Endlagersuche

Ein Ton für Jahrmillionen

Von Andreas Frey
Aktualisiert am 27.11.2020
 - 17:49
Wie warnen wir unsere fernen Nachkommen, im Gebiet eines unserer nuklearen Endlager keine Erdarbeiten vorzunehmen? Im Jahr 1993 legten die Sandia National Laboratories einen Bericht vor, wie man das für die "Waste Isolation Pilot Plant" in New Mexiko bewerkstelligen könnte, in der Fertigungsrückstände amerikanischer Kernwaffen lagern. Ein Vorschlag bestand aus solchen aus dem Boden wachsenden Betonstacheln. Wenn die das Gelände für Archäologen in kommenden Jahrtausenden nur nicht erst recht interessant machen! zur Bildergalerie
Die Endlagerung von radioaktivem Abfall ist vor allem eine Frage des Gesteins. In der Schweiz hat man das passende schon gefunden. Ein Ortstermin.

Bözberg im Schweizer Kanton Aargau ist ein Ort, den flüchtige Besucher als Kuhdorf bezeichnen könnten. Die Sehenswürdigkeiten bestehen aus einer Kirche, einer Linde und einem Wasserfall. Etwas mehr als 1600 Menschen leben hier, ein Drittel sind Bauern, der Rest Pendler auf der Flucht vor den horrenden Mieten in Basel und Zürich. Den Habsburgern wurde die Gegend schon im 13. Jahrhundert zu provinziell, und sie verließen ihre hiesige Stammburg. Dafür könnte hier schon bald etwas eine Heimat finden, was garantiert länger bliebe: Atommüll.

Bözberg könnte Endlager werden, so hat das die Schweizer Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra) beschlossen, einer von drei Orten, in denen das Endlager gebaut werden könnte. Schon 2022 will sich die Nagra festlegen. Niemanden würde es überraschen, wenn die Wahl auf Bözberg fiele. Denn die eigentliche Attraktion der Gegend liegt tief unter dem Dorf: ein rund 170 Millionen Jahre alter Tonstein aus dem mittleren Jura. „Opalinuston“ nennen ihn die Geologen und sind begeistert von seinen Eigenschaften: sehr dicht, ohne Brüche, perfekt geschichtet, selbstabdichtend und praktisch undurchlässig für Wasser. Das ideale Grab für strahlende Atomkerne.

Bislang gibt es nur einen Bohrturm. Dorthin führt eine schmale, verschlungene Straße den Hang hinauf. Kleine Gehöfte säumen die Straße, einsame Kühe grasen auf der Weide, in einer Kurve steht ein Schild: „Kein Atommüll in Bözberg!“ Es ist der einzige erkennbare Protest. Gebohrt wird auf der Bözberger Hochebene, gleich hinter einem Wäldchen, auf 624 Meter über dem Meer. Es gibt weiße Wohncontainer für die Arbeiter, blaue Rohre und den gelben Bohrturm, der alles überragt. Von oben könnte man den Kühlturm des Kernkraftwerks Leibstadt sehen, der nur 15 Kilometer entfernt liegt, direkt an der Grenze zu Deutschland. Unten am Zaun, der um den Bohrplatz errichtet wurde, warten Olivier Leupin und der Pressesprecher der Nagra. Leupin ist Mineraloge und Geochemiker, er hat sich auf Tongestein spezialisiert und arbeitet im Felslabor Mont Terri im Schweizer Jura, einem Mekka der Grundlagenforschung für Tongesteine.

