen zur Machbarkeit von Transport, Injektion und geologischer Speicherung zu treffen Es wird ein regionales Cluster definiert, in dem verschiedene CO2-Emmittenten hinsichtlich Massenstrom und Zusammensetzung variierende CO2-Ströme einspeisen. Auf dieser Basis kann ein mathematisches Gesamtmodell des Transportnetzes erstellt werden, welches z.B. Einspeisepunkte und -mengen enthält. Die technische Auslegung des Transportmodells ermöglicht dann Aussagen zu Druck- und Fließverhalten. Mit dem Transportnetzmodell werden verschiedene Szenarien der Einspeisung simuliert, so dass die Grenzen der Flexibilität des Netzes und der zugehörigen Peripherie ermittelt werden. Die Injektion setzt ebenfalls einzuhaltende Randbedingungen (Druckabfall, Auswirkungen bei Stillstand), so dass in einer ersten Stufe das thermodynamische Verhalten des CO2-Mix in der Bohrung berechnet werden und daraus schlussfolgernd Grenzen für die Gemischzusammensetzung und Volumenschwankungen definiert werden.
Im Vorhaben SUSE werden sicherheitsanalytische Untersuchungen zu Endlagersystemen in Kristallingesteinen durchgeführt. Diese Untersuchungen umfassen die Erarbeitung von Verschlusskonzepten, der Charakterisierung der Klüftung kristalliner Gesteine sowie die Durchführung hydrogeologischer Strömungs- und Transportberechnungen. In Abstimmung mit den russischen Kollegen werden zudem Laborexperimente zu den mechanischen Eigenschaften an geklüfteten, wieder mineralisierten Wirtsgesteinen sowie zum Radionuklid-Rückhaltevermögen an kristallinen Kernproben (Gneiss, Dolerit, Kluftminerale) aus dem Untersuchungsgebiet Yeniseysky in Russland durchgeführt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird das geologische Standortmodell für das Untersuchungsgebiet Yeniseysky aktualisiert und hinsichtlich des Kluft- und Störungszonennetzwerkes präzisiert. Auf dieser Grundlage werden mit den Programmen d3f++ und RepoTREND Strömungs- bzw. Transportmodelle aufgebaut und Berechnungen durchgeführt. Durch die Rechnungen können Aussagen über die Robustheit der Sicherheitsfunktionen gewonnen und damit Konsequenzen für die Langzeitsicherheit abgeschätzt werden. Die Planung gliedert sich in sechs Arbeitspakete: AP 1: Bemessung des geotechnischen Verschlusssystems AP 2: Gesteinseignungsklassifikationen als Positionierungskriterien für Dichtelemente, Bohrlöcher und Auffahrungen im Kristallin AP 3: Charakterisierung eines Kluft- und Störungszonennetzwerkes am Beispiel des Standortes Yeniseysky AP 4: Erhebung zusätzlicher Daten an Probenmaterial aus dem Gebiet Yeniseysky AP 5: Regionale 3D-Strömungs- und Transportmodelle AP 6: Bewertung und Dokumentation.
Grundlage des Projektes SUSE ist die 2001 zwischen dem früheren russischen Ministerium für Atomenergie Minatom (jetzt Rosatom) und dem BMWi getroffene Vereinbarung für eine deutsch-russische Kooperation zur internationalen Forschungs- und Entwicklungsarbeit hinsichtlich der Endlagerung hochradioaktiver Abfälle in Kristallingesteinen. In den vergangenen 15 Jahren wurden gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, die sich auf die Ergebnisse von Erkundungsarbeiten auf mehreren Kristallinstandorten im Nishnekansker Gebiet (nahe Krasnojarsk) stützen und sich seit 2006 auf Untersuchungen des Standortes Yeniseysky konzentrieren, durchgeführt. Im Vorhaben SUSE werden die sicherheitsanalytischen Untersuchungen zu Endlagersystemen in Kristallingesteinen am Standort Yeniseysky weitergeführt. Die Untersuchungen umfassen die Erarbeitung von Verschlusskonzepten, der Charakterisierung der Klüftung kristalliner Gesteine sowie die Durchführung hydrogeologischer Strömungs- und Transportberechnungen. In Abstimmung mit den russischen Kollegen werden zudem Laborexperimente zu den mechanischen Eigenschaften an geklüfteten, wieder mineralisierten Wirtsgesteinen sowie zum Radionuklid-Rückhaltevermögen an kristallinen Kernproben aus dem Untersuchungsgebiet durchgeführt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird das geologische Standortmodell für das Untersuchungsgebiet Yeniseysky aktualisiert und hinsichtlich des Kluft- und Störungszonennetzwerkes präzisiert.
