Systematischer Umgang mit Ungewissheiten bei der Standortwahl für geologische Tiefenlager in der Schweiz

Oberstes Ziel bei der Entsorgung der radioaktiven Abfälle in der Schweiz ist der langfristige Schutz von Mensch und Umwelt. Weltweit ist anerkannt, dass für hochaktive und langlebige mittelaktive Abfälle nur eine Lagerung in geeigneten geologisch stabilen Schichten die Sicherheit über die notwendigen langen Zeiträume gewährleisten kann (IAEA 2011). Dieser Grundsatz ist im schweizerischen Kernenergiegesetz (KEG 2003) verankert und gilt in der Schweiz auch für die schwach- und mittelaktiven Abfälle. Das KEG schreibt die geologische Tiefenlagerung für die Entsorgung aller in der Schweiz anfallenden radioaktiven Abfälle vor (Art. 31 KEG). Dafür werden Anlagen im geologischen Untergrund (typischerweise in einigen hundert Metern Tiefe) vorgesehen, die verschlossen werden können, sofern der dauernde Schutz von Mensch und Umwelt durch passive Barrieren¹ sichergestellt ist (Art. 3 KEG).

Die Suche nach geeigneten Standorten für die langfristige Lagerung radioaktiver Abfälle ist zusammen mit dem nachfolgenden Bau und Betrieb der Anlagen und einer möglichen Beobachtungsphase vor dem endgültigen Verschluss eines Lagers ein Jahrhundertprojekt. Die aufgrund der Langlebigkeit der radioaktiven Nuklide zu betrachtenden Zeiträume von bis zu einer Million Jahre erfordern die Wahl eines Entsorgungskonzepts, bei dem eine sicherheitsgerichtete Betrachtung solcher Zeiträume tatsächlich möglich ist.

Die gesetzliche Anforderung einer geologischen Tiefenlagerung stellt einen wichtigen Schritt zur Reduktion von Ungewissheiten dar: Bereits über einen Zeitraum von mehreren tausend Jahren wäre eine verlässliche Prognose über die klimatischen und gesellschaftlichen Entwicklungen an der Erdoberfläche oder den Bereich nahe der Erdoberfläche aufgrund der Ungewissheiten kaum machbar. Mit der geologischen Tiefenlagerung werden belastbare Aussagen zur Langzeitentwicklung erst ermöglicht und Ungewissheiten werden auf ein nachweistaugliches Niveau reduziert.

Das für die Lagerkonzeption geforderte Mehrfachbarrierensystem hat im Nachweis sicherzustellen, dass die Radionuklidausbreitung über lange Zeiträume begrenzt bleibt. Dazu müssen Barrieren eingesetzt werden, die sich gegenseitig unterstützen; Einwirkungen von außen (z. B. Wasserzufluss) dürfen nicht zu einem gemeinsamen Versagen führen. So werden Redundanz und Diversität ebenfalls zur weiteren Reduktion der Ungewissheiten eingesetzt. In der Schweiz liegt die Hauptverantwortung des Mehrfachbarrierensystems auf dem Wirtgestein («Wirtsgestein» gemäß deutscher Terminologie). International werden in kristallinen Wirtgesteinen auch Konzepte verfolgt, bei denen die Hauptverantwortung dem Endlagerbehälter bzw. dem Nahfeld zukommt, weil bzgl. der langfristigen Barrierenwirkung des Wirtgesteins zu große Ungewissheiten in der Detektion der Klüfte bestehen.

In der Schweiz sind die Standortsuche und der Sicherheitsnachweis für ein geologisches Tiefenlager in gleicher Weise darauf ausgerichtet, soweit möglich und nötig, Ungewissheiten zu reduzieren (vgl. Röhlig 2024). Der systematische Umgang mit Ungewissheiten lässt sich vereinfacht im folgenden Schema zusammenfassen (Abb. 1):

Das Schema beinhaltet folgende Entscheidungsstufen:

Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass das Entsorgungskonzept der geologischen Tiefenlagerung selber Ungewissheiten enthält, die sich wegen der langen Zeiträume nur beschränkt bestimmen lassen (vgl. Becker et al. 2024). Die angenommene Entwicklung eines geologischen Tiefenlagers über lange Zeiträume geht davon aus, dass sich das Tiefenlager als passives System weiterentwickelt. Die Bewertung der potenziellen radiologischen Auswirkungen eines geologischen Tiefenlagers muss den unvermeidlichen, mit zunehmender Zeitspanne wachsenden Ungewissheiten Rechnung tragen. So haben technische Barrieren, Wirtgestein, umgebende geologische Schichten, Biosphäre und die Lebensgewohnheiten der Menschen jeweils eine unterschiedliche zeitliche Prognostizierbarkeit. Für die Berechnung zukünftiger Strahlendosen, für die Klimaentwicklung, das Handeln des Menschen oder die Wirkung ionisierender Strahlung auf den Menschen in ferner Zukunft werden Annahmen getroffen.

