A mélyfúrásos elhelyezési mód bemutatása

A mélyfúrásos elhelyezési koncepció (deep borehole disposal, továbbiakban DBD) alkalmazása elsősorban a nagy aktivitású és hosszú felezési idejű hulladékok esetében merült fel, mint a bányászati módszerrel kialakított mélységi geológiai tároló alternatívája. Azaz leginkább a kiégett fűtőelemek, illetve az ezek feldolgozása (reprocesszálása) során képződő radioaktív hulladékok végleges elhelyezésére nyújthat új lehetőséget.

A DBD koncepció lényege, hogy a hulladékot nagy mélységben (a földtani környezettől függően, minimum 1500 méter mélyen), legfeljebb 50–75 cm átmérőjű fúrólyukakban helyeznék el (1. ábra). Ezt követően a fúrólyukat több kilométeres vastagságban egészen a felszínig eltömedékelnék és lezárnák.

A nagy mélység elősegíti a hulladék elszigetelését az emberi környezettől, és a kedvező földtani környezet hatékonyan visszatartja a szennyeződést, ezáltal kisebb szerep hárul a műszaki gátrendszerre (a zárásokra, szigetelésekre). Viszont a mélyfúrásos koncepció a bányászati megoldáshoz (a mélységi geológiai tárolóhoz) képest csak kisebb mennyiségű hulladék elhelyezését teszi lehetővé. A mélyfúrásos koncepció szerint – megfelelő földtani környezet esetén – az elhelyezés nemcsak függőleges furatban, hanem irányított-horizontális fúrásos megoldással is lehetséges.

A nagy aktivitású hulladék mélyfúrásos elhelyezésének lehetősége elsőként a 70-es években vetődött fel, leginkább az olajipar és ezzel együtt a mélyfúrásos technológiák robbanásszerű fejlődésének eredményeként. Az első átfogó megvalósíthatósági tanulmányokban számos bizonytalanság merült fel e koncepcióval kapcsolatban, amelyek egy része a mai napig is fennáll (a fúrás kivitelezése, a hulladékcsomagok kialakítása stb.). Európában leginkább Dániában, Svédországban, Svájcban és az Egyesült Királyságban foglalkoznak a kérdéssel, emellett az Egyesült Államokban és Ausztráliában végeznek értékeléseket és kísérleteket. Napjainkban ismét növekszik az érdeklődés a koncepció iránt, mint a mélységi geológiai tároló alternatívája – különösen a viszonylag kisebb mennyiségű, néhány száz – pár ezer m3 nagy aktivitású hulladékkal rendelkező országokban.

A mélyfúrásos elhelyezési mód előnyei

A kutatók szerint a DBD elhelyezés mellett szól a kedvező földtani környezet, amelyet a mélységi (3-5 km-es) kristályos kőzetek biztosítanak jellemzően alacsony víztartalmukkal, porozitásukkal és szivárgási tényezőjükkel. Fontos továbbá a stabil kémiai összetételű, magas oldottanyag-tartalmú, így nagyobb sűrűségű vizek jelenléte is, ami lassítja a szennyezőanyagok kioldódását a hulladékból. A mélyfúrásos koncepció nagyobb biztonságot nyújt a külső behatolás (terrorizmus vagy a nem szándékos emberi károkozás, pl. ráfúrás) ellen, továbbá a mélységi geológiai tárolóhoz képest a földtani környezet sokkal kisebb mértékű megzavarásával jár, emellett feltételezhetően több a megvalósítására földtanilag alkalmas helyszín.

Minden elemzés hangsúlyozza a DBD módszer jelentősen kisebb költségét is, tekintve, hogy a módszer moduláris, így az építési és üzemelési költségek lineárisan növekednek az elhelyezendő hulladékcsomagok számával. Mivel a DBD módszer alkalmazására arányaiban nagyobb terület lehet földtanilag alkalmas, így ez megnöveli annak az esélyét, hogy egy működő atomerőmű környékén lehet egy mélyfúrásos tárolót kialakítani. Ez további költségmegtakarítást jelenthet pl. az üzemeltetési költségek megosztásával, illetve a szállítási költségek csökkentésével. Ugyanakkor a mélyfúrásos tárolóban csak korlátozott méretű hulladékcsomagokat lehet elhelyezni.