Project abstract: This knowledge transfer project will be centered in the San Francisco valley in the South Ecuadorian Andes. However, the problem of abandoning pastures because of heavy infestation by weeds, in particular by bracken fern (Pteridium spec.), is a general issue in the tropical Andes. Pastures which have been abandoned for that reason amount meanwhile to 11Prozent of the area of the San Francisco valley. Infestation by bracken fern and shrubs is a consequence of the traditional use of fire for clearing of the natural forest and pasture management. Growth of both, bracken and woody weeds, is fostered by recurrent burning. In a 2-phase experiment on a heavily bracken-infested slope at c. 2000 m altitude, substantial control of the weed and subsequent pasture rehabilitation could be achieved. In the planned project, this procedure shall be scaled-up to farm level and the altitudinal range of repasturisation shall be extended from 1000 m to 2400 m altitude. To that end local farmers will put respective parts of their land to the projects disposal and public authorities will provide man-power. There are several challenges to be met: (i) Long-term bracken infestation has depleted the soils from nutrients, in particular P and N. Therefore targeted fertilization is needed for profitable grass productivity. (ii) Since bracken can never be completely eradicated, its regrowth must be suppressed by trampling, i.e. frequent grazing. A sustainable grazing management has to be developed which corresponds to soil fertility. (iii) The dominating pasture grass is the C4-type grass Setaria sphacelata. It is growing well in a warm climate but its competitive strength in the harsher climate above 2000 m is low. Bracken as a C3-type plant is less dependent on the temperature. To this adds that it occurs in 2 species in the area, one of which is an upland type. Thus the climate gradient over the elevational transect will influence the competitive strength of both competitors. Therefore the suitability of the traditional monoculture of this grass species for pasture rehabilitation shall be tested in the context of a comprehensive pasture management experiment which the farmers will be involved. (iv) A special problem is the high oxalate concentration in the growing parts of the Setaria leaves which can cause calcaemia in cattle. In a pot experiment which will be run in collaboration with a research team of the UTPL, feeding quality and toxicity of a monotonous diet of Setaria will be tested. Beside the experimental areas, demonstration sites will be installed where regular training workshops will be organized to encourage the farmers to apply the developed rehabilitation and management strategy to their own farms.
Ein erstes Teilziel ist es, die konzeptionellen Überlegungen zum Monitoring eines Endlagers in einer Steinsalzformation aus dem MoDeRn Projekt zu einem ganzheitlichen Monitoring-Konzept weiter zu entwickeln. Dieses Monitoring-Konzept soll dem aktuellen Sicherheits- und Nachweiskonzept aus der VSG und auch dem zeitlichen Verlauf des Einlagerungsprozesses Rechnung tragen. Ein zweites Teilziel ist die Neuentwicklung von Monitoring-Konzepten für ein Endlager in einer Tonformation in Deutschland. Diese Monitoring-Konzepte soll entwickelt werden auf der Basis des Monitoring Workflows, der im Rahmen des MoDeRn-Projektes erarbeitet wurde. Das Monitoring-Konzept soll so ausgerichtet sein, dass es möglich ist, im Zusammenspiel mit dem Einlagerungskonzept bzw. der zeitlichen Abfolge der Einlagerung, die Möglichkeiten und Grenzen einer Überwachung nach Verschluss des Endlagers noch während der Betriebsphase zu bewerten. Ein weiteres Teilziel ist die Entwicklung von sogenannten 'Trigger Values'. Das sind Werte von Messgrößen oder zeitliche Entwicklung von Messgrößen, die, wenn sie erreicht werden, darauf hindeuten, dass das Endlagersystem möglicherweise nicht mehr der erwarteten Entwicklung also dem 'Referenzszenario' entspricht. Es sollen mögliche Handlungsoptionen bei Erreichen von Trigger Values erarbeitet werden. Am Ende des Vorhabens soll eine Einschätzung hinsichtlich der Effektivität eines Monitoring-System gegeben werden unter Berücksichtigung des notwendigen technischen Aufwandes, der Unsicherheiten und Risiken sowie dem jeweiligen Informationsgewinn der als Grundlage für Entscheidungsprozesse dann zur Verfügung stehen wird. Das Vorhaben startet mit der Entwicklung von Monitoring-Konzepten. Anschließend werden synthetische Monitoring-Daten erzeugt, die sowohl die normale als auch alternative Entwicklungen von Endlagerkomponenten beschreiben. Auf dieser Basis werden dann mögliche Handlungsoptionen im Falle alternativer Entwicklungen abgeleitet und bewertet.