Die Geschichte der Entsorgung der radioaktiven Abfälle in der Schweiz enthält zu dem in Abb. 1 gezeigten Schema entsprechende Beispiele zum systematischen Umgang mit Ungewissheiten. Zum Verständnis dieser Beispiele wird vorausgehend eine Zusammenfassung dieser Geschichte der Entsorgung und der in der Schweiz bestehenden Vorgaben für geologische Tiefenlager und das schweizerische Standortauswahlverfahren gegeben.

Zu Beginn der friedlichen Nutzung der Kernenergie in der Schweiz stand die Realisierung der zur Entsorgung der radioaktiven Abfälle benötigten geologischen Tiefenlager noch in ferner Zukunft. 1972 wurde die Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra) mit der Aufgabe gegründet, die bei der Stromproduktion und in Medizin, Industrie und Forschung anfallenden radioaktiven Abfälle einer Entsorgung zuzuführen. Im Bundesbeschluss zum Atomgesetz 1978 wurde festgelegt, dass weitere Rahmenbewilligungen für neue Kernkraftwerke nur erteilt werden, wenn gezeigt wird, dass die dauernde und sichere Entsorgung und Endlagerung der radioaktiven Abfälle in der Schweiz gewährleistet ist. Mit dem „Projekt Gewähr 1985“ reichte die Nagra einen Entsorgungsnachweis ein, der im Sinne einer Machbarkeitsstudie aufzeigen sollte, dass eine sichere geologische Tiefenlagerung der radioaktiven Abfälle in der Schweiz grundsätzlich möglich ist (Nagra 1985).

Für ein Lager für hochradioaktive Abfälle (HAA) wurde von der Nagra ein Entsorgungsnachweis im Kristallin der Nordschweiz eingereicht. Die HSK (Hauptabteilung für die Sicherheit der Kernanlagen, Vorgängerorganisation des ENSI) kam in ihrem Gutachten (HSK 1986) zu positiven Schlüssen, was die Sicherheit und die Machbarkeit betreffen. Aus Sicht der HSK blieb die Antwort auf die Standortfrage jedoch offen. Die Suche nach einem geeigneten Standort im kristallinen Grundgebirge der Nordschweiz wurde als schwierig, aufwendig und ohne Garantie auf Erfolg beurteilt, nicht zuletzt, weil sich die für den langfristigen Radionuklidtransport entscheidenden Klüfte im kristallinen Wirtgestein (auch heute noch) mit keiner Methode genügend erkunden lassen (Abb. 2). Der Bundesrat forderte daher die Nagra auf, ihre Erkundungen auf Sedimentgesteine auszuweiten.

Dieses Beispiel illustriert den in Abb. 1 gezeigten Fall des Ausschließens: Da kristalline Gesteine geklüftet sind und sich die Ungewissheiten über die Lage von Klüften, auch durch Exploration des Untergrundes, nicht genügend verringern lassen, wurde die Nagra aufgefordert, diesen Ungewissheiten auszuweichen und in anderen Wirtgesteinen nach Standorten zu suchen.

Aufgrund der Rückweisung des Entsorgungsnachweises durch die HSK fokussierte die Nagra ihre Arbeiten ab 1988 auf Sedimentgesteine. 2002 wurde von der Nagra ein Entsorgungsnachweis für ein geologisches Tiefenlager für HAA im Wirtgestein Opalinuston eingereicht (Nagra 2002) und dieser auf der Basis des Gutachtens der HSK (HSK 2005a) vom Bundesrat bestätigt. Eine Fokussierung der Arbeiten der Nagra auf den Standort, an dem der Entsorgungsnachweis durchgeführt wurde, wurde jedoch abgelehnt; für die Festlegung eines Standorts sollte ein Standortauswahlverfahren durchgeführt werden.

Die 2003 in Kraft gesetzte schweizerische Kernenergiegesetzgebung (Kernenergiegesetz KEG und Kernenergieverordnung KEV) verlangt die geologische Tiefenlagerung für alle radioaktiven Abfälle, die in der Schweiz anfallen. Durch diesen gesetzlichen Rahmen werden die Ungewissheiten einer langfristigen Lagerung der radioaktiven Abfälle in einer Oberflächenanlage umgangen („ausschließen“ gemäß Abb. 1). Die im Gesetz verlangte Auslegung eines geologischen Tiefenlagers sieht ein Pilotlager vor, in das vorgängig zum Hauptlager eine repräsentative Menge radioaktiver Abfälle eingelagert und deren Entwicklung bis zum Lagerverschluss überwacht wird. Daneben sollen in Testbereichen Untersuchungen zur Langzeitentwicklung und zur Standortcharakterisierung durchgeführt werden. Pilotlager und Testbereiche liefern die Datengrundlage, auf deren Basis am Ende einer Beobachtungsphase das Tiefenlager verschlossen werden kann. Mit diesen Elementen der Lagerauslegung sollen bis zum Lagerverschluss Ungewissheiten über die Langzeitentwicklung des Lagers reduziert werden („genauer bestimmen“ in Abb. 1), unter der Annahme, dass die Methoden des Monitorings dies zulassen.

