Das ideale Behältermaterial für hochaktive Abfälle (HAA) gibt es nicht; kein Material hat nur Vorteile. Stahl hat den Vorteil, dass seine Eigenschaften gut bekannt sind und sein Verhalten entsprechend gut vorhergesagt werden kann. Allerdings sind dabei die Korrosion und damit die Bildungsrate von Wasserstoffgas zu beachten, damit durch den entstehenden Gasdruck keine irreversible Beschädigung der technischen Sicherheitsbarrieren und des Wirtsgesteins erfolgt.

• Korrosionsproblematik

  Eine der bekanntesten Arten von Korrosion ist das Rosten bei Metallen. Bei Behältermaterialien für nukleare Abfälle ist die Korrosion eines der Kernprobleme, da die Behälter über eine lange Zeit intakt bleiben müssen.

Behälter aus Kupfer würden voraussichtlich über mehrere 100‘000 Jahre einen absoluten Einschluss gewährleisten und es würde durch die Korrosion weniger Wasserstoffgas entstehen als bei Stahl. Hingegen müssen andere Fragen geklärt werden, beispielsweise zur Reaktion von Kupfer mit Salzen, die im Porenwasser des Wirtgesteins gelöst sind, oder zur galvanischen Korrosion, falls unterschiedliche Metalle miteinander im direkten Kontakt stehen.

Alternative Behältermaterialien

Das Technische Forum diskutierte im Rahmen der 29. Sitzung mit internationalen Experten mögliche alternative Behältermaterialien. Die Eidgenössische Materialprüfungsanstalt Empa untersucht beispielsweise neben Stahl und Kupfer auch Keramik als mögliches Material für HAA-Lagerbehälter. Der grosse Vorteil von Keramik ist seine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem geochemischen Umfeld und seine geringe Auswirkung auf das Wirtsgestein. Allerdings hat Keramik eine äusserst niedrige Bruchzähigkeit und die Herstellung von Keramikbehältern ist zurzeit in den existierenden Keramikproduktionen wegen der Grösse der Behälter und der benötigten Wandstärke nicht möglich.

In Schweden bevorzugt der Entsorgungspflichtige derzeit einen Kupferbehälter mit einem gusseisernen Einsatz. Die Strahlenschutzbehörde Swedish Radiation Safety Authority ist derzeit daran, die Eignung des Materials abschliessend zu prüfen– zum einen hinsichtlich der Herstellung von Behältern in der benötigten Grösse, zum anderen bezüglich den Eigenschaften betreffend der Korrosion.

Die belgische Agentur für radioaktiven Abfall (Belgien Agency for Radioactive Waste and Enriched Fissile Materials ONDRAF/NIRAS) hat einen sogenannten „Supercontainer“ vorgeschlagen. Ein Entscheid über diesen Vorschlag steht noch aus. Der Supercontainer wiegt rund 65 Tonnen und besteht aus mehreren Schichten. Direkt um das radioaktive Material schliesst sich eine metallische Ummantelung an. Danach folgt eine dicke Schicht aus Beton, wiederum umschlossen von einer metallischen Umhüllung.

Hohe Anforderungen an das Material von Lagerbehältern

Die Anforderungen an die Behälter für radioaktive Abfälle in geologischen Tiefenlagern sind vom Gesetzgeber geregelt. Die Lagerbehälter für HAA müssen gemäss der Richtlinie des Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorats ENSI den vollständigen Einschluss der Radionuklide während tausend Jahren ab deren Einlagerung garantieren.

• Gesetzliche Vorgaben

  Kernenergiegesetz

  • Artikel 30, Absatz 3: Radioaktive Abfälle müssen so entsorgt werden, dass der dauernde Schutz von Mensch und Umwelt gewährleistet ist.
  • Artikel 37, Absatz 1b: Für geologische Tiefenlager wird die Betriebsbewilligung erteilt, wenn zusätzlich zu den Voraussetzungen nach Artikel 20 Absatz 1: die Rückholung der radioaktiven Abfälle bis zu einem allfälligen Verschluss ohne grossen Aufwand möglich ist.

  Kernenergieverordnung

  • Artikel 11 Absatz 2b und c: Ein geologisches Tiefenlager ist so auszulegen, dass die Langzeitsicherheit durch gestaffelte passive Sicherheitsbarrieren gewährleistet wird und dass Vorkehrungen zur Erleichterung von Überwachung und Reparaturen des Lagers oder zur Rückholung der Abfälle die passiven Sicherheitsbarrieren nach dem Verschluss des Lagers nicht beeinträchtigen.

• Behördliche Anforderungen

  Richtlinie ENSI-G03

  • 1 Optimierung der Betriebsphase und der Langzeitsicherheit eines geologischen Tiefenlagers: […] Bei jedem Schritt zur Realisierung des geologischen Tiefenlagers sind für jede sicherheitsrelevante Entscheidung verschiedene Alternativen und ihre Bedeutung für die Langzeitsicherheit in qualitativer Weise zu betrachten und ein insgesamt für die Sicherheit günstiger Entscheid zu fällen. […]
  • Im Sinne einer Optimierung der Langzeitsicherheit sind die Lagerbehälter für hochaktive Abfälle auf einen vollständigen Einschluss der Radionuklide während tausend Jahren ab deren Einlagerung auszulegen. Die Entsorgungspflichtigen haben die zeitliche Einschlussfähigkeit der Lagerbehälter aufzuzeigen.

Bei Lagercontainern für schwach- und mittelaktive Abfälle (SMA) ist wegen der viel geringeren Aktivität ein länger dauernder Einschluss in den Lagerbehältern nicht notwendig. Für die SMA sind deshalb Behälter aus Beton vorgesehen.

Abklärungen sind noch nicht abgeschlossen

Nach Ansicht des ENSI stellen die offenen Fragen zu den Behältermaterialien die Machbarkeit der Tiefenlagerung nicht in Frage. Das Behältermaterial wird erst mit der nuklearen Baubewilligung abschliessend festgelegt. Diese ist für das SMA-Lager ab etwa 2030, für das HAA-Lager ab etwa 2045 geplant. In der Zwischenzeit ist es gemäss Experten der Nagra wichtig, verschiedene Behältermaterialien weiter zu untersuchen, die Vor- und Nachteile gegeneinander abzuwägen und wissenschaftliche Entwicklungen in dem Bereich zu verfolgen und zu berücksichtigen.

• Neue Fragen

  • TFS-Frage 131: Asbest-Zement als Material beim Bau der Lagerstollen
  • TFS-Frage 132: Sicherheitstechnischer Vergleich anhand von Dosisintervallen

• Mündlich beantwortete Frage

  • TFS-Frage 109: „Keramik als alternatives Behältermaterial“