Vertiefte Untersuchung der Chancen und Risiken der Option Endlagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe in Tiefen Bohrlöchern in technischer und sicherheitstechnischer Hinsicht. Dabei sollen insbesondere die bisher getroffenen Annahmen und Randbedingungen in aktuellen Studien und Forschungsvorhaben im Ausland und Inland analysiert und bewerten werden. Mögliche Defizite sollen identifiziert sowie Lösungsansätze zu deren Verbesserung erarbeitet werden. Das Arbeitsprogramm beinhaltet dazu eine kritische Analyse der Eckpunkte der Endlageroption 'Tiefe Bohrlöcher' hinsichtlich der zu erfüllenden Anforderungen und getroffenen Annahmen. Dazu werden zunächst die getroffenen Annahmen und Anforderungen zusammengestellt und auf Plausibilität und Belastbarkeit im Sinne einer technisch-wissenschaftlichen Herangehensweise untersucht. Es wird dabei auch überprüft, inwieweit die getroffenen Annahmen und Randbedingungen mit den geltenden gesetzlichen Grundlagen und Verordnungen für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle und ausgedienter Brennelemente in Deutschland eingehalten sind.
Im BGR-Projektteil werden mögliche Auswirkungen von zeitlich variierenden CO2-Strom-Zusammensetzungen auf injektionsrelevante Prozesse im geologischen Speicher betrachtet. Zudem werden Prognosen zu möglichen Verformungen der Geländeoberfläche erstellt, die durch zeitlich variierende Injektionsströme und damit verbundene Druckentwicklungen im Untergrund bedingt werden. Dazu werden zum einen die Beeinflussung der Fluid-Gesteinswechselwirkungen durch wechselnde Begleitstoffe und die daraus resultierenden Veränderungen injektionsrelevanter Gesteinseigenschaften in unterschiedlicher Entfernung von der Injektionsbohrung anhand von Laborexperimenten und numerischen Modellberechnungen untersucht. Die experimentellen Untersuchungen umfassen sowohl Einlösungsversuche von CO2 und Begleitstoffen in wässrige Salzlösungen als auch Batch- bzw. Mixed-Flow- und Durchflussversuche. Zum anderen werden thermisch-hydraulisch-mechanisch gekoppelte Modellberechnungen zur Fluiddynamik und Druckentwicklung im Speicher durchgeführt, um damit die Beeinflussung der Gesteinsintegrität sowie die möglichen Verformungen der Geländeoberfläche abzuschätzen. Ziel des Verbundprojekts CLUSTER insgesamt ist es, Empfehlungen zu Kriterien für eine Einschränkung der Bandbreite und der Variabilität der CO2-Strom-Zusammensetzung sowie der Massenströme abzuleiten. Die Ergebnisse des BGR-Projektteils werden nicht direkt wirtschaftlich vermarktbar sein, da es sich um grundsätzliche generische Studien ohne konkreten Standortbezug handelt. Die im Verbundvorhaben erarbeiteten Empfehlungen zur Definition von Kriterien für 'Mindestzusammensetzungsschwellen' und zur Ableitung entsprechender Schwellenwerte sollen Behörden, Politik und Unternehmen fundierte Grundlagen für Konzepte zu (über-)regionalen CO2-Pipelinenetzen liefern. Die Empfehlungen sollen in die laufenden CCS-Normungsprozesse eingebracht werden und die Erstellung technischer Regelwerke unterstützen.
