Welche erweiterten und neuen Erkenntnisse hat die Nagra inzwischen aus dem 1:1 Einlagerungs-Demonstrationsversuch von HAA-Behältern und ähnlichen Untersuchungen im Rahmen des EU-Projektvorschlags PEBS (siehe Nagra 2008, Seite 20 und 29) bezüglich Absenkung von Lagerbehältern im Betonit, den Aufsättigungsprozessen im Betonit und im Wirtgestein sowie bezüglich der Langzeitsicherheit gewonnen?
Gehört das Quellverhalten des Bentonits und die chemische Zusammensetzung des Porenwassers zum Untersuchungsprogramm der Nagra im Pilotlager?
Inwiefern werden die thermo-hydraulischen Rahmenbedingungen in den Lagerstollen und das Quellverhalten des Bentonits durch die grössere Tiefenlage und den Einbau von massiven Tübbingen am Standort Nördlich Lägern im Vergleich zum Felslabor Mont Terri beeinflusst?
Referenzen
Nagra (2008): Bericht zum Umgang mit den Empfehlungen in den Gutachten und Stellungnahmen zum Entsorgungsnachweis. Nagra Technischer Bericht NTB 08-02
Die gegenwärtig laufenden experimentellen Arbeiten, wie zum Beispiel die Experimente HE-E und FE im Felslabor Mont Terri (FMT) und FEBEX und HotBENT im Felslabor Grimsel (FLG), bestätigen die im Jahre 2010 und danach von der Nagra und weiteren Experten gelieferten Antworten zu den Themen: Einlagerungs-Demonstrationsversuche, Absenkung von Lagerbehältern, Aufsättigungsprozesse im Bentonit und im Wirtgestein sowie Langzeitsicherheit. Dies wird untermauert durch langjährige Messreihen aus den in-situ Experimenten und den begleitenden Laboranalysen (FEBEX, (Kober et al. 2021), HE-E). Im Rahmen von EU-Projekten (BEACON, HITEC) wurden auf Basis der experimentellen Daten weitere Untersuchungen und Modellierungen zum Verhalten des Bentonits durchgeführt. Auch die Ergebnisse dieser Projekte stützen die bisherigen Erkenntnisse.
Für das gegenwärtige Design des Bentonit-Nahfelds – eine stollenzentrierte Positionierung der HAA-Behälter auf kompaktierten Bentonitblocksockeln, die von granularem Bentonit umgeben sind – zeigen experimentelle Daten, dass der Behälter während der Wiederaufsättigung im Nahfeld zentriert bleibt (FEBEX (Kober et al. 2021), FE (Firat Lüthi 2019), HotBENT (Schneeberger et al. 2025), aber auch anderer Partner, SKB in Äspö, Prototype Repository). Die im FE-Experiment gemessenen Hebungen des Behälters von wenigen mm bis max. 1-2 cm können der thermischen Dilatanz des Porenwassers im Bentonitsockel bzw. dem Quellverhalten des Bentonits zugeschrieben werden und haben keine sicherheitstechnische Bedeutung.
Die in früheren TFS-Antworten (TFS-Frage 25, TFS-Frage 159) getätigten Aussagen den sicherheitsrelevanten Eigenschaften von Bentonit als geotechnische Barriere im geologischen Tiefenlager für abgebrannte Brennelemente (BE) und hochaktive Abfälle (HAA) wurden durch die teils abgeschlossenen bzw. laufenden Gross-Experimente bestätigt. Der Bentonit weist die notwendigen sicherheitsrelevanten Eigenschaften auf und erfüllt die Anforderungen an das Verfüllmaterial.
b)
Die Porenwasserzusammensetzung im Opalinuston ist von der mineralogischen Zusammensetzung des Gesteins abhängig. Da die Mineralogie des Opalinustons in der Standortregion relativ homogen ist, variiert die Porenwasserzusammensetzung kaum (Nagra 2024a). Wie in der Antwort auf die TFS-Frage 159 erläutert, verändert sich der Quelldruck aber nur bei grossen Unterschieden in der Salinität des Porenwassers. Daher wird ausgehend von der der Porenwasserzusammensetzung kein sicherheitsrelevanter Einfluss auf das Quellen des Bentonits erwartet. Entsprechend sind das Quellverhalten des Bentonits und die chemische Zusammensetzung des Porenwassers nicht für das Pilotlagermonitoring angedacht. Erste Konzepte zum Pilotlagermonitoring wurden in Nagra (2021) vorgestellt. Für HAA wird auf die Temperatur und den Porenwasserdruck im Opalinuston fokussiert.
