Zeven jaar succesvol verwarmen in HADES

Zeven jaar geleden reeds, op 3 november 2014, heeft het ESV EURIDICE het verwarmingssysteem van het PRACLAY verwarmingsexperiment aangezet. Het doel van dit experiment is om de impact van warmte, afkomstig van hoogradioactief afval, op Boomse Klei te bestuderen. Boomse Klei wordt beschouwd als een potentieel gastgesteente voor geologische berging. Het PRACLAY-verwarmingsexperiment speelt daarom een sleutelrol in het onderzoeksprogramma van NIRAS naar de veiligheid en haalbaarheid van geologische berging van warmteproducerend, hoogradioactief afval. Het belang en het resultaat van dit verwarmingsexperiment kunnen moeilijk overschat worden. Alle resultaten tot nu toe bevestigen dat de gunstige eigenschappen van de klei voor geologische opberging behouden blijven bij opwarming. Ze maken een betrouwbare en nauwkeurige voorspelling mogelijk van de veranderingen die bij verwarming zullen optreden rond een reële bergingsinstallatie. De resultaten en bevindingen worden nu gepubliceerd in internationale wetenschappelijke tijdschriften.

Na het opstarten van het verwarmingssysteem duurde het ongeveer  negen maanden, tot 19 augustus 2015, om de  beoogde temperatuur van 80°C te bereiken op het contact van de klei met de betonnen wand van de PRACLAY-galerij. Het was de officiële start van de 10-jaar durende verwarmingsfase. De observaties en wiskundige modellen tonen dat de experimentele opstelling  nog steeds perfect functioneert en bijzonder robuust is. Het verwarmingssysteem met zijn controle- en visualisatiesystemen blijft volledig operationeel en de afsluiting van het deel dat verwarmd wordt en onder verhoogde druk staat, werkt zoals gepland. Er zijn overduidelijke aanwijzingen dat de betonnen galerijwand van het verwarmde gedeelte van de PRACLAY galerij stabiel is gebleven. De metingen en observaties in de klei bevestigen en onderbouwen de bestaande kennis over het gedrag van de klei. Ze tonen aan dat de gunstige eigenschappen van de klei om het hoogradioactieve afval in te sluiten, behouden blijven bij opwarming.

Kennis verfijnen

Het uitgebreide netwerk van meetinstrumenten in en rondom de PRACLAY galerij laat nog steeds toe om de evolutie van de verschillende parameters op te volgen. Onderstaande grafiek geeft de evolutie van de temperatuur weer sinds het aanzetten van het verwarmingssysteem op 3 november 2014. De getoonde temperatuurmetingen zijn die in verschillende horizontale boorgaten die parallel lopen met de PRACLAY galerij. De gemeten temperaturen bevestigen de simulaties die vooraf werden gemaakt en stellen ons in staat om de parameterwaarden van de modellen te verfijnen.

Figuur - De punten op de stippellijnen geven de temperatuur (T) weer van de klei in functie van de afstand tot de galerij, gemeten in verschillende boorgaten die parallel lopen met de PRACLAY galerij (positie van de gele lijn op de tekening). Bij de start bedroeg de natuurlijke temperatuur in de klei 17°C (blauwe curve). Op 19 augustus 2015 werd de beoogde temperatuur van 80°C op het contact tussen de galerij en de klei bereikt (rode curve). Sindsdien wordt de temperatuur op het contact met de klei constant gehouden. Verder weg van de galerij, in de klei, blijft de temperatuur toenemen. De gele curve geeft de toestand weer eind augustus 2021.

Tijdens de komende resterende jaren van het experiment zal de warmte zich nog verder verspreiden doorheen de klei en zullen ook temperatuurveranderingen worden waargenomen op grotere afstand van de verwarmde galerij. De wetenschappers zullen deze gedetailleerde informatie integreren in de modelberekeningen. Dit zal hen in staat stellen om de kennis van het gedrag van de klei verder te verfijnen. Hoewel definitieve conclusies pas zullen worden gemaakt wanneer het experiment zal zijn voltooid (tegen 2025), wijzen alle tussentijdse resultaten op een positieve uitkomst wat de hoofddoelstelling van het experiment betreft: de impact van warmte op de klei heeft geen invloed op de gunstige eigenschappen ervan als een potentieel gastgesteente voor de geologische berging van hoogradioactief afval.

Publicaties

Alle wetenschappelijke resultaten en bevindingen van het PRACLAY verwarmingsexperiment zijn gebaseerd op directe waarnemingen en metingen, en op het gebruik van numerieke modellen om de waarnemingen en metingen te interpreteren. Dit stelt de wetenschappers in staat om de kennis over de eigenschappen en het gedrag van de Boomse Klei te bevestigen en verder te verfijnen. Hun werk resulteerde recent in drie publicaties in internationale wetenschappelijke tijdschriften. Een eerste publicatie handelt over de observaties van het thermo-hydro-mechanische gedrag van de Booms Klei, een tweede over de wiskundige modellering van het PRACLAY verwarmingsexperiment en tot slot een derde die specifiek gaat over de thermische karakterisering van de Booms Klei op basis van de geïntegreerde wiskundige modellering van de kleinschalige ATLAS verwarmingstesten en het grootschalige PRACLAY verwarmingsexperiment. De lijst met referenties vind je hieronder.

• Dizier A., Chen, G., Verstricht J., Li X.L., Sillen X., Levasseur S., The large-scale in situ PRACLAY Heater test: First observations on the in situ thermo-hydro-mechanical behaviour of Boom Clay. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. Volume 137, January 2021. Link
• Chen G., Dizier A., Li X.L., Verstricht J., Sillen X., Levasseur S., 2021. Numerical prediction of the large-scale in situ PRACLAY Heater test in the Boom Clay. Rock Mechanics and Rock Engineering, 54(5), 2197-2218. Link
• Chen et al. Thermal characterization of the Boom Clay based on numerical interpretation of both a small-scale and a large-scale heater test. Acta Geotechnica (submitted)