Teilprojekte AP 3.4.4 'Radionuklidquellterme für verschiedene Entsorgungsoptionen' und AP 3.4.5 'Individuelle Dosimetrie für Beschäftigte in Entsorgungsanlagen'.1.Ziel: AP 3.4.4: Radionuklidquellterme für Endlager für hochradioaktive Abfälle (HAW) in Steinsalz und Tongestein sowie für Langzeitzwischenlager werden zusammengestellt und verglichen. AP 3.4.5: Bewertung der möglichen individuellen radiologischen Belastung von Beschäftigten im Falle von Endlagerkonzepten mit der Option Rückholbarkeit und bei der Langzeitzwischenlagerung von HAW durch Simulation von Strahlenfeldern und individueller Tätigkeitsabläufe. 2. Arbeitsplanung: AP 3.4.4; Nach der Abstimmung von Szenarien und Randbedingungen werden Radionuklidquellterme für generische tiefengeologische Endlager im Steinsalz und Tongestein festgelegt. Radionuklidquellterme aus den verschiedenen Lagerkonzepten werden verglichen und zusammen mit den Informationen aus geochemischer Ausbreitungsmodellierung mit Biosphärenmodellen zusammengeführt. AP 3.4.5: Nach der Erstellung von Modellen generischer Endlager mit der Option Rückholbarkeit bzw. von Langzeitzwischenlager und der Zusammenstellung von Daten zu Behältern mit HAW werden repräsentative Strahlenfelder simuliert. Dosimetriemodelle für typische Arbeitsabläufe werden erstellt, daraus individuelle Dosisbeiträge modelliert und Optimierungsvorschläge für den Strahlenschutz in HAW-Lagern vorgeschlagen.
Von Seiten des russischen Projektpartners ist geplant, ein oberflächennahes Endlager in der Region Sosnovy Bor innerhalb einer Tonsteinformation zu errichten. Das Endlager soll für schwach- und mittelaktive Abfälle Verwendung finden. Die angedachte Wirtsformation liegt in einer Tiefe von etwa 100 m und ist von zwei Grundwasserleitern im Hangenden und Liegenden eingeschlossen. Der Hauptzugang zum Endlager soll über eine Rampe erfolgen. Im Rahmen dieses Vorhabens soll eine Sicherheitsanalyse erarbeitet werden, anhand derer die sicherheitstechnische Bewertung des geplanten Standortes vorgenommen werden kann. Als erstes wird ein Review der geologischen Gesamtsituation durchgeführt. Darauf aufbauend soll ein geologisches Standortmodell erstellt werden, das als Grundlage sowohl für die Entwicklung eines Verschlusskonzeptes, als auch für die Prognose der geologischen Langzeitentwicklung dient. Ausgehend von der Strukturierung des FEP-Kataloges, der im FuE-Vorhaben AnSichT erarbeitet wurde und dem OECD-NEA-Katalog, soll ein für die Region spezifischer FEP-Katalog entworfen und die Prozesse selektiert werden, die für eine Endlagerung in den Tonsteinformationen der Region relevant sind. Es wird die Konsistenz und Plausibilität der in Sicherheitsbetrachtungen getroffenen Annahmen und Randbedingungen mit dem technisch Realisierbaren überprüft und eine Vorgehensweise für die Behandlung von FEPs und Szenarien entwickelt, die nicht auf deren Phänomenologie, sondern auf die Führung eines Sicherheitsnachweises ausgerichtet ist. Um alle relevanten FEPs identifizieren zu können, bedarf es eines Einlagerungskonzeptes sowie eines Verfüll- und Verschlusskonzeptes, das im Rahmen dieses Vorhabens entwickelt werden soll. Abschließend soll mittels Berechnungen zur Radionuklidausbreitung die Isolationswirkung der Gesamtsystems bestehend aus der geologischen und den geotechnischen Barrieren analysiert und bewertet werden.
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