Slutförvaret
från Allt om Vetenskap 2009, aktualiserad av SKB:s tillståndsansökan i skuggan av haveriet i Fukushima, mars 2011.
Den svenska kärnkraften producerar 45 000 kubikmeter högaktivt avfall under sin sammanlagda livstid.
Och någonstans ska det förvaras, avskilt från människan under 100 000 år.
I juni 2009 meddelade kärnkraftsindustrins företag SKB att avfallet ska grävas ner i berget i Söderviken, vid kärnkraftverket i Forsmark.
Fem mil tunnlar ska borras femhundra meter ner i marken, i ett av Sveriges största anläggningsprojekt någonsin. Och där ska avfallet sedan ligga tills det är ofarligt.
Det utbrända bränslet består till största delen av urandioxid uppblandat med små mängder av så kallade fissionsprodukter, tyngre grundämnen som bildas av kärnreaktionerna i kraftverkens reaktorer. Dit hör ämnen som plutonium och americium som är starkt radioaktiva.
Det använda bränslet lagras först på kärnkraftverken under ett år. Då klingar 90 procent av radioaktiviteten av. Därefter hamnar det i vattenbassängerna i SKB:s mellanlager Clab i Oskarshamn i cirka 30 år. Sedan är det dags för den slutliga begravningen i Forsmark. Då håller bränslestavarna en temperatur på mer än etthundra grader.
Metoden som den svenska kärnkraftsindustrin med myndigheternas godkännande planerat att använda för att ta hand om det högaktiva avfallet från kraftverken kallas KBS-3.
Den går i korthet ut på att det radioaktiva materialet placeras i ett skal av gjutjärn som innesluts i stora kapslar av fem centimeter tjock koppar. Koppar är en metall som ska klara den nedbrytning – korrosion – som kan ske i underjordens syrefria vatten. Det har emellertid ifrågasatts på senare tid (se separat artikel).
Kapslarna är fem meter höga och en meter i diameter. Kostnaden är en miljon kronor per styck.
De sammanlagt 6 000 kopparkapslarna placeras i borrhål 500 meter under marken i urberget i Forsmark och borrhålen fylls därefter med ett lager av bentonitlera.
Bentonit är ett lermaterial med vulkaniskt ursprung som utvidgar sig när det tar upp grundvattnet i berget. Lerans funktion är att täta utrymmet runt kopparkapseln och dämpa de rörelser i berget som skulle kunna uppstå under framtida istider eller jordskalv. Leran ska också fungera som ytterligare en barriär mot strålning, ifall kopparkapslarna i värsta fall brister. Det radioaktiva material som eventuellt kan tränga ut beräknas ta så lång tid att passera genom lerskiktet att det i så fall hinner klinga av, anser SKB. Den tredje barriären är själva berget, som i normala fall ska fungera som en effektiv förslutning.
När slutförvaret är fyllt förseglas hela anläggningen, inklusive transporttunnlar, med bentonitlera. Avsikten är att slutförvaret inte ska behöva övervakas i framtiden, men inte heller förslutas så definitivt att det är omöjligt att komma åt kapslarna ifall det skulle behövas.
Efter 100 000 år har det gamla bränslet samma radioaktivitet som den uranmalm som den en gång framställdes av.
En mindre kopia av det planerade slutförvaret finns redan. Det är det så kallade Äspölaboratoriet, vid kärnkraftverket i Oskarshamn. Där har SKB prövat metoden att placera kopparkapslar i bergrum 500 meter under marken. Den enda skillnaden är att de kapslarna inte innehåller något radioaktivt ämne.
Hela tunnelsystemet vid Söderviken ska bli fyra kvadratkilometer stort. Nästan 2,5 miljoner kubikmeter berg ska borras bort. Kostnaden beräknas till cirka 24 miljarder kronor. De pengarna, plus alla kostnader för forskning och planering för slutförvaret, kommer från kärnavfallsfonden. Dit har kraftbolagen betalat en avgift för varje kilowattimme kärnkraftsel som producerats under åren. Enligt den senaste redovisningen hade fonden tillgångar på 43 miljarder kronor.
Innan SKB kan börja bygga anläggningen måste de få klartecken från myndigheter och regeringen. Ansökan om tillstånd ska enligt den senaste tidtabellen lämnas in i slutet av 2010.
En av de många experter som ska granska ansökan är Björn Dverstorp som arbetar på Strålsäkerhetsmyndigheten.
– Vi räknar med att det kommer att kräva motsvarande 25 – 30 heltidsarbetande personer under flera år för att behandla ansökan. Det är ett jättearbete. Men vi har redan förberett oss på uppgiften under 25 års tid.
Myndigheten har redan krävt bättre och mer omfattande rapporter på flera områden.
– En av de absolut viktigaste punkterna är att förvaret ska kunna hantera de belastningar som en kommande istid innebär, säger Björn Dverstorp. Där finns det fortfarande många svåra frågor att lösa. Till exempel risken för att stora mängder smältvatten från den kilometertjocka inlandsisen sköljer bort leran som omsluter kapslarna.
