Forschung

Erosion von Bentonit unter In-situ Bedingungen durch Einwirkung natürlicher Wässer in geologischen Tiefenlagern

BmWi Förderkennzeichen 02 E 12153A

Laufzeit: 01.06.2023  bis 30.05.2026

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung: Léon Frederic Van Overloop

Schlagworte: Bentonit, Multi-Barriere-System, Na-Montmorillonit, akzessorische Minerale, Erosion, Kolloide, CFM-iBET, CFM-LIT, Auswirkung von thermische Belastung

Beschreibung:

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es, das mechanistische Verständnis der für die Integrität der geotechnischen Barriere kritischen Prozesse unter naturnahen, endlagerrelevanten Bedingungen in geklüfteten Granitsystemen zu erhöhen und eine belastbare prognostizierende Modellierung der Bentonitbuffers und des kolloidgetragenen Radionuklidtransport zur Verfügung zu stellen.

Die Arbeiten sind in das CFM-Projekt am Grimsel Felslabor eingebettet und bauen zum Teil auf den in Kollorado-e³ (FKZ: 02 E 11759A) erzielten Erkenntnissen auf, betrachten aber auch gänzlich neue Aspekte.

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Verständnis der Ablagerungsmechanismen von umweltrelevantem Mikroplastik in gesättigten porösen Medien mittels 3D-Röntgenmikroskopie - Zum Verständnis der Akkumulation von Mikroplastik in Böden

DAAD-India PPP Projekt 57683132

Laufzeit: 01.01.24 - 31.12.25

Bearbeitung: Prof. Thorsten Schäfer, Prof. Gopala Krishna Darbha, Dr. Marcus Böhm, Msc. Aniket Choudhary

Schlagworte: Mikroplastik,  Porenraumcharakterisierung

Beschreibung:

Diese Studie befasst sich mit der Aufbereitung von umweltrelevantem Mikroplastik (E-MPs) und dessen Transport in gesättigten porösen Medien. Darüber hinaus zielt unsere Studie darauf ab, die Auswirkungen von mit Fe- und Al-Hydroxid mineralbeschichteten Sandkörnern auf den Transport von E-MPs in porösen Medien zu untersuchen. Das Verständnis der Adsorption von E-MPs an mineralbeschichteten Sanden ist ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von skalierbaren Reaktionsmodellen, die letztlich den Verbleib und den Transport von E-MPs in der unterirdischen Umwelt beschreiben und vorhersagen können.

Räumlich aufgelöste Spektroskopien zur Identifizierung von Grenzflächenprozessen und Spezies 3 – wertiger Lanthaniden und Actiniden

BMBF Förderung 02NUK089C

Laufzeit: 01.04.2024 – 31.08.2027

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung: Valentin Gabert

Schlagworte: Transporteigenschaften von Radionukliden, korrelative Spektroskopie, LA-ICP-MS

Beschreibung:

Im BMBF-geförderten Projekt SPIEG3L - Räumlich aufgelöste Spektroskopien zur Identifizierung von Grenzflächenprozessen und Spezies 3-wertiger Lanthaniden und Actiniden werden die Transporteigenschaften von Radionukliden, welche für die realitätsnahe Modellierung von potenziellen Freisetzungsszenarien relevant sind, untersucht. Methodischer Schwerpunkt ist hierbei der Einsatz der LA-ICP-MS zur geochemischen Charakterisierung der Grenzflächen.

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Komponentenadditiv-Ansatz zur Vorhersage der Zementpasten-Rheologie unter Berücksichtigung von sekundären zementgebundenen Materialien und deren spezieller Effekt auf die Thixotropie sowie Beton Entlüftungsverhalten

SPP2005 DFG Förderkennzeichen SCHA 1854/7-1

Laufzeit: 01.03.2021 bis 31.07.2024

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung: Steffen Hellmann, Dr. Dirk Merten, Frank Heberling, Johannes Lützenkirchen & Teba Gil Diaz (alle KIT-INE)

Schlagwörter: CSH-Phasen, kalzinierte Tone, spICP-MS, AFM, Oberflächenkomplexierungsmodelle