Tiefbohrung schafft Klarheit über den Tonstein

Leupin, 45, trägt eine knallgelbe Jacke, Dreitagebart, geschorene Haare. Er setzt seine Maske auf, dann spaziert er durch das Tor hindurch auf den Platz. Der Bohrer steht gerade still, das Gelände ist verwaist, die Mitarbeiter einer Spezialfirma arbeiten gerade in den Containern. Dort untersuchen sie die hydraulischen Eigenschaften des Untergrunds. Dabei wird das Gestein unter hohen Druck gesetzt, um zu messen, wie schnell sich Wasser hindurchbewegt. Schließlich ist auch dichter Tonstein nicht komplett wasserundurchlässig, es lässt H2O-Moleküle nur in extremer Zeitlupe hindurch. Einen Meter weit kommt das Porenwasser in gut hunderttausend Jahren, das ist selbst für geologische Maßstäbe ausgesprochen langsam. Die Tonplättchen sitzen so eng beieinander, dass nicht nur Wasser kaum hindurchkommt, sondern auch darin gelöste Ionen und damit möglicherweise Radionuklide wie Cäsium-137, Strontium-90 oder Plutonium-239. Tonstein bildet eine riesige reaktive Oberfläche. Dadurch bleiben die strahlenden Teilchen im Untergrund elektrostatisch im Gestein hängen. Doch das kann sich ändern, wenn durch Störungen im Gefüge Wasser eindringt. Das müssen die Geologen auf jeden Fall ausschließen.

Die aktuelle Tiefbohrung ist bereits die fünfte in Bözberg, sie soll letzte Klarheit über die Beschaffenheit des Tonsteins im Untergrund geben. Die Geologen wollen wissen, wie tief der Opalinuston liegt, wie mächtig die Formation ist und ob sie von Störungen durchzogen ist. Zudem testen sie, wie er reagiert, wenn man ihn Belastungen aussetzt. In regelmäßigen Abständen ziehen die Experten dazu Bohrkerne aus der Tiefe.

Nadelstiche nennt Olivier Leupin die punktuellen Bohrungen an den drei Standorten in der Nordostschweiz, die noch zur Auswahl stehen. Nur so lasse sich bestimmen, welcher von ihnen der geeignetste ist. Oberirdische Untersuchungen mit seismischen Wellen liefern zwar ein recht gutes Bild über den Untergrund, sind für die hohen Anforderungen, die an ein Endlager gestellt werden, allerdings zu ungenau. Böse Überraschungen im Aufbau eines Gesteinskörpers lassen sich erst mit der Sondierung ausschließen. In Bözberg stellte sich beispielsweise heraus, dass die Opalinuston-Formation etwa zwanzig Meter tiefer liegt, als in den geologischen Karten angezeigt, sagt Leupin. Dafür war sie etwas mächtiger als gedacht, rund 120 Meter.

Mindestens eine Million Jahre soll das nukleare Endlager ungestört bleiben. Das schließt alle Wirtsgesteine aus, die sich heben, durch die Störungszonen laufen, und solche Gebiete, in denen Erdbeben oder Vulkanausbrüche drohen. Auch Bergbauregionen scheiden aus. Außerdem müssen die Kavernen für den Atommüll tief genug angelegt werden können. Vorgeschrieben sind 600 bis 900 Meter Abstand zur Erdoberfläche, damit Erosionsprozesse bis hin zu möglichen Gletschervorstößen den Verwahrungsort auch in ferner Zukunft nicht erreichen. Zudem muss das Wirtsgestein mindestens 100 Meter mächtig sein, um genügend radioaktives Material darin verstauen zu können.

„Das war eigentlich eine Notgeburt“

Die beiden anderen Schweizer Standorte, die ebenfalls intensiv untersucht werden, liegen weiter östlich, ebenfalls über einer Schicht aus Opalinuston. Auf diesen Gesteinstyp hat sich die Nagra bereits festgelegt. „Das war eigentlich eine Notgeburt“, sagt Olivier Leupin, während er über den Bohrplatz schlendert. Bis vor fünfzehn Jahren sei man noch davon ausgegangen, dass Granit das beste Wirtsgestein für die Endlagerung von Nuklearmaterial sei. Doch davon kam man in der Schweiz schnell wieder ab. Warum, das möchte er später zeigen.

