HADES: 40 jaar onderzoek naar geologische berging

Dit verwarmingsexperiment startte in 2014 en bootst de warmte na die het hoogactieve afval afgeeft. Dat gebeurt door een afzonderlijke galerij van 30 meter lang gedurende 10 jaar te verwarmen met een constante temperatuur van 80°C op de plaats waar de galerijwand en de klei elkaar raken. Onderzoekers bestuderen vervolgens welke impact die warmte heeft op de klei. Daarbij meten ze de druk en de temperatuur in de klei, net als de druk en de chemische evolutie van het poriënwater. Al de reeds bekomen resultaten bevestigen de bestaande kennis over het gedrag van de klei bij verwarming. Ze tonen vooral ook aan dat de eigenschappen die klei geschikt maken als gastgesteente behouden blijven na langdurige blootstelling aan warmte.

HADES is een vergunde nucleaire onderzoeksinstallatie, waardoor we er een verscheidenheid aan radioactieve bronnen en merkstoffen kunnen gebruiken. Dat laat ons toe om er experimenten met radioactieve stoffen in reële condities uit te voeren. Zoals bijvoorbeeld een migratie-experiment, dat in 1988 startte en de verspreiding bestudeert van radioactieve stoffen doorheen de klei. Ons onderzoek wordt ook aangevuld met experimenten in laboratoria en computersimulaties op lange termijn. Daarnaast zijn er ook grootschalige demonstratieproeven om de resultaten van de kleinschalige experimenten te bevestigen en de voorspellende modellen te verfijnen.

De Boomse Klei ontstond tientallen miljoenen jaren geleden en vormt een stabiele diepe kleilaag, die ook de volgende honderdduizenden jaar zo goed als ongewijzigd zal blijven. Die stabiliteit in de ondergrond is een essentiële voorwaarde om de veiligheid op lange termijn te garanderen. Het afval is dan afgesloten van veranderingen aan het oppervlak, denk maar aan aardbevingen, klimaatveranderingen of oorlogen. Daarnaast laat klei nagenoeg geen water door en bezit ze eigenschappen die de verspreiding van radioactieve stoffen sterk vertraagt. Na een lange tijd zullen er onvermijdelijk radionucliden vrijkomen uit hun afvalverpakking en uit de bergingsinstallatie. Deze zullen dan in contact komen met de klei die ervoor zal zorgen dat de radionucliden er nog heel lang over zullen doen om de biosfeer te bereiken. Tegen dan zal het allergrootste deel ervan vervallen zijn en vormen ze geen gevaar meer voor mens en milieu.

Wereldwijd komen er drie mogelijke gastgesteentes voor geologische berging in aanmerking, namelijk klei, zout en graniet. Daarvan komt in België enkel klei, verhard en onverhard, als mogelijk gastgesteente voor. Zo vormt de Boomse Klei in het noordoosten van het land een uitgestrekte, diepe, onverharde kleilaag. Het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN dat zich in die regio bevindt, besliste dan ook om het ondergrondse laboratorium HADES onder hun terreinen in Mol te bouwen. NIRAS beheert en exploiteert HADES, 225 meter diep onder de grond, samen met SCK CEN. Sinds 1995 gebeurt dat onder de vlag van het economisch samenwerkingsverband EURIDICE.

De kosten voor de toekomstige berging van het hoogactieve en/of langlevende afval zijn voor de afvalproducenten en de Belgische Staat, als financiële verantwoordelijke van de nucleaire passiva. NIRAS berekent de kosten op basis van een gedetailleerd financieel scenario dat uitgaat van een geologische berging 400 meter diep in kleilagen. De bijdrage wordt berekend op basis van de hoeveelheid afval en de plaats die het zal innemen in de galerijen. Het beheer van de provisies, die de nucleaire exploitanten aanleggen voor de ontmanteling van de kerncentrales en het beheer van bestraalde splijtstoffen, ligt niet in handen van NIRAS maar van Synatom, een dochteronderneming van Engie Electrabel. De controle hierop gebeurt door de Commissie voor nucleaire voorzieningen.

Hoewel elk land verantwoordelijk is voor het beheer van zijn eigen radioactief afval, is een samenwerking om een gezamenlijke berging te ontwikkelen en te realiseren niet uitgesloten. In principe zou ons afval dus elders geborgen kunnen worden of zouden wij het afval van een ander land kunnen bergen. Een aantal Europese lidstaten overleggen over gedeelde berging en hebben zich gegroepeerd in de associatie ERDO (European Association for Multinational Radioactive Waste Solutions). NIRAS vervoegde onlangs de associatie als observator.

