Menschen hat es schon immer in den felsigen Untergrund gezogen. Sei es, um in einer Höhle Schutz zu suchen. Oder um wertvolle Rohstoffe wie etwa Feuerstein, Eisenerz, Salz und Kohle herauszuholen.
Auch um Hindernisse zu überwinden und Wegdistanzen zu verkürzen, werden Tunnel durch Berge gebaut. Gerade wegen der zahlreichen Alpentunnel hierzulande hat die Schweiz viel Erfahrung im Bau von “Löchern” ins Gestein.
Ein Untertagebau anderer Art ist das geologische Tiefenlager. In den Hohlräumen in rund 800 Metern Tiefe sollen die radioaktiven Abfälle der Schweiz so lange gelagert werden, bis sie auf ein für Mensch und Umwelt ungefährliches Mass abgeklungen sind.
Das Lager soll in den Opalinuston gebaut werden, eine gut 100 Meter dicke Schicht aus Tongestein. Das sehr dichte Gestein hält die radioaktiven Teilchen, die sogenannten Radionuklide, gut zurück.
Abgekoppelt von der Gesellschaft
Ob Erosion durch Eiszeitgletscher oder Kriege: Das Endlager kommt in grosser Tiefe zu liegen, um es langfristig abzukoppeln von schädlichen Einflüssen der Erdoberfläche. Die strahlenden Abfälle im tief liegenden Lager werden bewusst der – im Vergleich zur Gesellschaft an der Oberfläche – stabilen Geologie überlassen.
Doch wie überhaupt kann man in so grosser Tiefe bauen? Ob Stollen, Schächte, Tunnel oder Kavernen: Beim Herausbrechen des Gesteins ist die Sicherheit der Arbeiterinnen und Arbeiter besonders wichtig. Da gibt es zwischen dem konventionellen Untertagebau und dem Bau des Tiefenlagers keinen Unterschied.
Wie funktioniert das Tiefenlager?
Allerdings muss wegen der grossen Tiefe auf bestimmte Dinge besonders geachtet werden. So liegt die Temperatur in etwa 800 Metern Tiefe bei rund 40 Grad Celsius, weshalb zur Kühlung Frischluft in den Berg geblasen wird. Pro 100 Meter nimmt die Wärme um gut 3 Grad zu.
Auch müssen in dieser Tiefe die herausgebrochenen Hohlräume stärker abgestützt werden wegen des grösseren Gebirgsdrucks. Der Druck entsteht durch das Gewicht des Gesteins, das über dem Lager liegt.
Und weil der Opalinuston relativ weich ist und damit weniger fest, ist der Bau anspruchsvoller als zum Beispiel im harten Granitgestein. Schon 2014 schrieb das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (Ensi) dazu: “Tunnelbau im Opalinuston ist möglich, aber eine Herausforderung”.
Diese Herausforderung ist eine doppelte. Zum einen gilt es, wie erwähnt, die Arbeits- und Betriebssicherheit während des Baus und der Einlagerung der Abfälle zu gewährleisten. Stahlbögen, Spritzbeton, Felsanker oder Betonelemente: Das sind Mittel, mit denen die Hohlräume abgestützt werden.
Der Berg will Hohlräume wieder schliessen
In rund 800 Metern Tiefe, wo das Endlager für radioaktive Abfälle gebaut werden soll, herrscht grosser Druck, das Gestein steht unter Spannung. Verursacht wird das zum einen durch das Gewicht der Gesteinsschichten über dem Lager. Zum anderen wirkt die Kraft der afrikanischen Kontinentalplatte, welche diese Schichten nordwärts drückt. Ob für einen Tunnel durch einen Berg oder einen Stollen im Tiefenlager: Wird Fels herausgebrochen und ein Hohlraum geschaffen, reagiert das umliegende Gestein darauf. So „versucht“ es, diesen Raum wieder zu schliessen. Daher gibt die Tunnel- oder Stollenwand langsam nach, sodass es zu Verformungen, Rissen, Abplatzungen oder sogar Einstürzen kommt. Aber nur, solange es keine Gegenkraft zum Beispiel in Form von Stahlbögen gibt. Weicheres Gestein wie Salz oder Tongestein beginnt unter Druck zu kriechen – es ist, als würde es langsam in den Hohlraum hinein fliessen. Ob harter Granit oder weicher Opalinuston: Bleiben Stollen offen, schliesst der Berg sie irgendwann wieder. Aus dem Grund werden die Hohlräume des Tiefenlagers nach der Einlagerung der radioaktiven Abfälle wieder verfüllt und damit geschlossen.
Solche Stützmittel werden im Opalinuston des Felslabors Mont Terri seit vielen Jahren getestet. Zudem gibt es bereits Erfahrungen dank mehrerer Strassen- und Eisenbahntunnel, die durch dieses Tongestein gebaut worden sind.
Zum anderen geht es um die Langzeitsicherheit. Damit ist gemeint, dass der Opalinuston die Abfälle für eine Million Jahre einschliesst. Obwohl die vollen Lagerstollen am Ende verfüllt und so alle Hohlräume wieder verschlossen sind: Ein Stück weit wird der Opalinuston durch das Herausbrechen der Stollen beschädigt.
Was geschieht mit den Rissen?
Verformtes Gestein, Abplatzungen, Risse: Welche Folgen haben solche Schäden für die Sicherheit in zigtausenden Jahren? Können so Radionuklide aus dem Lager gelangen? Auch zu diesen Fragen betreibt die Nagra viel Forschung.
Die Untersuchungen zeigen zum Beispiel, dass die Luft die Felswände austrocknet, sodass sie rissig werden. Sobald die Stollen jedoch verfüllt sind, schliessen sich die Risse wieder. Denn das Porenwasser tiefer im Opalinuston-Felsen wandert langsam nach innen, wodurch das ausgetrocknete Tongestein aufquillt und die undichten Stellen verschliesst.
Ebenfalls untersucht wurden die Wechselwirkungen zwischen den eingelagerten Abfällen samt Verpackung und dem Opalinuston. Denn schliesslich handelt es sich dabei um Fremdkörper im Gestein, die Wärme, Druck und chemische Reaktionen erzeugen. Und auch hier zeigt sich, dass die Langzeitsicherheit gewährleistet werden kann.
Am besten ist es allerdings, das Gestein von Beginn weg möglichst wenig zu „verletzen“. So wird etwa nur so viel Opalinuston wie nötig herausgebrochen – und so schonend wie möglich. In der Medizin würde man ein solches Vorgehen als minimalinvasiv bezeichnen.
Das Bauen im Opalinuston ist also machbar, wenn auch anspruchsvoll. Doch der Zusatzaufwand wird in Kauf genommen, weil sich das dichte Tongestein hervorragend eignet für die langfristige Lagerung radioaktiver Abfälle.
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