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Überprüfung des perkolationsgetriebenen Transports von Fluiden im Wirtsgestein Steinsalz unter relevanten Bedingungen für ein Endlager (PeTroS) – Vorhaben 4717E03250

Das Forschungsvorhaben PeTroS befasst sich mit den Durchlässigkeitseigenschaften von Steinsalz bei hohen Drücken und Temperaturen. Hinblick auf experimentell und konzeptionell gesicherte Dichtheits- bzw. Integritätskriterien gegenübergestellt. Steinsalz verliert seine Integrität danach unter zwei Bedingungen: Falls durch mechanische Schädigung mit Volumenzuwachs Porosität erzeugt wird (Dilatanzkriterium) oder falls der angreifende Fluiddruck größer ist als die minimale Hauptspannung, so dass Fluide sich Wegsamkeiten entlang der Korngrenzen schaffen können (druckgetriebene Perkolation, Minimalspannungskriterium). Die Kriterien werden durch Versuche in Labor und situ, Beispiele aus dem weltweiten Salz- und Kalibergbau und der Endlagerung sowie natürliche und technische Analoga unterlegt. Es existieren allerdings Druck- und Temperaturbereiche, die zwar potentiell endlagerrelevant sind und in denen gemäß der static pore-scale theory (Lewis, Holness 1996; Ghanbarzadeh et al. 2015) hohe Permeabilitäten vorliegen sollten, die aber bisher nicht experimentell untersucht worden sind. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurde die Durchlässigkeit von Proben aus natürlichem Steinsalz mit Stickstoff und Salzlösung geprüft. Die Versuche umfassten Temperaturen von 140°C bis 180°C und Drücke von 18 MPa bzw. 36 MPa. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte Permeabilität, wie sie aufgrund eines verbundenen Porennetzwerkes zu erwarten wäre, nicht nachzuweisen ist. Hingegen wird die druckgetriebene Perkolation auch im betrachteten Bereich als wesentlicher Mechanismus bestätigt, so dass auch die experimentelle Evidenz für die deformationsgetriebene Perkolation in Frage gestellt ist.