Wereldwijd bezitten 26 landen samen bijna 97% van de commerciële kernreactoren. Nagenoeg al deze landen hebben voor het langetermijnbeheer van hun hoogactief en/of langlevend afval al een nationale beleidsmaatregel gekozen: zij opteerden allen voor geologische berging. Sommige landen kozen zelfs al voor een gastgesteente en locatie. Zo gaan Finland en Zweden hun hoogactief en/of langlevend afval bergen in graniet. Finland is bezig met de bouw van de ondergrondse installatie en Zweden heeft de vergunning om met de bouwwerken te starten. Frankrijk en Zwitserland kiezen dan weer voor een berging in klei. Ook andere landen zijn inmiddels gestart met de zoektocht naar een site.

Europese lidstaten zijn sinds 2011 verplicht om een nationaal beleid vast te leggen voor het beheer van hun radioactieve afval, dus ook voor het hoogactieve en/of langlevende afval. Op basis van een voorstel van NIRAS zette de federale regering de eerste stappen hiervoor in 2022. Sowieso is er een nog een lange weg te gaan. Van een eventuele keuze voor een locatie is vandaag nog geen sprake, het bergingsproject zal hoe dan ook nog tientallen jaren in beslag nemen.

Na tientallen jaren onderzoek zijn wetenschappers in binnen- en buitenland het erover eens dat geologische berging de enige veilige eindbestemming is voor het hoogactieve en/of langlevende afval. Wereldwijd zijn de alternatieven voor geologische berging beoordeeld, afgewogen en uiteindelijk verworpen. Ze gaan in tegen internationale afspraken of houden te grote risico’s in. Berging in de zee(bodem), in een ijskap of in de ruimte kunnen bijvoorbeeld niet. Hoewel er vandaag dus geen alternatieven bestaan voor geologische berging, blijft NIRAS met een open blik alle wetenschappelijke ontwikkelingen op de voet volgen.

Het hoogactieve en/of langlevende afval moet tot honderdduizenden jaren van mens en milieu afgeschermd worden. Opslaggebouwen aan de oppervlakte bieden geen garantie voor veiligheid op die termijn. De opslaggebouwen hebben een beperkte levensduur van maximum ongeveer 100 jaar en zouden constant vervangen moeten worden. Daarbij weet niemand hoe de maatschappij of de natuur aan de oppervlakte zal evolueren, denk maar aan oorlogen of klimaatveranderingen. Stabiele grondlagen bieden wel zekerheid op heel lange termijn, zij zijn al tientallen miljoenen jaren onveranderd en blijven dat nog geruime tijd.

Drie veiligheidsprincipes (afzondering, insluiting en vertraging) zorgen ervoor dat de radioactieve stoffen afgeschermd blijven voor mens en milieu. De dikke geologische laag rond de installatie blijft honderdduizenden jaren stabiel en zondert het afval af van veranderingen aan het aardoppervlak. De diverse kunstmatige barrières rond het afval blijven lange tijd intact en sluiten de radioactieve stoffen in zodat deze zich de eerste duizenden jaren niet verspreiden. Eens er na die periode toch radionucliden vrijkomen, wordt hun verspreiding fel vertraagd door de eigenschappen van het gastgesteente dat als natuurlijke barrière fungeert. Door deze vertraging vervalt het grootste deel van de radioactieve stoffen in de natuurlijke barrière. De kleine hoeveelheid die na tienduizenden tot honderdduizenden jaren uiteindelijk in de biosfeer terechtkomt, is niet meer schadelijk.

Bij geologische berging wordt het radioactieve afval geplaatst in een ondergrondse installatie achter een hele reeks kunstmatige barrières. Deze installatie wordt gebouwd in een stabiele aardlaag op een diepte van enkele honderden meters. Zo’n bergingsinstallatie bestaat uit een netwerk van ondergrondse horizontale galerijen waarin het radioactieve afval geplaatst wordt. De installatie is bereikbaar via toegangsschachten die eens de galerijen gevuld zijn, volledig afgesloten worden. Het is een passief systeem dat na de volledige sluiting geen verdere actie meer vereist. Wel blijft het voor toekomstige generaties mogelijk om toezicht te houden zolang ze dit wensen te doen.