Die Detailanforderungen an die geologische Tiefenlagerung wurden durch das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat in der Richtlinie ENSI-G03 «Tiefenlager» präzisiert (diese wurde kürzlich überarbeitet, ENSI 2020). Zusammen mit den gesetzlichen Vorgaben geben diese ein systematisches, nachvollziehbares Vorgehen für die Projektierung, den Bau und Betrieb eines Tiefenlagers vor. Die Vorgaben stützen sich auf die gesellschaftlichen (d. h. im Gesetz festgehaltenen) Anforderungen und den aktuellen Stand der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Endlagerung radioaktiver Abfälle ab.

In der schweizerischen Kernenergieverordnung (KEV 2003) wird auch festgehalten, dass die Standortsuche in der Schweiz in einem Sachplan zu erfolgen hat (Art. 5 kEV). Die Details zur Wahl eines Standorts für ein geologisches Tiefenlager werden in der Kernenergiegesetzgebung nicht geregelt. Der Konzeptteil des «Sachplans geologische Tiefenlager» wurde 2008 von der schweizerischen Regierung verabschiedet (BFE 2008). Im Sachplan geologische Tiefenlager werden das geforderte Verfahren festgelegt, die Rollen der involvierten Stellen definiert und die Formen der Partizipation der Betroffenen aufgezeigt. Hauptakteure im Sachplan sind das Bundesamt für Energie (BFE) als Verfahrensleitung, die Nationale Genossenschaft für die Lagerung der radioaktiven Abfälle (Nagra) als Projektant und das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) als sicherheitstechnische Aufsicht.

Die Standortwahl erfolgt mit einem systematischen Prozess anhand 13 sicherheitstechnischer Kriterien, die das ENSI (bzw. die damalige HSK) vorgängig definiert hat (HSK 2007). Durch diese Kriterien erfolgt eine systematische Suche nach einem Gestein mit sehr guten Barriereeigenschaften in einer ruhigen, stabilen Region (d. h. Ausweichen von Gebieten mit aktiven Störungszonen, erhöhter Erdbebentätigkeit, vulkanischer Aktivität etc.) mit einem Wirtgestein, das gut charakterisiert und exploriert werden kann. Je einfacher die geologische Situation, desto geringer die Ungewissheiten. Bei jeder Etappe des Sachplanverfahrens (vergleichbar mit den „Phasen“ des deutschen Standortauswahlverfahrens) ist der Einfluss der Ungewissheiten zu bewerten (ENSI 2010b, 2013, 2018). Ziel des Sachplans ist es, Standorte mit großen Sicherheitsmargen und sicherheitstechnischen Vorteilen zu finden. Große Sicherheitsmargen helfen dabei, bestehende Ungewissheiten abzufangen. Die Standortwahl muss trotz bestehender Ungewissheiten robust³ sein.

Auch nach der Standortwahl sollen die Ungewissheiten mit Blick auf die Bau-, Betriebs- und Langzeitsicherheit reduziert werden. Zu diesem Zweck werden mit der Festlegung des Standorts eines geologischen Tiefenlagers auch Eignungskriterien (Art. 14 KEG bzw. Art. 63 kEV) festgelegt, deren Erfüllung in späteren Untersuchungen im Untergrund überprüft werden. Mit diesem Schritt werden die Ungewissheiten einer unvollständigen Exploration der Eigenschaften des Untergrundes weiter verringert bzw. ein Standort trotz vorgängiger Wahl ggf. ausgeschlossen, sofern die Eignungskriterien durch die Untersuchungen vor Ort nicht bestätigt werden können.

Die gesellschaftliche Entwicklung und damit mögliche Änderungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen stellen ebenfalls Ungewissheiten sowohl während eines Standortauswahlverfahrens als auch während Bau und Betrieb eines geologischen Tiefenlagers dar. Die in der Schweiz vorhandene gesetzliche Vorgabe einer längeren Beobachtungsphase (Art. 3 KEG) nach Abschluss der Einlagerung bis zum Verschluss beispielsweise führt dazu, dass die Wahrscheinlichkeit eines Kontrollverlustes über das Tiefenlager (z. B. durch Wassereinbrüche in die Zugangsbauwerke aus dem Deckgebirge, durch Alterung der Innenausbauten) zunimmt, je länger das Projekt bis zum Verschluss des Lagers dauert.

