Onderzoek naar geologische berging

Een wereldwijde inspanning

Wereldwijd wordt intensief onderzoek gedaan naar geologische berging van hoogactief en langlevend afval. Alle landen die hebben gekozen voor een geologische berging van dit afval, hebben uitgebreide wetenschappelijke en technische onderzoeksprogramma’s lopen. De voorbije decennia is grote vooruitgang geboekt en werd aangetoond dat een geologische berging niet alleen haalbaar is, maar op dit ogenblik ook de meeste garanties biedt als een veilige eindbestemming voor dit afval.

Hoewel een groot deel van de bestaande kennis generiek van aard is en is afgeleid uit kennisvelden als geologie, geografie, biologie, geneeskunde en ingenieurswetenschappen, is inmiddels veel kennis verkregen uit de karakterisering van potentiële bergingsinstallaties (onder andere kenmerken van potentiële gastformaties, verpakking van het afval …) en uit studies in ondergrondse onderzoekslaboratoria.

De resultaten van onderzoek worden bovendien transparant gepubliceerd, geaudit en internationaal gedeeld. Dit alles onder het toeziend oog van organisaties als het Internationaal Atoomagentschap van de Verenigde Naties en het Nuclear Energy Agency van de OECD/OESO. Deze organisaties brengen ook regelmatig hierover rapporten uit.

België in de frontlijn met EURIDICE en HADES

Al in 1974 startte SCK CEN met onderzoek naar geologische berging van radioactief afval. In 1980 werd gestart met de bouw van een ondergronds onderzoekslaboratorium op een diepte van 225 meter in de Boomse kleilaag in Mol. Dit laboratorium kreeg de naam HADES (High Activitiy Disposal Experimental Site). Het laboratorium werd sindsdien stap voor stap uitgebreid.

Sinds 2000 wordt HADES beheerd door het Economische Samenwerkingsverband EURIDICE (European Underground Research Infrastructure for Disposal of nuclear waste in Clay Environment of kortweg ESV EURIDICE GIE), een samenwerkingsverband tussen NIRAS en SCK CEN.

EURIDICE doet onderzoek naar de veiligheid en uitvoerbaarheid van geologische berging van hoogactief en langlevend afval in een ondergrondse kleilaag in België. Op die manier levert EURIDICE een belangrijke bijdrage aan het nationale bergingsprogramma voor B- en C-afval, maar ze versterkt ook de kennis en competenties op internationaal vlak en ondersteunt de kennis in andere landen die hebben gekozen voor diepe berging als eindbestemming voor dit afval.

HADES is het oudste ondergrondse laboratorium in Europa dat in een diepe kleilaag werd gebouwd voor onderzoek naar geologische berging. Het laboratorium wordt door het Internationaal Atoomagentschap erkend als excellentiecentrum voor bergingstechnologieën en de opleiding van wetenschappers. Omdat HADES onlangs 40 kaarsjes mocht uitblazen, werd naast podcasts over het laboratorium ook een reeks van twaalf peer reviewed wetenschappelijke artikels in het tijdschrift The Geological Society gepubliceerd over baanbrekend HADES-onderzoek.

Dit onderzoek heeft zich tot nu toe toegespitst op drie grote thema’s:

Uitgravings- en constructietechnieken

De uitbreiding van het ondergrondse laboratorium HADES vanaf het einde van de jaren negentig met industriële graaftechnieken heeft aangetoond dat het doenbaar is om op industriële schaal een bergingsinstallatie te bouwen in weinig verharde klei op een diepte van enkele honderden meters. Het is met andere woorden economisch en technisch haalbaar om toegangsschachten en enkele kilometer galerijen te bouwen in een weinig verharde kleilaag zoals de Boomse Klei, zonder deze al te veel te verstoren.

Het gedrag van weinig verharde klei

Een systematisch onderzoek heeft aangetoond dat verstoringen tijdens de bouwfase zich slechts over een beperkte afstand in de klei uitstrekken. Er werd bovendien vastgesteld dat de barsten in de verstoorde zone zichzelf sluiten door het plastische gedrag van de klei, waardoor de lage doorlatendheid behouden blijft. Dit kunnen we het zelfsluitende gedrag van de klei noemen.

Een bergingsinstallatie moet na het plaatsen van het radioactief afval ook afgesloten kunnen worden. Experimenten in HADES hebben aangetoond dat bentoniet-klei, die gelijkaardige eigenschappen heeft als Boomse klei, kan gebruikt worden als ondoorlatende afsluiting van schachten en galerijen.

Hoogradioactief afval produceert warmte. Wanneer dit afval na een afkoelingsperiode in een bergingsinstallatie wordt geplaatst, zal het gastgesteente rondom de bergingsgalerijen tijdelijk opwarmen. Deze opwarming heeft een effect op de hydraulische, mechanische en chemische eigenschappen van dit gesteente. Experimenten in HADES hebben het mogelijk gemaakt om de thermische geleidbaarheid van de Boomse Klei te bepalen en het thermisch, hydraulisch, mechanisch en chemisch gedrag van de klei te bestuderen en te modelleren.

Om deze kennis te bevestigen en te verfijnen op een schaal die representatief is voor een reële berging werd het PRACLAY-experiment uitgevoerd. Hierbij werd een aparte galerij gegraven die gedurende 10 jaar verwarmd wordt tot een temperatuur die vergelijkbaar is met wat bij een echte berging in klei kan verwacht worden. De verwarming van de galerij werd opgestart in 2014.

Meten en monitoren

EURIDICE kan zich beroepen op meer dan 30 jaar ervaring met het gebruik van meetinstrumenten en observatiemethoden in het ondergrondse laboratorium. Deze metingen en observaties werden gedaan in een uitgebreide reeks experimenten die in een aantal gevallen meer dan 25 jaar worden opgevolgd en die op een schaal worden uitgevoerd die representatief is voor een echte bergingsinstallatie.

Met deze expertise biedt EURIDICE ook ondersteuning bij bovengrondse tests die de technische uitvoerbaarheid van de constructie van de bergingscontainer voor het hoogradioactief afval (supercontainer) onderzoeken. Ook in het kader van de voorbereidende experimenten voor de oppervlakteberging van laag- en middelactief kortlevend afval zijn experimenten in HADES nuttig. De verworven knowhow over het gebruik van deze instrumenten en observatiemethoden zal NIRAS op termijn helpen bij het uitwerken van monitoringprogramma’s voor de echte bergingsinstallatie.

Een internationale dimensie

Deze afbeelding geeft een overzicht van de talrijke experimenten die door EURIDICE werden of worden uitgevoerd. De lange looptijd van sommige experimenten maakt het mogelijk om ontwikkelde modellen voor het gedrag van radioactieve stoffen in een geologische berging te toetsen aan de realiteit en indien nodig te verfijnen.

De Europese Commissie speelt een cruciale rol in de totstandkoming van heel wat experimenten en tests. Tot nu toe werden 14 experimenten of projecten uitgevoerd met steun van Europa, binnen de kaderprogramma's voor onderzoek en ontwikkeling.

Het onderzoeks- en ontwikkelingswerk van EURIDICE en NIRAS volgt een open benadering: kennis en ervaring worden internationaal gedeeld, de middelen worden gemeenschappelijk ter beschikking gesteld en de informatie wordt gepubliceerd in wetenschappelijke tijdschriften en beoordeeld door vakgenoten.