Markt für Chlor, gasförmig

technologyComment of chlor-alkali electrolysis, diaphragm cell (RER): In the diaphragm process, all reactions take place in only one cell. A diaphragm is used to separate the feed brine (anolyte) and the chlorine formed at the anode from the sodium hydroxide containing solution (catholyte) and the hydrogen formed at the cathode. Without the diaphragm being present during electrolysis, chlorine and hydrogen would form an explosive mixture and sodium hydroxide and chlorine would react to form sodium hypochlorite (NaOCl). Diaphragms used to be made from asbestos but up-todate technology allows for asbestos-free polymer-based diaphragms. Purified brine is fed to the anode compartment and percolates through the diaphragm into the cathode compartment. The percolation rate is controlled by a difference in liquid level between both compartments. At the anodes (metal oxide coated titanium), chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Cathodes, where water decomposition takes place, are made of activated carbon steel. Catholyte leaving the cell, also called cell liquor, is a mixture of 10-12 wt.-% sodium hydroxide and 15-17 wt.-% sodium chloride in water. This solution is usually evaporated to 50 wt.-% NaOH. In this process, simultaneously most of the salt is removed by precipitation to a final residual of 1 wt.-%. The resulting salt is typically recirculated to brine preparation. The advantage of diaphragm cells is that the quality requirements for the brine and the electrical energy consumption are low. Disadvantageous are the high amount of thermal energy necessary for sodium hydroxide concentration and the comparably low quality of the produced sodium hydroxide and chlorine. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, membrane cell (RER): In the membrane cell process, the anode and cathode compartments are separated by a perfluoropolymer cation-exchange membrane that selectively transmits sodium ions but suppresses the migration of hydroxyl ions (OH-) from the catholyte into the anolyte. Saturated brine flows through the anode compartment, where chlorine gas is produced at the anode. The electric field in the electrolysis cell causes hydrated sodium ions to migrate through the membrane into the cathode compartment. The cathode compartment is fed with diluted sodium hydroxide solution. Water is electrolysed at the cathode releasing gaseous hydrogen and hydroxyl ions, which combine with the sodium ions and thus increase the concentration of sodium hydroxide in the catholyte. Typically, the outlet concentration of sodium hydroxide is around 32 wt.-%. A part of the product stream is diluted with demineralised water to about 30 wt.-% and used as catholyte inlet. In some units, a more diluted 23 wt.-% NaOH solution is produced. In these cases, the inlet concentration is adjusted to 20-21 wt.-%. Usually the NaOH solution is evaporated to the marketable concentration of 50 wt.-% using steam. Depleted brine leaving the anode compartment is saturated with chlorine and is therefore sent to a dechlorination unit to recover the dissolved chlorine before it is resaturated with salt for recirculation. The advantages of the membrane cell technique are the very high purity of the sodium hydroxide solution produced and the comparably low energy demand. Disadvantages comprise the high requirements on brine purity, the need for sodium hydroxide evaporation to increase concentration, and the comparably high oxygen content in the produced chlorine. In general, multiple cell elements are combined into a single unit, called electrolyser, of whom the design can be either monopolar or bipolar. In a monopolar electrolyser, the anodes and cathodes of the cells are connected electrically in parallel, whereas in the bipolar design, they are connected in series. Therefore, monopolar electrolysers require high current and low voltage, whereas bipolar electrolysers require low current and high voltage. Since bipolar systems allow higher current densities inside the cells, investment and operating costs are usually lower than for monopolar systems. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, mercury cell (RER): The mercury cell process comprises an electrolysis cell and a decomposer. Purified and saturated brine (25-28 wt.-% NaCl in water) is fed to the electrolysis cell on top of a film of mercury (Hg) flowing down the inclined base of the cell. The base of the cell is connected to the negative pole of a direct current supply forming the cathode of the cell. Anodes consisting of titanium coated with oxides of ruthenium and titanium are placed in the brine without touching the mercury film. At the anodes, chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Due to a high overpotential of hydrogen at the mercury electrode, no gaseous hydrogen is formed; instead, sodium is produced and dissolved in the mercury as an amalgam (mercury alloy). The liquid amalgam is removed from the electrolytic cell and fed to a decomposer, where it reacts with demineralised water in the presence of a graphite-based catalyst to form sodium hydroxide solution and hydrogen. The sodium-free mercury is recirculated back into the cell. Cooling of hydrogen is essential to remove any water and mercury. The sodium hydroxide solution is very pure, almost free from chloride contamination and has usually a concentration of 50 %. Further treatment comprises cooling and removal of catalyst and mercury traces by centrifuges or filters. Advantages of the mercury cell process are the high quality of chlorine and the high concentration and purity of sodium hydroxide solution produced. The consumption of electric energy for electrolysis is, however, higher than for the other techniques and a high purity of the feed brine is required. Inherently, the use of mercury gives rise to environmental releases of mercury. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of potassium hydroxide production (RER): Potassium hydroxide is manufactured by the electrolysis of potassium chloride brine in electrolytical cells. Hydrogen and chlorine are withdrawn from the cell. The rest of the reaction mixture contains KOH, water, and unreacted potassium chloride. This reaction mixture is then concentrated in an evaporator. Most of the potassium chloride crystallizes by evaporation, and is recycled. After evaporation, the potassium hydroxide is precipitated. Potassium hydroxide, chlorine and hydrogen are obtained from potassium chloride brine according to the following reaction: 2 KCl + 2 H2O -> 2 KOH + Cl2 + H2 Reference: Jungbluth, N., Chudacoff, M., Dauriat, A., Dinkel, F., Doka, G., Faist Emmenegger, M., Gnansounou, E., Kljun, N., Schleiss, K., Spielmann, M., Stettler, C., Sutter, J. 2007: Life Cycle Inventories of Bioenergy. ecoinvent report No. 17, Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, CH. technologyComment of sodium chloride electrolysis (RER): Sodium chloride electrolysis

Influence of flow rate and particle size on local equilibrium in column percolation tests using crushed masonry

