sou · GYB36 · 2010-02-11 00:00:00 — anser att SKB aktivt bör medverka till att frågan om korrosion av koppar i rent syrefritt vatten utreds på ett vetenskapligt oantastligt vis och att dess eventuella betydelse eller brist på betydelse fastslås. De tekniska barriärerna utmanas anser att det inte är möjligt att dra så långtgående slutsatser från sina forskningsresultat som och Szakálos gör med avseende på kopparkapslarnas långsiktiga hållbarhet i slutförvaret. och Szakálos har studerat korrosion av kopparfolier i bägare fyllda med vatten i laboratoriemiljö, och det är stor skillnad mellan sådana och kopparkapslar omgivna av bentonit i slutförvaret. Vidare är en möjlig förklaring till och Szakálos observationer att reaktionen som observerats inte är en bulkreaktion utan en ytreaktion. Men för att fastställa detta krävs alltså ytterligare undersökningar. Däremot har den senaste tidens diskussion om huruvida koppar korroderar i rent syrefritt vatten tydliggjort att det saknas specifik kunskap om vad som händer på kopparkapslarnas ytor vid övergången från aeroba till anaeroba förhållanden. Detta konstaterar både mot bakgrund av de forskningsresultat som forskargruppen från KTH redovisat men också de resultat om korrosion på upphettade kopparrör i bentonit som redovisas av SKB. En fråga som behöver besvaras är hur det fortsatta förloppet påverkas av mängden och sammansättningen av de oxidationsprodukter som redan finns på ytorna när förhållandena blir syrefria. Det finns enligt mening alldeles för få studier av kopparkorrosion under de förhållanden som förväntas i förvaret. I SKB:s rapport7 var inte studier av kopparkorrosion den primära avsikten utan fokus låg på hur bentoniten påverkas i förvaret. Genom att det finns så få studier av hur koppar uppför sig i förvarsmiljö har resultaten från denna studie tolkats och i vissa fall övertolkats med avseende på korrosion av koppar i kontakt med bentonit. anser därför att det vore på sin plats med en studie med fokus på korrosion av koppar i den miljö som förväntas i förvaret det vill säga i både aeroba och anaeroba förhållanden. Resultaten från de projekt som har redovisats är inte entydiga och ger i alltför hög grad utrymme för tolkningar som kan utnyttjas för att driva helt olika hypoteser med avseende på kopparkapselns långsiktiga egenskaper i förvarsmiljö. Korrosionsprocesser i syrefria (anaeroba) miljöer ger ofta väte som biprodukt (från vatten) och det är känt att väte kan lösas av metaller och orsaka kraftigt nedsatt mekanisk hållfasthet, så kallad väteförsprödning. Koppar har visat sig ha en förhållandevis låg 7 Rapport , Long term test of buffer material at the , project. De tekniska barriärerna utmanas löslighet av väte men även en liten minskning av den mekaniska hållfastheten kan påverka funktionen på lång sikt. Rådet anser att det är viktigt att undanröja all tveksamhet om eventuell väteförsprödning av koppar, särskilt med tanke på kapselns tänjbarhet i samband med att den utsätts för höga tryckspänningar. En annan konsekvens av höga tryck när bentoniten vattenmättas och sväller samt under en istid är så kallad spänningskorrosion. Den kan bli särskilt påtaglig i förvaret genom att vattentillförsel och vattenmättnad i bentoniten sker ojämnt. Kapseln kan då utsättas för stora böjspänningar vilket ökar risken för spänningskorrosion. Ett riskområde för lokal korrosion är området omkring de svetsfogar som finns på kapseln. Detta gäller inte minst i närvaro av kloridjoner i grundvattnet uppmanar SKB att utföra och redovisa fortsatt forskning kring väteförsprödning och spänningskorrosion. Bufferten är den andra barriären i flerbarriärsystemet, och ska omge kopparkapseln i slutförvaret. Den har en rad viktiga uppgifter för förvarets långsiktiga säkerhet och består av en naturlig lera som kan suga upp vatten och svälla till sin egen volym. Denna lera, bentonitlera, har bildats genom sedimentation och omvandling av vulkanisk aska och består till stor del av