Storbritannien planerar att avsevärt utöka sin kärnkraftskapacitet i ett försök att minska sitt beroende av kolbaserade fossila bränslen. Regeringen siktar på att bygga upp till åtta nya reaktorer under de kommande decennierna, med sikte på att öka kraftkapaciteten från cirka 8 gigawatt (GW) idag till 24 GW år 2050. Detta skulle möta cirka 25 % av den prognostiserade brittiska energiefterfrågan , jämfört med cirka 16 % 2020.

Som en del av denna plan för att tredubbla kärnkraftskapaciteten pågår också en investering på 210 miljoner pund för Rolls-Royce för att utveckla och producera en flotta av små modulära reaktorer (SMR). SMR är billigare och kan användas på platser som inte kan vara värd för traditionella, större reaktorer, så detta kommer att ge fler alternativ för framtida kärnkraftsanläggningar.

Nya reaktorer kommer oundvikligen att innebära mer radioaktivt avfall. Avveckling av kärnavfall, från och med 2019, beräknades redan kosta de brittiska skattebetalarna 3 miljarder pund per år. Den stora majoriteten av vårt avfall förvaras i lagringsanläggningar på eller nära marknivå, mestadels på Sellafields kärnavfallsanläggning i Cumbria, som är så stor att den har en liten stads infrastruktur.

Men kärnkraftslagring ovan jord är inte en genomförbar långsiktig plan – regeringar, akademiker och vetenskapsmän är överens om att permanent förvaring under jord är den enda långsiktiga strategin som tillfredsställer säkerhets- och miljöhänsyn. Så vilka planer är på gång och kan de levereras säkert?

Vägen framåt

Det har tagit många decennier av internationellt samarbete mellan akademiska och vetenskapliga institutioner och statliga tillsynsmyndigheter för att identifiera en genomförbar väg mot det slutliga bortskaffandet av kärnavfall. Tidigare idéer har inkluderat bortskaffande av det extra avfallet i rymden, i havet och under havsbotten där tektoniska plattor konvergerar, men var och en har ställts på hyllan som alltför riskabel.

Nu planerar nästan varje nation att isolera radioaktivt avfall från miljön i en underjordisk, välkonstruerad struktur som kallas en geologisk slutförvaringsanläggning (GDF). Vissa modeller ser GDF:er konstruerade på 1 000 meter under jorden men 700 meter är mer realistiskt. Dessa anläggningar kommer att ta emot låg-, medel- eller högaktivt kärnavfall (klassat som sådant enligt radioaktivitet och halveringstid) och lagra det säkert i upp till hundratusentals år.

Processen för att skapa en sådan anläggning är inte enkel. Organisationen som ansvarar för att leverera GDF, som i Storbritannien är Nuclear Waste Services (NWS), måste inte bara övervinna enorma miljö- och tekniska problem utan också tjäna allmänhetens stöd.

Kommer alla GDF:er att se likadana ut?

Även om generiska designkoncept existerar, kommer varje GDF att ha unika aspekter baserat på storleken och sammansättningen av avfallsinventeringen och geologin där den är installerad. Varje nation kommer att skräddarsy sin GDF efter sina individuella behov, under kontroll av tillsynsmyndigheter och allmänheten.

Alla GDF:er kommer dock att ligga till grund för det som kallas multibarriärkonceptet. Detta kombinerar konstgjorda och naturliga barriärer för att isolera kärnavfall från miljön och tillåta det att stadigt förfalla.

Systemet för att förbereda högaktivt avfall för lagring i ett sådant system kommer att börja med använda kärnbränslestavar från reaktorer. Först kommer allt uran och plutonium som fortfarande är användbart för framtida reaktioner att återvinnas. Restavfallet kommer sedan att torkas och spridas i ett värdglas, som används för att glaset är segt, tåligt i grundvatten och strålningsbeständigt. Det smälta glaset kommer sedan att hällas i en metallbehållare och stelna, så att det blir två lager av skydd.

Detta förpackade avfall kommer sedan att omges av en återfyllning av lera eller cement, som tätar de utgrävda berghålorna och underjordiska tunnelkonstruktioner. Hundratals meter berg i sig kommer att fungera som det sista lagret av inneslutning.

Hur går det med programmet i Storbritannien?

U.K. GDF-programmet är i ett tidigt skede. Lokaliseringsprocessen bygger på ett så kallat frivillighetstänkande, där samhällen kan presentera sig själva som potentiella platser för att vara värd för anläggningen. För närvarande har en arbetsgrupp (Theddlethorpe, Lincolnshire) och tre samhällspartnerskap (Allerdale, Mid Copeland och South Copeland i Cumbria) bildats. Medan arbetsgrupper befinner sig i tidigare stadier av lokaliseringsprocessen, är nästa steg för samhällspartnerskap att påbörja mer omfattande geologiska undersökningar, följt av borrhål för att bedöma det underliggande berget.

Offentligt stöd är grunden för hela GDF-programmet. Medan vissa nationer kan ta en mer hårdhänt inställning och välja en plats oavsett offentligt stöd, har U.K. GDF-uppdraget gemenskap och engagemang i sin kärna.

Varför skulle invånarna ställa upp som frivilliga? Det här är ett 100+-årigt projekt som kommer att kräva många människor som arbetar väldigt nära. På gemenskapspartnerskapsstadiet förväntas en investering på upp till 2,5 miljoner pund per år, per gemenskap.

U.K.-programmet ligger en bit efter vissa andra nationer. Världsledande är Finland, som nästan har avslutat världens första GDF på Onkalo, flera hundra kilometer väster om Helsingfors. Föredragna platser för GDF har också valts ut i USA, Sverige och Frankrike.

Den brittiska regeringen har som mål att identifiera en lämplig plats inom de närmaste 15–20 åren, varefter bygget kan påbörjas. Tidsskalan från placering till stängning och försegling av den första U.K. GDF är 100 år, vilket gör detta till det största brittiska infrastrukturprojektet någonsin. Tekniken för att leverera GDF är klar; allt som återstår är att hitta ett villigt samhälle med en lämplig geologi.

Finns det något annat sätt?

Det är den vetenskapliga konsensus, internationellt, att GDF-metoden är det mest tekniskt genomförbara sättet att permanent slutförvara kärnavfall. Onkalo är ett exempel för världen på att vetenskapligt samarbete och öppet engagemang med allmänheten kan göra säker förvaring av kärnavfall möjlig.

Det enda andra tillvägagångssättet som har fått någon dragkraft är konceptet för deponering av djupa borrhål (DBD). Till nominellt värde är detta inte alltför olikt en GDF-strategi; borra borrhål mycket djupare än en GDF skulle vara (upp till flera kilometer) och lägga avfallspaket i botten. Länder som Norge överväger detta tillvägagångssätt.