Het grootste deel van het radioactieve afval zal in een installatie aan de oppervlakte geborgen worden, waar het zo’n 300 jaar van mens en milieu afgeschermd zal worden. Een ander deel van het afval moet tot honderdduizenden jaren afgezonderd worden en is bestemd voor geologische berging. Daarbij gaat het over twee types radioactief afval: laag- of middelactief langlevend afval (categorie B-afval) en hoogactief kort- of langlevend afval (categorie C-afval). Beide types afval zijn voor het grootste deel afkomstig van de ontmanteling van nucleaire installaties (categorie B-afval) en van de productie van kernenergie (categorie C-afval).

Neen, absoluut niet. Het radioactieve afval bevindt zich momenteel bovengronds in gebouwen op de beveiligde site van NIRAS in Dessel. Dat is een veilige maar tijdelijke oplossing. Voor het beheer op lange termijn maken we een onderscheid tussen kortlevend, laag- en middelactief afval enerzijds en langlevend en/of hoogactief afval anderzijds. Het kortlevende afval zal aan de oppervlakte geborgen worden in de oppervlaktebergingsinstallatie in Dessel. Dat project is in volle voorbereiding. Voor het langlevend en/of hoogactief afval wordt in België al 40 jaar onderzoek gedaan naar de uitvoerbaarheid en veiligheid van geologische berging in het ondergrondse laboratorium HADES in Mol. Dit onderzoek toont aan dat geologische berging uitvoerbaar is en dat klei over de geschikte eigenschappen beschikt om het afval voldoende lang in te sluiten.

HADES is een onderzoekslaboratorium. Er zal nooit afval geborgen worden. Zelfs als men dat zou willen, is het niet mogelijk want HADES is veel te klein. De diameter van de schachten en galerijen is te klein om de grote afvalcontainers te transporteren. De centrale galerij is slechts 200 lang. In een echte bergingsinstallatie spreken we al snel over 25 à 30 km bergingsgalerijen. Door de vele boringen die er zijn gebeurd om de klei te onderzoeken, is de klei bovendien teveel verstoord.

Waar een berging gebouwd kan worden, zal afhangen van de geschikte karakteristieken van de ondergrond en zal altijd het resultaat zijn van maatschappelijk overleg waarbij NIRAS op zoek zal gaan naar een regio die partner wil worden bij de ontwikkeling van een dergelijk project. Bovendien zal het Federale Agentschap voor Nucleaire Controle, het FANC, finaal beoordelen of het voorstel van berging op een specifieke locatie voldoet aan de veiligheidsvereisten.

‍

Klimaatsveranderingen vormen net een belangrijk argument om te kiezen voor geologische berging.

Vandaag spreken we vooral over opwarming van het klimaat. Indien op lange termijn al het ijs op aarde zou smelten, zal het zeeniveau verschillende tientallen meter stijgen. Een deel van België kan dan onder water komen te staan. Dit maakt duidelijk dat opslag in gebouwen een kwetsbare situatie is. In de diepe ondergrond blijft het afval ingesloten en afgezonderd van deze veranderingen.

‍

Op de echt lange termijn, en dan bedolen we de komende honderdduizenden jaren, kijken de onderzoekers vooral naar de invloed van ijstijden. IJstijden en warmere tussenperiodes zoals degene waar we nu in leven, wisselen elkaar af zo ongeveer om de honderdduizend jaar. In onze streken betekent een ijstijd vooral koudere temperaturen, het voorkomen van permafrost en eventueel het insnijden van rivieren. Daarom ook dat een bergingsinstallatie op enkele honderden meter diep zal worden gebouwd. Op die manier hebben deze verstoringen geen invloed op de veiligheid van een bergingsinstallatie.

‍

Een aardbeving ontstaat wanneer twee gesteenteblokken in de ondergrond plots bewegen ten opzichte van elkaar langsheen een breukvlak. Dit veroorzaakt een trilling of beving die zich voortplant in de ondergrond. De grootste schade treedt op aan het aardoppervlak waar extra trillingen gegenereerd worden op het contact tussen de vaste grond en de lucht. Het afval kan in zo’n geval dus maar beter diep onder de grond zitten, hermetische afgesloten in een bergingsinstallatie.
‍

De aardbevingen die in België voorkomen hebben meestal een lage intensiteit. Ze ontstaan vaak aan bestaande en gekende breukzones zoals we die terugvinden in het noordoosten van België. Een bergingsinstallatie zal op veilige afstand van deze gekende breukzones gebouwd worden. Op die manier blijft de potentiële impact van een aardbeving op een ondergrondse berging tot het absolute minimum beperkt.

