Bij de productie van kernenergie en medische isotopen, en voor toepassingen in de gezondheidszorg en wetenschappelijk onderzoek, ontstaat radioactief afval. Dit afval kan ontzettend lang gevaarlijk blijven voor mensen en het milieu. Daarom is het van cruciaal belang om een veilige bergingsfaciliteit te ontwerpen die de tand des tijds doorstaat. Anne-Catherine Dieudonné, Assistant Professor Multiphysics Geomechanics aan de TU Delft, onderzoekt de mogelijkheden om radioactief afval te bergen in de diepe ondergrond. Dit doet ze met behulp van kleikernen uit aardlagen die nooit eerder zijn bestudeerd.
In de kelders van het faculteitsgebouw Civiele Techniek en Geowetenschappen opent Anne-Catherine Dieudonné een koelkast. Hierin staan tientallen buizen die van grote waarde zijn voor haar onderzoek naar langdurige en veilige berging van radioactief afval. Ter geruststelling: de buizen bevatten zelf geen radioactief materiaal, maar kleikernen van zo’n vierhonderd meter diepte in de ondergrond. Ze zijn omhuld met meerdere beschermlagen om ervoor te zorgen dat de eigenschappen van de kernen, eenmaal boven de grond, niet veranderen. Dieudonné: “In een dikke stabiele kleilaag zou het afval mogelijk goed kunnen worden geborgen.”
Ondergronds tunnelstelsel voor berging van radioactief afval
Hoewel het bergen van radioactief afval in de diepe ondergrond, volgens het huidige Nederlandse beleid, niet op de planning staat vóor 2130, heeft Dieudonné al wel een beeld van hoe een bergingsfaciliteit er ongeveer gaat uitzien. “Je moet denken aan een ondergronds netwerk van tunnels die leiden naar ruimtes waar het afval wordt geborgen. Dit tunnelstelsel is voorzien van hele dikke betonnen wanden. Hoe dik die precies moeten zijn, hangt af van de eigenschappen en de spanningstoestand van de geologische lagen. Na het plaatsen van het afval wordt het netwerk gesloten, zodat het afval is afgedicht en voorgoed veilig ligt opgeslagen.”
Daar waar mensen nooit meer hoeven te komen
Met eindberging heeft Dieudonné het niet over enkele tientallen of honderden jaren. “We praten echt over honderdduizenden jaren. Zo lang kan bepaald radioactief afval namelijk straling blijven afgeven. Dat betekent dat we het afval moeten bergen op een plek waar mensen nooit meer hoeven te komen.” Momenteel ligt het afval opgeslagen in speciaal daarvoor ontworpen gebouwen bij COVRA. Dat is nu veilig, maar geen oplossing voor de lange termijn. “We zullen moeten zoeken naar plekken waar niks waardevols is en waar mensen, ook over honderden generaties, geen interesse in hebben en waar ze dus niet zullen komen.”
De breuken die ontstaan bij het uitgraven van de tunnels sluiten zichzelf weer op natuurlijke wijze.
De kans is groot dat die locatie zich op grote diepte bevindt, zegt Dieudonné. “Er zit dan veel materiaal tussen het afval en de mensen, dat is een voordeel. We weten nog niet goed wat de eigenschappen, het gedrag en de variabiliteit van de kleiformaties precies zijn.” De aardlagen waar Dieudonné in geïnteresseerd is, liggen op 400 meter diepte en zijn zo’n 30 miljoen jaar oud. De kleilagen zijn nooit van waarde geweest voor menselijke activiteiten. Voor bijvoorbeeld geothermie en gaswinning is veel geboord en kennis verzameld. Maar zodra er klei in beeld was, werd er geen informatie ingewonnen.
Waarom klei zo geschikt is
Van alle lagen in de ondergrond leent klei zich volgens Dieudonné om meerdere redenen erg goed voor de berging van radioactief materiaal. “In de eerste plaats heeft klei een lage doorlaatbaarheid en een hoog sorptievermogen. Dat is belangrijk, want je wil niet dat het afval zich in de ondergrond gaat verspreiden en in aanraking komt met lagen die voor andere activiteiten, zoals drinkwaterwinning, van belang kunnen zijn. Daarnaast heeft klei de capaciteit zichzelf te dichten. Dat houdt in dat de breuken die ontstaan bij het uitgraven van de tunnels zichzelf op natuurlijke wijze ‘sluiten’. Een ander aspect van klei is dat het geen economisch interessant materiaal is.”
