Poznaj atom

Głębokie składowiska geologiczne na świecie

Czwartek 13 grudnia 2012

Wypalone paliwo reaktorowe zawiera szereg izotopów promieniotwórczych, szkodliwych przez bardzo długi czas dla organizmów żywych. Po opuszczeniu reaktora musi ono być odizolowane od biosfery, czyli wszelkich istot żyjących, przez cały okres w jakim może stanowić zagrożenie.

Do najczęściej stosowanych w przemyśle jądrowym izotopów zalicza się m.in. Jod-129 (o czasie połowicznego rozpadu wynoszącym 15,7 milionów lat), Technet-99 (220 tysięcy lat), Pluton-239 (2 miliony lat) i Neptun-237 (24 tysiące lat). Mimo tak dużych liczb, określających właściwości izotopów w czystej postaci, specjaliści podają, że paliwo o wzbogaceniu charakterystycznym dla reaktorów wodnych ciśnieniowych i poddane typowemu procesowi wypalania, już po sześciuset latach nie będzie bardziej promieniotwórcze, niż ruda z jakiej zostało wyprodukowane. Tym nie mniej po opuszczeniu reaktora paliwo musi być odizolowane od żywych organizmów. Początkowo wychładza się je w przechowalnikach na terenie elektrowni, a następnie przewozi do tymczasowych składowisk wypalonego paliwa. Według dalekosiężnych planów powinno ono finalnie być zagospodarowane tak, aby nie mogło więcej stanowić zagrożenia.

Jednym z rozpatrywanych sposobów ostatecznego zagospodarowania wypalonego paliwa i wyeliminowania jego szkodliwego wpływu na organizmy żywe, jest umieszczenie go w miejscu, które zapewni całkowitą i trwałą izolację od biosfery. Obecnie stosowane sposoby przechowywania z wykorzystaniem składowisk powierzchniowych, mimo że gwarantują skuteczne odseparowanie promieniotwórczych substancji od środowiska, muszą pozostawać pod nadzorem człowieka. Stwarza to niebezpieczeństwo, że w ciągu długiego okresu przechowywania, jakiego wymagają długożyciowe izotopy promieniotwórcze, zmiany polityczne i demograficzne mogą spowodować, że składowiska zostaną narażone na naruszenie ich izolacji.

Stąd zrodził się pomysł umieszczania wysokoaktywnych odpadów w stabilnych geologicznie, głębokich pokładach soli bądź granitu, i szczelnego ich zabezpieczania, np. betonem. Dzięki temu można uzyskać całkowite odizolowanie od biosfery przez bardzo długi, liczony w setkach tysięcy lat okres, bez konieczności angażowania człowieka. Mimo, że rozwiązanie to spełnia wszystkie wymagania stawiane przed miejscem, które będzie ostateczną lokalizacją składowania wypalonego paliwa reaktorowego, dotychczas takie składowisko nigdzie nie zostało zbudowane. Głównym problemem, hamującym rozwój takiego rodzaju konstrukcji jest skomplikowany i bardzo kosztowny proces ich budowy – szczególnie w porównaniu do „tymczasowych” składowisk naziemnych. Zatem kraje rozwijające energetykę jądrową dotychczas skupiały się na tworzeniu i utrzymaniu tych drugich. Tym nie mniej oczywista konieczność stworzenia „ostatecznych” miejsc składowania skłoniła takie państwa jak USA, Szwecja i Finlandia do prac nad głębokimi składowiskami geologicznymi.

Najbardziej zaawansowanym, jednocześnie wzbudzającym dyskusje, projektem była budowa składowiska wypalonego paliwa reaktorowego w górach Yucca, na pustyni amerykańskiego stanu Nevada. Kontrowersyjność tej konstrukcji polegała na tym, że składowane tam paliwo miało mieć swobodny dostęp do tlenu atmosferycznego. Powodowałoby to z biegiem czasu przeobrażanie się utlenionego uranu w łatwo rozpuszczalne w wodzie, promieniotwórcze minerały. Amerykanie argumentowali, że takie rozwiązanie nie wpłynie na bezpieczeństwo biosfery ponieważ składowisko umieszczone jest w otoczeniu bez dostępu wody. Inne zastrzeżenie do składowiska w górze Yucca dotyczyło dużego oddalenia tego ośrodka od większość amerykańskich elektrowni jądrowych. Stan Nevada znajduje się na zachodzie USA, podczas gdy zdecydowana większość siłowni zlokalizowana jest na wschodzie tego kraju. Wiązałoby się to z koniecznością transportu odpadów przez całe terytorium Stanów Zjednoczonych, co powodowało nieuzasadnione, ale politycznie istotne, obawy ludności i ekologów o ewentualne wypadki podczas tego rodzaju operacji. Ostatecznie prace nad składowiskiem, którego otwarcie planowano na rok 2017, zostały przerwane w 2009 r. poprzez wstrzymanie finansowania z budżetu federalnego.
Obecnie, jako miejsce ostatecznego składowania wypalonego paliwa reaktorowego w USA, proponuje się dotychczasowe składowisko odpadów pochodzących z produkcji broni jądrowej – WIPP (Waste Isolation Pilot Plant) w stanie Nowy Meksyk. Składowisko WIPP - w wolnym tłumaczeniu: Pilotażowa Instalacja Odizolowania Odpadów, wydrążone zostało na głębokości około 650 metrów w dochodzącym do kilometra grubości pokładzie soli. Udowodniono też, że pokład ten pozostawał stabilny geologicznie przez ostatnie 250 milionów lat, co oznacza, że teren składowiska wolny jest od trzęsień ziemi czy zalań. Właściwości soli kamiennej gwarantują brak dostępu wody czy powietrza, a konstrukcja składowiska zakłada całkowite odizolowanie złożonych materiałów od atmosfery. Fakt zaś, że skały te pozostawały stabilne przez tak długi okres pozwala przypuszczać, że pozostaną w takim stanie w przyszłości, przez okres jaki jest wymagany aby wypalone paliwo reaktorowe przestało być szkodliwe.