Die Zementindustrie treibt ihre Forschung in Richtung sekundärer zementgebundener Materialien (SCMs) voran, die es ermöglichen, den CO₂-Fußabdruck von Beton zu reduzieren. Ziel dieses Projekts ist es, vielversprechende SCM-Alternativen wie kalzinierte Tone (CCs) und Kalksteinpulver (LSP) zu erforschen. Der erste Ansatz besteht darin, das rheologische Verhalten frischer Zementzusatzmittel dieser SCMs während der frühen Stadien der Hydratation im Gießprozess zu untersuchen. Der zweite Ansatz konzentriert sich auf der potenziellen Rolle von SCMs bei der Vermeidung eines unerwünschten Luftblaseneinschlusses vor dem Aushärten des Betons. Experimentelle Ansätze umfassen die Charakterisierung von Partikelwechselwirkungen und Pastenrheologie in Modell- und realen Systemen über eine nationale Zusammenarbeit zwischen FSU, KIT, BUW und LUH.

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Kontrolle biologischer Untersuchungen bei der Dekontamination heterogener, schwach radioaktiv kontaminierter Geosubstrate für die Strahlenschutzvorsorge (KOBIOGEO)

Projekt: https://www.tib.eu/de/suchen/id/TIBKAT:609340255/

Projektleitung: 
Prof. Dr. Georg Büchel, Dr. Dirk Merten

Beschreibung:
Schwach radioaktive, heterogene Geosubstrate können durch Phytoremediation biologisch dekontaminiert werden, so dass ein Beitrag zur Strahlenvorsorge geleistet wird. Durch Identifizierung der für die Phytoremediation relevanten Prozesse im Labormaßstab mit der innovativen Methode der Seltenen Erden Element (SEE)-Fraktionierung und der Übertragung auf natürliche Bedingungen wird eine Effizienzsteigerung gegenüber bisherigen, empirischen Ansätzen und Erfahrungen der Dekontamination schwach radioaktiver Geosubstrate erreicht. Es werden die natürlich vorkommenden Seltenen Erden Elemente und ihre Verteilung zur Prozesskontrolle und Optimierung bei der Aufnahme von Schwermetallen/Radionukliden aus geogenen Materialien in Pflanzenmaterial genutzt. Damit besteht die Möglichkeit, durch unterschiedliche Fraktionierungsmuster der SEE biologische und/oder physikalisch/chemische Prozesse zu identifizieren, welche bei der selektiven Aufnahme von Radionukliden und Schwermetallen auftreten. Somit kann auf wirksame Transportprozesse beim Transfer zurück geschlossen werden. Über die Identifizierung sowie Kontrolle hinaus lässt sich eine Optimierung der biologischen Dekontaminationsverfahren erreichen.

Laufzeit:
01.10.2004 bis 31.10.2008

Förderkennzeichen:
02S8294

KOLLORADO-e2 (Integrität der Bentonitbarriere zur Rückhaltung von Radionukliden in kristallinen Wirtsgesteinen – Experimente und Modellierung)

Bearbeitung: Thorsten Schäfer (FSU) & Francesca Quinto, Madeleine Stoll, Franz Rinderknecht (alle KIT-INE)

Beschreibung:
Der Kenntnisstand zur Kolloidproblematik, speziell zur Prognostizierbarkeit des Kolloidquellterms, der Kolloidstabilität und Kolloid- Mineraloberflächen- Wechselwirkung unter Einbezug der Oberflächenrauigkeit hat in den letzten Jahren sehr große Fortschritte gemacht. Neben der Beschreibung der Kolloidstabilität mittels elektrostatischer Ansätze sind quantitative Daten zur Erosion der Bentonitbarriere in Laborversuchen generiert worden. Alle Daten zum kolloidgetragenen Radionuklidtransport weisen auf eine starke Abhängigkeit der Kolloidmobilität von der Kluftgeometrie/Oberflächenrauigkeit hin, wobei die vollständige Dissoziation vierwertige Actinide von der Tonkolloidoberfläche nach wie vor eine offene Fragestellung ist. Hauptziel des Anschlußvorhabens ist es weiterhin, das mechanistische Verständnis der Erosion des kompaktierten Bentonits und der Radionuklid-Kolloid Wechselwirkungen unter naturnahen Bedingungen mittels in-situ Experimenten zu verbessern und die Relevanz des kolloidgetragenen Radionuklidtransports hinsichtlich der Langzeitsicherheit eines Endlagers in einer Hartgesteinsformation zu bewerten. Darüber hinaus werden generische Aussagen zur Kolloidrelevanz und der Mobilität von Radionukliden erarbeitet.