Column leaching tests are frequently used and accepted for investigation of release of hazardous substances from solid materials. Independent of differences due to the field of application or national regulations, column tests assume that local equilibrium is established in the experiment which facilitates transfer of results to field conditions. In the process of harmonization and standardization within Europe the question on the influence of flow rate and grain size distribution on the local equilibrium was raised. Thus, a set of experiments using two different masonry materials with varying grain size distribution and flow rate were conducted including stop/flow experiments. Results are compared to a numerical model which takes intraparticle pore diffusion-controlled release of Mo and V into the percolating water into account. Due to the relatively high intraparticle porosity of the materials (24-29%) data and model indicate that initially equilibrium-state conditions prevail followed by rapidly decreasing concentrations. The model fits data for Mo and V reasonably well; however, after the initial decline of concentrations (at L/S>2) extended tailing is observed especially of elements occurring as oxides, which is not captured by the model. © 2020 Springer Nature Switzerland AG

GRJ4 - modèle du Génie Rural à 4 paramètres Journalier

Empirisches Modell zur Abflusssimulation, Hochwasserabschätzung, Hoch- und Niedrigwasservorhersage sowie der Detektion von Trends. Das Modell mit Abspeicherungsstruktur ist untergliedert in ein Produktions- und ein Transfermodul. Im Produktionsmodul sind ein Abspeicherungsabschnitt, ein Speicher für die Bodenfeuchtebilanzierung (SMA) sowie eine Funktion zum Wasseraustausch enthalten. Das Transfermodul beinhaltet eine Perkolation vom SMA-Speicher, eine konstante volumetrische Aufspaltung des effektiven Niederschlags in eine direkte und eine indirekte Abflusskomponente, zwei Abflussganglinien sowie einen nichtlinearen Leitungsspeicher. Modellinput sind Tageszeitreihen von potenzieller Evapotranspiration und Niederschlag im Einzugsgebiet, als Modelloutput wird der tägliche Abfluss generiert. Zeitliche Einheit in Tagen, kürzere Zeitschritte möglich durch Modifikation einiger Modellparameter.

GRJ5 - modèle du Génie Rural à 5 paramètres Journalier

Empirisches Modell zur Abflusssimulation, Hochwasserabschätzung, Hoch- und Niedrigwasservorhersage sowie der Detektion von Trends. Das Modell mit Abspeicherungsstruktur ist untergliedert in ein Produktions- und ein Transfermodul. Im Produktionsmodul sind ein Abspeicherungsabschnitt, ein Speicher für die Bodenfeuchtebilanzierung (SMA) sowie eine Funktion zum Wasseraustausch enthalten. Das Transfermodul beinhaltet eine Perkolation vom SMA-Speicher, eine konstante volumetrische Aufspaltung des effektiven Niederschlags in eine direkte und eine indirekte Abflusskomponente, zwei Abflussganglinien sowie einen nichtlinearen Leitungsspeicher. Modellinput sind Tageszeitreihen von potenzieller Evapotranspiration und Niederschlag im Einzugsgebiet, als Modelloutput wird der tägliche Abfluss generiert. Zeitliche Einheit in Tagen, kürzere Zeitschritte möglich durch Modifikation einiger Modellparameter.

Investigating the ecotoxicity of construction product eluates as multicomponent mixtures

Background The release of hazardous compounds from construction products can harm human health and the environment. To improve the sustainability of construction materials, the leaching of substances from construction products and their potential environmental impact should be assessed. Twenty-seven construction products from different product groups were examined with a combination of standardized leaching tests (dynamic surface leaching test and percolation test) and biotests (algae, daphnia, fish egg, luminescent bacteria, umu and Ames fluctuation tests). To identify the released substances, extensive qualitative and quantitative chemical analyses were performed, including gas chromatographic and liquid chromatographic screening techniques. Results Many of the tested eluates caused significant ecotoxic effects. Particularly high ecotoxicities were observed for grouts (lowest ineffective dilution (LID) up to 16384) and cork granules (LID up to 24578). The results of ecotoxicity tests allow the prioritization of the eluates that should be subjected to detailed chemical analyses. Organic screening by different methods and ranking the identified substances based on recorded hazard classification is a suitable approach to identify the relevant toxic substances. Conclusions Determining the ecotoxicity of eluates from construction products records the summary effect of all leachable substances. This instrument is especially useful for construction products of complex and largely unknown composition. The ecotoxicological and the chemical-analytical approach complement each other in an ideal way to characterize the potential hazard of eluates from construction products and to identify the environmentally hazardous components in these eluates. Our results confirm that the proposed harmonized methods for testing eluate toxicity are an adequate and applicable procedure to move toward a more sustainable way of building and to reduce toxic effects of construction products in their use phase in the environment. © The Author(s) 2023

