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Technical Report NTB 16-05
An assessment of the possible fate of gas generated in a repository for low- and intermediate-level waste
Die vorliegende Studie befasst sich mit den Prozessen, die zu einer Reduktion des Gasdrucks in einem generischen geologischen Tiefenlager für schwach- und mittelaktive Abfälle (SMA) im Opalinuston beitragen. Solche Vorgänge werden auch als Gassenken bezeichnet. Sowohl chemische wie auch biologische Prozesse können zur Gasbildung führen resp. als Gassenken wirken. Dieser Bericht enthält eine Zusammenfassung des heutigen Verständnisses bezüglich chemischer, biologischer und geologischer Prozesse, die gasbildend oder -senkend sind und die sich in einem geologischen Tiefenlager für schwach- und mittelaktive Abfälle abspielen.
Der Abbau von organischem Material (durch mikrobiologische und chemische Prozesse) und die anaerobe Korrosion von Metallen in einem geologischen Tiefenlager führen zur Bildung von verschiedenen Gasen, u. a. Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Methan, Schwefelwasserstoff und Ammonium. Einige dieser Gase reagieren unmittelbar am Ort ihrer Entstehung. So wird beispielsweise erwartet, dass Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff vollständig mit dem Zement, dem Porenwasser oder mit Eisenmetall reagieren. Damit tragen sie nicht zum Gasdruckaufbau im Tiefenlager bei. Andere Gase, vor allem Wasserstoff und Methan und in kleinem Mass Ammonium, reagieren hingegen nicht am Ort ihrer Entstehung. Diese tragen deshalb zum Gasdruckaufbau im Tiefenlager bei.
Ein erhöhter Gasdruck in den Lagerkavernen führt zur Migration von Gas durch die gasdurchlässigen Versiegelungsstrecken und Auflockerungszonen. Erreicht das Gas die Bau- und Betriebstunnel, können Mikroorganismen Gas zehren, wodurch der Gasdruck gesenkt wird. Damit Mikroorganismen über eine lange Zeit aktiv sein können, muss das Verfüllmaterial der Bau- und Betriebstunnel neben einem ausreichend grossen Porenraum auch günstigen Lebensraum aufweisen. Studien aus dem Felslabor Mont Terri zeigen, dass Bakterien in der Lage sind, Wasserstoff effizient umzusetzen, solange Sulfat im Porenwasser vorhanden ist.
Beispiele aus der Natur und aus Untertagebauwerken stützen die Annahme, dass mikrobielle Aktivitäten über lange Zeit andauern können (hunderte bis tausende von Jahren) und dabei grosse Gasmengen umsetzen können (Millionen von Kubikmetern).
Um das Potenzial dieser Gassenken abschätzen zu können, wurden Massenbilanzierungen und gekoppelte Transportrechnungen durchgeführt. Daraus geht hervor, dass der Transport von gelöstem Sulfat aus dem Wirtgestein in die verfüllten Bau- und Betriebstunnel einen limitierenden Faktor bei der mikrobiellen Umsetzung von Wasserstoffgas darstellt. Würde dem Verfüllmaterial zusätzliches Sulfat beigemischt (z. B. in Form von Gips), so würde kontinuierlich Wasserstoff umgesetzt, wodurch der Gasdruck im Tiefenlager sinken würde.