De nieuwe veiligheidsstudie voor een eindbergingsfaciliteit in klei is een actualisatie en verfijning van de OPERA veiligheidsstudie uit 2017, waarbij rekening is gehouden met de voortgang die in Nederland en elders in de tussenliggende jaren is geboekt. Door het onderzoekswerk in COPERA in de periode 2020-2025 is een beter begrip ontstaan van de fysieke en chemische processen die belangrijk zijn bij het bepalen van de veiligheid van het multibarrièresysteem met natuurlijke en door mensen gemaakte barrières. Ook is er meer kennis opgebouwd over het bouwen en opereren van een eindbergingsfaciliteit in klei.
In OPERA werd voorgesteld om alle soorten afval op dezelfde diepte te bergen in Boomse klei, maar binnen COPERA is ook een ontwerp met meerdere ‘verdiepingen’ ontwikkeld. Dat kan omdat Paleogene kleien altijd op verschillende dieptes aanwezig zijn. Het bergen van afval op verschillende dieptes betekent dat chemische interacties tussen de verschillende soorten afval op de lange termijn minder waarschijnlijk zijn. Zandformaties tussen de kleiformaties kunnen bovendien de afvoer verbeteren van afbraakproducten, zoals gassen.
Een ontwerp met meerder verdiepingen verkleint ook de voetafdruk die de eindberging inneemt, zodat de kans op menselijke indringing verder wordt verkleind. Ook dit nieuwe concept is gebaseerd op het goed ontwikkelde Belgische ontwerp voor een eindberging in Boomse Klei. Maar in Nederland zouden mogelijk ook andere beschikbare Paleogene kleiformaties gebruikt kunnen worden. Die worden in COPERA verder onderzocht.
Ontwerp eindberging in klei op 1 niveau
Paleogene kleilagen zijn tientallen miljoen jaar oud en zeer stabiel. Ze kunnen het radioactieve afval hermetisch insluiten.
Recentelijk zijn Paleogene kleikernen van goede kwaliteit verkregen op 400 meter diepte. Deze kernen worden momenteel onderzocht in SECUUR, een onderzoeksproject onder leiding van de Technische Universiteit Delft. Er is nog meer kennis nodig over de aard en variabiliteit van Paleogene klei en de eigenschappen op regionale basis in heel Nederland om het huidige concept voor de eindbergingsfaciliteit te verfijnen.
Het beide ontwerpen bestaan uit oppervlakte- en ondergrondse faciliteiten, verbonden door verticale schachten. De ondergrondse faciliteiten zijn netwerken van tunnels. Er worden twee opties overwogen: een enkelvoudige eindberging op een diepte van ongeveer 500 meter in een Paleogene kleiformatie met een dikte van ongeveer 100 meter, en een eindberging met meerdere verdiepingen waarin afval afhankelijk van radioactiviteit en levensduur op verschillende dieptes wordt geborgen: hoogradioactief afval op 500 meter diepte en laag- en middelradioactief afval op een diepte van 200 en 100 meter.
Er wordt uitgegaan van één transporttunnel, die alle bergingstunnels op dezelfde diepte kruist. Bestaande tunnelbouwtechnieken met behulp van een tunnelboormachine kunnen worden gebruikt om het kleigastgesteente uit te graven en vrijwel tegelijkertijd de betonsegmenten te plaatsen.
Omdat de temperatuur van het kleigastgesteente toeneemt met de diepte, wordt momenteel verwacht dat 1.000 meter een maximum is voor een acceptabele werktemperatuur. De kosten nemen toe met toenemende diepte, voornamelijk omdat de betonsegmenten in de voering van tunnels dan dikker moeten worden. Dit vermindert de ruimte die beschikbaar is voor berging van het afval, waardoor de tunnels langer moeten worden of er meer tunnels gebouwd moeten worden. Voor mechanische stabiliteit moet de afstand tussen de bergingstunnels ook groter zijn, wat een grotere transporttunnel vereist. De diepte waarop de kosten van de eindberging onrendabel worden, moet nog worden berekend.