Remobilization of sterically stabilized silver nanoparticles from farmland soils determined by column leaching

The increasing application of silver (Ag)-engineered nanoparticles (ENP) will enhance their release to the aquatic and terrestrial environments. Hence, the retention potential of the sterically stabilized Ag ENP (AgNM-300k, Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD)) standard material was tested in a sandy Cambisol and in a clay- and silt-rich Luvisol. In addition, the remobilization potential of the same soils spiked with AgNM-300k was investigated in columns after 3 and 92?days of incubation. The AgNM-300k dispersion and the soil solutions were examined with dynamic light scattering (DLS). Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) were used to analyse soils and soil solutions subjected to different digestion and extraction techniques (aqua regia, nitric acid (HNO3) and EDTA (ethylenediamninetetraacetate)). The 24-hour batch test showed a 10-fold greater retention coefficient for AgNM-300k in the silt- and clay-rich Luvisol than in the sandy Cambisol. In addition, all applied extraction techniques indicate a greater potential for mobility of Ag ENP for the sandy Cambisol. However, a small release from the column of AgHNO3 (measured Ag content in the fraction <?0.45?Ţm after HNO3 digestion) was observed after 3 as well as after 92?days of incubation for both soils. The largest amount of Ag was released from the Cambisol during the first percolation step (water:soil ratio?=?1?l?kg-1) after the soil was incubated for 3?days. This AgHNO3 release corresponded to approximately 1% of the total amount of Ag in the soil column. The correlation obtained between released AgHNO3 and AlHNO3 suggests that even the Ag released at small concentrations is associated with soil colloids. Thus, hetero-aggregation is a potentially important process controlling retention.Quelle: Verlagsinformation

