Da Kanada dem Ziel näher kommt, alle seine abgebrannten Kernbrennstoffe in eine einzige Anlage zu bringen und jeden Brennstoffbehälter in Bentonit-Ton einzuhüllen, untersuchen Forscher, ob dieser Ton mikrobielles Leben unterstützen könnte – was die Metallbehälter zerfressen könnte.
„Ich habe festgestellt, dass uns das mikrobielle Leben immer wieder überrascht“, sagt Myrna Simpson, eine der Forscherinnen und Professorin an der Fakultät für Physik- und Umweltwissenschaften der University of Toronto Scarborough. „Mikroben werden an den seltsamsten Orten wachsen.“
Die geplante Lagerstätte, die als geologisches Tiefenlager (DGR) bezeichnet wird, würde 500 bis 800 Meter unter der Erde an einem von zwei Standorten in Ontario liegen. Jeder Raum, in dem Atommüll gelagert wird, wird mit Bentonit-Ton verpackt und versiegelt, einem Quellmaterial, das hilft, Wärme abzuleiten und die Wasserbewegung zu reduzieren, wenn es dicht gepackt ist.
Aber der Ton wird aus einer natürlichen Lagerstätte in Wyoming abgebaut und wird unweigerlich mit winzigen organischen Stoffen eingebettet ankommen. Mikroben befinden sich auch im Ton und Gestein, das die Anlage umgibt, und im Grundwasser, das sie passieren kann. Ein Teil dieses mikrobiellen Lebens kann Sulfid produzieren, eine chemische Verbindung, die zur Korrosion der Metallbehälter führen kann, die den verbrauchten Kraftstoff enthalten.
Um zu testen, ob die Mikroben wachsen können, brachte die Gruppe, die Kanadas DGR, die Nuclear Waste Management Organization (NWMO), bildete, Simpson und die Professoren Josh Neufeld und Greg Slater von der University of Waterloo bzw. der McMaster University zusammen.
„Mein Labor ist in der Lage, die Chemie organischer Stoffe zu untersuchen, aber was bedeutet das in Bezug auf die Mikrobiologie?“ sagt Simpson. „Durch die Bündelung der Kräfte mit den Professoren Neufeld und Slater können wir Ergebnisse ganzheitlich zusammenführen.“
Das Team wird Proben des Grundwassers und des umgebenden Gesteins an den beiden vorgeschlagenen Standorten für die DGR untersuchen, in der Nähe von Ignace im Norden von Ontario und im Gebiet South Bruce im Südwesten von Ontario. Ihre Ergebnisse werden zu einem Datensatz beitragen, der der NWMO bei der Entscheidung über einen Standort helfen wird, zusammen mit anderen Aspekten des Projekts.
„Wenn wir Bedingungen finden, die das mikrobielle Wachstum fördern, können diese Informationen in das DGR-Design einbezogen werden, um potenzielle Risiken zu minimieren“, sagt Simpson.
Bildnachweis: NWMOCanada
Forscher replizieren Bedingungen tief unter der Erde
Kanada verfügt über etwa 3 Millionen Bündel gebrauchter Kernbrennstoffe, die das feste Uran enthalten, das Kernreaktoren antreibt. Sie werden in sieben Einrichtungen im ganzen Land in oberirdischen Behältern gelagert, und jedes Jahr kommen 90.000 hinzu. Die Behälter halten nur etwa 50 bis 100 Jahre, gebrauchter Kernbrennstoff muss jedoch eine Million Jahre lang gelagert werden, bevor seine Strahlungswerte wieder denen von natürlich vorkommendem Uranerz entsprechen. Für Kanada – und fast jedes Land, das kommerziell Kernenergie produziert – ist die Lösung ein DGR.
Ein DGR ist ein Netzwerk von Tunneln, die Räume mit gebrauchtem Kernbrennstoff verbinden. Kanada plant, jedes Brennelement in einen speziellen Metallbehälter zu legen, der dann in eine Kiste aus hochverdichtetem Bentonit-Ton eingeschlossen wird. Kisten werden eine breit und zwei hoch gestapelt, dann werden alle leeren Räume im Raum mit Lehm gefüllt und mit einer Wand daraus versiegelt.
„Die Mikroben werden die Chemie vorantreiben“, sagt Simpson. „Wenn sich die Chemie ändert, dann haben Sie ein völlig anderes Szenario in Bezug auf die Stabilität. Das werden wir gemeinsam testen.“
Das Forschungsteam wird von Neufeld geleitet, der untersuchen wird, wie Bentonit-Ton das mikrobielle Leben unterstützen kann. Slater wird seine Forschung mit Einblicken in Mikroben ergänzen, die aktiv werden könnten. In der Zwischenzeit wird Simpson untersuchen, wie organisches Material, das in Ton und DGR gefunden wird, auf mikrobielles Leben reagieren kann.
Obwohl ihre Forschung 500 Meter unter der Erde nicht vollständig simulieren kann, sagt Simpson, dass die meisten Bedingungen des DGR im Labor repliziert oder in äquivalenten geologischen Umgebungen untersucht werden können. Das Team kann simulieren, wie der Ton gepackt ist, Dichte, Temperatur, Salzgehalt des Grundwassers und andere Bedingungen der Anlage.
„Die Zusammenarbeit mit den Professoren Neufeld und Slater wird neue und integrierte Erkenntnisse darüber liefern, wie Mikroben im Untergrund wachsen und kooperieren können und welche Bedingungen ihre Aktivitäten verhindern“, sagt Simpson. „Diese Partnerschaft hat viele Vorteile und ich freue mich, Teil dieses Teams zu sein.“