‍

“Dumpen van afval”, dat klinkt als het achterlaten en vergeten van afval, zonder ons te bekommeren om de gevolgen ervan voor het milieu. Dat is bij geologische berging helemaal niet het geval. Het huidige concept van zo’n bergingssysteem is het resultaat van 40 jaar onderzoek in het ondergrondse laboratorium HADES in Mol. Het is de meest veilige optie om mens en milieu te beschermen tegen de schadelijke effecten van dit afval. Daar zorgen een reeks barrières voor. Om te beginnen zou het afval verpakt worden in verschillende materialen die ervoor zorgen dat het afval gedurende duizenden jaren ingesloten blijft. Dit noemen we de technische barrières. Het verpakte afval zou zorgvuldig in horizontale tunnels worden geplaatst die zodanig gebouwd zijn dat ze de geologische laag errond zo min mogelijk verstoren. Deze geologische laag vormt de natuurlijke barrière. Lang nadat de technische barrières het hebben begeven, zorgt deze laag ervoor dat de beweging van de radioactieve stoffen sterk vertraagd wordt. Tegen de tijd dat bepaalde radioactieve stoffen de grenzen van de geologische laag bereiken, is de concentratie van deze stoffen sterk afgenomen en is de radioactiviteit ervan gedaald. Op die manier vormen ze geen gevaar meer voor mens en milieu.

Dat is toch iets heel anders dan een dumpplaats voor afval.

‍

De experimenten in het ondergrondse laboratorium HADES tonen aan dat klei goede eigenschappen bezit om het radioactieve afval in te sluiten. Klei laat om te beginnen nauwelijks water door. Er zijn geen waterstromingen mogelijk die de radioactieve stoffen snel zouden verplaatsen. Bovendien is de klei plastisch. Dat betekent dat de scheurtjes die zich vormen in de klei tijdens het uitgraven van tunnels, zich vanzelf weer sluiten nadat de betonnen wand is geplaatst. Tot slot hebben de kleimineralen, de kleinste partikels in de klei, de eigenschap om een groot deel van de radioactieve stoffen aan zich te binden. Hierdoor blijven ze vastzitten in de kleilaag wanneer ze op lange termijn uit de afvalverpakking vrijkomen. Deze drie eigenschappen samen maken dat klei geschikt is voor geologische berging.

‍

Het onderzoeksprogramma naar geologische berging heeft tot nu toe zo’n 10 miljoen € per jaar gekost. De financiering gebeurt door de afvalproducenten volgens het principe “de vervuiler betaalt".

De financiering van het beheer van het radioactieve afval gebeurt door de afvalproducenten volgens het principe “de vervuiler betaalt". Ook de uiteindelijke realisatie van een bergingsinstallatie zal worden gefinancierd door de afvalproducenten. De realisatie van een ondergrondse bergingsinstallatie in de veronderstelling van een berging in weinig verharde klei op 400 meter diepte, wordt momenteel door NIRAS geschat op zo’n 12 miljard €.

Momenteel is er nog niets beslist over de locatie van een toekomstige bergingsinstallatie. Waar zo’n berging gebouwd kan worden, zal afhangen van de karakteristieken van de ondergrond en de veiligheidsvereisten die bepaald worden door het Federale Agentschap voor Nucleaire Controle. In het noordelijke deel van België komen vooral weinig verharde kleilagen in aanmerking, in het zuidelijke deel gaat het over hardere varianten zoals schiefers en leistenen. Waar de berging eventueel zal worden gebouwd, zal naast de veiligheidseisen ook het resultaat zijn van maatschappelijk overleg. NIRAS zal daarvoor op zoek gaan naar een regio die partner wil worden bij de ontwikkeling van een dergelijk project. Uiteindelijk zal het FANC beoordelen of het concrete voorstel op een specifieke locatie voldoet aan alle veiligheidsvereisten voor een geologische berging.

Radioactief afval wordt momenteel opgeslagen in gebouwen op de site van NIRAS in Dessel. Dat is een veilige situatie. Maar de levensduur van een gebouw is beperkt. Het langlevende afval blijft echter tot honderdduizenden jaren gevaarlijk voor mens en milieu. Opslag in gebouwen is op die tijdschaal ondenkbaar.

