Forschungsprojekte zur Charakterisierung potenzieller ... · • ESchT, IGD-TP, DGGT/AKs etc. • Geophysik in der Endlagerung (DGG) Schuster • Geotechnik in der Endlagerung radioaktiver

1

Forschungsprojekte zur Charakterisierung potenzieller

Wirtsgesteine und zur Optimierung der geotechnischen

Barrieren

Jan Richard Weber

Bundesanstalt für Geowissenschaften und RohstoffeHannover

2

BGR Endlagerforschung

29 F&E-Projekte• Vorlaufforschung• Auftragsforschung• Drittmittelprojekte

Stoffliche Untersuchungen an potenziellen Wirtsgesteinen

THMC-Untersuchungen im Labor

In-situ-Messungen, Erkundungsverfahren

Numerische Berechnungen

3

Potenzielle Wirtsgesteine

§1 Abs. 3 StandAG:

In Deutschland kommen grundsätzlich für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle die Wirtsgesteine Steinsalz, Tongestein und Kristallingestein in Betracht.

4

stark ungesättigt(Saugspannung typ. s = – p > 50 MPa)

fast gesättigt(Saugspannung typ. s < 1 MPa)

gesättigt(Porendruck p ≥ 0)

W. Gräsle

Potenzielle Wirtsgesteine

5

BGR Endlagerforschung• Entwicklung eines Sicherheits- u. Nachweiskonzeptes für ein Endlager für wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle im Kristallingestein in Deutschland -

CHRISTA II• Strukturinventar, Stoffbestand und Eigenschaften von Störungszonen und Kluftnetzwerken in magmatischen Gesteinen Deutschlands (DaFNe)• Ermittlung des thermomechanischen und hydraulischen Verhaltens von geotechnischen Barrieren• THMC - Entwicklung von Methoden zur interaktiven Simulation physikalisch gekoppelter THMC-Prozesse• Internationale Endlagerforschung• Felslabor Grimsel: GMT - FEBEX II - DECOVALEX III - GAST - FEBEXe• In-situ-Messungen Bure• DECOVALEX (D-THMC) - Internationales Projekt DECOVALEX zur Weiterentwicklung und Verifizierung numerischer Codes• Hard Rock Laboratory Äspö: Task Force on E.B.S. & LASGIT• Mt. Terri Projekt• Langzeitsicherheitsanalyse für ein HAW-Endlager• Modellarbeiten zu geotechnischen Sicherheitsanalysen• Koordination der Arbeiten zum Projekt Bure (ANDRA)• Bentonite Mechanical Evolution• Ermittlung des thermomechanischen und hydraulischen Verhaltens von Salzgestein• Mineralogisch-geochemische Untersuchungen zur Entstehung und Metamorphose von Salzgesteinen - Fortsetzung/inhaltl. Erweiterung "Salzstockbildung"• Stofflich-strukturelle Charakterisierung von Endlagerwirtsgesteinen in Russland• Untersuchungen zur Systematik des Internbaus von Salzstöcken• Prototypische Erprobung v. Stoffgesetzen zum Integritätsnachweis geologischer und geotechnischer Barrieren v. Endlagern (PRESTIGE)• Chem. Reaktionen organ. Materials unter erhöhter Temperatur u. ionisierender Strahlung in unterschiedl. Endlager-Wirtsgesteinen -Fortsetzung/inhaltl.

Erweiterung "TC Sulfatreduktion"• Untersuchungen der Gesteinseigenschaften alternativer Wirtsgesteine im Labor (THMC im Labor)• Altersbestimmung von Kluftmineralisationen und Deformationsprozessen in Salinargesteinen• Einfluss geologischer Prozesse auf die Barriereeigenschaften von Tongesteinsformationen (BASTION)• Verbreitung und Eigenschaften flach lagernder Salzschichten in Deutschland• Mechanismen der Smektit-Alteration in geotechnischen HLRW-Barrieresystemen• Ingenieurgeologische Charakterisierung unterschiedlicher Salzlagerstätten unter Berücksichtigung ihrer Genese und geologischen Ausbildung• Konzeptentwickl. f. ein gener. Endlager f. wärmeentw. Abfälle in flach lagernd. Salzschichten in Dtl. sowie Entwickl. u. Überprüf. e. Sicherheits- u.