Jedenfalls begann die Suche vor fast zwanzig Jahren in der Schweiz genauso wie jetzt in Deutschland: mit einer weißen Karte. Auch hierzulande sammelten Geologen alle verfügbaren Daten über den Untergrund und schlossen in einem ersten Schritt alle ungeeigneten Orte aus. Daraus ergab sich eine erste Auswahl von Standorten, wie sie im Oktober von der vor vier Jahren gegründeten Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE) vorgestellt wurde. Theoretisch geeignet ist demnach mehr als die Hälfte der Fläche der Bundesrepublik (siehe Karte links). Und Deutschland hat im Gegensatz zur Schweiz und anderen Ländern das Glück, gleich unter drei potentiellen Wirtsgesteinen wählen zu können: Salz, Granit und eben Tonstein.

In der Schweiz kommt für die Lagerung hochaktiven Materials nur Tonstein in Frage. Er scheint bislang alle Anforderungen der Geologen zu erfüllen. Sein größter Vorteil: Opalinuston ist steingewordene Langeweile. Vielleicht ist das der Hauptgrund, warum das Endlager so gut zu Bözberg passen könnte.

Olivier Leupin steuert einen Kernwaschtisch am Rand des Bohrplatzes an. Der Tisch ist leer. Sonst werden hier frische Bohrkerne drapiert und gesäubert, ehe man sie untersucht. Sie verraten den Wissenschaftlern den mineralischen Aufbau und die Textur eines Gesteins, die Lithologie. Der Pressesprecher kramt vier Gesteinsproben aus einer Plastiktüte und kratzt mit dem Fingernagel an der Oberfläche eines Steins aus dem Opalinuston. Kleine Stücke lassen sich abkratzen wie von hartem Blätterteig. Olivier Leupin lässt einen Stein durch seine Hand wandern. „Sehen Sie“, sagt er, „das ist die langweilige Geologie, die wir suchen: keine Brüche, keine Überraschungen, eine Fazies grau in grau, horizontal geschichtet.“ Zudem verschließen sich kleine Risse darin von selbst, indem die Tonminerale aufquellen. Das Gestein verfügt gewissermaßen über Selbstheilungskräfte.

Als die Schweiz noch ein Meer war

Opalinuston entstand aus Sedimenten, die sich einst in einem seichten, ruhigen, aber breiten Randmeer ablagerten, das zu Beginn des Mitteljura, vor etwa 170 Millionen Jahren, große Teile der späteren Schweiz und Süddeutschlands bedeckte. Das Meer war warm, Lebensraum einer reichen Fauna und eigentlich eine riesige Schlammschüssel. Dieser Schlamm setzte sich über Millionen von Jahren ab und bildete so die gleichförmigen, horizontalen Schichten. Zu sechzig Prozent besteht der Bözberger Opalinuston aus Tonmineralien, ein mittelhoher Wert. Weiter im Osten der Schweiz wird der Opalinuston sandiger und kalkreicher. Wer genauer hinsieht, erkennt in dem spröden Gestein aber noch etwas anderes: Im Jurameer lebten unzählige Ammoniten der Gattung Leioceras, die als Fossilien im Opalinuston überdauerten, darunter die Art Leioceras opalinum, nach welcher die Formation benannt ist. „Für das Gestein sind die eine Million Jahre, die das Endlager dicht halten soll, nur ein Wimpernschlag“, sagt Leupin. Für den Menschen hingegen eine Ewigkeit.

