Contact

Dr. Vinzenz Brendler
Head of Division
Surface Processes
v.brendler@hzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2430
Fax: +49 351 260 - 3553

Datenbasen und Codes


Vinzenz Brendler, Anke Richter, Madlen Stockman, Frank Bok

Einleitung

Die Sicherheitsanalyse für ein geologisches Endlager für radioaktive Abfälle, unterirdische Lagerung von chemotoxischen Abfällen und die Sanierung von aufgegebenen Uranbergbaugebieten teilen einen gemeinsamen Aspekt: Es ist wichtig, eine mögliche Migration von toxischen Bestandteilen in die Biosphäre zuverlässig vorhersagen zu können. Voraussetzungen für die verschiedenen geochemischen Rechenprogramme sind allgemein gültige thermodynamische Daten über Speziesbildung und Löslichkeiten. Sobald diese Daten vorliegen - und damit ein Verständnis für die damit verbundenen physikalisch-chemischen Prozesse - kommt eine Kopplung der restriktiven Modelle an langfristige Sicherheitsbewertungen durch diese Rechenprogramme in Reichweite. Dabei stellt die Ausgewogenheit zwischen den zu modellierenden Details und der Rechenleistung der Programme nach wie vor eine Herausforderung dar.

THEREDA HZDR-IRC KIT-INE TUBAF GRS

Thermodynamische Referenz-Databasis THEREDA

Das Hauptziel des Verbundprojekts THEREDA (Thermodynamische Referenzdatenbasis, Partner: klickbar siehe rechts) ist der Aufbau einer umfassenden und in sich konsistenten thermodynamischen Referenzdatenbank für die geochemische Modellierung von Lösungen und Wechselwirkungen mit den verschiedenen Gesteinsformationen, die derzeit in Deutschland als ein mögliches Endlager für radioaktive Abfälle diskutiert werden.
THEREDA bietet evaluierte thermodynamische Daten für alle Verbindungen von Elementen, die nach dem gegenwärtigen Stand der Forschung in einem solchen Endlager relevant sind.

Actiniden, Spalt- und Folgeprodukte:

  • Pa, Th, U, Np, Pu, Am, Cm
  • Rb, Sr, Tc, Cs, Sm, Ra

Matrix:

  • System der ozeanischen Salze: Na+, K+, H+, OH-, Mg2+, Ca2+, Cl, SO42−, CO32-/HCO3/CO2(aq) - H2O welches die Elemente Na, K, Mg, Ca, Cl, S und C enthält.
  • Hydratisierte Zementphasen (inklusive Al, Si)

Die Website www.thereda.de dient den Benutzern als Portal für die Datenbasis und als Informations-und Diskussionsplattform bezüglich der Datenbank/-basis. Das Qualitätsmanagement ist nicht auf die Bereitstellung einer qualitätsgesicherten Datenbank beschränkt, sondern ermöglicht es den Benutzern, durch begleitende Informationen die Datenbasis richtig zu verstehen und die Qualitätskriterien der thermodynamischen Referenzdatenbasis anwenden zu können.

Sorption Databank RES³T

RES³T (Rossendorf Expert System for Surface and Sorption Thermodynamics) [2] ist eine digitalisierte Version einer thermodynamischen Datenbasis, welche Parameter zur Modellierung der Sorption von Ionen und Molekülen auf Mineraloberflächen mittels Oberflächenkomplexierung-Modellen (SCM) zur Verfügung stellt. Diese ist mineral-spezifisch und kann daher auch für die additive Modellierung komplexer fester Phasen wie Gesteinen oder Böden verwendet werden.
Eine web-basierte Benutzeroberfläche (www.hzdr.de/res3t) unterstützt den Anwender beim Aufrufen der Mineral-und Sorptions-Daten und ermöglicht es, intern konsistente Datensätze für die Sorptions-Modellierung zu extrahieren. Diese Datensätze umfassen mineralische Eigenschaften, die spezifische Oberfläche, eine Charakterisierung der Oberfläche-Bindungsstellen sowie logK-Werte zu deren Protolyse, Informationen zum sorbierenden Liganden und zur Oberflächenkomplexierungs-Reaktionen.

Thermodynamische Daten in der geochemischen Modellierung

Einer der wichtigsten natürlichen Rückhalteprozesse für Schadstoffe (z.B. Schwermetalle, Radionuklide) während des Transportes durch Sedimente oder Gesteine ist deren Sorption an Mineraloberflächen. Wesentliches Ziel in der geochemischen Modellierung ist eine realistische Beschreibung der Sorptionsprozesse.

Im Rahmen der BMWi geförderten Kooperationsprojekte mit der GRS Braunschweig ESTRAL ("Realitätsnahe Einbindung von Sorptions-prozessen in Transportprogramme für die Langzeitsicherheitsanalyse"; Nos. 02 E 11072A) und WEIMAR ("Weiterentwicklung des Smart Kd-Konzepts für Langzeitsicherheitsanalysen"; Nos. 02 E 11072B) wurde eine neue Methode entwickelt [4], in der realistische Verteilungs-koeffizienten als Funktion wichtiger geochemischer Parameter, wie pH-Wert, Ionenstärke, Konkurrenzkationen und komplexbildenden Liganden mittels PHREEQC [5] und UCODE [6] berechnet werden. Dieser mechanistische Ansatz, das sogenannte “Smart Kd Konzept”, basiert auf Oberflächenkomplexierungsmodellen (SCM) und erlaubt eine Vorhersage der Variationen innerhalb der Sorption als Folge geochemischer Veränderungen (z.B. aufgrund anthropogener Ursachen oder klimatischer Veränderungen). Benötigte thermodynamische Sorptionsdaten wurden aus RES³T entnommen.

Die Philosophie des Smart Kd-Konzeptes ist es, a priori multidimensionale smart Ksd-matrizes für relevante Schadstoffe zu berechnen, welche während der (reaktiven) Transport Simulationen mit existierenden Transportcodes zur Verfügung stehen und implementiert werden (z.B. 3D reaktiver Transportcode r³t, Radionuklide, Reaktion, Retardation, und Transport [7] sowie dessen Update d³f++). Hier ist darauf hinzuweisen, dass diese Methode standortunabhängig ist und übertragbar auf andere Transportcodes ist.

Quellen

  1. Moog, H.C. et al. (2015) Applied Geochemistry 55, 72-84.
  2. Brendler, V. et al. (2003) J. Contam. Hydrol. 61, 281-291.
  3. Richter, A. et al. (2008) in: Adsorption of Metals by Geomedia II, Amsterdam: Elsevier, 267-291.
  4. Noseck, U. et al. (2012) Report GRS-297.
  5. Parkhurst, D.L.; Appelo, C.A.J. (1999) U.S.G.S. Report 99-425.
  6. Poeter, E.P. et al. (2005) U.S.G.S. Techniques and Methods 6-A11.
  7. Fein, E. (2004) Report GRS-192.


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