Bei der Dauer der Beobachtungsphase ist zwischen den Ungewissheiten durch längeres Offenhalten der Anlage und der Reduktion der Ungewissheiten durch längere Datenerhebungen zur Lagerentwicklung eine Abwägung vorzunehmen. Die Dauer der Beobachtungsphase ist in KEG (2003) und KEV (2003) nicht festgelegt. Um zu einer solchen Situation die möglichen sicherheitsrelevanten Ungewissheiten zu reduzieren, wurde in ENSI (2020) außerdem die Anforderung aufgenommen, dass in Krisensituationen die Sicherheit des Tiefenlagers mit einem rasch erstellbaren temporären Verschluss gewährleistet sein muss und die dafür notwendigen Maßnahmen vorzusehen sind. Genannte Maßnahmen mildern die möglichen Ungewissheiten, können sie jedoch nicht vollständig eliminieren. Das Vorgehen stellt ein Beispiel für das Eingrenzen von nicht reduzierbaren Ungewissheiten dar.

Das 2008 gestartete Verfahren Sachplan geologische Tiefenlager (BFE 2008) schreibt drei Etappen vor (Abb. 3). In der ersten Etappe (2008–2011) wurden ausgehend vom gesamten Gebiet der Schweiz geeignete Standortgebiete bezeichnet und anschließend behördlich geprüft. In der Etappe 2 (2011–2018) wurden von ursprünglich sechs Standortgebieten für ein Tiefenlager für schwach- und mittelaktive Abfälle drei zurückgestellt. In der seit 2018 laufende Etappe 3 wurden durch die Nagra umfangreiche Datenerhebungen, insbesondere 3D-seismische Messungen und Bohrungen in den verbleibenden Standortgebieten durchgeführt, um mit den gewonnenen Daten die verbleibenden drei Standortgebiete auf je einen Tiefenlagerstandort für hochaktive und einen für schwach- und mittelaktive Abfälle zu reduzieren oder gegebenenfalls einen Kombilager-Standort. Die Etappierung des Standortauswahlverfahrens hat dazu geführt, dass die jeweils vorhandenen Ungewissheiten einfacher auf solche, die in einer bestimmten Etappe zu beantworten sind („einbeziehen“, Abb. 1), und solche, die erst später beantwortet werden müssen („ausschließen“), aufgeteilt werden können.

Die Nagra hat im September 2022 ihren Vorschlag präsentiert, gemäß dem am Standort Nördlich Lägern ein Kombilager errichtet werden soll (Nagra 2022). Das ENSI wird sich zu diesem Standortvorschlag der Nagra erst äußern, wenn 2024 die dazugehörigen Berichte eingereicht und diese durch das ENSI geprüft worden sind. Die am Ende von Etappe 3 erteilte Rahmenbewilligung (vergleichbar mit einer Planfeststellung in Deutschland) muss vom Parlament genehmigt werden und untersteht dem fakultativen Referendum (d. h. der Möglichkeit einer Volksabstimmung). Die durch die Nagra vorzunehmenden Beurteilungen zur Erarbeitung des Vorschlags haben sich an den 13 sicherheitstechnischen Kriterien (Abb. 4) zu orientieren. Die Kriterien sind in vier Kriteriengruppen (Eigenschaften des Wirtgesteins bzw. des einschlusswirksamen Gebirgsbereiches, Langzeitstabilität, Zuverlässigkeit der geologischen Aussagen und Bautechnische Eignung) gegliedert und müssen umfassend beurteilt werden.

Die Eignung des Vorschlags der Nagra muss durch erdwissenschaftliche Untersuchungen bestätigt sein. Für die Rahmenbewilligung muss ein hinreichender Kenntnisstand über die sicherheitsrelevanten Elemente, Eigenschaften, Ereignisse und Prozesse des gewählten Standorts und damit des zu erwartenden Endlagersystems vorhanden sein. Ein „hinreichender“ Kenntnisstand bedeutet in diesem Fall, dass die vorhandenen Ungewissheiten die gezogenen Schlüsse zulassen. Die Sicherheitsanalyse für den Standortvergleich, die qualitative Bewertung des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs, die vergleichende Gesamtbewertung und Standortwahl sowie der Sicherheitsnachweis für die Nachverschlussphase müssen auf standortspezifischen, verifizierten Daten der geologischen Gegebenheiten beruhen. Sie können sich ergänzend auf vorläufige Annahmen zur Auslegung der untertägigen Räume und technischen Barrieren stützen. Sicherheitsrelevante Fragen müssen geklärt sein oder, bei verbleibenden oder nicht genauer bestimmbaren Ungewissheiten, durch konservative Annahmen bzw. umhüllende Szenarien berücksichtigt werden. Die Aussagen im Standortvergleich und im Sicherheitsnachweis müssen auch unter Berücksichtigung der bestehenden Ungewissheiten gültig sein. Die nach den erdwissenschaftlichen Untersuchungen nicht weiter reduzierbaren Ungewissheiten sind systematisch auszuweisen und ihr sicherheitstechnischer Einfluss ist zu bewerten.