Nicht ganz so lange dauert die Fahrt von Bözberg nach Grimsel im Berner Oberland. Hier befindet sich ein weltberühmtes Felslabor, ein Mekka der Endlagerforschung. Nach zwei Stunden steuert der Pressesprecher der Nagra den Kleinbus die Serpentinen hinauf, auf der Rückbank sitzt Olivier Leupin. Vor 290 Millionen Jahren drang hier geschmolzenes Gestein aus den Tiefen der Erdkruste und blieb stecken. Es sammelte sich in einer gewaltigen Magmakammer, die anschließend langsam auskristallisierte und einen großen Pfropf im umliegenden Gestein bildete, einen sogenannten Pluton, älter als die Alpen. Plutone bestehen oft aus herrlichen, mit großen Kristallen durchsetzten Gesteinen wie dem Granit. Unter Grimsel liegt ein enger Verwandter, der Granodiorit, eine Art Stracciatella-Variante mit idealen Eigenschaften: robust, stabil, standfest und hitzebeständig. Ein perfekter Ort, um strahlenden Atommüll zu lagern. Das dachte man zumindest lange.

Das Felslabor tief im Stollen

Seit 1984 betreibt die Schweiz das Felslabor, 450 Meter tief im Aarmassiv. Vor dem Zugang muss der Kleinbus kurz warten. Dann fährt er in den Stollen ein. Nach zwei Minuten Fahrt stoppt der Wagen vor dem Haupteingang, dort wartet Ingo Blechschmidt, der Ressortleiter des Labors. Blechschmidt stammt aus Thüringen, aus dem Salz, wie er sagt. Jenem Gestein, das einst in Deutschland zur Endlagerung vorgesehen war. Jetzt aber wegen Gorleben und Asse politisch tot ist, obwohl es erstaunliche Eigenschaften hat. Die hat auch der Granit, etwa die hohe Festigkeit. Ingo Blechschmidt führt seine Gäste in einen Nebenstollen des Bergwerks, direkt vor eine Wand, aus der Wassertropfen austreten und sich in einer kleinen Pfütze am Boden sammeln. Blechschmidt deutet mit der flachen Hand auf eine Kluft in der Wand, die sich wie ein Blitz im Gestein verzweigt. Das ist der größte Nachteil kristalliner Massengesteine wie Granit: Sie werden brüchig und lassen dann Wasser durch.

Im Felslabor gibt es etliche Klüftesysteme, ein Lüftungssystem hält den Stollen trocken. „Sobald wir die Ventilation abstellen, sind die Wände voll“, sagt Blechschmidt. Wasser muss allerdings kein Ausschlusskriterium für ein Endlager im Massengestein sein, meint der Granitexperte. „Man kann Klüfte zwar nicht verhindern, aber man kann sie verstehen“, sagt er. Immerhin haben sich Finnland, Schweden, China und Russland bereits für ein Endlager im Granit entschieden.

Doch wer ein Gestein verstehen möchte, muss es genauestens untersuchen, seine Entstehung rekonstruieren, alle Klüfte kennen und voraussagen, ob und wo sich in ferner Zukunft neue auftun. Es ist deshalb von Vorteil, einen Granit auszuwählen, der intakt und homogen ist. In Finnland zum Beispiel streicht der Granit an der Oberfläche aus, daher lässt er sich dort besser untersuchen. In der Regel sind Plutone aber – ebenso wie Salzkörper – komplexe Gebilde. Tonstein dagegen liegt oft störungsfrei vor, geschichtet wie Schwarzwälder Kirschtorte.

Ton scheint die Nase vorn zu haben

Ob Tonstein, Salz oder Granit – am Ende entscheide aber immer der Standort, darauf legt Ingo Blechschmidt Wert. Mit grundsätzlichen Plädoyers für das eine oder andere Gestein tun sich die Geologen daher schwer, alle hätten ihre Vor- und Nachteile, heißt es. In der Schweiz jedenfalls sprach der „regionalgeologische Kontext“, wie es Blechschmidt diplomatisch ausdrückt, gegen Granit. Trotzdem, eine Tendenz ist herauszuhören: „Ton bietet am Ende mehr Sicherheit“, sagt Olivier Leupin. Ingo Blechschmidt nickt. Vorausgesetzt, man verfügt über eine gute Tonformation.