Protokoll der internen Sitzung vom 25.01.2023

Planungsteam Forum Endlagersuche Datum: 21.02.2023 __________________________________________________________________________ Protokoll Interne Sitzung Mittwoch, 25.01.2023, 18:00 - 21:00 Uhr Teilnehmende: Dr. Daniel Lübbert, Prof. Dr. Anne-Dore Uthe, Asta von Oppen, Andreas Fox, Heiko Schaak, Asta Haberbosch, Oliver Helten, Farras Fathi, Eva Bayreuther, Bettina Gaebel Lisa Seidel, Dagmar Dehmer (BGE mbH) Prof. Dr. Miranda Schreurs (NBG) Evelyn Bodenmeier, Ina Stelljes, Dr. Monika Arzberger Franziska Schulzeck (Gast, Abt. A), Marie Weißleder (technische Assistenz) (BASE) Moderation:Gisela Wachinger (pro re) Protokoll:Aline Werner, Susanne Ziefle (pro re) Inhalt TOP 1 – Begrüßung .............................................................................................................. 1 TOP 2 – Workshop Grenztemperatur .................................................................................... 2 TOP 3 – Jahresplanung 2023 ................................................................................................ 4 TOP 4 – Protokoll des Workshops am 13.01.2023 ................................................................ 5 TOP 5 – Bildung von Arbeitsteam ......................................................................................... 5 TOP 6 - Öffentliche PFE Sitzung ........................................................................................... 6 TOP 7 – Verabschiedung der Protokolle................................................................................ 6 TOP 8 – Verabschiedung ...................................................................................................... 6 TOP 1 – Begrüßung Die Moderatorin Frau Wachinger eröffnete die interne PFE Sitzung mit einem kurzen Rückblick auf die von pro re moderierten Sitzungen seit Oktober 2022. • • • • Start mit der internen PFE-Sitzung am 26. Oktober 2022: Erarbeitung der Rahmenbedingung der Moderation auf der Basis der Geschäftsordnung des PFE. 23. November 2022: Interne Sitzung zur Zusammenarbeit im PFE 30. November 2022: Öffentliche Sitzung zur Qualitätssicherung der BGE und des BASE 09. November 2022: Außerordentliche interne Klärungs-Sitzung Bei Fragen melden Sie sich gerne unter: beteiligung@base.bund.de oder +49 30 184321 - 0 1 Planungsteam Forum Endlagersuche Datum: 21.02.2023 • • 16./17. Dezember 2022: Klausurtagung zur Erarbeitung des Terminplans für 2023 Vorbereitung und Durchführung des Workshops „Zeitbedarf und Zeitplanung der Standortsuche“ (13. Januar 2023) Die interne PFE-Sitzung am 25.01.2023 ist die Abschlusssitzung mit dem Moderationsteam von pro re und bildet somit auch eine organisatorische Sitzung mit einem stringenten Zeitplan. Vertiefte inhaltliche Bearbeitung von Tagesordnungspunkten müsste ggf. PFE intern im Nachgang geklärt werden. Eventuell können Aufgaben in die Arbeitsteams abgegeben werden. Frau Schütte ist terminlich verhindert, daher entfällt das Graphic Recording. TOP 2 – Workshop Grenztemperatur Frau Stelljes führt Frau Schulzeck aus der Abteilung Aufsicht des BASE in die PFE-Sitzung ein und verweist auf die Ankündigung in der Klausurtagung, dass Frau Schulzeck über den Sachstand zur Veranstaltung der Grenztemperatur berichten wird. Frau Schulzeck ist Projektleiterin der Veranstaltung zum Thema „Grenztemperatur“ des BASE und nimmt an der Sitzung teil, um das PFE über den Entwurf der Programmgestaltung (siehe Anlage 1) zu informieren und ggf. Anregungen aufzunehmen. Sachstand der Vorbereitung des Workshops: Stichpunkte zum Inhalt: • Ganztägige Veranstaltung am 28.03.2023 von 09.30 – 17.30 Uhr • Bisher lediglich ein Austausch zum Programm mit der Patengruppe des PFEs • Frau Schulzeck begrüßt Feedback • Referent:innen sind bereits festgelegt • Austausch mit den Projektpartner:innen im Gange • Folgeveranstaltungen