Untersuchungen zur Porenwassersignatur des Opalinustons sind Teil des Vorschlags der Nagra zur Bestätigung der Eignungskriterien (Nagra 2025).
c)
Infolge der grösseren Tiefenlage in Nördlich Lägern unterscheiden sich die thermischen, hydraulischen und geomechanischen Standortbedingungen des Tiefenlagers von den Bedingungen im FMT (siehe Tabelle 173-1 und Tabelle 173-2).
Tabelle 173-1: Hydraulische und thermische Eigenschaften des Opalinustons in den Standortgebieten Jura-Ost (JO), Nördlich Lägern (NL) und Zürich Nordost (ZNO) im Vergleich zum Felslabor Mont Terri. Hydraulische Leifähigkeit horizontal (Kh) und vertikal (Kv), Wärmeleitfähigkeit (WLF) (Referenzwerte (Nagra 2024b, Senger et al. 2014)).Tabelle 173-2: Thermisch, hydraulische und mechanische Eigenschaften des Opalinustons im Lagerfeld für hochaktive Abfälle (HAA) im Standortgebiet Nördlich Lägern (NL) im Vergleich zum Felslabor Mont Terri (Nagra 2024b).
Speziell ist die hydraulische Leifähigkeit und die Porosität etwas geringer als im FMT. Dahingegen sind der hydrostatische und lithostatische Druck höher. Dies wiederum hat einen Einfluss auf die thermo-hydraulische Entwicklung des HAA-Nahfelds sowie auf das Quellverhalten der Bentonitverfüllung.
Der Einfluss der Eigenschaften im Standortgebiet Nördlich Lägern auf die Nahfeldentwicklung wurde mittels modellunterstützter Analysen probabilistisch und mit entsprechend grossen Parameterbandbreiten geprüft. Es konnte gezeigt werden, dass weder die tiefenbedingten thermo-hydraulischen Eigenschaften noch die mächtigeren Tübbinge einen wesentlichen Einfluss auf die Barrierenwirksamkeit haben (Nagra 2024b). Allerdings ist davon auszugehen, dass die Aufsättigung aufgrund der grösseren Teufe, der geringeren hydraulischen Leitfähigkeit und der mächtigeren Tübbinge länger dauern wird als im FMT bzw. wie in Etappe 2 spezifiziert. Gegenüber dem Design der Etappe 2 verlängert sich die Aufsättigungszeit und somit die Dauer bis zum Auftreten von chemischen Wechselwirkungen. Sie liegt in Nördlich Lägern bei etwa 100 – 200 Jahren. Eine grössere Lagertiefe ist hingegen aus gebirgsmechanischer Sicht und hinsichtlich der lagerbedingten Effekte (Wärme, Gas) als günstiger zu bewerten. Mit zunehmender Tiefe steigt der lithostatische Druck und somit auch die mittlere Effektivspannung und damit die Scherfestigkeit im Gebirge.
Referenzen
Firat Lüthi, B. (2019): FE Experiment: Data Trend Report. Data from excavation and during 4 first years of heating (01.01.2012 – 31.08.2019). Nagra Arbeitsbericht NAB 19-42.
Nagra (2024b): Synthesis of the Performance Assessment for a Deep Geological Repository for Radioactive Waste. Nagra Technical Report NTB 24-22 Rev. 1.
Nagra (2025): Rahmenbewilligungsgesuch für das geologische Tiefenlager – Sicherheitsbericht. Nagra Technischer Bericht NTB 24-01.
Schneeberger, R., Lanyon, G. W., & Kober, F. (2025). Early thermo-hydraulic-mechanical evolution of bentonite under elevated thermal loads: insights from the HotBENT Experiment. Geoenergy, geoenergy2025-021.
Senger, R.K., Papafotiou, A. & Marschall, P. (2014): Thermo-hydraulic simulations of the near-field of a SF/HLW repository during early- and late-time post-closure period. Nagra Arbeitsbericht NAB 14-11.
