Ny analys: Så snabbt korroderar slutförvarets kopparkapslar i 20-årigt försök

Hösten 2019 plockade Svensk kärnbränslehantering AB, SKB, upp två testpaket från 450 meters djup vid Äspölaboratoriet i Oskarshamn. Paketen hade då varit deponerade i berget i 20 år.

Testet kallas för LOT, Long Term Test och Buffer Material, och riggades i slutet av 1990-talet. Syftet var att genomföra ett slags simulerat slutförvar för kärnavfall.

Totalt var det sju paket som stoppades ned i berget. Varje paket bestod av ett smalt kopparrör, med en elvärmare inuti, och var omgivet av bentonitlera.

Paketen är mini-versioner av KBS-3-metoden som SKB planerar att använda i slutförvaret, där kärnavfall ska förvaras i minst 100 000 år.

SKB har analyserat förekomsten av kopparkorrosion i de två LOT-paketen och redovisar resultaten i en delrapport. Strålsäkerhetsmyndigheten arbetar med en granskning av rapporten och har tagit hjälp av den brittiska konsultfirma Galson Sciences, som just har lämnat ett preliminärt utlåtande.

Konsulterna konstaterar att det finns vissa begränsningar i vilka lärdomar som kan dras utifrån LOT-försöken. Det beror framför allt på att kopparytorna inte granskades noggrant innan paketen stoppades ned i marken. Därför är det svårt att säkert avgöra vad avvikelser i ytan beror på.

De två testpaketen har utsatts för olika hög värme under 20-årsperioden. Det ena värmdes till som mest 100 grader Celsius och den andra till max 140 grader.

Som väntat korroderade materialet mest i det varmaste paketet. Där nådde korrosionen enligt SKB som mest 13,8 mikrometer, jämfört med 4,81 mikrometer i det andra testpaketet.

”Ingen rimlig grund”

Det högsta värdet, 13,8 mikrometer, ger en genomsnittlig korrosionshastighet om 0,7 mikrometer per år. Det låter lite, men som ett räkneexempel: Om den hastigheten är konstant över 100 000 år skulle det innebära att koppar i en tjocklek av 7 centimeter bryts ned. Det skulle i så fall allvarligt kunna skada behållaren, eftersom planen är att kopparhöljet i kapseln ska ha en tjocklek av 5 centimeter.

SKB räknar dock inte med att det verkliga slutförvaret ska utsättas för så höga temperaturer som 140 grader. Det är heller inte troligt att korrosionshastigheten skulle vara konstant över 100 000 år, påpekar Bo Strömberg, utredare på Strålsäkerhetsmyndigheten.

– Det finns ingen rimlig grund som talar för att den korrosion som uppmätts under LOT bara skulle fortsätta i samma takt, säger han.

Konsulterna från Galson Sciences skriver i sitt utlåtande att 0,7 mikrometer per år sannolikt är en övervärdering av korrosionshastigheten. KTH-forskarna Peter Szakálos och Christofer Leygraf har en helt motsatt inställning. De bedömer att korrosionshastigheten är undervärderad och sågar SKB:s analys i ett utlåtande till Strålsäkerhetsmyndigheten.

– SKB:s uppskattningar av korrosionshastigheten bygger på indirekt metodik. Förekomsten av lokala angrepp gör att värdet 13,8 mikrometer lätt kan vara en tiopotens högre, säger Christofer Leygraf, professor emeritus i korrosionslära.

SKB:s bedömning av korrosionen på kopparrören har gjorts genom att mäta förekomst av koppar i den omgivande bentonitleran.

– Det är en mycket grov metod som är behäftad med stora osäkerheter. All koppar som har korroderat har ju inte kunnat detekteras i bentoniten, dessutom får man bara ett ackumulerat medelvärde av korroderad koppar men vet inget om graden av lokala korrosionsangrepp, säger Christofer Leygraf.

Szakálos och Leygraf anser att SKB borde ha genomfört metallografiska studier av de varmaste delarna av kopparrören. Då granskas tvärsnitt av materialet i mikroskop för att hitta angrepp av korrosion. Samma kritik har även miljörörelsen framfört tidigare.