Nachweiskonzeptes (KOSINA)

• Entwicklung eines Sicherheits- u. Nachweiskonzeptes für ein Endlager für wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle im Kristallingestein in Deutschland -CHRISTA II

• Strukturinventar, Stoffbestand und Eigenschaften von Störungszonen und Kluftnetzwerken in magmatischen Gesteinen Deutschlands (DaFNe)• Ermittlung des thermomechanischen und hydraulischen Verhaltens von geotechnischen Barrieren• THMC - Entwicklung von Methoden zur interaktiven Simulation physikalisch gekoppelter THMC-Prozesse• Internationale Endlagerforschung• Felslabor Grimsel: GMT - FEBEX II - DECOVALEX III - GAST - FEBEXe• In-situ-Messungen Bure• DECOVALEX (D-THMC) - Internationales Projekt DECOVALEX zur Weiterentwicklung und Verifizierung numerischer Codes• Hard Rock Laboratory Äspö: Task Force on E.B.S. & LASGIT• Mt. Terri Projekt• Langzeitsicherheitsanalyse für ein HAW-Endlager• Modellarbeiten zu geotechnischen Sicherheitsanalysen• Koordination der Arbeiten zum Projekt Bure (ANDRA)• Bentonite Mechanical Evolution• Ermittlung des thermomechanischen und hydraulischen Verhaltens von Salzgestein• Mineralogisch-geochemische Untersuchungen zur Entstehung und Metamorphose von Salzgesteinen - Fortsetzung/inhaltl. Erweiterung "Salzstockbildung"• Stofflich-strukturelle Charakterisierung von Endlagerwirtsgesteinen in Russland• Untersuchungen zur Systematik des Internbaus von Salzstöcken• Prototypische Erprobung v. Stoffgesetzen zum Integritätsnachweis geologischer und geotechnischer Barrieren v. Endlagern (PRESTIGE)• Chem. Reaktionen organ. Materials unter erhöhter Temperatur u. ionisierender Strahlung in unterschiedl. Endlager-Wirtsgesteinen -Fortsetzung/inhaltl.



Einfluss geologischer Prozesse auf die Barriereeigenschaften von Tongesteinsformationen

(BASTION)

• mineralogisch-mikrostrukturelle Charakterisierung von Tonsteinformationen

• Einfluss von Heterogenitäten auf Deformation und Aufheizung

• Auswirkungen Störungszonen, Wechselwirkungen Fluide - Tongesteine

6

Einfluss geologischer Prozesse auf die Barriereeigenschaften von Tongesteinsformationen (BASTION)

Tongestein

Unterkreide-Sedimente

Optisch relativ homogen

• gleichmäßig grau bis schwarz gefärbt• kaum Variationen in der Korngröße

• kaum sichtbare Variationen im Mineralbestand

S. Jahn, J. Hammer, T. Kneuker

Oberhauterivium

7


Tongestein





Zusammensetzung/Mikrostruktur relativ heterogen

• petrographische Zusammensetzung• mineralogische Zusammensetzung

• Anteil an organischem Kohlenstoff Corg (TOC)• Anteil an Pyrit

S. Jahn, J. Hammer, T. Kneuker

Konkretion

Pyrit

8


Tongestein





T. Kneuker, S. Jahn, V. Kumar, J. Maßmann

Einfluss auf:• petrophysikalische Parameter• geomechanische Eigenschaften• Transportparameter• hydro-mechanisch gekoppelte Eigenschaften

Zusammensetzung/Mikrostruktur relativ heterogen

• petrographische Zusammensetzung• mineralogische Zusammensetzung

• Anteil an organischem Kohlenstoff Corg (TOC)• Anteil an Pyrit

9









Entwicklung eines Sicherheits- u. Nachweiskonzeptes für ein Endlager für wärmeentwickelnde radioaktive

