Haben, Aaron

► Forschungsgebiet

Rückhaltung von endlagerrelevanten Elementen an C-S-H-Phasen

Die sichere und ökonomisch als auch ökologisch nachhaltige Lagerung von HLW (High Level Waste; hochradioaktive Abfälle) aus Kernkraft und atomaren Rüstungsgütern stellt ein schwieriges und wichtiges Thema unserer Zeit dar. In einem internationalen Konsens wurde sich auf die Endlagerung in tiefengeologischen Wirtsgesteinformationen unter der Verwendung eines Mehr-Barrieren-System geeinigt. Für die Bundesrepublik Deutschland ist die Lagerung in, mit Sand, Ton- und Zement-basierten Materialien verstärkten, Bohrlöchern in ca. 600 m tiefen Tongesteinsschichten vorgesehen (Standortmodell NORD). Da der langfristige Rückhalt potenziell austretender Radionuklide durch ein Mehr-Barrieren-System gewährleistet werden soll, braucht es einen validen Leistungsnachweis der dort angedachten technischen Komponenten inklusive der zum Einsatz kommenden Baumaterialien. Eine der wichtigsten Bestandteile sind dabei Zement-basierte Materialien und auf Grund der für ein sicheres Endlager nötigen Zeitspanne auch deren Alterationsprodukte. Die Hauptalterationsphasen von hydratisiertem Zement sind dabei Portlandit und C-S-H-Phasen, wobei der Portlandit-Anteil mit fortschreitendem Alterationsprozess abnimmt. Somit ist der Leistungsnachweis der Radionuklid-Rückhaltung an C-S-H-Phasen für einen validen Sicherheitsnachweis eines potenziellen Endlagers unerlässlich.

Im Rahmen der Doktorarbeit wird daher die Rückhaltung von endlagerrelevanten Elementen an C-S-H-Phasen unter den Rahmenbedingungen des vom BMWK (ehemals BMWi) geförderten Verbundprojektes GRaZ II (Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen) untersucht. Üblicherweise wird bei solchen Fragestelllungen auf Diffusions- und / oder Batchexperimente zurückgegriffen. Diese sind allerdings entweder äußerst zeitintensiv oder auf Grund unrealistischer Fest-Flüssig-Verhältnisse nicht naturnah. Alternativ haben sich in jüngster Zeit HPLC-Experimente mit Minisäulen als vielversprechendes Bindeglied zwischen den konventionellen Methoden herausgestellt. Daher steht hier die Methodenentwicklung zur Durchführung von Minisäulen-Sorptionsexperimenten und die Ausarbeitung bestehender Methoden im Vordergrund. Dabei werden Ergebnisse aus den angewandten Methoden (Batch und Säule) stets miteinander verglichen und durch geeignete Modellierungen gegebenenfalls untermauert. Durch die vom Verbundprojekt GRaZ II gesteckten Rahmenbedingungen werden im Zuge der Methodenentwicklung ferner der Einfluss von gelöstem Eisen als auch von organischen Liganden, wie beispielsweise Zementzusatzstoffe, auf die Radionuklidrückhaltung an Zementkorrosionsphasen unter hyperalkalinen Bedingungen bei mittleren bis hohen Ionenstärken quantifiziert.