Als het nieuwe Finse depot voor hoogradioactief afval een parkeergarage was zou je de lift 140 verdiepingen naar beneden nemen om je auto op te halen – zo diep willen de Finse autoriteiten de gebruikte brandstofstaven van hun kerncentrales in het bodemgesteente wegbergen.
Wanneer ze eenmaal in het einddepot in Onkalo aan de westkust van Finland liggen, hoeven ze daar nooit meer weg.
De plaats van het eerste nucleaire kerkhof op aarde is zorgvuldig gekozen. Het oeroude gesteente onder Onkalo is geologisch stabiel en is de afgelopen 1,8 miljard jaar onveranderd gebleven.
Dat zal het waarschijnlijk nog 100.000 jaar blijven – en dat is ook een absolute vereiste, want zo lang duurt het voordat de radioactiviteit in kernafval tot een veilig niveau is gedaald.
Het depot moet net zo lang meegaan als onze soort al in Europa leeft.
100.000 jaar is moeilijk te bevatten. Ter vergelijking: het is ongeveer even lang als de tijd sinds onze eigen soort door Europa trok en de Neanderthalers ontmoette.
Als we in 2024 of 2025 beginnen met het opruimen van oude kernbrandstof, wijst Finland de weg voor de 32 landen op aarde die kernenergie produceren.
Voor het eerst heeft een land nu de verantwoordelijkheid genomen voor de oplossing van het afvalprobleem, zodat het afval zich niet alleen maar opstapelt voor toekomstige generaties.
Afvaldepots zijn onveilig
Sinds kerncentrales in de jaren 1950 in gebruik werden genomen kennen we het afvalprobleem, maar tot nu toe is er nog geen definitieve oplossing gevonden.
Gevaarlijk kernafval gaat daarom naar tijdelijke depots. Het meeste wordt in bekkens bij kerncentrales opgeslagen. Tal van landen willen het afval ondergronds bewaren, maar protesten over de plaats van de nucleaire kerkhoven hebben de projecten vertraagd.
Gevaarlijk kernafval ligt in kwetsbare depots
Al 70 jaar stapelt het hoogradioactieve afval van de kerncentrales op aarde zich op in tijdelijke depots. We naderen de 400.000 ton en zitten er erg mee in onze maag. Maar Finland en Zweden hebben een oplossing gevonden. Lees hier over het kernafval op aarde.
Het ondergrondse einddepot in het Finse Onkalo moet nog een eeuw open blijven en 3300 containers met 6500 ton verbruikte brandstofstaven opslaan.
Het plan is om het kerkhof in fasen uit te breiden, bijvoorbeeld om de 10 jaar, met nieuwe bergingstunnels om het afval van de 10 jaar daarna op te vangen.
Zweden zit Finland op de hielen, en in januari gaf de regering groen licht voor een definitieve opslagplaats voor ’s lands kernafval, een halve kilometer onder de grond ten noorden van Stockholm, die in de jaren 2030 klaar moet zijn.
De methodes zijn grofweg dezelfde als in Onkalo, en de landen hebben de nodige technologieën samen ontwikkeld.
Het eerste einddepot voor hoogradioactief afval wordt gebouwd in Onkalo, Finland (1). De volgende komt in Forsmark in Zweden (2).
Als er 100 jaar gestort is in Onkalo, zullen alle tunnels en schachten op het kerkhof met klei gevuld worden en zal de bovengrondse installatie schoongemaakt en afgebroken worden. Dan kunnen de Finnen het kernafval gerust vergeten.
Robots verwerken het afval
Finland test momenteel het systeem dat het kernafval veilig zal verpakken en in het einddepot zal plaatsen.
De reis naar het kerkhof begint in de inkapselingsfabriek, in een ruimte met wanden van roestvrij staal en 1,3 meter dikke betonnen muren eromheen die de straling tegenhouden.
Robots zuigen het overtollige water uit het opslagbekken weg van de brandstofstaven en plaatsen ze in een gietijzeren frame, dat weer in een roestbestendige koperen cilinder wordt geplaatst.
De gebruikte brandstofstaven uit Finse kerncentrales worden in gietijzer gehuld en in koperen cilinders geplaatst. Elke cilinder weegt 24,5 ton.
Het plaatsen van een nucleair kerkhof brengt grote technische uitdagingen met zich mee, maar het moeilijkste deel zal het verkrijgen van lokale steun zijn.
Eenmaal verzegeld gaat de cilinder per lift 430 meter onder de grond. Hier brengt een robotvoertuig de cilinder verder naar een van de storttunnels.
Het voertuig kiept de 5 meter lange koperen cilinder in een gat dat bekleed is met bentonietklei. Wanneer de bak op zijn plaats staat, wordt dit materiaal ook gebruikt om het gat af te dichten.
Nu hebben de brandstofstaven in de cilinder hun laatste rustplaats gevonden, en een ander robotvoertuig stort meer klei in de bergingstunnel boven de put.
Kerkhof is meer dan 400 meter diep
De gebruikte brandstofstaven van Finse kerncentrales worden in kisten ingekapseld in een fabriek boven de grond. Dan voert een lift ze naar de verticale kuilen die 430 meter onder de grond geboord zijn.
1. Stortgaten worden voorzien van klei
In de bergingstunnels worden om de 10 meter gaten geboord. In de gaten worden eerst een schijf en daarna ringvormige modules van bentonietklei neergelaten, die de bodem en zijkanten bekleden.
2. Kernafval wordt afgezonken
De gaten zijn nu klaar om de koperen kisten te ontvangen. Een robotvoertuig laat ze in elk gat zakken, dat dan bedekt wordt met nog een laag bentoniet, zodat de hele kist met klei omhuld is.