Aby jednakowoż móc wykorzystać składowisko WIPP do przechowywania wypalonego paliwa reaktorowego, konieczne są zmiany w przepisach prawnych Stanów Zjednoczonych, aktualnie ograniczające wykorzystanie tej placówki jedynie do składowania produktów ubocznych wytwarzania broni jądrowej.

Wysiłki w celu ostatecznego złożenia wypalonego paliwa ze swoich reaktorów energetycznych podjęła także Szwecja. Na początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku utworzono Svensk Kärnbränslehantering AB, w skrócie SKB, przedsiębiorstwo odpowiedzialne za stworzenie głębokiego składowiska geologicznego na terenie Szwecji. Ustalono projekt przyszłej konstrukcji – składać się będzie z pokrytych miedzią specjalnych pojemników na wypalone kasety paliwowe, umieszczonych w wydrążonych w granicie tunelach. Zostaną one następnie wypełnione bentonitem – skałą o bardzo dużej zdolności chłonięcia i tym samym nieprzepuszczania wody. W 2009 r., tym samym w którym USA zatrzymało budowę składowiska w górze Yucca, SKB ogłosiło że szwedzkie składowisko powstanie w pobliżu Elektrowni Jądrowej Forsmark. Wstępnie zakłada się, że budowa zostanie zakończona w 2015 r.

Finlandia jest kolejnym państwem, w którym trwają zaawansowane prace nad głębokim składowiskiem geologicznym. Sytuacja przedstawia się podobnie jak w przypadku Szwecji - decyzję o budowie takiej instalacji rząd Finlandii podjął już na początku lat osiemdziesiątych. Składowisko, zbudowane z miedzianych pojemników obłożonych bentonitem, położonych na głębokości 500 metrów w pokładach granitu, zdecydowano się zlokalizować w pobliżu Elektrowni Jądrowej Olikiluoto. Aktualnie trwają prace górnicze a składowisko, nazwane Onkalo (fiń. schowek, jaskinia), rozpocznie przyjmowanie pierwszych odpadów około 2020 roku.

Wśród innych krajów zdecydowanych na budowę składowisk geologicznych warto wymienić jeszcze Francję i Szwajcarię, gdzie trwają już prace nad wytypowaniem miejsca. Zainteresowane budową są także Belgia, Niemcy i Wielka Brytania oraz Kanada, Chiny, Indie, Japonia oraz Rosja. Jednak rządy tych państw nie podjęły jeszcze żadnych wiążących decyzji, co do przyszłej lokalizacji głębokich składowisk dla wypalonego paliwa reaktorowego.

Źródła do artykułu:

  1. Benedict M., Pigford T., Levi H. - Nuclear chemical engineering, McGraw-Hill, Nowy Jork 2001 – tabela 11.2
  2. Jezierski G., Energia jądrowa wczoraj i dziś, WNT, Warszawa 2005, str. 383.
  3. Werner J., U.S. Spent Nuclear Fuel Storage, CRS Report for Congress, Maj 2012, str. 4
  4. http://www.wipp.energy.gov/fctshts/salt.pdf
  5. Op. cit. Werner J., U.S. Spent...
  6. Ciekawostka: z bentonitu wytwarza się „żwirek” dla kotów.
  7. http://www.euronuclear.org/e-news/e-news-25/forsmark.html


FOT: Budowa składowiksa Yucca Mountain w USA (dzięki uprzejmości U.S. NRC)

Pod zdjęciem materiał filmowy na temat składowiska odpadów wysokoaktywnych Onkalo w Finlandii.

Facebook