Szenarien - Ausblick in die Zukunft eines Endlagers

Referenzszenario

Prinzip der FEP-Abhängigkeiten dargestellt bis in die 2. Ebene Quelle: BGR

Das Wissen um die Entwicklungen auf der Erde in der Vergangenheit befähigt Geowissenschaftler, auch zukünftige geologische Prozesse zu prognostizieren. In der „Langzeitsicherheitsanalyse“ untersuchen die BGR-Wissenschaftler die unterschiedlichen Prozesse und leiten daraus ab, welche an einem Endlagerstandort zukünftig ablaufen können und in welchen Abhängigkeiten sie zueinander stehen.

Eine umfassende Langzeitssicherheitsanalyse ist das Kernstück für die Eignungsaussage eines Endlagers für radioaktive Abfälle. Sie basiert auf der Ermittlung und Analyse von Szenarien. Dabei werden die Wirkungen geodynamischer, geotechnischer, klimatischer und chemisch-physikalischer Zustände, Ereignisse und Prozesse (engl.: FEP = Features, Events, Processes) auf das Endlager-Barrierensystem erfasst und beschrieben.

Für die Ermittlung von Szenarien wendet die BGR eine Methode an, die gemeinsam mit der DBE Technology und der GRS im ISIBEL-Projekt für ein Referenzszenario entwickelt wurde. Die Methode beruht auf der Ermittlung von FEPs, deren Eintreten wahrscheinlich ist und die die einschlusswirksamen Barrieren direkt beeinträchtigen (Szenario-FEPs). Um die Ausprägung der ausgewählten FEPs abschätzen zu können, werden die Abhängigkeiten aller Szenario-FEPs von auslösenden und beeinflussenden FEPs in der nächsten Ebene berücksichtigt. In gleicher Weise wird solange in den folgenden Ebenen verfahren bis dort nur noch bereits bekannte FEPs in den Abhängigkeiten vertreten sind.

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Klimaszenarien

Szenario Kaltzeit: Gletscherrandlage Quelle: BGR

Wichtig für die Betrachtung der Entwicklung eines Endlagers sind u. a. die klimatischen Rahmenbedingungen, die am Standort in der Zukunft herrschen. Als zu betrachtender Zeitraum werden vom Arbeitskreis Auswahlverfahren Endlagerstandorte ca. eine Million Jahre empfohlen.

Die Abschätzung der zukünftigen Klimaentwicklung beruht auf dem sog. Aktualitätsprinzip, das besagt, dass die geophysikalischen und -chemischen Gesetzmäßigkeiten vergangener und heutiger Prozesse auch in der Zukunft gültig sein werden. Davon ausgehend kann demnach die weitere Entwicklung eines Systems, oder wie in diesem Fall des Klimas, prognostiziert werden. Die unterschiedlichen Zustände der klimatischen Rahmenbedingungen sind Warm- und Kaltzeiten.

Die Abbildung unten zeigt die vergangene Entwicklung eines hypothetischen Endlagerstandorts in Norddeutschland bis heute und von dort ausgehend in zwei Zweigen die Entwicklung bis in einer Million Jahre. Der erste Zweig entspricht einer warmzeitlichen und der zweite einer kaltzeitlichen Entwicklung.

Die Erläuterungen der Abbildung zeigen die Entwicklung des Klimas in der Vergangenheit und der Zukunft. Für die Zukunft wird ergänzend auch die Veränderung des Endlagers einbezogen.

Sie können die Erläuterungen zur Klimaentwicklung je Blockbild in der Abbildung unten interaktiv per Download (275 KB) abrufen.

Klimaszenarien Quelle: BGR

Der Wechsel von Kalt- und Warmzeiten folgt einem Zyklus, der seit ca. 800.000 Jahren stabil ist. Seit dem beträgt die Dauer eines Zyklus – also einer Kalt- und der folgenden Warmzeit – ungefähr 100.000 Jahre. Setzt sich dieser natürliche Zyklus ungestört fort, dann führt uns die klimatische Entwicklung in eine neue Kaltzeit (Zweig 2). Wird dieser Entwicklung ein gestörter Ablauf zugrunde gelegt, der, z. B. durch menschliche Einflüsse, zu einer anhaltenden Erwärmung führt, kann sich der natürliche Zyklus, wie verschiedene Modellrechnungen zeigen, um einige hunderttausend Jahre verschieben. Dadurch würde sich die derzeitige Warmzeit (Zweig 1) entsprechend verlängern.

Für die Bewertung eines Endlagerstandortes sind die folgenden klimatisch bedingten Gegebenheiten zu berücksichtigen:

• Im Warmzeit-Szenario kommt es aufgrund des abschmelzenden Eises an den Polen zu einem Anstieg des Meeresspiegels um 60 bis 70 m. Bewertet werden müssen dann Prozesse, die mit der Wasserüberdeckung und der Sedimentablagerung einhergehen und die Druckverhältnisse am Standort ändern. Außerdem ist für den Untergrund zu beachten, dass sich die hydrogeologischen Verhältnisse unter diesen Bedingungen ändern.
• Dem Kaltzeit-Szenario liegen periglaziale oder glaziale Klimaverhältnisse zugrunde. Dabei werden die Prozesse (Erosion, Sedimentation, hydraulische Änderungen, etc.) betrachtet, die während Zeiten mit Permafrost, mit einer Gletscherrandlage und mit einer Gletscherüberfahrung des Standortes unterschiedlich wirksam sind

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Links zu anderen Seiten mit Literatur zur Szenarienanalyse (Auswahl):

• European Commission. Energy. Nuclear issues
  europa.eu.int/comm/energy/nuclear/index_en.html
  
• Svensk Kärnbränslehantering AB (SKB). Publications
  www.skb.se/ppw_en/browse.asp?ppwSearchReporttypeID=2&id=3515
  
• International Atomic Energy Agency IAEA. Publications
  www-pub.iaea.org/MTCD/publications/publications.asp
  
• ARAMIS Information System for research and development projects in Switzerland
  http://www.aramis-research.ch/e/index.html
  
• Hydrofrac. Nuclear High Level Waste Disposal Project
  www.hydrofrac.com/hfn_home.html
  
• Nuclear Energy Agency (NEA), specialised agency within the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)
  http://www.nea.fr/