lermineralet montmorillonit. Bentonit hittar man oftast i form av lerlager i sedimentära bergarter. Olika typer av bentonit är natriumbentonit, kalciumbentonit och så kallad natriumaktiverad bentonit som bildas genom att man tillsätter kemikalier till kalciumbentoniten för att få den mer lik natriumbentonit. Bentonitens egenskaper i både torrt och vått tillstånd är avgörande för hur väl bufferten i de borrade deponeringshålen fungerar. Bentonitleran är dessutom en viktig beståndsdel i återfyllningen av deponeringstunnlar och andra håligheter i berget som åstadkommits i samband med byggandet av förvaret. Bentonit i bufferten har formen av kompakta ringar som träs på kopparkapseln i deponeringshålet, medan återfyllnaden består av kompakterade block eller pellets som man lägger i transporttunnlarna. har både buffertens och återfyll- De tekniska barriärerna utmanas ningens långsiktiga egenskaper utmanats av nya och gamla forskningsupptäckter avseende omfattningen och betydelsen av bentoniterosion. En av bentonitens viktigaste egenskaper är att den utvidgar sig mycket då den tar upp vatten – och natriumbentoniten gör detta bättre än kalciumbentoniten. Å andra sidan krävs under vissa förhållanden att leran står emot sönderdelning – då kan kalciumbentoniten fungera bättre. 2.3.2Bentonitens svällning och erosion Inflöde av vatten till deponeringshålen förväntas ske i huvudsak genom sprickor i omgivande berg. Om inflödet lokalt är större än vad bentoniten förmår att absorbera kommer det att uppstå en vattenansamling i deponeringshålet, som i sin tur utövar tryck mot bufferten. Att en sådan vattenansamling kan bildas beror på att den svällande bentoniten i början har en konsistens som kan vara för mjuk för att stoppa inflöde av vatten, och förutom tryck på bufferten kan konsekvensen av vattenansamlingen bli att bentoniten eroderar. Erosion i detta sammanhang innebär en sönderdelning av bentonit till små partiklar som i värsta fall transporteras bort av strömmande vatten. Vad som kan orsaka erosion av bentonitbuffertar har varit känt och har studerats . Vad som däremot är en utmaning är att säkerställa att erosionen inte får en omfattning som hotar buffertens långsiktiga egenskaper. Särskilt viktig i detta sammanhang är olika bentonitlerors naturliga innehåll av envärda respektive tvåvärda joner. Bentonit har ett naturligt innehåll av positiva joner som karakteriserar lerans förmåga att absorbera vatten och svälla. Natriumbentonit innehåller envärda natriumjoner, och kalciumbentonit innehåller tvåvärda kalciumjoner. SKB beskriver att svällningsförmågan till stor del styrs av bentonitlerans innehåll av envärda eller tvåvärda joner samt av ytladdningen på partiklarna.8 Envärda joner gynnar svällningen medan tvåvärda joner och hög ytladdning påverkar svällningsförmågan negativt, och det kan finnas ett visst motsatsförhållande mellan bentonitens svällningshastighet i vatten och dess förmåga att stå emot erosion. 8 I TR-09-06. De tekniska barriärerna utmanas En snabb och omfattande svällning är eftersträvansvärd om vattenmättnaden och svällningen kan ske i ett utrymme där bentonitens volym begränsas, så att man kan erhålla en hög densitet i slutändan. Här är envärda joner att föredra. När det å andra sidan gäller förmågan att motstå erosion på lång sikt kan det vara en fördel om partiklarna hålls ihop av tvåvärda joner som binder starkare till ytorna på lerpartiklarna och inte är lika lätta att skölja bort av strömmande vatten. Så här fungerar det: Positiva joner neutraliserar den negativa laddningen på lerpartiklarnas ytor, vilket gör att bentonitens minsta beståndsdelar, extremt små så kallade kolloidala partiklar, attraheras till varandra och bildar större ansamlingar. Dessa ansamlingar hålls så ihop av det omgivande vattnets bindande förmåga (vätebindningar). Här skulle alltså envärdig natriumbentonit vara att föredra. En viktig orsak till erosion är dock att de positiva jonerna, som varit bundna vid ytorna och skapat