Overslaan en naar de inhoud gaan

Geothermie

  1. Radioactiviteit en geothermie ? Hoezo ?
  2. Welke factoren dragen bij tot de aanwezigheid van NORM in geothermie-installaties ?
  3. Wat zijn de betrokken processen ?
  4. Wat zijn de typische NORM-reststoffen in geothermie ?
  5. Vormt de aanwezigheid van NORM bij geothermie een gezondheidsrisico voor de werknemers, de bevolking of het leefmilieu ?
  6. Welke acties onderneemt het FANC met betrekking tot geothermie ?
  7. Referenties en nuttige links
  8. Contactpersonen
     

1. Radioactiviteit en geothermie ? Hoezo ?

Radioactieve elementen, afkomstig van het verval van natuurlijk uranium en thorium, zijn overal aanwezig in de aardkorst. Deze natuurlijke radioactieve stoffen worden aangeduid als “NORM”, Naturally Occurring Radioactive Material. Aan de oppervlakte zorgen ze voor een belangrijke bijdrage tot de natuurlijke radioactieve achtergrondstraling. In de ondergrond komen ze voor in gesteenten waar ze in contact kunnen komen met grondwater. Sommige radioactieve elementen zoals radium en radon kunnen daarbij oplossen in het water en worden meegevoerd met de grondwaterstroom in het geothermische reservoir. Bij het oppompen van water in een geothermische installatie komen de radioactieve stoffen zo mee naar de oppervlakte, waar ze kunnen vrijkomen of zich afzetten in de installaties.

Niet elk grondwater bevat evenveel natuurlijke radioactieve elementen. De concentraties in de ondergrond zijn variabel en afhankelijk van de geologische eigenschappen van het gebruikte brongesteente. Daarnaast is de mate waarin radioactieve elementen oplossen afhankelijk van de fysico-chemische eigenschappen van het water (v.b. saliniteit, zuurtegraad, hardheid, etc..) waarmee ze in contact komen.

2. Welke factoren dragen bij tot de aanwezigheid van NORM in geothermie-installaties ?

Er bestaat enkel een risico op voorkomen van NORM in open installaties, d.w.z. geothermie met een open circuit, waar warm formatiewater wordt opgepompt (en eventueel opnieuw wordt geïnjecteerd in het geothermische reservoir). Gesloten systemen waarbij water in een gesloten circuit wordt gecirculeerd door de ondergrond brengen geen radioactiviteit mee terug aan de oppervlakte.

Zoals eerder vermeld (zie vraag 1) is de concentratie aan natuurlijke radioactieve elementen in formatiewater afhankelijk van de fysico-chemische eigenschappen van het water en van de geologische aard van de formatie waaruit het wordt opgepompt. Sommige gesteenten of afzettingen (bv. kalksteen of schalie) bevatten hogere concentraties dan andere (bv. zand). Bij voorbeelden in de ons omringende landen is bovendien gebleken dat de radiologische samenstelling van het opgepompte formatiewater op lange termijn verschillend kan zijn van het water dat in een vroege fase van uitbating wordt opgepompt.

In het Dinantiaan-reservoir in de Kempen werden in het verleden waarden tot 78 Bq/L Radium-226 en 22 Bq/L Radon-222 gemeten in het formatiewater (Vandenberghe, 2000). In het Kolenkalk-reservoir in Henegouwen (Saint-Ghislain) liggen de waarden in het formatiewater rond 1 Bq/L Radium-226, zij het wel na enkele decennia exploitatie en bij een veel lager zoutgehalte. Voor beide reservoirs is er een redelijk goede correlatie tussen chloriden en Radium-226. Ruwweg bevat het formatiewater ongeveer 1 Bq Radium-226 per gram Chloor.

Tenslotte draagt de configuratie van de installaties zelf in grote mate bij tot de aanwezigheid van NORM. De processen die leiden tot NORM (zie vraag 3) zijn sterk afhankelijk van verschillen in druk, temperatuur en de fysische en chemische omstandigheden binnen de installatie, zowel in de ondergrondse als bovengrondse onderdelen.

3. Wat zijn de betrokken processen ?

Het belangrijkste proces dat bijdraagt tot de aanwezigheid van NORM in geothermie-installaties is de vorming van afzetting (zgn. ‘scaling') in de leidingen en cruciale componenten zoals warmtewisselaars en pompen. Wanneer er op een of andere manier ontgassing plaatsvindt van het opgepompte water kan op deze manier radon zich opstapelen in de gebouwen van de installatie.

De locaties en de omstandigheden waaronder de scaling gevormd wordt hangt af van de exacte configuratie van de installatie, maar globaal kan men stellen dat veranderingen in druk en temperatuur de belangrijkste aanleiding vormen. In die zin is de problematiek volledig analoog aan die in de olie- en gassector (off- en onshore). Het risico op scaling is afhankelijk van de fysische en chemische parameters van het formatiewater (conductiviteit, zoutgehalte,...), maar kan ook beïnvloed worden door het type van materiaal dat gebruikt wordt in de installaties.

