Radioaktive Abfälle & Tiefenlager

In Kernkraftwerken, Medizin, Industrie und Forschung entstehen radioaktive Abfälle. Um den Schutz von Mensch und Umwelt langfristig sicherzustellen, sollen diese in geologische Tiefenlager verbracht werden. Das Tiefenlager-Standortgebiet Nördlich Lägern, das von der Nagra als sicherheitstechnisch am besten geeignet betrachtet wird, liegt im Kanton Zürich.

Inhaltsverzeichnis

Standortsuche

Für die Suche nach geeigneten Standorten in der Schweiz für die beiden Lagertypen eines Tiefenlagers (SMA-Lager und HAA-Lager) hat der Bundesrat im Jahr 2008 den Sachplan geologische Tiefenlager gestartet. Der Sachplan wird vom Bundesamt für Energie (BFE) geleitet und befindet sich derzeit in der letzten von drei Etappen und soll bis 2030 abgeschlossen sein. 

Standortwahl der Nagra für Tiefenlager

Die Karte zeigt die sechs Standortgebiete, die in Etappe 1 des Sachplans geologische Tiefenlager bestimmt wurden sowie das im Jahr 2022 von der Nagra ausgewählte Standortgebiet Nördlich Lägern im Zürcher Unterland in unterschiedlichen Farben.
Das von der Nagra ausgewählte Standortgebiet Nördlich Lägern für das geologische Tiefenlager befindet sich im Kanton Zürich. Quelle: Nagra, verändert

Die Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra) hat in den drei vom Bundesrat am Ende von Etappe 2 des Sachplans festgelegten Standortgebieten Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost erdwissenschaftliche Untersuchungen (Bohrungen und seismische Messungen) durchgeführt. Auf dieser Grundlage hat die Nagra im September 2022 bekannt gegeben, dass sie für das Standortgebiet Nördlich Lägern ein Rahmenbewilligungsgesuch einreichen wird. Die drei Hauptgründe dafür sind gemäss Nagra:

  • In Nördlich Lägern schliesst die geologische Barriere die Abfälle am besten ein. Hier ist die Distanz vom Opalinuston zur nächsten Wasser führenden Schicht am grössten. Zudem ist nach Erkenntnissen der Nagra das im Opalinuston und den umgebenden tonreichen Gesteinen gefundene Porenwasser am ältesten; dies ist ein Hinweis für die beste Einschlusswirksamkeit.
  • In Nördlich Lägern ist die Langzeitstabilität der geologischen Barriere am grössten. Hier liegt der Opalinuston in rund 800 bis 900 Metern Tiefe. Aufgrund dieser enormen Tiefe und weiterer über dem Opalinuston liegender erosionsresistenter Gesteine, ist ein Tiefenlager hier am besten vor natürlichen Einflüssen wie Erosion durch Gletscher und Flüsse geschützt.
  • In Nördlich Lägern ist der geeignete Bereich und damit die Flexibilität bei der Anordnung des Lagers am grössten. In Nördlich Lägern liegt im Vergleich zu den anderen beiden untersuchten Standortgebieten der grösste zusammenhängende Bereich ohne für das Tiefenlager bedeutsame Störungen im Gestein vor.

Die Ergebnisse der erdwissenschaftlichen Untersuchungen und ihre Interpretationen muss die Nagra nun dokumentieren und als Bestandteil des Rahmenbewilligungsgesuchs für das Tiefenlager beim Bund einreichen.

Gleichzeitig mit der Bekanntgabe des Tiefenlager-Standorts hat die Nagra auch kommuniziert, dass sie die Verpackungsanlagen für Brennelemente sowie andere radioaktive Abfälle am Standort des ZWILAG im Kanton Aargau plant.

Erdwissenschaftliche Untersuchungen der Standortgebiete

Um das am besten geeignete Standortgebiet für das geologische Tiefenlager zu finden, hat die Nagra zu Beginn von Etappe 3 des Sachplans die drei Standortgebiete Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost erdwissenschaftlich genauer untersucht. Unter anderem hat sie seismische Messungen (Vibrationsmessungen) vorgenommen und bis zu 2000 Meter tiefe Sondierbohrungen abgeteuft. Das Ziel war, den jeweils sichersten Standort für beide Lagertypen, das heisst für ein Lager für schwach- und mittelaktive Abfälle (SMA-Lager) sowie ein Lager für hochaktive Abfälle (HAA-Lager) zu finden. Von besonderem Interesse war dabei die Gesteinsschicht des Opalinustons, des Wirtgesteins für die radioaktiven Abfälle. 