attraktion mellan partiklarna, kan sköljas bort av inströmmande vatten. Detta gör att partiklarna får samma negativa laddning och i stället stöter bort varandra, med resultatet att de större ansamlingarna kan falla sönder igen, till små partiklar som transporteras bort med vattnet (erosion). Här skulle alltså tvåvärdig kalciumbentonit vara att föredra. I början av slutförvaret är det en fördel om bentoniten sväller snabbt. Men efter en istid, med de stora mängder smältvatten som uppkommer efter det att isen smälter, blir kravet på en lera med starkare jonbindningar centralt, för att minska risken för sönderfall och korrosion. Dessa motstridiga krav på motståndskraft mot korrosion måste tas i särskilt beaktande av SKB. Risken för en omfattande erosion torde vara störst när bentoniten har fått svälla utan tillräckligt högt mottryck, eftersom det innebär att den får en geléartad och lös konsistens där partiklarna lätt sönderdelas och följer med vattnet. Detta är ett mindre problem i deponeringshålen där mottrycket i normala fall är stort från omgivande berg, men ett större problem vid gränsytorna mellan återfyllningen och berget. De tekniska barriärerna utmanas SKB avser ju att fylla ut tunnlarna med block av kompakterad bentonitlera och skapa en förtätning mot omgivande berg med hjälp av bentonitpellets. Dock kan den stora mängden av pellets som behövs för att förtäta hålrummen mellan block och berg innebära att metoden blir mycket känslig för kanalbildning och erosion. En annan gränsyta i förvaret av specifikt intresse är kontaktytan mellan kopparkapsel och omgivande bentonit. Den publicerade rapporten från det så kallade LOT-projektet9 visade att korrosionsprodukter från ett upphettat kopparrör har transporterats flera centimeter in i omgivande bentonit. Vare sig man antar att denna transport av koppar härrör från korrosionsprodukter som bildats under aeroba eller anaeroba förhållanden är det uppenbart att bentoniten påverkar korrosionsförloppet genom att transportera reaktionsprodukterna bort från kopparkapselns yta. Därför behövs en större studie av bentonitens inverkan på korrosion av koppar med betoning på både aeroba och anaeroba förhållanden. Det skulle då vara av särskilt intresse att studera exakt det kopparmaterial som ska användas i kopparkapslarna också vid förhöjd temperatur. När det gäller kraven på bentonitens sammansättning, vid sidan om en hög halt av montmorrilonit, kan det mycket väl bli fråga om att hitta kompromisser där olika egenskaper ställs mot varandra. Det kan gälla motståndskraft mot erosion eller bästa tänkbara svällningsförmåga, liksom olika innehåll av föroreningar som under vissa förhållanden påverkar bentonitens egenskaper i positiv eller negativ riktning. Vanliga föroreningar i bentoniten finns både i form av organiska ämnen (som består av till exempel kolväteföreningar) och oorganiska ämnen exempelvis kalcit, gips och pyrit. Organiska föreningar och pyrit förbrukar syre som finns i bentoniten från början och som transporteras med grundvattnet när bentoniten sväller. Organiska ämnen ger i slutändan huvudsakligen koldioxid och vatten som slutprodukt medan pyriten reagerar under bildning av sulfatjoner som vätejoner (H+) frigörs och vattnet blir surare, vilket innebär lägre pH-värde. Att syre förbrukas i bentoniten är i huvudsak positivt förutsatt att kopparkapseln inte korro- 9 SKB- rapport . De tekniska barriärerna utmanas derar i rent syrefritt vatten, men sulfatjoner (liksom sulfidjoner) utgör däremot ett långsiktigt hot mot kapseln. Sulfatjoner kan reduceras till sulfidjoner av bakterier i bentoniten och sulfidjonerna påverkar korrosionen av koppar i anaerob miljö. I SKB:s kravspecifikation ingår därför begränsningar av halten sulfidjoner, totalhalten svavel10 och totalhalten av organiska ämnen. Nästan alla SKB:s forsknings- och demonstrationsprojekt har baserats på en bestämd bentonitlera (MX 80) som har specifika egenskaper. Denna specifika bentonit har studerats med