zum Thema sind möglich (in Abhängigkeit zum ermittelten Bedarf nach dem Aufschlag Ende März) • Veranstaltung soll in Präsenz und digital (hybrid) stattfinden • Veranstaltung richtet sich an ein Fachpublikum, ist aber für alle Interessierten offen • Sie dient dazu, über den aktuellen Diskussionsstand und Ergebnisse der handlungsleitenden Institutionen zu diesem Thema zu informieren • Programmschwerpunkt: Vier aktuelle Forschungsvorhaben • Es findet eine Evaluation der Veranstaltung statt Rückfragen und Reaktionen: • Ist die Entsorgungskommission (ESK) zum Podium eingeladen? Nach der dezidierten Stellungnahme der Entsorgungskommission des Bundes vom 12.05.2022 wird der Wunsch geäußert, diese zu einem Referat einzuladen. Das BASE entgegnet, dass die ESK eingeladen ist, sich in die Veranstaltung mit ihrer Position aus dem Publikum einzubringen. Die Input-Geber selbst sind bewusst beschränkt worden, um hier den Diskussionsstand der handlungsleitenden Ergebnisse wiederzugeben. • Vorschlag, dass die Perkolation als Thema mit behandelt wird. Bei Fragen melden Sie sich gerne unter: beteiligung@base.bund.de oder +49 30 184321 - 0 2 Planungsteam Forum Endlagersuche Datum: 21.02.2023 • • • Es wird gewünscht, dass auch im Rahmen der Veranstaltung erläutert wird, welche Rolle die Aufsicht/ BASE beim Thema Grenztemperatur spielt. Es wird gewünscht, dass in der Veranstaltung der aktuelle Forschungsstand dargestellt wird und wie damit umgegangen wird. Frage: Warum hat das BASE die Zusammenarbeit mit den Pat:innen des PFE im Vorfeld nicht weiter aufgenommen? Drei Personen aus dem PFE hatten sich bereit erklärt in einer Arbeitsgruppe mit dem BASE zu diesem Thema zusammen zu arbeiten. Das BASE merkt an, dass es u. a. auf der PFE Klausur im Dezember erläuterte, dass es diese Veranstaltung federführend umsetzen werde, da es sich um die Vorstellung und Diskussion der aktuellen Forschungsvorhaben von BASE und BGE handele. Auf der Klausur hatten Frau Arzberger und Frau Stelljes zum Verlauf des Projektes bereits Stellung genommen und die Vorstellung des geplanten Programmes am 25.01.2023 im PFE angekündigt. Eine weitere Veranstaltung zum Thema Grenztemperatur kann sich anschließen. Dieser Workshop kann als Auftaktveranstaltung verstanden werden. Anregungen: • • • Es wird angemerkt, dass der Termin unter der Woche überwiegend für Fachpublikum realisierbar sei. Antwort: Angesprochen werden mit diesem Format und Zeitpunkt neben Wissenschaftlicher:innen insbesondere auch Vertreter:innen der Kommunen. Das PFE ist weiterhin zu einem Austausch bereit. Es wird der Wunsch geäußert, dass das BASE einen Vorschlag machen soll, wie das PFE künftig einbezogen wird. Weitere Antworten des BASE: • Der Workshop richtet sich vor allem an ein Fachpublikum. Offene Frage ist, wie die breite Öffentlichkeit erreicht werden kann. Er ist als eine Sachstandsveranstaltung zu verstehen. • Viele Fragestellungen und Forschungsvorhaben können vorgestellt werden. Die Rollen und Aufgaben von BGE und BASE bei diesem Thema sollen aufgezeigt werden. • Die Infos werden online gestellt, sodass die Menschen sich informieren können. Der Hinweis zum Thema Perkolation wird geprüft. • Das BASE wird diese Veranstaltung durchführen und sie im Anschluss u. a. im Rahmen des PFE reflektieren. Ggf. ergeben sich daraus Anschlussveranstaltungen. Vorschläge zum Workshop Grenztemperatur: 1. Vorschlag: Vor dem Workshop zur Grenztemperatur eine Infoveranstaltung des PFE für die breite Öffentlichkeit anbieten, sodass jede:r entscheiden kann, ob er zu dem Fachworkshop des BASE gehen möchte (hoher Zeitaufwand). Frau Schulzeck verabschiedete sich aus der Veranstaltung und formuliert den Wunsch, den Workshop durchzuführen, zu evaluieren und dann mögliche Schritte zu diskutieren. Bei Fragen melden Sie sich gerne unter: beteiligung@base.bund.de oder +49 30 184321 - 0 3