Seismische Messungen

Für die seismischen Messungen wird der Untergrund mit Vibrationsfahrzeugen in Schwingung versetzt und die Reflektion der Schwingungen an den Grenzen der Gesteinsschichten im Untergrund aufgezeichnet. Dies geschieht mit sogenannten «Geophonen», die auf dem Boden ausgelegt werden. Mit diesen Messungen erkunden die Seismiker und Geologen die Tiefe und Mächtigkeit der Opalinustonschicht – also derjenigen Gesteinsschicht, in der das Lager dereinst gebaut werden soll.

Auf dem Foto ist ein Vibrationsfahrzeug zu sehen. In der Mitte des Fahrzeugs befindet sich eine Vibrationsplatte, die auf den Boden gepresst wird, um den Boden in Schwingung zu versetzen.
Mit Vibrationsplatten bringen die Spezialfahrzeuge den Untergrund ins Schwingen, um mehr über die Gesteinsschichten in der Tiefe zu erfahren. Quelle: Baudirektion

Tiefbohrungen

In der Standortregion Nördlich Lägern hat die Nagra in den Gemeinden Bülach, Stadel und Bachs und in der Standortregion Zürich Nordost in den Gemeinden Marthalen, Trüllikon und Rheinau Tiefbohrungen durchgeführt. Ziel war es zu erfahren, wie tief unten die Gesteinsschicht des Opalinustons (in der das Lager dereinst gebaut werden soll) zu finden ist und wie mächtig diese Gesteinsschicht ist. Zudem wurden physikalische und chemische Eigenschaften des Opalinustons in Erfahrung gebracht. Weiter konnte festgestellt werden, wieviel Abstand die Gesteinsschicht des künftigen Tiefenlagers zu wasserführenden Schichten ober- und unterhalb des Opalinustons hat.

Untiefe Quartärbohrungen

Damit die Abfälle langfristig sicher eingeschlossen bleiben, muss man wissen, in welcher Tiefe das Lager gebaut werden muss, damit es von Erosionsprozessen verschont bleibt. Dazu sind möglichst gute Prognosen der künftigen Erosionsprozesse (v. a. der Abtragung der Erdoberfläche durch Gletscher oder Flüsse) notwendig. Die Geologen versuchen, ein vertieftes Verständnis der bisherigen Erosionsprozesse in der Region zu erhalten, um die Entwicklung in der Zukunft abschätzen zu können. Um dies herauszufinden, wurden sogenannte untiefe «Quartärbohrungen» vorgenommen, um die mit Lockergesteinen gefüllten, unterirdischen Felsrinnen (von früheren Flüssen im Standortgebiet) genauer zu betrachten. Diese bieten für künftige Gletscher oder Flüsse die Möglichkeit, die Rinne weiter zu vertiefen. Damit das Lager dadurch nicht beeinträchtigt wird, muss es in genügender Tiefe geplant werden.

Beteiligung des Kantons bei der Standortsuche

Der Kanton Zürich hat seine Haltung seit Beginn des Sachplans ins Verfahren eingebracht. Er unterstützt das Bundesamt für Energie bei der Durchführung des Auswahlverfahrens und die betroffene Zürcher Standortregion Nördlich Lägern im weiteren Verfahren und bei fachlichen Fragen. Er setzt sich für ein transparentes und faires Auswahlverfahren ein, wobei die Sicherheit bei Planung, Bau und Betrieb der geologischen Tiefenlager immer an erster Stelle steht.

Informationsplattform 

Im Hinblick auf das zunehmende Informationsbedürfnis der betroffenen Zürcher Bevölkerung rund um die Standortsuche für geologische Tiefenlager hat der Kanton im April 2021 eine massgeschneiderte Kommunikationsplattform lanciert: Auf www.tiefenlager-zh.ch sind gut verständliche Informationen, insbesondere zum zeitlichen Ablauf der bisherigen und künftigen Aktivitäten im Zusammenhang mit der Tiefenlager-Standortsuche zu finden. Neuigkeiten sind dort kompakt zusammengefasst. Es werden fachlich abgestützte Antworten auf die wichtigsten Fragen geliefert, und es kommen Stimmen aus der Region zu Wort.