Abfälle im Kristallingestein in Deutschland - CHRISTA II

• Informationen zu geol. Einheiten und Parametern für Kristallingebiete

• Erstellung generischer 3D-Modelle zum Typ „multipler ewG“ und „überlagernder ewG“

• Erarbeitung geologischer FEP• Konzepte und Beispielrechnungen zum

Integritätsnachweis der geol. Barriere

10

KristallingesteinEntwicklung eines Sicherheits- u. Nachweiskonzeptes für ein Endlager für wärmeentwickelnde

radioaktive Abfälle im Kristallingestein in Deutschland - CHRISTA II

BeispielrechnungHydr. Durchlässigkeit Gesteinsmatrix k_f_1 = 2e-14 m/s k_f_2 = 2e-12 m/s; Porosität Gesteinsmatrix n = 0.05 (5%)hydr. Gradient I = 0.04 m/m

A. Weitkamp, H. Kunz, J. Sönnke, J. Maßmann

11









Verbreitung und Eigenschaften flach lagernder Salzschichten in Deutschland (BASAL)

Darstellung der Verbreitung, Zusammensetzung und der endlagerrelevanten Eigenschaften von flach lagernden Salzgesteinen

12

Verbreitung und Eigenschaften flach lagernder Salzschichten in Deutschland (BASAL)

Salzgestein

M. Pusch, J. Hammer

• Mineralogisch-geochemische, mikrostrukturelle und geomechanische Charakterisierung von flach lagernden Salzgesteinen

• Untersuchung der Auswirkung von Deformation und Erwärmung auf die Eigenschaften flach lagernder Salzschichten

• numerische Modellberechnungen zur Integrität flach lagernder Salinarschichten

13









Mechanismen der Smektit-Alteration in geotechnischen HLRW-Barrieresystemen

Identifizierung von Smektit-Alterationsmechanismen an den Grenzflächen Smektit und• Eisen• Lösung• Zementin Labor- und Großversuchen

14

Mechanismen der Smektit-Alteration in geotechnischen HLRW-Barrieresystemen

Geotechnische Barrieren

Beteiligung Großversuche

Identifizierte Reaktionen der geotechnischen Barriere

• Kationenaustausch

• Mg-Anreicherung am Heater

• Fe-Korrosion (oxisch + anoxisch)

• Cu-Korrosion (in Anwesenheit von Sulfid)

• Lösungs- / Fällungsprozesse (Karbonate, Sulfate)

Labor-untersuchungen

S. Kaufhold

Kaufhold, S., Dohrmann, R., Gröger-Trampe, J. (2017) Reaction of native copper in contact with pyrite and bentonite in anaerobic water at elevated temperature. – Corrosion Engineering Science and Technology, 52, 349 – 358.

15

Integration

• Probennahme

• Analytik

• Mikrostruktur

• Laborversuche THM

• In-situ-Messungen

• Numerische Simulation

16

Zusammenarbeit

• div. Projektpartner• EU• internat. Benchmarks (Decovalex, BenVaSim etc.)• nat. Projektpartner (GRS, BGEtec etc.)

• Kooperationen• USA • Russland• China / BRIUG• Frankreich / Andra

• Beteiligung internationale Felslabore • Mont Terri

• 22/50 Experimente Beteiligung• Äspö• Grimsel• Bure

• Mitarbeit in Gremien• ESchT, IGD-TP, DGGT/AKs etc.• Geophysik in der Endlagerung (DGG) Schuster• Geotechnik in der Endlagerung radioaktiver Abfälle (DGGT) Fahland

17

Qualitätssicherung• Zertifizierung BGE/BfS

• Akkreditierung DAkkS

• Evaluierung WR

18

Ende

www.bgr.bund.de

Documents

Forschungsprojekte zur Charakterisierung potenzieller ... · • ESchT, IGD-TP, DGGT/AKs etc. • Geophysik in der Endlagerung (DGG) Schuster • Geotechnik in der Endlagerung radioaktiver