Endlagersuche: BfE bringt wichtige Forschungsvorhaben auf den Weg

Endlagersuche: BfE bringt wichtige Forschungsvorhaben auf den Weg Meldung Stand: 15.08.2017 Das Bundesamt für kerntechnische Entsorgungssicherheit ( BfE ) hat im Zuge des Standortauswahlverfahrens zwei wichtige Forschungsvorhaben auf den Weg gebracht. Beide Projekte beschäftigen sich mit grundlegenden Fragestellungen hinsichtlich der Einlagerung von hochradioaktivem Abfall in tiefen geologischen Formationen. Auf die beiden ausgeschriebenen Projekte können sich Einrichtungen bewerben, die im Bereich Geomechanik/Geologie/Mineralogie forschen. Das erste Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Frage nach den maximal zulässigen Temperaturen an der Oberfläche von Abfallbehältern, wenn diese in eine tiefe geologische Schicht eingelagert werden. Auf Grundlage einer umfassenden Literaturstudie soll der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik in Bezug auf diese Fragestellung überprüft und ausgewertet werden. Hintergrund für das Forschungsvorhaben ist, dass die Wärmeleistung der eingelagerten Behälter Einfluss auf die Eigenschaften der Barrieren und damit die Sicherheit des Endlagers hat. Das Standortauswahlgesetz hat die maximale Außentemperatur der Behälter daher vorläufig auf 100°C festgelegt. Das zweite Projekt ist ein Forschungsvorhaben, das sich mit der Überprüfung des sogenannten perkolationsgetriebenen Transports von Fluiden (Flüssigkeiten und Gase) im Wirtsgestein Steinsalz beschäftigt. Dieses Vorhaben soll die Barrierefunktion des potentiellen Wirtsgesteins Steinsalz in Bezug auf seine „Dichtheit“ gegenüber Fluiden unter möglichst repräsentativen Druck- und Temperaturbedingungen in der direkten Umgebung eines Endlagers experimentell untersuchen. Hintergrund für dieses Projekt sind die Thesen einer wissenschaftlichen Veröffentlichung, wonach unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen bei den bestehenden Endlagerkonzepten die Barrierefunktion von Steinsalz durch das Auftreten der sogenannten Perkolation als gefährdet angesehen wird. Mit diesen beiden Forschungsprojekten geht das BfE möglichen Wissenslücken im Bereich der Endlagersicherheit proaktiv und frühzeitig nach. Die administrative Abwicklung des Vergabeverfahrens erfolgt durch das Bundesamt für Strahlenschutz ( BfS ).

Überprüfung des perkolationsgetriebenen Transports von Fluiden im Wirtsgestein Steinsalz unter relevanten Bedingungen für ein Endlager (PeTroS)