Bei der deutschen Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, kurz BGR, sieht man das ähnlich. „Unterm Strich scheint Ton die Nase vorn zu haben“, sagt Gerhard Enste, der Experte für Endlagerung. Die Bundesbehörde unternimmt selbst Versuche in den Felslaboren der Schweiz, im Jahr 2007 hat die BGR die erste Tonstudie der Bundesrepublik vorgelegt. Lange Zeit hatte man in Deutschland Tonsteine als Endlagerstätte überhaupt nicht auf dem Plan. Folgt man der Studie, dann kann man die norddeutschen Tonsteine aus dem Tertiär ausschließen. Sie stellten sich damals als zu wenig verfestigt und damit zu wenig stabil und hitzebeständig heraus. Doch in der aktuellen Karte der möglichen Standorte sind auch diese Tonsteine ausgewiesen. Diese Gebiete sind allerdings auch rein stratigraphisch zugeordnet worden, es ist bislang also völlig unklar, ob die dortigen Tonsteine auch die erforderlichen Eigenschaften aufweisen.

Anders die kreidezeitlichen Tone, die man ebenfalls in Norddeutschland findet: Sie scheinen die Anforderungen teilweise zu erfüllen, an manchen Standorten liegen sogar mehrere Tonformationen übereinander. Ebenso geeignet erscheint die Opalinuston-Formation in und um Ulm, im Grenzgebiet zwischen Bayern und Baden-Württemberg. „Hoher Tongehalt, ideal geschichtet, gut prognostizierbar“, sagt Gerhard Enste dazu. Bei der Bundesgesellschaft für Endlagerung sieht man das ähnlich: „Tonstein ist eine gute Option“, lässt sich der BGE-Geologe Wolfram Rühaak zitieren. Man kenne das Gestein sehr gut, chemotoxische Abfälle werden darin schon lange gelagert, große Überraschungen seien selten. Weiteres Plus: Tonsteine seien gut untersucht.

Ist Tonstein also auch der Favorit in Deutschland? Vieles spricht dafür, und doch sagt die BGE, die Frage sei noch offen. Und so wird es bei der Endlagersuche am Ende auf Details ankommen. Denn auch Tonsteine haben Nachteile. Sie sind vergleichsweise hitzeempfindlich und leiten Wärme schlecht ab, zudem ist die Festigkeit nicht die beste. Stollen darin müssen zusätzlich abgesichert werden.

Im Felslabor Grimsel wird der Ernstfall unterdessen schon simuliert. Ein Castor-Behälter wird zur Einfahrt in einen Nebenstollen vorbereitet, drei weitere werden folgen. Zwanzig Jahre sollen die Testbehälter in dem Lager untersucht werden. Auf Schienen gleitet der erste Behälter in sein vorläufiges Grab, anschließend wird er auf bis zu 140 Grad erhitzt und überwacht. Um den Atommüll für die Zukunft zu sichern, wird zusätzlich eine künstliche Barriere aus Bentonit verwendet. Mit diesem quellbaren Tongranulat füllen die Geologen die Schächte auf und dichten die Zwischenräume ab. Es fungiert als zusätzliche Barriere.

Es sind Versuche, die für Geologen wie Olivier Leupin unverzichtbar sind. Sie müssen abschätzen, wie sich ein Endlager über die Zeit entwickelt, ob es die Erblast sicher verschließt. Aber ist es das wert? Soll man diesen enormen Aufwand für die Kerntechnik auch in Zukunft betreiben? Bevor Olivier Leupin antworten kann, greift der Pressesprecher ein. Man sei der Neutralität verpflichtet, sagt er. Pause. Gelächter. Schweizer Diplomatie. Ob der Aufwand am Ende reicht, muss die Ewigkeit zeigen.

Quelle: F.A.S.
Autorenporträt / Frey, Andreas
Andreas Frey
Freier Autor in der Wissenschaft der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.
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