Tiefenlager

Radioaktive Abfälle enthalten ein Gemisch aus radioaktiven Atomen. Bis der radioaktive Zerfall soweit fortgeschritten ist, dass die Abfälle für Mensch und Umwelt nicht mehr schädlich sind, sind sehr lange Zeiträume erforderlich (100'000 Jahre für schwach- und mittelaktive Abfälle, eine Million Jahre für hochaktive Abfälle). Während dieser Zeit sollen die radioaktiven Abfälle durch Einlagerung in geeigneten geologischen Schichten im Untergrund – in sogenannten geologischen Tiefenlagern – von der Lebenswelt ferngehalten werden.

Einlagerungsmodell HAA; Konzept; Lagerung; Nagra, Felslabor Mont Terri FMT, Einlagerungsmodell, Modell der Einlagerung eines Behaelters mit verbrauchten Brennelementen
Brennelemente werden in dickwandigen Stahlbehältern in den Stollen eines geologischen Tiefenlagers eingelagert (Nagra-Vorstellung) Quelle: © Comet Photoshopping, Dieter Enz

Opalinuston schliesst radioaktive Abfälle ein

Der wichtigste Grundsatz bei der Realisierung geologischer Tiefenlager ist, dass die Sicherheit für Mensch und Umwelt gewährleistet wird. Dazu plant die Nagra das Tiefenlager als System mit mehreren Barrieren. Die wichtigste Barriere für die radioaktiven Stoffe bildet die Geologie, natürlich vorkommende Gesteinsschichten mit einer geringen Durchlässigkeit für Wasser. Dazu gehören einerseits das Wirtgestein (der Opalinuston) sowie andererseits die darüber- und darunterliegenden Rahmengesteine. Diese besitzen besonders gute Eigenschaften für die Rückhaltung radioaktiver Stoffe.

Lagertypen

Bei der geplanten Tiefenlagerung in der Schweiz unterscheidet man zwischen zwei Lagertypen:

  • HAA-Lager: ein Lager für hochaktive Abfälle (HAA) und abgebrannte Brennelemente, in dem die Abfälle für eine Million Jahre von der Lebenswelt ferngehalten werden
  • SMA-Lager: ein Lager für schwach- und mittelaktive Abfälle (SMA), in dem diese für 100'000 Jahre von der Lebenswelt ferngehalten werden

Gemäss derzeitiger Planung ist davon auszugehen, dass beide Lagertypen am selben Standort in Nördlich Lägern gebaut werden.

Aufbau eines Tiefenlagers

Ziel des geologischen Tiefenlagers ist der Einschluss der radioaktiven Abfälle in einem Gestein mit besonders guten Rückhalteeigenschaften für radioaktive Teilchen (Radionuklide), in der Schweiz im Opalinuston. Dieser liegt in der Nordschweiz als Gesteinsschicht in der für ein Tiefenlager notwendigen Tiefe von 400 bis 900 Metern vor und soll für die Einlagerung der Abfälle genutzt werden. Diese werden in der  Oberflächenanlage angeliefert und in Endlagerbehälter verpackt ins Tiefenlager gebracht. Dort werden die Abfälle in einem Stollensystem eingelagert, so dass sie bis zum Abklingen der Radioaktivität auf entsprechend niedrigere Werte keine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen (im Falle von schwach- und mittelaktiven Abfällen für 100'000 Jahre, hochaktive Abfälle für eine Million Jahre). Das Tiefenlager verfügt über zwei weitere Zugänge zum Lager, die sogenannten Nebenzugangsanlagen. Über den Betriebsschacht wird Aushubmaterial aus dem Tiefenlager an die Erdoberfläche transportiert, und es wird Baumaterial ins Tiefenlager gebracht. Über den Lüftungsschacht wird die Belüftung des Lagers sichergestellt.