Internationaal wordt geologische berging beschouwd als de meest veilige oplossing. Het voordeel van een geologische berging is dat we het afval isoleren diep onder grond, in een omgeving die al miljoenen jaren stabiel is en dat met zekerheid ook zal blijven voor de volgende honderdduizenden jaren. Met zo’n systeem is de tussenkomst van de mens niet nodig om de veiligheid in stand te houden en schuiven we de zorg voor het afvalbeheer niet door naar de toekomstige generaties.

Is het de enige optie?

Alternatieven zoals lanceren in de ruimte zijn uitgesloten, o.a. omwille van de risico’s bij lancering en de hoge kosten die eraan verbonden zijn. Internationaal wordt geologische berging dus eigenlijk ook beschouwd als de enige optie voor het langetermijnbeheer van langlevend radioactief afval.

‍

Transmutatie betekent letterlijk “omzetten”, in dit geval omzetten van specifieke radioactieve elementen met een lange levensduur in andere radioactieve elementen met een kortere levensduur. Het onderzoek dat momenteel wordt gevoerd naar transmutatie kan in de toekomst leiden tot een vermindering van het volume van bepaalde radioactieve afvaltypes. Voor het huidige reeds verwerkte afval verandert er echter niets. Er blijft een groot volume langlevend afval dat op lange termijn afgeschermd moet worden van mens en milieu. Daarvoor is geologische berging de meest veilige oplossing. Transmutatie is dus geen alternatief voor geologische berging. Het kan in de toekomst een toegevoegde waarde hebben en leiden tot een optimalisatie van het bergingssysteem.

Meer algemeen lijkt het ons niet verantwoord om te wachten op een nieuwe technologie die mogelijk niet gevonden zal worden. Op die manier schuiven we het probleem immers voor ons uit en zorgen we ervoor dat onze kinderen en kleinkinderen hiervoor moeten betalen, zorg moeten dragen voor het afval en dat de financiering onzeker zou kunnen worden. De realisatie van een bergingsinstallatie neemt decennia in beslag. Indien zich in de tussentijd andere en betere oplossingen zouden aandienen, zal daar zeker rekening mee gehouden worden.

Neen. Dit is trouwens een van de veiligheidsvereisten voor geologische berging.

De radioactiviteit van het afval vermindert met de tijd, ook al gaat dit voor sommige radioactieve stoffen heel langzaam. Door het afval tienduizenden jaren in te sluiten in een speciale afvalverpakking zoals een monoliet of een supercontainer, is de radioactiviteit reeds afgenomen op het moment dat de radioactieve stoffen in de klei terechtkomen. De beweging ervan wordt vervolgens in grote mate afgeremd door de kleimineralen, dat zijn de kleinste onderdeeltjes in de kleilaag, die een belangrijk deel van de radioactieve stoffen aan zich binden. Bovenop deze trage beweging, wordt de concentratie van radioactieve stoffen sterk verdund. Op basis van de experimenten in HADES hebben we een goed begrip van deze processen en kunnen we nauwkeurig bepalen hoe de radioactieve stoffen op lange termijn in de ondergrond bewegen. De hoeveelheid radioactiviteit die in het grondwater zal terecht komen, is verwaarloosbaar klein en zal geen gevaar vormen voor de mensen die in de toekomst dit water zouden gebruiken.

Berging zal dus op geen enkele manier het grondwater onbruikbaar maken voor consumptie.

Voor de volledigheid:

Een ander aspect is de opwarming door de aanwezigheid van hoogradioactief afval. De spreiding van het warmte-producerend afval in de bergingsinstallatie zal zodanig gebeuren dat de opwarming van het grondwater beperkt blijft en binnen de wettelijke normen valt.

Berging zal dus op geen enkele manier het grondwater onbruikbaar maken voor consumptie.

‍

De bouw en exploitatie van de bergingsinstallatie zal verschillende decennia in beslag nemen. Gedurende die tijd zal de installatie toegankelijk zijn. Het ontwerp van de bergingsinstallatie en de supercontainer laat toe om het afval gedurende een beperkte periode terug te nemen. Hoe lang deze periode precies is, zal nog moeten worden bepaald in samenspraak met burgers en stakeholders. We spreken van een grootteorde van 100 jaar.

Het is de bedoeling om de bergingsinstallatie op een bepaald moment af te sluiten zodat de veiligheid voor de toekomstige generaties gegarandeerd is zonder dat zij iets moeten doen. Passieve veiligheid noemen we dat.

‍

We zullen dus inderdaad het afval gedurende een bepaalde tijd kunnen terughalen.