avseende på ett stort antal egenskaper som har ansetts viktiga för bufferten. har SKB dock kommit fram till att denna lera kan ersättas av ett brett utbud av bentonit av olika kvalitet, om det uppfyller några förhållandevis lågt ställda krav. Förutom gränsvärden på de föroreningar som nämnts ovan avser SKB att endast kräva ett minimivärde på på halten av montmorrilonit i bentoniten. Montmorrilonit är det lermineral som huvudsakligen ger bentoniten egenskapen att svälla i vatten och utgör vanligen 75– av den totala sammansättningen. Andra viktiga i naturlig bentonit är kvarts och fältspat samt kalcit, gips och pyrit.11 Även dessa påverkar bentonitens egenskaper på olika sätt, och borde specificeras tydligare i SKB:s krav. En orsak till den relativt generella kravspecifikationen är att SKB då kan öppna upp för ett stort antal leverantörer, vilket minskar beroendet av en enda leverantör. anser dock att SKB har ställt alltför generella krav på sammansättningen av den bentonit som ska användas, och att SKB måste redovisa den forskning och prövning som har lett till detta ställningstagande. SKB bedriver ett intensivt utvecklingsarbete i sitt nya bentonitlaboratorium om bentonitens funktion i buffert och återfyllning. Detta gäller inte minst frågor om svällning och erosion framför allt i samband med återfyllning av deponeringstunnlar och hålrum. Problematiken i samband med bufferterosion ska studeras vidare. Det gäller speciellt gränsytorna mellan buffert och återfyllning samt mellan återfyllning och berg. 10Sulfidjoner + sulfatjoner. 11För en mer ingående beskrivning, se tidigare yttrande SOU 2008:70. De tekniska barriärerna utmanas visat sig att det finns fler tekniska utmaningar än väntat i samband med återfyllningen av tunnlar och håligheter i berget för slutförvaret. anser att betydelsen av bentonitens sammansättning och innehåll av föroreningar bör studeras i samband med kopparkorrosion under aeroba och anaeroba förhållanden vid förhöjd temperatur. Vad betyder det att bentoniten i form av ringar, block eller pellets förblir omättade under en mycket ? Hur påverkar detta de önskvärda egenskaper som man tillskrivit en fullt vattenmättad bentonit? Detta är några av de frågor som rådet ser fram emot att få besvarade. följer med stort intresse SKB:s arbete och ser fram mot ett mer slutgiltigt beslut om val av material och metod. Rådet vill också poängtera vikten av att den forskning som ligger till grund för kraven på bentonitens innehåll redovisas på ett tydligare sätt. Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs, inrättad 1991 , tidigare SKI och SSI 3.1Återtagbarhet blir åter aktuellt Bör slutförvaret utformas så att det underlättar ett återtagande av kärnavfall som redan har deponerats? Denna fråga har dykt upp då och då i kärnavfallsdiskussionen , och har den blivit aktuell på nytt. medverkat till detta. Klimatfrågan har aktualiserat kärnkraften som en betydelsefull energikälla och ny reaktorteknik ger upphov till frågan om återanvändning av använt kärnbränsle. Svenska folket har blivit mer positiva till återtag, och frågan har också fått en framträdande plats på den internationella agendan. vill i denna kunskapslägesrapport: -klargöra frågans vikt och några principiella utgångspunkter, -kortfattat presentera den internationella diskussionen, SKB:s inställning och en del tekniska frågor, och -sammanfatta argumenten och klargöra inställning i frågan. Därigenom hoppas vi också kunna ge ett underlag till en vidare dialog kring slutförvarsfrågan, och speciellt kring frågan om använt kärnbränsle ska kunna återtas från ett slutförvar. 