Modell eines geologischen Tiefenlagers
Das Tiefenlager umfasst Anlagen an der Erdoberfläche und untertags. (Legende: 1 = Oberflächenanlage, 2 = Nebenzugangsanlage, 3 = Hauptzugang; 4 = Betriebs- und Lüftungsschacht, 5 = Lager für schwach- und mittelaktive Abfälle SMA, 6 = Pilotlager SMA, 7 = Felslabor/Testbereiche, 8 = Pilotlager für hochaktive Abfälle HAA, 9 = Hauptlager HAA, gemäss Entsorgungsprogramm 2021 der Nagra) Quelle: Nagra

Radioaktive Abfälle

Die radioaktiven Abfälle der Schweiz stammen zur Hauptsache aus vier laufenden Kernkraftwerken sowie einem Kernkraftwerk im Rückbau, aber auch aus Medizin, Industrie und Forschung. Es wird zwischen hochaktiven Abfällen und abgebrannten Brennelementen (HAA/BE), langlebigen mittelaktiven Abfällen (LMA) sowie schwach- und mittelaktiven Abfällen (SMA) unterschieden. Zurzeit befinden sich diese Abfälle in Zwischenlagern im Kanton Aargau und bei den Kernkraftwerken. Die Kernenergiegesetzgebung schreibt vor, dass die in der Schweiz anfallenden radioaktiven Abfälle grundsätzlich in der Schweiz in einem geologischen Tiefenlager entsorgt werden müssen. Verantwortlich dafür sind die Verursacher dieser Abfälle, also die Kernkraftwerkbetreiber und der Bund, der für die Abfälle aus Medizin, Industrie und Forschung zuständig ist. Diese Entsorgungspflichtigen haben zur Wahrnehmung der Aufgabe 1972 die Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra) gegründet. 

Der grösste Teil der radioaktiven Abfälle der Schweiz stammt aus den Kernkraftwerken Beznau I und II, Gösgen, Leibstadt und Mühleberg. Die in den Reaktoren eingesetzten Brennelemente müssen nach etwa fünf Jahren ausgetauscht werden, da ihr Brennstoffgehalt nicht mehr gross genug ist und sich Spaltprodukte gebildet haben. Die verbrauchten Brennelemente werden etwa fünf Jahre in Nasslagern (Abklingbecken) abgekühlt und danach in Transportbehältern ins Zwischenlager gebracht (Wiederaufarbeitung ist gesetzlich verboten). In Betrieben der Industrie sowie in der Medizin und Forschung entstehen weitere radioaktive Abfälle, beispielsweise in Füllstandsmessungen oder bei der Tumorbestrahlung. Auch diese Abfälle werden grösstenteils in Zwischenlagern gesammelt, bis ein Tiefenlager zur Verfügung steht. 

Diese Arten radioaktiver Abfälle gibt es:

  • Hochaktive Abfälle (HAA) umfassen abgebrannte Brennelemente (BE) aus den Kernkraftwerken sowie verglaste Abfälle aus der Wiederaufbereitung von abgebrannten Brennelementen
  • Langlebige mittelaktive Abfälle (LMA)
  • Schwach und mittelaktive Abfälle (SMA) umfassen alle anderen radioaktiven Abfälle (aus der Stilllegung von Kernkraftwerken sowie aus Medizin, Industrie und Forschung)

Die Berechnungen gehen davon aus, dass ein Volumen von rund 90'000 m3 an radioaktiven Abfällen in geologischen Tiefenlagern eingelagert werden muss (entspricht in etwa dem Volumen der Bahnhofshalle Zürich). Dabei machen die schwach- und mittelaktiven Abfälle rund 90 Prozent des Volumens aus. Die hochaktiven Abfälle beinhalten 99 Prozent der Radiotoxizität der Abfälle.

Zwischenlagerung

Bis die radioaktiven Abfälle in ein geologisches Tiefenlager verbracht werden, lagern die Abfälle aus den schweizerischen Kernkraftwerken im Zwischenlager in Würenlingen (ZWILAG) oder im Zwischenlager des Kernkraftwerks Beznau (ZWIBEZ). Dort kühlen die hochaktiven Abfälle während etwa 40 Jahren soweit ab, bis sie in ein geologisches Tiefenlager gebracht werden können. Die Abfälle aus Medizin, Industrie und Forschung lagern im Bundeszwischenlager in Würenlingen.

Bundeszwischenlager
Halle des Zwischenlagers in Würenlingen mit Behältern mit verbrauchten Brennelementen und hochaktiven Abfällen. Quelle: ZWILAG

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