Forschung - AG WASTe

Aktuelles Forschungsprojekte der AG WASTe

       

Weitere Forschungsgebiete

 

Verbundprojekt GRaZ II:
"Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen
"
Auftraggeber: BMWi (2021-2023)

Überblick
Das Thema des Forschungsvorhabens ist die Rückhaltung von Radionukliden (Actiniden) im Nahfeld eines Endlagers für Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle in Tonsteinformationen Norddeutschlands gemäß dem Standortmodell NORD. Für den Sicherheitsnachweis eines solchen Endlagers gibt es Wissenslücken zum Einfluss von gelöstem Eisen, das bei der Korrosion der Einlagerungsbehälter freigesetzt wird, sowie von organischen und silicatischen Liganden, die aus der Beton- bzw. Zementkorrosion der technischen Barriere resultieren. Eine Besonderheit des Standortmodells NORD besteht in der mittleren bis hohen Ionenstärke der Formationswässer des Tongesteins. Deshalb soll der Einfluss von Eisen sowie der organischen und silicatischen Liganden auf die Radionuklidrückhaltung an Zementkorrosionsphasen und dem Bentonitpuffer unter hyperalkalinen Bedingungen bei mittleren bis hohen Ionenstärken quantifiziert werden. Dazu werden die Prozesse Sorption, Diffusion, Komplexierung, Redoxtransformation und Löslichkeit mit experimentellen und quantenchemischen Methoden studiert, auf molekularer Ebene aufgeklärt und mit thermodynamischen Modellen beschrieben. Auf der Basis der in diesem Projekt und dem vorhergehenden Verbundvorhaben „Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen (GRaZ I)“ erzielten Ergebnisse soll kritisch bewertet werden, in wieweit vorhandene Befunde für Systeme niedriger Ionenstärke auf die Bedingungen mittlerer bis hoher Ionenstärke gemäß dem Standortmodell NORD anwendbar sind.

Teilprojekt D (Universität des Saarlandes):
"Retention, Fixierung und Remobilisierung von endlagerrelevanten Elementen und Elementgemischen an Zementalterationsphasen"

Die geplanten Forschungsarbeiten der UdS beziehen sich insbesondere auf die Wechselwirkungen von Radionukliden und deren Homologe mit Zement bzw. Beton und deren Alterationsprodukten innerhalb der geotechnischen Barriere eines potentiellen Endlagers unter dem Einfluss von hochsalinaren und hyperalkalinen Bedingungen. Schwerpunktmäßig soll das Verhalten von endlagerrelevanten Elementen bzw. Elementgemischen unter verschiedenen geochemischen Bedingungen (Formationswässer, Zementzusätze und Konkurrenzionen) untersucht werden. Als Elemente werden U(VI) als Kernbrennstoff bzw. Mo(VI) als ein mögliches homologes Element, Eu(III) als Stellvertreter für die dreiwertigen Actiniden, sowie Cs(I), Sr(II), Pd(II), Sm(III), Zr(IV) und Ru(IV) als mögliche Abbau- bzw. Spaltprodukte, als Strukturteile (beispielswese Hüllrohre oder Kokillen) sowie als nicht radioaktive homologe Stellvertreter ausgewählt. Die Untersuchungen werden dabei neben Einzelelement-Experimenten vor allem mit Elementgemischen („WASTe Cocktail“) mit Hilfe der Multielement ICP-MS im Konzentrationsbereich von 10-9 bis 10-6 mol/L durchgeführt.

 

Verbundprojekt GRaZ I:
"Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen"
Teilprojekt D: "Untersuchung von Zement- und Ton-Korrosionsprodukten und deren Einfluss auf die Rückhaltung von endlagerrelevanten Elementen"
Auftraggeber: BMWi (2015-2020)
Zu Beginn des Projektes wurden die Korrosionsprodukte des Zements bzw. Betons inklusive der organischen Zementzusätze unter den Bedingungen eines Standorts in Tongestein unter hochsalinaren Bedingungen untersucht. Insbesondere wurde Portlandzement mit typischen organischen Zementzusätzen studiert. Dabei wurde untersucht, welche Formationswässer sich im Kontakt mit mittleren bis hohen Salinitäten ausbilden und welche Korrosionsprodukte unter solchen Bedingungen entstehen. Zu diesen Arbeiten gehörte auch die Charakterisierung der hyperalkalinen Porenwässer inklusive der enthaltenen organischen Komponenten mittels ICP-MS und LC-MS sowie die Herstellung entsprechender synthetischer Formationswässer.
Einen weiteren Schwerpunkt stellten Untersuchungen zu den Wechselwirkungen solcher hochalkaliner Wässer mit den verwendeten Tonen dar. Hierzu wurde Opalinuston sowie Ca-Bentonit (Calcigel), der als Puffer-Material und Bohrlochverschluss im Endlagerkonzept vorgesehen ist, eingesetzt. Ziel der Untersuchungen ist die Bestimmung der Rückhaltung bzw. Mobilität endlagerrelevanter Elemente (bzw. Elementgemische in einer dem Endlagerinventar entsprechenden Zusammensetzung) im Ton unter dem Einfluss der gebildeten hyperalkalinen Formationswässer hoher Ionenstärke.

Innerhalb des Verbundprojektes GRaZ I und GRaZ II findet eine intensive Zusammenarbeit statt mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Institut für Ressourcenökologie), der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Institut für Kernchemie), dem Karlsruher Institut für Technologie (Institut für Nukleare Entsorgung), der Technischen Universität Dresden (Sachgebiet Strahlenschutz), der Technischen Universität München (Fachgebiet Theoretische Chemie), der Universität Heidelberg (Physikalisch-Chemisches Institut) und der Universität Potsdam (Institut für Chemie/Physikalische Chemie).

 

 

 

 

 


PD Dr. Ralf Kautenburger

+49-(0)681 302 2171
r.kautenburger(at)mx.uni-saarland.de

 

Kontakt und Anfahrt:

Universität des Saarlandes
Anorganische Chemie / Elementanalytik
Campus C4 1, 1. UG
66123 Saarbrücken