Die Nagra hat Berechnungen zum Systemverhalten basierend auf dem Referenzszenarium⁴ sowie auf alternativen Szenarien durchzuführen und die Sensitivität für abweichende Systemverhalten (technische Barrieren, Geosphäre) zu analysieren. Die radiologischen Auswirkungen von Ungewissheiten sind dazu zu analysieren und die Robustheit des Tiefenlagers und seines geologischen Umfelds aufzuzeigen. Die Konsequenzen für die Langzeitsicherheit sind darzulegen. Gemäß den Vorgaben der Richtlinie ENSI-G03 (ENSI 2020) haben die Sicherheitsanalysen für den Standortvergleich mindestens die folgenden Aspekte zu umfassen: Systematische Analyse der vorhandenen Ungewissheiten in den Daten, Prozessen und Modellen und Berechnung des daraus folgenden Variationsbereichs der Radionuklidfreisetzung resp. Dosen.

Für die qualitative Bewertung sind die Ungewissheiten systematisch auszuweisen und ihr Einfluss zu bewerten. Die inhärenten, vor der Standortwahl nicht durch weitere Untersuchungen reduzierbaren Bandbreiten von Parametern und Entwicklungsszenarien sind als Bestandteil des Referenzszenariums zu betrachten und entsprechend beim Vergleich zu berücksichtigen. Innerhalb der inhärenten Bandbreiten sind dabei die ungünstigen Eckwerte (pessimistische Annahmen) zu verwenden. Konzeptuelle Ungewissheiten sind zu identifizieren und als Standortmerkmale gesondert in die Bewertung einzubeziehen. Der Begriff „gesondert“ bedeutet, dass diese Ungewissheiten nicht zu einer Anpassung des Referenzszenariums führen, sondern als zusätzliche Argumente in die Bewertung eingebracht werden.

Wo Ungewissheiten bestehen, sind in der Sicherheitsanalyse die maximalen radiologischen Konsequenzen durch die Berechnung umhüllender Varianten oder durch konservative Annahmen abzuschätzen. Der Einfluss von Ungewissheiten auf die berechneten Ergebnisse ist systematisch aufzuzeigen, und die daraus gezogenen Schlüsse für die Langzeitsicherheit sind darzulegen.

Um die Robustheit eines Systems im Sicherheitsnachweis zu illustrieren, können auch sogenannte «what if»-Fälle verwendet werden. Dabei werden Phänomene unterstellt bzw. Parameter angenommen, die außerhalb des Bereichs liegen, der aufgrund wissenschaftlicher Ergebnisse als möglich erachtet wird. Bei «what if» Fällen geht es folglich nicht darum, realistische Fälle zu analysieren, sondern einen vertieften Einblick in das Verhalten des Lagersystems unter extremen Bedingungen zu erhalten und damit nicht reduzierbare Ungewissheiten abdeckend einzubeziehen.

In Etappe 1 des Sachplans wurde ausgehend von der gesamten Schweiz (Fläche von 41’285 km²) auf sechs Standortgebiete mit einer Gesamtfläche von 271 km², d. h. auf eine Restfläche von 0,65 %, eingegrenzt. Großtektonische Einheiten wie die Alpen und der Jura wurden dabei insbesondere aufgrund ihrer komplexen Geologie zurückgestellt, was einem Ausschließen aufgrund von nicht reduzierbaren Ungewissheiten entspricht (Abb. 1).

Bei der Evaluation von Wirtgesteinen wurde auch die Eignung alpiner Flysche (tonreicher Gesteine, die oft größere Anteile sandiger Lagen enthalten und in den Alpen tektonisch akkumuliert an verschiedenen Stellen in umfangreichen Volumina vorkommen) für die Lagerung von schwach- und mittelaktiven Abfällen diskutiert. Die Ungewissheiten beim Aufbau dieser Gesteinsformation und die inhärenten Schwierigkeiten, Flysch-Formationen belastbar auf Vorkommen sandiger (und daher hydraulisch durchlässiger) Abschnitte zu erkunden, führten dazu, diese Gesteinsformationen im Verlauf von Etappe 1 nicht weiter zu berücksichtigen (ENSI 2010a). Ähnlich den Klüften in potenziellen kristallinen Wirtgesteinen besteht in Flyschen die Ungewissheit, dass eingelagerte Sandsteinkörper miteinander hydraulisch verbunden sind und für den langfristigen Radionuklidtransport gute Wegsamkeiten bilden, aber bei der Exploration nicht in genügender Weise erfasst werden können. Die in den Sandsteinen typische spröde Deformation kann zu zusätzlichen Wegsamkeiten führen. Flysche und kristalline Wirtgesteine wurden schließlich seitens Nagra vollständig zurückgestellt und diese Argumentation wurde vom ENSI übernommen (Reduktion nicht reduzierbarer Ungewissheiten durch Ausschluss).