– Att SKB inte har undersökt den delen av kopparytan som vi misstänker är mest angripen, den som blev varmast, det tycker vi är konstigt, säger Christofer Leygraf.

En stor tvistefråga handlar om vad som har orsakat korrosionen på kopparmaterialet. SKB menar att det främst är syre som har följt med testpaketen ned i berget. Galson-konsulterna skriver dock att det är möjligt att sulfid också har bidragit.

KTH-forskarna hävdar att det inte kan vara syre som orsakar korrosionen eftersom syret som eventuellt kan ha följt med testpaketen ned i berget snabbt konsumeras av mikroorganismer. De avfärdar SKB:s resonemang som ”uppenbart fel med dagens kunskap.”

”Ett större problem”

Tidigare trodde forskare att koppar endast korroderade extremt långsamt i syrefritt vatten. Det skulle vara så lite att det inte spelade någon roll för de 100 000 år som slutförvaret planeras för. Men enligt Christofer Leygraf visar forskning från de senaste 30 åren att koppar korroderar mycket mer i syrefritt vatten än man tidigare har trott.

– I alla sammanhang där man har gjort försök under mer fältmässiga förhållanden har man sett mycket snabbare korrosionshastigheter än de SKB hävdar. Därmed blir korrosionen av koppar ett mycket större problem för slutförvaret, säger han.

Szakálos och Leygraf påpekar också att LOT-försöken gjordes helt utan närvaro av strålning. Under verkliga förhållanden kommer kärnavfallet att avge både värme och strålning. Och strålningen kan förväntas öka takten ytterligare på de lokala korrosionsangreppen, konstaterar KTH-forskarna.

Konsulterna från Galson Sciences skriver i sitt utlåtande att ingenting talar för att SKB:s tolkning av kopparkorrosionen i LOT-försöken är fel. KTH-forskarna drar helt motsatt slutsats. De menar att LOT-studien visar att den syrefria korrosionshastigheten hos koppar i svenskt grundvatten är ”katastrofal” för KBS-3-modellen.

De båda KTH-forskarna anser att SKB borde genomföra tester under verkliga förhållanden. Med det menar de att använt kärnbränsle ska stoppas i kapslar, omges av bentonitlera och deponeras på 500 meters djup i till exempel tio år. Sedan kan de plockas upp för att man ska se om det finns tecken på korrosion eller väteförsprödning.

– Det är den allra största invändningen mot alltihop, att SKB fortfarande inte har gjort en enda studie under verkliga förhållanden, säger Christofer Leygraf.

Men ett sådant försök skulle inte kunna fånga hela korrosionsförloppet, menar SKB, eftersom miljön kring kapseln förändras över tid.

– Då varken syrgas eller gammastrålning kommer att finnas i slutförvarsmiljön på lång sikt betyder det att den korrosion man skulle mäta i ett sådant försök inte är representativ för längre tidsperioder, säger Johannes Johansson, SKB:s ämnesexpert på kapselmaterial.

I stället hävdar SKB att olika korrosionsprocesser, till exempel påverkan från strålning, har studerats i kontrollerade laboratorieförsök i samarbete med olika universitet i Sverige och utomlands.

– Det är denna samlade kunskap om koppars korrosionsegenskaper i den föränderliga slutförsvarsmiljön som vi använder för att bedöma omfattningen av korrosion i säkerhetsanalysen, säger Johannes Johansson.

SKB har ansökt om att få bygga slutförvaret vid Forsmarks kärnkraftverk i Östhammars kommun. Frågan om det ska tillåtas eller inte ligger på regeringens bord. Isabella Lövin, dåvarande miljöminister, har tidigare meddelat att hon vill invänta Strålsäkerhetsmyndighetens granskning av LOT-försöken innan beslutet fattas.

Har regeringen gett er några signaler att de inväntar er granskning?

– Vi fick ett meddelande att de önskade ta del av den här rapporten, säger Bo Strömberg på Strålsäkerhetsmyndigheten.

SKB ska även presentera en analys av bentonitleran från de två LOT-paketen. Den väntas dock inte vara klar förrän nästa år.