3.1.1Återtag, återtagbarhet, omvändbarhet och stegvist beslutsfattande Återtag innebär att man tar upp en eller flera kapslar med kärnavfall från förvaret till markytan, för att antingen återanvända det eller förvara det på annat sätt. Återtagbarhet är en egenskap hos slutförvaret och begreppet syftar på den tekniska möjligheten till återtag. Ett sådant återtag är tekniskt sett enklast innan bufferten placerats runt kapseln i deponeringshålet, svårare sedan deponeringstunnlarna fyllts och förseglats och allra svårast – och mest kostsamt – sedan hela förvaret förslutits (se nedan figur 3). Omvändbarhet1 är ett vidare begrepp än återtagbarhet och åsyftar möjligheten att vid varje steg i programmet ta ett eller flera steg tillbaka i processen. Detta förutsätter granskning och möjlighet till omvärdering av tidigare beslut. Tillämpat på kärnavfallsprojektet innebär det att man ska kunna göra en översyn av exempelvis teknikutvecklingen eller den sociala acceptansen vid olika steg i processen (till exempel efter deponeringen av kopparkapslarna i deponeringshålet, efter ingjutningen av kopparkapslarna, efter igenfyllning av deponeringstunnlarna eller 1 På engelska reversibility. till och med efter förslutning av förvaret som helhet). Mot bakgrund av denna översyn ska man kunna fatta beslut om att antingen gå vidare eller ta ett eller flera steg tillbaka. I förutsätter SSM:s föreskrifter att driftövervakning och underhåll av slutförvaret pågår till dess att slutlig förslutning av förvaret sker, vilket innebär att möjlighet till omvändbarhet och återtagbarhet måste finnas till dess att slutlig förslutning sker.2 Omvändbarhet är nära förknippad med en beslutsmodell som sammanfattats under begreppet stegvist beslutsfattande.3 Denna modell har inspirerats av modern samhällsvetenskaplig beslutsteori och introducerades i återtagbarhetsfrågan av och den kommersiella kanadensiska kärnavfallsorganisationen . Denna beslutsmodell har länge varit praxis på kärnteknikområdet4 och den har också varit betydelsefull i behandling av frågan.5 Stegvist beslutsfattande står i kontrast till äldre beslutsteori, där beslut kring mer omfattande teknikprojekt tas i klump och där alla detaljlösningar är utarbetade från början. Enligt den nyare modellen fattas beslut stegvis, och varje steg föregås av en prövning, go eller no go. Detta stegvisa sätt att arbeta ger också möjlighet att fortlöpande bedöma projekt utifrån samhälleliga och politiska utgångspunkter, vilket gör att förtroendet för genomförbarhet och säkerhet kan öka i takt med den ökande informationen och tekniska säkerheten.6 Stegvist beslutsfattande tillgodoser alltså behovet av flexibilitet i en process där mängden teknisk information ökar och förändras. Behandlingen av säkerhetsfrågor i förvaret kan till exempel utvecklas efterhand som platsen blivit utforskad och dess egenskaper beskrivna, konstruktionen förfinats eller förståelsen ökat för vilka processer som kan inträffa i förvaret.7 Modellen för ett stegvist beslutsfattande har haft stort inflytande på frågan om hanteringen av använt kärnbränsle i olika 2SSMFS 2008:21, 1§ och allmänna råd till 1§. 3På engelska stepwise decision making (SDM) eller adaptive phased management (APM). 4Modellen med stegvis beslutsfattande tillämpades redan i samband med prövningen av de första kärnkraftreaktorerna. Senaste exemplet på stegvis beslutfattande inom det kärntekniska området kan man finna i samband med prövningen av höjning av högsta tillåtna termiska effekt av flera av kärnkraftreaktorerna och Clab etapp II. Tillståndsprocessen avseende Clab II kan man säga tog från det att ansökningen om utbyggnaden av Clab kom in till myndigheten till dess att anläggningen kunde tas i rutinmässig drift. 5Se t.ex. KASAM:s kunskapslägesrapport , s. 12, s. 50 och s. 92. 6Omvändbarhet och återtagbarhet, , 2001, s. 15. 