Typisch für das etappenweise Standortauswahlverfahren wurden zu Beginn große Flächen ausgeschlossen, weil Optionen mit geringeren Ungewissheiten vorlagen. Mit Ausnahme des Standortgebiets Wellenberg (einer tektonischen Akkumulation von tonreichen Schichten mit 1,7 km vertikaler Mächtigkeit) verblieben am Ende von Etappe 1 nur Gesteine in geologisch ruhiger und wenig geneigter Lagerung, die sowohl für die spätere Erkundung mittels Seismik und Bohrungen als auch für die Abbildung in computerbasierten Sicherheitsanalysen sehr einfache Verhältnisse (und damit geringe Ungewissheiten bzgl. Abweichung zur Realität) aufweisen.

Für die in Etappe 2 verbleibenden sechs Standortgebiete waren sogenannte provisorische Sicherheitsanalysen durchzuführen (ENSI 2010b). Dabei hatte die Nagra die Robustheit des Tiefenlagers und seines geologischen Umfelds durch die Bestimmung des Einflusses von Ungewissheiten auf die daraus resultierenden radiologischen Konsequenzen zu analysieren. Die daraus gezogenen Schlüsse für die Langzeitsicherheit waren darzulegen. Dazu waren Berechnungen zum Systemverhalten unter anderen Voraussetzungen innerhalb des Referenzszenariums zu erstellen und die Sensitivität für ein abweichendes Systemverhalten (technische Barrieren, Geosphäre) zu analysieren. Wo Ungewissheiten in der provisorischen Sicherheitsanalyse vorhanden waren, sollten die maximalen radiologischen Konsequenzen durch die Berechnung umhüllender Varianten oder durch konservative Annahmen abgeschätzt werden (vgl. Röhlig 2024).

Für den sicherheitstechnischen Vergleich der verbleibenden Standortgebiete war ein standardisiertes Vorgehen vorgegeben. Dabei sollten die quantitativen Ergebnisse der Freisetzungsberechnungen für die realistischerweise zu erwartende Entwicklung des Tiefenlagers (Referenzszenarium, zeitlicher Verlauf der Personendosiskurve) dargelegt werden, die Robustheit des Tiefenlagersystems diskutiert, Angaben zum Variationsbereich gemacht und die Ungewissheiten in den bei der Modellierung verwendeten Parametern und deren Einfluss auf die Personendosiskurve aufgezeigt werden. Schlussendlich waren die 13 sicherheitstechnischen Kriterien (Abb. 4) qualitativ zu bewerten.

Bei der Beurteilung der Tiefenlage im Hinblick auf die bautechnische Machbarkeit kam das ENSI bei einem von sechs Standortgebieten zu anderen Schlüssen als die Nagra. Die Nagra schlug konkret vor, das Standortgebiet Nördlich Lägern sowohl mit Blick auf ein HAA- als auch SMA-Lager in Etappe 3 nicht weiter zu untersuchen, da aus ihrer Sicht die dort vorhandene große Tiefenlage zu bautechnisch schwierigen Verhältnissen und einer der Langzeitsicherheit abträglichen Gebirgsschädigung führen würde. Basis dieser Einschätzung waren von ihr angenommene Modelle (Parametersätze) für das mechanische Verhalten des Opalinustons beim Bau der untertägigen Anlagen. Nur eines von drei Modellen hätte aus Sicht der Nagra felsmechanisch günstige Bedingungen beim Bau einer untertägigen Anlage vorausgesagt. Die von der Nagra vorgelegten felsmechanischen Daten lagen aber eher im Bereich der anderen Modelle und ließen folglich weniger günstige Festigkeiten des Gesteins vermuten.

Nach Einschätzung des ENSI waren die vorgelegten felsmechanischen Daten nur zu einem sehr geringen Anteil anwendbar, da die ihnen zugrunde liegenden felsmechanischen Versuche zum überwiegenden Teil methodisch nicht nach neustem Stand der Wissenschaft und Technik durchgeführt worden waren (ENSI 2017, Abschn. 2.​9). Abzüglich der nicht korrekt durchgeführten Versuche verblieben nur wenige Datenpunkte. Das ENSI kam zum Schluss, dass die daraus resultierenden Ungewissheiten zu groß und zu wenig standortspezifisch erhoben waren. Folglich wurde die von der Nagra vorgeschlagene Rückstellung des Standortgebiets als verfrüht angesehen.