In het Geoscience and Engineering lab test Dieudonné, samen met twee promovendi, boorkernen van kleilagen op verschillende eigenschappen. “We richten ons hier op eigenschappen die de stabiliteit van tunnels beïnvloeden, zoals stijfheid en sterkte - en hoe deze kunnen veranderen gedurende de lange tijd dat een bergingsfaciliteit dienst doet. Binnen een ander project kijken we juist naar het zelfhelend vermogen. Hierbij gaan we heel zorgvuldig te werk. We maken onder meer gebruik van medische scanapparatuur om de kernen te onderzoeken zonder ze open te hoeven maken. We willen de kernen zo lang mogelijk in de beschermende omhulsels houden. Deze kleikernen zijn zo uniek dat we voor elke kubieke centimeter een weldoordacht plan moeten hebben. Een nieuwe boring is extreem kostbaar.” De resultaten van de experimenten verwerkt Dieudonné in numerieke modellen waarmee ze voorspellingen doet over het gedrag van de bergingsfaciliteit in de toekomst.
Het duurt tientallen jaren voor zo’n faciliteit gebouwd kan worden, maar we moeten nu een plan maken en budget vrijmaken.
Onderzoek belangrijk voor politieke keuzes
Volgens Dieudonné volgen beleidsmakers met veel interesse het onderzoek naar eindberging van radioactief afval. Volgens het huidige Nederlandse beleid moet er in 2130 een geologische bergingsfaciliteit gereed zijn. “Het duurt tientallen jaren voor zo’n faciliteit gebouwd kan worden, maar we moeten nu een plan maken en budget vrijmaken”, vertelt Dieudonné. Het is van groot belang om onderzoek te doen om de veiligheid en de technisch-economische haalbaarheid te kunnen garanderen. Vragen over het beleid rondom eindberging staan hoog op de politieke agenda, deels als gevolg van de EU-taxonomie voor duurzame activiteiten. Dit stimuleert om sommige afvalsoorten veel sneller al te verwijderen of naar een definitieve plek te brengen. Dit maakt het onderzoek van Dieudonné van groot belang voor de politiek en de maatschappij om in de toekomst de juiste keuzes te kunnen maken.
Kennis overdragen aan volgende generaties
Dieudonné verwacht de realisatie van zo’n bergingsfaciliteit in Nederland zelf niet meer mee te maken. Maar dat is ook niet de belangrijkste drijfveer in haar werk. “Veel belangrijker vind ik het opdoen van nieuwe fundamentele kennis en het overbrengen aan nieuwe generaties. Onderzoek naar het beheer van radioactief afval is ontzettend boeiend. Omdat er veel op het spel staat, moet je alles heel goed begrijpen. Ik probeer studenten en onderzoekers die ik begeleid dan ook warm te maken voor deze wetenschappelijke uitdagingen en maatschappelijke verantwoordelijkheid. Zodat zij weer kunnen voortbouwen op de kennis die we nu opdoen en hun inzichten weer kunnen doorgeven op de volgende generatie.”
Projecten en samenwerking
Dieudonné leidt verschillende onderzoeksprojecten op het gebied van geologische berging van radioactief afval. Het onderzoek naar de kleilagen in de boorkernen van DAPGEO-02 vindt plaats binnen NWO-project SECUUR (Safe Environment for Clay Underground Repository), dat in 2023 is gestart. Daarnaast is ze betrokken bij EURAD, een Europees onderzoeksprogramma op het gebied van de berging van radioactief afval. Ook ontving ze in 2019 een VENI van NWO om onderzoek te doen naar het zelfhelend vermogen van klei. Bij haar onderzoek werkt Dieudonné samen met partners zoals COVRA (Centrale Organisatie Voor Radioactief Afval), de ANVS (Autoriteit Nucleaire Veiligheid en Stralingsbescherming), TNO, en een aantal partijen uit het buitenland. Eerder werkte Dieudonné aan de Franse en Zwitserse programma's voor het beheer van radioactief afval, twee van de meest geavanceerde nationale programma's.
Gepubliceerd: december 2023