Förderung:
The KOLLORADO-e2 project is a joint project between KIT and GRS and is financed by the BMWi under project number 02E11456A.

Durch Gesteins-/Wasser-Interaktionen im Untergrund werden u.a. Radionuklide freigesetzt und gelangen von dort bis in das Trink- und Oberflächenwasser. Über die Rolle von Mikroorganismen bei diesen Freisetzungs- und Transportprozessen ist wenig bekannt.

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Transport und Transfer langlebiger Radionuklide entlang der kausalen Kette Grundwasser-Boden-Pflanze unter Berücksichtigung langzeitlicher klimatischer Änderungen

Förderstelle + kennzeichen: BMBF-02NUK051A-E

Laufzeit: 01.07.2019 bis 30.06.2022

Projektleitung: Prof. Dr. T. SchäferExterner Link

Bearbeitung: Marcus BöhmExterner Link, Dr. Daniel Jara HerediaExterner Link

Schlagworte: Radionuklide, Lysimeter, natürliche nanopartikuläre Phasen, reaktiver Transport

Beschreibung:

Für Langzeitsicherheitsnachweise potentieller Endlager gehen die gängigen radioökologischen Modelle in Störfallszenarien von einem Radionuklideintrag in die Biosphäre über den Wasserpfad aus. Neben dem Weg über Niederschlag und Bewässerung ist besonders der Eintrag über das oberflächennahe Grundwasser in den Boden interessant. Das Ziel ist es ein tieferes Verständnis über die komplexen Mechanismen des Radionuklidtransportes vom Grundwasser in Pflanzen unter dem Aspekt von klimatischen Schwankungen zu generieren. Dies soll zu einer verbesserten Gefahrenabschätzung der Strahlenexposition von Populationen über längere Zeiträume beitragen. Ein weiterer Schritt ist die Aufklärung der Aufnahmemechanismen von Radionukliden in landwirtschaftliche Nutzpflanzen auf molekularer Ebene, ein Konzept, was zu einem erweiterten Verständnis über bestehende Transferfaktoren hinausführt.

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Umsetzung von Schwermetall-Landfarming zur nachhaltigen Landschaftsgestaltung und Gewinnung erneuerbarer Energien auf radionuklidbelasteten Flächen (USER)

Projektleitung:
Prof. Dr. E. Kothe, Prof. Dr. G. Büchel

Laufzeit:
01.12.2014 bis 30.11.2018 

Beschreibung:
Im aktuellen Projektvorhaben sollen im Rahmen des FuE-Programms „Rückbau kerntechnischer Anlagen“ im Sinne einer Strahlenschutz-Vorsorge schwermetall- und radionuklidbelastete Substrate durch die Verwendung von Bioremediationsmethoden saniert und einer Nutzung zur Produktion von Energiepflanzen zugeführt werden. Dabei zielt das Projekt auf die Nutzung einer kostengünstigen, durch Mikrobiologie gesteuerten Phytosanierung, in der belastete Substrate über eine Durchmischung mit unbelastetem Boden konditioniert und kontaminierte Flächen neu konturiert werden können. Damit können kontaminierte Flächen genutzt werden, um erneuerbare Energien (Holz als Energieträger) zu produzieren, und parallel zur Sanierung zusätzlich Wertschöpfungspotentiale erschlossen werden. 

Förderkennzeichen:
15S9194

Abschlussbericht: 

Umsetzung von Schwermetall-Landfarming zur nachhaltigen Landschaftsgestaltung und Gewinnung erneuerbarer Energien auf radionuklidbelasteten Flächen (USER) : Schlussbericht (gbv.de)Externer Link