Aufgrund der aktuellen Datenlage (2D-seismische Linien mit Abständen von ein bis zwei Kilometern) wurde auch die standortspezifische Abschätzung des Platzbedarfs durch die Nagra seitens ENSI als nicht genügend belastbar beurteilt. Die Nagra hatte hierzu argumentiert, dass der nördliche Teil des Standortgebiets Nördlich Lägern deutlich stärker tektonisch beansprucht ist und daher mit einer erhöhten Anzahl kleinerer und größerer Störungen zu rechnen sei. Da mit den in Etappe 2 vorliegenden seismischen Daten die anordnungsbestimmenden Störungen weder vollständig noch vergleichbar zwischen den Standortgebieten erfasst werden können, erachtete das ENSI die Herleitung des standortspezifischen Platzbedarfs als nicht genügend belastbar⁵. Der Bundesrat übernahm die Argumentation des ENSI, die Nagra führte daraufhin in Etappe 3 auch im Standortgebiet Nördlich Lägern 3D-seismische Messungen und Bohrungen durch. An den gewonnenen Bohrkernen wurde ein umfangreiches felsmechanisches Messprogramm durchgeführt, die detaillierte Versuchsdurchführung wurde mit dem ENSI vorgängig diskutiert.

Das geschilderte Beispiel zeigt die Konsequenzen ungenügender standortspezifischer Daten. Aufgrund der daraus resultierenden Ungewissheiten konnten seitens ENSI nicht alle Schlussfolgerungen der Nagra nachvollzogen werden. Die für Etappe 3 vorgesehenen weiteren erdwissenschaftlichen Untersuchungen (Bohrungen, 3D-Seismik) ließen jedoch damals vermuten, dass eine Verbesserung der Datenlage und Reduktion der bestehenden Ungewissheiten durch weitere Untersuchungen in Etappe 3 möglich wäre („eingrenzen“ in Abb. 1).

Auch in Etappe 2 wurden zur Reduktion von Ungewissheiten weitere Eingrenzungen vorgenommen. So wurden die aus Etappe 1 übernommenen potenziellen vier Wirtgesteine (Opalinuston, „Brauner Dogger“, Effinger Schichten, helvetische Mergel) auf den Opalinuston, eine knapp über 100 m mächtige Tonsteinserie in der Nordschweiz, reduziert (ENSI 2017). Die zurückgestellten Wirtgesteine zeigen gegenüber dem Opalinuston eine erhöhte Variabilität der vorkommenden Gesteinstypen, insbesondere sandig-kalkige Einschaltungen, deren Auftreten nur unzureichend lateral prognostizierbar ist und deren hydraulische (und damit für den Radionuklidtransport relevante) Wirkung nur ungenau abgeschätzt werden kann. Auch in diesem Fall wurden durch Ausschließen von Wirtgesteinsoptionen und Fokussierung auf den Opalinuston, der in der Nordschweiz eine vertikal und lateral monotone Gesteinsserie mit hohen Tongehalten bildet, Ungewissheiten reduziert.

Vorgängig zum Beginn von Etappe 3 hat das ENSI seine sicherheitstechnischen Vorgaben an diese Etappe präzisiert (ENSI 2018). Die Präzisierungen der Vorgaben des ENSI wurden derart formuliert, dass Ungewissheiten in der Standortwahl weiter reduziert werden können. Dazu gehören insbesondere die folgenden Vorgaben:

Diese stark auf die weitere Berücksichtigung und Reduktion von Ungewissheiten ausgerichteten Vorgaben sind über die Standortwahl hinaus in Richtung Bau und Betrieb des Lagers weiter zu entwickeln (vgl. Rolle der Eignungskriterien). Nach der Standortwahl wird in der Schweiz am gewählten Standort bzw. an den gewählten Standorten ein Felslabor errichtet. Die dafür erstellten untertägigen Anlagen sollen später in das geologische Tiefenlager integriert werden. Damit kommt den bautechnisch relevanten Parametern (und deren Ungewissheiten) eine große Bedeutung zu.

Im Felslabor am Standort sollen zur weiteren Reduktion der Ungewissheiten auch die lokalen Variabilitäten der gesteinsspezifischen Parameter erhoben werden. Die zu erhebenden Daten müssen die bei der Standortwahl und Rahmenbewilligung vorausgesetzten Parameter und damit den Standortentscheid erneut bestätigen. Inwiefern die Nagra diese Vorgaben in ihrem Standortvorschlag (Nagra 2022) berücksichtigt hat, wird seitens ENSI in den Jahren 2025/26 überprüft werden.

Der Sicherheitsbericht ist das zentrale Dokument für den Sicherheitsnachweis in den Bewilligungsverfahren nach KEG (2003) und bildet damit eine wichtige Grundlage für die technische und politische Diskussion bzw. Entscheidungsfindung. Er beschreibt das Tiefenlagerprojekt und den Nachweis für die Betriebs- und Langzeitsicherheit. Der Bericht soll aufzeigen, wie die Nagra die Auslegung des geologischen Tiefenlagers optimiert hat, und weist die sicherheitstechnische Relevanz von bestehenden Ungewissheiten aus.

