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Technischer Bericht NTB 83-16

Experimente zur korrosionsbedingten Wasserstoffbildung in Endlagern für mittelaktive Abfälle

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Aerober und anaerober Abbau organischer Komponenten in Lagerstätten für mittelaktive Abfälle setzt Kohlendioxid frei, das an metallischen Behältern zu Säurekorrosion unter Wasserstoffentwicklung führen kann. Das Ausmass der allfälligen Wasserstoffproduktion geht in die Bestimmung der Langzeitsicherheit der Lagerstätte ein.

Nach thermodynamischen Berechnungen ist Wasserstoffbildung an Eisen im Lager grundsätzlich schon bei Anwesenheit von reinem Wasser möglich. Die verfügbaren kinetischen Daten zur Ermittlung der Korrosionsgeschwindigkeit sind jedoch nicht ausreichend und deshalb experimentell zu ergänzen.

Im vorliegenden Bericht wurden im Wasser liegende Stahlproben mit verschiedenen Mischungen von Kohlendioxid, Sauerstoff und Stickstoff begast und die Wasserstoffentwicklung quantitativ erfasst.

Bei Kohlendioxidgehalten zwischen 1 und 20 Vol % wurden Wasserstoffentwicklungsraten von 1.4 -28 ml H2 pro Quadratmeter Eisenoberfläche und Stunde ermittelt. Wenn sich am Stahl sogenannte Belüftungselemente ausbilden, wird Wasserstoff sogar in neutralem Wasser in Abwesenheit von Kohlendioxid produziert. Erst bei pH­-Werten oberhalb 8.5 konnte Wasserstoff nicht mehr nachgewiesen werden.

Alle Versuchsresultate beziehen sich auf reines begastes Wasser bei 25 °C und Atmosphärendruck. Es ist davon auszugehen, dass natürliche Wässer mit unterschiedlichen Salzgehalten die Wasserstoffentwicklung sowohl erheblich verstärken wie auch reduzieren können und höhere Temperaturen und Drücke, insbesondere der CO2­-Partialdruck, grössere Wasserstoffraten verursachen.

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