3. Graf en gangen worden voor altijd gesloten
Als de gaten in een storttunnel vol zijn, is hij niet meer nodig. Een ander robotvoertuig vult de tunnel af met blokken klei, waardoor een heel deel van de begraafplaats voorgoed afgesloten wordt.
De proeven worden uitgevoerd door het bedrijf Posiva, dat verantwoordelijk is voor het hele depot, en de test is het hoogtepunt van decennia aan onderzoek.
De eerste stap was het uitboren van boorkernen uit het bodemgesteente, gneis. Analyses daarvan toonden zoals verwacht aan dat het gneis mechanisch stabiel is en bijna ondoordringbaar voor water. Daarna werd het tunnelstelsel zelf aangelegd middels explosies en boren.
Al is het gesteente over het algemeen zeer dicht, er zijn enkele scheuren waar grondwater doorheen kan dringen. Het wordt dan ook bij elk depotgat zorgvuldig gecontroleerd. Bij de minste of geringste scheurtjes wordt dat gat niet gebruikt.
De gaten voor het kernafval worden om de 10 meter uitgeboord. Technici van de firma Posiva controleren de zijkanten van elk gat op scheuren waar grondwater doorheen zou kunnen sijpelen.
De cilinder is veilig genoeg
Als het hoogradioactieve afval eenmaal in het depot ligt, zorgen drie barrières ervoor dat de radioactiviteit het milieu 100.000 jaar lang niet kan besmetten.
De eerste barrière is de koperen koker zelf. Volgens de berekeningen van Posiva zullen de 5 centimeter dikke wanden de radioactieve stoffen gedurende de hele periode veilig insluiten.
De volgende barrière is de bentonietklei rond de cilinder en de laatste is de 430 meter rots waar eventueel vervuild grondwater nauwelijks doorheen komt.
Sarcofaag heeft driedubbele zekering
1. Koperen kist beschermt tegen roest
De voornaamste barrière die het kernafval insluit, is de koperen kist. In tegenstelling tot bijvoorbeeld ijzer roest koper nauwelijks en de container gaat dan ook duizenden jaren mee.
2. Inkapseling in klei houdt water buiten
Zelfs als er water naar de kist stroomt door kleine scheurtjes, zal de bentonietklei hem beschermen. Als de klei vochtig wordt, zwelt hij op en blokkeert hij het water.
3. Rots verdunt de radioactiviteit
Als zowel de kist als de kleilaag het begeven, kunnen radioactieve stoffen met water mee het gesteente in trekken. Maar voor de straling boven komt zal ze zo ver zijn afgenomen dat ze de gezondheid niet bedreigt.
De Finse stralingsautoriteit Stuk deed uitgebreid onderzoek naar het gesteente en maakte simulaties van de manier waarop de grondwaterstromingen onder verschillende omstandigheden lopen.
In het ergste geval worden mensen die in de toekomst drinkwater uit diepe putten halen, blootgesteld aan straling die ver onder de huidige grenswaarden ligt – juist omdat het water er heel lang over zal doen om door de rotslagen te komen.
De lange tijdspanne van 100.000 jaar betekent dat het depot bestand moet zijn tegen grote klimaatveranderingen. Maar ook daar hebben Posiva en de autoriteiten rekening mee gehouden.
De aanhoudende opwarming van de aarde kan er bijvoorbeeld toe leiden dat het zeepeil zo sterk stijgt dat Onkalo voor duizenden jaren onder water komt te staan. Maar volgens Posiva zullen de drie barrières het depot beschermen tegen zout water, dat de koperen cilinders anders zou kunnen aantasten.
Het depot kan ook getroffen worden door het tegenovergestelde scenario: een volgende ijstijd. Tijdens de laatste ijstijd was Scandinavië bedekt met een ijskap van 3 kilometer dik, en toen het ijs zich 11.000 jaar geleden terugtrok, kwam het bodemgesteente omhoog, waardoor er aardbevingen ontstonden. Dat kan ook gebeuren na een volgende ijstijd.
Het depot moet het houden, zelfs als er weer een ijstijd komt. Daarom ligt het ver van de breukzones die het meest kwetsbaar zijn voor aardbevingen als het ijs zich weer terugtrekt.
De aardbevingen komen vermoedelijk voor langs scheuren in het gesteente die gevormd zijn tijdens het einde van de laatste ijstijd. Uit voorzorg heeft Posiva daarom Onkalo midden in twee parallelle scheuren geplaatst, 800 meter uit elkaar, om het risico zo klein mogelijk te maken.
Openheid geeft steun
Het plaatsen van een nucleair kerkhof brengt grote technische uitdagingen met zich mee, maar het moeilijkste zal het verkrijgen van lokale steun zijn.
In Finland en Zweden is uitvoerig met de lokale gemeenschappen gesproken, en de instanties gaven de gemeenten een veto als ze het depot niet wilden. Verder zijn alle relevante onderzoeksrapporten vrij beschikbaar om te downloaden.
Deze open aanpak kan als inspiratie dienen voor andere landen, zodat we het probleem van kernafval op wereldschaal kunnen oplossen in plaats van het door te schuiven naar toekomstige generaties.
Als onze verre nakomelingen over 100.000 jaar naar het laatste depot boren, zullen ze zich vast verwonderen over het merkwaardige kerkhof waar duizenden koperen sarcofagen in kaarsrechte rijen met 10 meter ertussen begraven liggen.
Pas als ze deze kisten openen zullen toekomstige archeologen zien dat de plek geen religieuze of ceremoniële betekenis had – maar slechts een dumpplaats is voor een energietechnologie die tegen die tijd hopeloos verouderd zal lijken.