Ondergronds onderzoekslaboratorium in België op 230 meter diepte in Boomse klei. Bron: EIG EURIDICE.
Locatiestudies worden momenteel voorzien na 2050. Er is voldoende vertrouwen dat geschikte locaties voor een eindberging in Paleogene klei met de juiste dikte en diepte beschikbaar zijn. Informatie over de kenmerken daarvan moet nog worden verbeterd. Er zijn aanzienlijke onzekerheden in de diepte-dikteverdelingen van Paleogene kleien, omdat de meeste beschikbare gegevens afkomstig zijn van olie- en gasexploratieputten. Bij die boringen was weinig interesse voor het karakteriseren van de kleien.
De verdere ontwikkeling van het conceptontwerpen zal ook afhangen van het verkrijgen van betere gegevens over regionale hydrogeologische van de zandige formaties die boven en onder de Paleogene klei liggen en de Paleogene kleien zelf en hun geomechanische eigenschappen. Hiervoor is toegang nodig tot boorgaten en kernen van relevante dieptes.
De supercontainer die ontwikkeld is voor eindberging in klei. De container bestaat uit koolstofstaal, een betonnen buffer en een roestvast stalen omhulsel.
De afwezigheid van water en zuurstof zorgt voor zeer langdurige bewaring, zelfs van kwetsbaar organisch materiaal. Kijk hoe goed oerbossen in klei bewaard zijn gebleven.
Natuurlijke en archeologische analogen van de bewaring van materialen in kleien tonen aan dat alle afbraakprocessen nog veel langzamer kunnen gaan dan doorgaans uit de conservatieve modellen komt. De bewaring van oeroude bossen gedurende miljoenen jaren in Neogene kleien in Italië en België is een goed voorbeeld van hoe de afwezigheid van grondwaterstroming en zuurstof bijdragen aan zeer langdurige bewaring, zelfs van kwetsbaar organisch materiaal.
De bewaring van Romeinse ijzeren voorwerpen gedurende 2000 jaar in vergelijkbare zuurstofloze omstandigheden ondersteunt de aannames over de minimale levensduur van de koolstofstalen verpakking van warmtegenererend hoogradioactief afval. Romeinse cementen en betonsoorten tonen aan dat het door beton gedomineerde barrièresysteem zijn fysieke eigenschappen en structurele stabiliteit duizenden jaren kan behouden.
Het vertrouwen in de betrouwbaarheid van de OPERA-veiligheidsberekeningen wordt in COPERA versterkt door het feit dat ze grotendeels vergelijkbaar zijn met de schattingen van andere nationale eindbergingsprogramma’s die onafhankelijk zijn gemaakt voor een breed scala aan afvalsoorten en gastgesteenten.
Het verder ontwikkelen van kennis van het ontwerpconcept voor een eindbergingsfaciliteit en de vereiste diepte, oppervlakte en geologische omstandigheden maakt het gemakkelijker om de faciliteit in te passen in het nationale beleid en de prioriteiten voor het gebruik van ondergrond. Momenteel zijn er goede vooruitzichten voor het opbergen van Nederlands radioactief afval in de Paleogene kleien, maar er moeten meer gegevens worden verzameld over de eigenschappen op relevante dieptes.
De belangrijkste onzekerheden die in COPERA zijn geïdentificeerd, zullen worden onderzocht in toekomstige studies. Niet al het onderzoekswerk is nodig in de komende decennia; het wordt gefaseerd in verschillende iteraties van het langetermijnonderzoeksprogramma van COVRA uitgevoerd. Voor het toekomstige vervolgonderzoek is een routekaart ontwikkeld. De hoogste prioriteit is het verkrijgen van verdere informatie over eigenschappen van de Paleogene kleien.