Die Bewertung der potenziellen radiologischen Auswirkungen eines geologischen Tiefenlagers muss den unvermeidlichen, mit zunehmender Zeitspanne wachsenden Ungewissheiten Rechnung tragen. So haben technische Barrieren, Wirtgestein, umgebende geologische Schichten, Biosphäre und die Lebensgewohnheiten der Menschen jeweils eine unterschiedliche zeitliche Prognostizierbarkeit. Der geforderte Betrachtungszeitraum von bis zu einer Million Jahre ist abgeleitet vom zeitlichen Verlauf des radiologischen Gefährdungspotenzials der eingelagerten abgebrannten Brennelemente und von den Zeiträumen (bis zu einigen Millionen Jahren), in denen belastbare Aussagen zur geologischen Langzeitentwicklung an sicherheitstechnisch günstigen Standorten in der Schweiz möglich sind.

Die mit Dosisberechnungen verbundenen Ungewissheiten können so groß werden, dass die Kriterien möglicherweise nicht mehr als vernünftige Entscheidungsgrundlage dienen. Die Richtlinie ENSI-G03 (ENSI 2020) fordert deshalb, dass nach Ende des Betrachtungszeitraums die radiologischen Auswirkungen eines Tiefenlagers nicht wesentlich höher sein dürfen als die durchschnittliche heutige Strahlenexposition der Schweizer Bevölkerung (diese beträgt rund 6 mSv pro Jahr, BAG 2022). Die Berechnungen der radiologischen Auswirkungen für die ferne Zukunft sind dabei nicht als effektive prognostizierte Strahlenexpositionen einer definierbaren Bevölkerungsgruppe zu verstehen, sondern als Indikator zur Risikoabschätzung potenzieller Entwicklungen.

Ungewissheiten in den Daten, Prozessen und Modellkonzepten sowie in der zukünftigen Entwicklung eines geologischen Tiefenlagers sind unvermeidlich und nehmen über lange Betrachtungszeiträume zu. Der systematische Umgang mit Ungewissheiten ist somit im Langzeitsicherheitsnachweis und in der Sicherheitsanalyse ein zentrales Element. Um die Robustheit der Wirkung des Mehrfachbarrierensystems aufzuzeigen, werden deshalb auch Entwicklungen betrachtet, die wenig wahrscheinlich oder sogar rein hypothetisch sind („what if“-Fälle).

Die systematische Untersuchung des Einflusses der Ungewissheiten auf die Langzeitsicherheit dient dazu, das Vertrauen in die Aussagen zur Langzeitsicherheit zu stärken, den zukünftigen Forschungsbedarf aufzuzeigen und die Auslegung des geologischen Tiefenlagers zu optimieren. Zu den Ungewissheiten, die im Sicherheitsbericht aufzuzeigen und zu quantifizieren sind, gehören Ungewissheiten bezüglich Konzeptualisierungen, Rechenmodellen, Szenarien und Parametern. Die gesamte Ungewissheit des Tiefenlagersystems kann auch durch Anpassung der Lagerauslegung reduziert werden.

Sensitivitäts- und Ungewissheitsanalysen geben wertvolle Hinweise auf eventuell notwendige weitere Untersuchungen und Methodenentwicklungen, um die bestehenden Ungewissheiten der Eingabewerte und Modelle zu reduzieren. Solche Analysen können die Abhängigkeit der Berechnungsergebnisse von möglichen Vereinfachungen aufzeigen.

Die Überprüfung des Sicherheitsnachweis im Projekt Entsorgungsnachweis durch die HSK (2005a) ergab beispielsweise, dass die Vorgänge der glazialen Tiefenerosion eingehender abzuklären sind, damit die Möglichkeiten der zukünftigen Auswirkungen durch Modellierungen besser eingegrenzt werden können. Ebenso wurde festgestellt, dass die Vorgänge zur Migration des im Tiefenlager entstehenden Gases durch die Bentonit- bzw. Zementverfüllung und durch den Opalinuston eingehender untersucht werden müssen (HSK 2005a). Zu beiden Themen haben sowohl die Nagra (Nagra 2021) als auch das ENSI (ENSI 2022) langfristige Forschungsprojekte durchgeführt, um Ungewissheiten zu reduzieren und die Auswirkungen mit Modellierungen besser eingrenzen zu können. Diese Beispiele zeigen, dass eine frühzeitige und systematische Bewertung von Ungewissheiten und ihrer Relevanz hilft, Projekte für Forschungsprogramme zu priorisieren, Ungewissheiten weiter zu reduzieren und die Sicherheit des Tiefenlagersystems als Ganzes zu verbessern.