Istiden bestämmer förutsättningarna
Det mesta talar för att det kommer en ny istid inom de närmaste 100 000 åren. Just nu befinner vi oss i en så kallad interglacial, en period mellan två istider. Den senaste istiden nådde sitt maximum för cirka 20 000 år sedan. När kommer nästa?
Resultat från iskärnor från Antarktis visar att de varma perioderna som föregått vår egen kan vara mellan 20 och 30 000 år. En kommande värmepaus på över 55 000 år har räknats fram av andra forskare. Ingen vet hur den globala uppvärmningen kommer att påverka istidscyklerna.
Men det mesta av dagens kunskap pekar ändå mot att ett slutförvar av radioaktivt material måste anpassas för de enorma krafter som en ny istid innebär, med rörelser i berggrunden när inlandsisens enorma massa pressar på, och kraftiga vattenflöden när isarna smälter.
– Inlandsisen lägger sig som ett lock över seismiciteten och då händer väldigt lite, berättar SKB:s chefsgeolog Raymond Munier. Men när isen börjar smälta bort och jordskorpan höjer sig kan det bli förändringar i spänningsfältet som kan orsaka stora skalv.
Det är vad som hände för 8-9 000 år sedan när den senaste istiden började dra sig tillbaka. I Lappland finns spåren efter jordskalv med en magnitud över åtta på Richterskalan, och det är ett extremt kraftigt jordskalv för svenska förhållanden.
– Vi har inte full förståelse för mekanismerna bakom de här skalven, säger Raymond Munier. Men vi har letat efter liknande spår i Uppland och i Småland och inte funnit några. De kraftiga skalven förkommer där isen är tjockast och ligger kvar längst, alltså i norr.
– Trots det kommer vi aldrig att kunna bevisa att det aldrig kommer att ske några kraftiga jordskalv i Forsmark, säger Raymond Munier. Därför utformar vi förvaret så att det enligt våra beräkningar skall kunna motstå ett skalv i storleksordningen 7 – 7,5.
Kritiska röster
– Det här är inte nödvändigtvis den bästa metoden, säger Johan Swahn, kanslichef på Miljörörelsens Kärnavfallsgranskning, som följt SKB:s planering på nära håll under flera år.
Han anser att KBS-3-modellen valdes för snabbt en gång i tiden för att man av politiska skäl skulle kunna driva kärnkraften vidare. Och nu får man dras med den, oavsett eventuella nackdelar, säger han.
– Problemet är att det är en ”våt” metod. I det ideala fallet vill man inte ha vatten i sitt förvar, eftersom det kan skapa problem med korrosion och transport av det radioaktiva materialet. Men nu löser man det med ingenjörsteknik istället. Och det ställer mycket höga krav på de tekniska barriärerna – kopparen, bentonitleran och även själva berggrunden.
Och min uppfattning är att SKB inte har full kontroll på dem. De kan få sina modeller att fungera, men vad som händer i verkligheten är en annan sak, säger Johan Swahn.
MKG förespråkar ingen särskild metod, men arbetar för mer forskning och en bättre redovisning av de kunskaper och lösningar som prövas inför bygget i Forsmark.
Hur mycket tål kopparmetallen?
Kopparkapseln är den första, och kanske viktigaste barriären mellan radioaktiviteten och omvärlden. Om kopparhöljet brister kan radioaktivt material börja läcka ut i vattnet som fyller den omgivande bentonitleran.
Enligt SKB:s egna tekniska undersökningar är det ingen fara. De räknar med att kopparen bryts ner mycket långsamt i miljön på 500 meters djup. Under normala förhållanden ska 0,02 millimeter av det fem centimeter tjocka kopparhöljet nötas bort genom kemiska processer under 100 000 år. Och i det värsta scenariot försvinner 4,4 millimeter. Ingen panik alltså.
Men oberoende forskare har sett andra resultat, bland annat genom att se på kopparmynt från regalskeppet Vasa som legat i syrefri miljö på havsbottnen i över 300 år.
Enligt Peter Szakalos vid Tekniska Högskolan i Stockholm krävs det upp till en meters tjocklek på kapslarna för att de säkert ska hålla under hela förvaringstiden.
SKB räknar med att den enda korrosion som kapslarna utsätts för är när kopparen slits ner kemiskt av svavelföreningar som bildar saltet kopparsulfid. Men Peter Szakalos och hans kolleger säger sig ha visat att syrefritt vatten delas upp i vätgas och hydroxidjoner i närvaro av kopparmetallen. Vätet och hydroxiden äter sedan långsamt upp kopparhöljet i det här scenariot. Enligt flera experiment som KTH-forskarna gjort går den korrosionen 1 000 gånger snabbare än påverkan från svavel.
SKB:s tekniker anser att KTH-forskarna helt enkelt har fel, och att deras försök inte håller måttet. Det har lett till en inflammerad debatt om vad som egentligen händer med kopparkapslarna där nere på djupet. Frågan är inte heller avgjord enligt de granskande myndigheterna.