A megfelelő telephely kiválasztása és jellemzése

A legtöbb tanulmány kiemeli, hogy a mélyfúrásos elhelyezési koncepció értékeléséhez jóval kisebb kőzettérfogat szükséges, mint egy mélységi geológiai tároló esetén.

Alapelvárás a stabil kőzetkörnyezet alacsony vízáteresztő képességgel, a kiegyenlített feszültségtér, és az idős, rétegzett, nagy sűrűségű mélységi víz jelenléte, amely biztosítja az elkülönülést a felszín közeli vizektől. Fontos szempont ezen körülmények geológiai időléptékben várható fennmaradása. A DBD esetében a nagyobb mélység hosszabb transzport útvonalakat jelent a bioszféra irányába, valamint a kérdéses mélységben már a nyitott repedések jelenléte sem jellemző. Fontos viszont megvizsgálni, hogy nem fordulnak-e elő erősen korrozív tulajdonságú mélységi vizek.

A kutatók véleménye alapján, még ha csak a földkéreg vártnál kisebb része is lenne mélyfúrásos elhelyezésre megfelelő; ez még mindig jelentősen több, mint ami a bányászati módszerrel kialakított tároló létesítésére alkalmas. A mélyfúrásos tároló telephelyének és környezetének jellemzéséhez a feltételezések alapján mindössze néhány további kutatófúrásra volna szükség, így a DBD telephely jellemzése jóval kevesebb időt vesz igénybe, mint a mélységi geológiai tároló esetében. Bányászati létesítmény híján azonban a mélyfúrásos tárolót befogadó kőzet az adott mélységben közvetlenül nem tanulmányozható, kizárólag fúrómagból ismerhető meg.

Hulladékcsomagok

A kutatók véleménye szerint normál körülmények között a mélyfúrásos tároló természetes földtani környezete (a földtani gát) önmagában is olyan fokú védelmet biztosít, hogy a hulladékcsomagok hozzájárulása a hosszú távú biztonsághoz minimális. A hulladékcsomag elsődleges feladata, hogy befoglalja és védje a hulladékot legalább a fúrás lezárásának pillanatáig.

A hulladékcsomag sértetlenségének a földtani gátat érő bármilyen zavaró hatás pillanatáig fent kell maradnia; ez pedig jellemzően a nagy aktivitású hulladék termikus hatása a földtani környezetre, amely néhány száztól akár ezer évig is eltarthat. A hulladékcsomagnak el kell viselnie a rétegterhelést, a magas hidrosztatikus nyomást, illetve vertikális elhelyezés esetén a többi csomag tömegét is. Ezenkívül megfelelő ideig ellenállónak kell lennie a kloridban gazdag, korrozív hidrogeokémiai környezetben is.

A szakemberek alkalmasnak találják a megfelelően kiválasztott acél és rozsdamentes acél kialakítású csomagokat ennek a feladatnak az ellátására, nem tartják szükségesnek speciális öntvények alkalmazását. A csomagok mechanikai és korróziós ellenállása jelentősen növelhető tömedékek és támasztékok használatával a csomagok között, valamint a hulladékcsomag és a lyukfal közti térben. Fontos hangsúlyozni, hogy jelenlegi számítások alapján a hosszútávú biztonságot még az sem érintené jelentősen, ha a hulladékcsomag az elhelyezés első napján tönkre menne.

Gazdasági kérdések

A kutatások eredményeire alapozva összességében elmondható, hogy a mélységi geológiai tároló magas költségei mellett a fúrási elhelyezés moduláris kialakíthatósága pénzügyileg a viszonylag kis hulladékmennyiségekkel számoló nemzeti programok számára lehet vonzó.

A kisebb nukleáris energia programmal, kevesebb kiégett (különösen reprocesszált) fűtőelemmel rendelkező országok esetében jelentősen kisebb mennyiségű nagy aktivitású és/vagy hosszú élettartamú hulladékot kell elhelyezni, amelyre a mélységi geológiai tárolónál a DBD gyorsabb, egyszerűbb és olcsóbb megoldást kínálhat.

Továbbá a nukleáris energiatermeléssel nem foglalkozó országok, amelyek viszont rendelkeznek kisebb mennyiségű (pl. kutatóreaktorból származó) kiégett fűtőelemmel, hasonló megfontolásokból alkalmazhatják a DBD-t.

Forrás: https://www.deepisolation.com/