Überprüfung des perkolationsgetriebenen Transports von Fluiden im Wirtsgestein Steinsalz unter relevanten Bedingungen für ein Endlager (PeTroS) BASE-Forschungsprojekt Themenfeld: Endlager Status: abgeschlossen Finanzierung: BMUV-Ressortforschungsplan Projektbeschreibung Projektdaten Förderkennzeichen 4717E03250 Ausführende Stelle IfG Institut für Gebirgsmechanik GmbH, Leipzig Projektzeitraum 01.2018 - 12.2018 Bewilligte Summe 94.900 € Art der Finanzierung BMUV-Ressortforschungsplan Finanzierungstitel 1605/54401 Ungestörtes Steinsalz kommt laut Standortauswahlgesetz grundsätzlich als eines von drei möglichen Wirtsgesteinen für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle in Betracht. Steinsalz wird generell als undurchlässig für Flüssigkeiten und Gase angesehen. Eine wissenschaftliche Veröffentlichung (Ghanbarzadeh et al., 2015) hat diese Barrierewirkung von Steinsalz gegenüber Flüssigkeiten und Gasen jedoch in Frage gestellt. Ziel des Forschungsvorhabens PeTroS „Überprüfung des perkolationsgetriebenen Transports von Fluiden im Wirtsgestein Steinsalz unter relevanten Bedingungen für ein Endlager “ war es, die These von Ghanbarzadeh et al. experimentell unter endlagerrelevanten Druck- und Temperaturbedingungen zu untersuchen. Ghanbarzadeh et al. (2015) führten fünftägige Experimente mit losen Körnern aus Steinsalz durch, die erst in den Versuchen kompaktiert wurden und werteten Beobachtungen an erbohrten Steinsalzproben aus Erdölfeldern aus. Auf Basis ihrer Beobachtungen stellten sie die These auf, dass Steinsalz unter endlagerrelevanten Druck- und Temperaturbedingungen eine deutlich erhöhte Durchlässigkeit aufweisen könne. Ursache für die angenommene erhöhte Durchlässigkeit könnten nach den Autoren zwei bislang nicht beachtete, hypothetische Transportmechanismen im Steinsalz sein: Die Ausbildung eines durchgehenden Fluidfilms entlang der Korngrenzen aufgrund eines von den Druck- und Temperaturbedingungen abhängigen kleinen Benetzungswinkels im System Steinsalz – Fluid sowie die Schaffung neuer Fließwege im Zusammenhang mit einer Deformationsbeanspruchung des Gesteins. Die Thesen von Ghanbarzadeh et al. beruhen ausschließlich auf indirekten Indizien. Direkte Messungen der Durchlässigkeit wurden weder an Laborproben, noch an Bohrkernen oder in-situ (also beispielsweise in einer Salzformation in einem Forschungsbergwerk) durchgeführt. Zur Überprüfung der für das Standortauswahlverfahren wichtigen Fragestellung, ob die Barrierewirkung von Steinsalz unter relevanten Druck- und Temperaturbedingungen gegebenenfalls grundsätzlich in Frage zu stellen ist, hatte das BASE das aus Mitteln des Ministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit finanzierte Forschungsvorhaben „PeTroS“ öffentlich ausgeschrieben und das Institut für Gebirgsmechanik GmbH Leipzig (IfG Leipzig) mit der Ausführung beauftragt. Ziel war es, die von Ghanbarzadeh et al. (2015) geweckten Zweifel an der Dichtheit von Steinsalz erstmalig unter repräsentativen Druck- und Temperaturbedingungen an natürlichen Steinsalzproben experimentell zu überprüfen. In einem technisch aufwändigen Versuchsprogramm wurden an den Steinsalzproben experimentelle Durchflussmessungen unter quasi-isotropen (also in alle Richtungen gleich) Spannungsbedingungen ohne Deformation durchgeführt. Als Fluide wurden sowohl Gas (Stickstoff) als auch Flüssigkeit (gesättigte Steinsalzlösung) unter verschiedenen Druck- und Temperaturbedingungen (18 MPa und 38 MPa bei 140 °C , 160 °C und 180 °C ) untersucht. Die von Ghanbarzadeh et al. (2015) vorausgesagten erhöhten Durchlässigkeiten konnten in den Versuchen bei Versuchslaufzeiten von mehreren Stunden bis zu fünf Tagen nicht beobachtet werden. Alle Versuche zeigten erst bei Überschreitung des Minimalspannungskriteriums signifikante Durchlässigkeiten und belegen die Existenz dieser bekannten und gut untersuchten Perkolationsgrenze auch unter den untersuchten Bedingungen bei erhöhter Temperatur. Die von Ghanbarzadeh et al. postulierte deformationsunterstützte Perkolation wurde in diesem Vorhaben nicht experimentell untersucht. Allerdings legen im Vorhaben PeTroS durchgeführte theoretische Überlegungen nahe, dass dieser Mechanismus in Frage zu stellen ist. Sollten künftige Forschungsergebnisse jedoch neue / weitere Indizien für eine de-formationsunterstützte Perkolation liefern, sind möglicherweise weitere experimentelle Durchflussuntersuchungen unter Deformationsbedingungen notwendig. Fazit Die im Jahr 2015 postulierte erhöhte Durchlässigkeit von Steinsalz in Folge der Ausbildung eines durchgehenden Fluidfilms entlang der Korngrenzen aufgrund eines von den Druck- und Temperaturbedingungen abhängigen kleinen Benetzungswinkels im System Steinsalz – Fluid konnte experimentell nicht bestätigt werden. Die Ergebnisse des Vorhabens PeTroS geben keine Hinweise, dass die Barrierewirkung von Steinsalz unter relevanten Druck- und Temperaturbedingungen gegebenenfalls grundsätzlich in Frage zu stellen ist. Die Barrierewirkung von Steinsalz ist im Verlauf des Standortauswahlverfahrens regionen- bzw. standortspezifisch zu untersuchen und im Rahmen der vorläufigen Sicherheitsuntersuchungen zu bewerten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen und Bewertungen machen gegebenenfalls weitere experimentelle Studien notwendig. Das BASE wird dieses Thema wissenschaftlich weiterhin eng verfolgen und bei Bedarf weitere Forschungsarbeiten in Auftrag geben. Kontakt E-Mail christoph.borkel@base.bund.de Fachlicher Abschlussbericht Fachlicher Abschlussbericht PeTroS (PDF, 49,4 MB, Datei ist barrierefrei/barrierearm)

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