Virus vaktar kapslarna
Det finns liv överallt på jorden. Även 500 meter ner i urberget. Mikrobiologer har i flera år arbetat med att samla alla de arter som lever i den miljö där det utbrända kärnbränslet ska förvaras – i de mörka och kalla sprickorna i berget. Vissa av bakterierna förbrukar det lilla syre som finns i vattnet. Det ses som en fördel, eftersom det gör att det syre som annars kunde få kopparkapslarna att korrodera försvinner.
Andra bakterier har anpassat sig till ett syrefritt liv. Några av dem utvinner energi genom att omvandla sulfatjoner till sulfid, och den sulfiden kan utgöra ett hot mot kopparen. Men enligt SKB:s modeller så kan inte de bakterierna överleva i leran runt kopparkapseln.
Man har även upptäckt att virus frodas i berget. De lever på bakterierna och håller tillbaka deras tillväxt. Utan virus växer bakterierna 1 000 gånger snabbare.
Andra sätt att ta hand om avfallet
Djupförvar
Det alternativ till KBS-3-metoden som oftast lyfts fram är djupa borrhål där avfallet skulle släppas ner i berget till 2-4 kilometers djup. På sådana djup har man hittat grundvatten, som varit isolerat från biosfären i miljontals år och man kan alltså i princip glömma bort det man kastat ner.
Huvudargumentet mot den metoden är att det är svårt att veta säkert att kapseln och fyllningen hamnar på rätt plats - kapseln kan fastna på sin väg ned genom berget.
Och om någonting går fel på vägen ner, då är det svårt att rätta till det.
Transmutation anges ibland som ett annat alternativ. Det innebär att man omvandlar avfallet till ofarligare ämnen genom att man beskjuter det med neutroner. Mängden radioaktivt material som behöver slutförvaras under hundratusentals år minskas kraftigt, men innebär tekniska problem och andra risker. Metoden finns inte tillgänglig i stor skala.
Torrlagring i bergrum innebär att man stänger in avfallet i en dränerad grotta, eller nedlagd gruva. Vissa av dem som anser att KBS-3-metoden inte är tillräckligt säker brukar förespråka den metoden istället. En av nackdelarna är, enligt SKB och andra, att det ställer krav på en långvarig framtida övervakning.
Återanvändning. Det gamla bränslet kan i teorin upparbetas eller behandlas på andra sätt och användas igen, eventuellt i helt nya typer av reaktorer. Vissa kärnkraftsförespråkare anser att det är rent slöseri att gräva ner det, särskilt om priset på uranmalm ökar i framtiden.
Frågan är politiskt laddad och i Sverige råder det idag samförstånd om att det använda bränslet ska begravas för gott.
Andra länder
Finland leder knappt tävlingen om att bli först med att gräva ner sitt radioaktiva avfall. På ön Olkiluoto utanför Åbo, där man redan har ett kärnkraftverk och nu bygger ytterligare ett, ska det finska slutförvaret ligga. Modellen är samma som ska användas i Sverige, alltså den som kallas KBS – 3. Det finska bygget beräknas komma igång under 2014, och de första kopparkapslarna kan grävas ner i berget 2020.
Det svenska avfallsföretaget SKB kommer strax efter, och är alltså ett av de allra första som tar steget till ett permanent slutförvar. Det gör att SKB kan sälja konsulttjänster åt flera av sina utländska motsvarigheter, bland annat i Storbritannien, Ryssland och Japan.
Länder som Schweiz, Frankrike, Tyskland och USA har tittar på andra modeller för sina slutförvar än den svenska. Flera av dem har valt principen med ”torrare” placeringar, till exempel i gamla dränerade gruvor.
Att göra sig förstådd om etthundratusen år
På 100 000 år hinner det hända ett och annat. Under de senaste 100 000 åren har till exempel mänskligheten förflyttat sig från sitt urhem i Afrika och befolkat jorden.
Det är också under den gånga 100 000-årsperioden som den senaste istiden täckt stora delar av norra halvklotet med kilometertjocka glaciärer.
För 100 000 år sedan fanns inget av det som vi kallar civilisation. Alla de händelser som brukar hänföras till den mänskliga historien utspelar sig under de senaste 6 000 åren. Etthundratusen år är kanske mer än vad en människa kan föreställa sig.
Det långa tidsperspektivet i slutförvaret ställer två krav: Anläggningen måste för det första tåla alla de långsamt verkande kemiska och geologiska processer som kan skapa påfrestningar på bergrum och inneslutningar.
Dessutom måste platsen vara försedd med skyltar och varningstexter som kan begripas av de människor som eventuellt befolkar norra Uppland under kommande årtusenden.
I New Mexico, USA, finns det som kallas Waste Isolation Pilot Plant, där låg- och medelaktivt avfall från det amerikanska kärnvapenprogrammet förvaras i underjordiska saltlager.
Där planerar man att ringa in området med granitpelare som ska visa platsens betydelse, budskap på sex olika språk, inklusive de lokala hopiindianernas, ska varna för riskerna.
Bilder inristade i sten ska visa på de radioaktiva ämnenas plats i det periodiska systemet, stjärnkartor ska ange hur lång tid som förflutit sedan monumentet byggdes och Edvard Munchs målning ”Skriet” har föreslagits som tidlös illustration till strålningsfaran.