7Samma källa, 2001, s. 17. länder, bland annat i , , och . När det brittiska kärnavfallsrådet 2006 överlämnade sina rekommendationer till den brittiska regeringen underströks att phased geological disposal and flexibility, possibly associated with retrievability, should be important elements in an adaptive phased process.8 3.1.2Återtagbarhet i några olika länder Innebörden och önskvärdheten av ett återtag har bedömts på olika sätt i olika länder. Av en aktuell studie gjord vid framgår bland annat följande: -avser med återtag borttagande av kärnavfall från ett förvar både före och efter förslutning – och att detta också är ett krav enligt principen om stegvist beslutsfattande (se ovan). -I är återtagbarhet också ett framträdande krav, men här avses endast återtagbarhet före förslutning. Förslutningen avslutar den period under vilken avfallet ska vara återtagbart. -I berörs frågan om återtagbarhet inte uttryckligen i lagstiftningen, men däremot i tillsynsmyndigheternas föreskrifter som kräver återtagbarhet innan förslutning – dock inte efter. -I anger regelverket att ett slutförvar ska utformas så att ett återtag inte ska vara omöjligt, men inte heller här förutses något återtag efter förslutning. -I berörs återtagbarheten varken i lagstiftning eller i myndighetsföreskrifter, men den har aktualiserats i den offentliga diskussionen . -I var frågan om återtagbarhet aktuell . Den officiella linjen har här varit att återtagbarhet ska vara möjlig också efter förslutning. Därför ställde sig också den dåvarande regeringen negativ till ett slutförvar i saltformationer, eftersom ett sådant slutförvar skulle göra ett återtag praktiskt taget omöjligt. -konstaterade 2006 att det finns olika uppfattningar om återtagbarhet, men ansluter sig till CoRWM (Committe on Radioctive ), och menar att man inte bör avvakta med en förslutning av förvaret för att underlätta ett framtida återtag. Huvudprincipen är en förslutning vid tidigast möjliga tidpunkt för att öka säkerheten, begränsa riskerna för olika terroraktioner och för att undvika att arbetarna i slutförvaret utsätts för skadliga stråldoser. -I berörs frågan om återtagbarhet inte i den statliga lagstiftningen, men återtagbarhet före förslutning berörs i officiella utredningar som en del av säkerhetskraven. I detta sammanhang finns det särskild anledning att uppmärksamma utvecklingen i två andra länder, nämligen och . -I var återtagbarheten tidigare ett framträdande lagstiftningskrav, men 2008 markerade den dåvarande regeringen i ett nytt beslut att långsiktig säkerhet inte förutsätter återtagbarhet. Denna förändring kommer att få genomslag i STUK, den finska strålsäkerhetscentralens regelverk, men kompliceras av att det finns ett parlamentariskt principbeslut som baseras på den gamla lagstiftningen och som innefattar ett krav på återtagbarhet (i första hand före förslutning). Det beslutade slutförvaret i Olkiluoto är underkastat detta krav. -har varit ett föregångsland när det gäller frågan om återtagbarhet. Frågan diskuterades och fick då också ett avtryck i lagstiftningen . Denna lagstiftning förnyades 2006, och innefattar ett krav på omvändbarhet. Den franska diskussionen har varit starkt påverkad av idén om ett stegvist beslutsfattande, där omvändbarhet blir ett generellt krav och kravet på återtagbarhet en del av detta. Det franska kärnavfallsbolaget9 ska i sin kommande ansökan om att uppföra en slutförvarsanläggning uppvisa hur man kan uppfylla omvändbarhetskravet åtminstone upp till in . Arbetet med en precisering av detta krav pågår och ska vara klart inför deras slutliga ansökan 2015. Som en del av detta arbete ingår också utarbetandet av en så kallad omvändbarhet-återtagbarhetsskala, som vidareutvecklas av en arbetsgrupp inom (figur 2). 9 ANDRA, Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs, inrättad 1991. Figur 2 En så kallad omvändbarhet-återtagbarhetsskala Beskrivning: En så kallad omvändbarhet-återtagbarhetsskala klargör olika milstolpar i genomförandet av slutförvarsprojektet (0–5), en bedömning av svårighetsgraden och kostnadsnivån av ett återtag, samt graden av aktiva/passiva säkerhetsåtgärder. Figuren är under framtagande av och kan komma att ändras något. I flera länder, till exempel , , och , är frågan om återtagbarhet nära förknippad med frågan om den sociala acceptansen av ett slutförvar för använt kärnbränsle. Återtagbarhet anses bidra till att göra en slutförvaring av kärnavfall mer trovärdig och kan av detta skäl också vara önskvärd.