Ook de snelheid waarmee NORM accumuleert in de installaties is variabel. In sommige gevallen kan een installatie na enkele weken reeds significante niveaus aan NORM vertonen. In andere installaties treedt er trage accumulatie op.

Naast de radiologische aspecten die deze scaling met zich mee kan brengen zorgt de vorming ervan voor een aanzienlijke daling in efficiëntie van de installatie, met name in de warmtewisselaars. Het voorkomen of remediëren ervan is dus in de eerste plaats van algemeen belang voor de goede werking van de geothermiecentrale. De verschillende beschikbare technieken die als doel hebben om scaling te voorkomen, zoals bv. het toevoegen van inhibitoren aan formatiewater om afzettting te voorkomen, zijn in vele gevallen dus ook efficiënt tegen NORM.

4. Wat zijn de typische NORM-reststoffen in geothermie ?

Meestal wordt men pas geconfronteerd met NORM wanneer onderdelen van de installatie vervangen worden tijdens onderhoudswerken. Op die manier kunnen reststoffen vrijkomen, bijvoorbeeld in de vorm van vervangen onderdelen, die besmet zijn met NORM. Op deze momenten kan ook radon vrijkomen. De voornaamste fractie reststoffen bij diepe geothermie is verontreinigd schroot als een gevolg van scalingvorming in de installaties. Voorbeelden uit Duitsland, Frankrijk en Nederland tonen aan dat het type scaling dat aangetroffen wordt sterk afhankelijk is van het formatiewater, en dus van het geothermische reservoir dat aangeboord wordt. Zoals in de olie- en gasindustrie gaat het voornamelijk om Radium-226 of Radium-228 en hun vervalproducten. In sommige installaties worden hoofdzakelijk Lood-210 en Polonium-210 aangetroffen. De activiteitsconcentraties in de scalings kunnen oplopen tot enkele tientallen Bq/g.

In sommige gevallen kan het nodig zijn om formatiewater aan de oppervlakte te lozen of af te voeren, bijvoorbeeld in het geval van (tijdelijke) exploitatie met 1 boorput of bij pomptesten. In dat geval moet de radiologische samenstelling ervan getoetst worden aan de lozingslimieten (zie vraag 5). Er kan hierbij ook radon vrijkomen dat daarom gemonitord dient te worden.

5. Vormt de aanwezigheid van NORM bij geothermie een gezondheidsrisico voor de werknemers, de bevolking of het leefmilieu ?

Werknemers

De opvolging van NORM in een operationele installatie kan in veel gevallen worden voorzien door periodieke dosistempometingen. Zowel om de externe stralingsbelasting van werknemers in te schatten als om de mate van besmetting van de leidingen en componenten vast te stellen.

Bij onderhoudsoperaties op de installaties (vervanging, reiniging, verwerking,...) en afvoer van reststoffen is er een risico op blootstelling indien verhoogde concentraties aan natuurlijke radionucliden aanwezig zijn. Daarbij gaat het vooral om blootstelling door externe straling en inademing of ingestie van stofdeeltjes en radon. Het risico op blootstelling kan worden beperkt door het dragen van persoonlijke beschermingsmiddelen bij de onderhoudsactiviteiten, en door de aanwezigheid van veiligheids- en monitoringsprocedures.

Bevolking en leefmilieu

Het voornaamste risico voor de bevolking en het leefmilieu is afkomstig van de ongecontroleerde afvoer of verwerking van NORM-reststoffen die de vrijstellingsniveaus voor NORM-residu's overschrijden.

In dit voorkomend geval wordt de verwerking of afvoer echter op haar beurt als aangifteplichtige NORM-beroepsactiviteit beschouwd (zie het NORM- industrieën dossier), en houdt het FANC toezicht op de veilige eindbestemming van de reststoffen. Deze kan enkel plaatsvinden op specifieke locaties, bij door het FANC geregistreerde verwerkers van reststoffen, waarvan het radiologische risico voor de bevolking en het leefmilieu geëvalueerd en gemonitord wordt. Dit heeft als doel het risico op blootstelling van de bevolking of het leefmilieu ten gevolge van deze NORM-residu's zo veel mogelijk te beperken. De modaliteiten hiervan staan beschreven in een technische gids die het FANC daartoe heeft opgesteld. Een niet-exhaustieve lijst met bedrijven die karakterisatie (en in sommige gevallen verwerking) van NORM-reststoffen uitvoeren is eveneens beschikbaar.

Daarnaast geldt ook dat vooraleer lozing van formatiewater naar het leefmilieu kan plaatsvinden moet worden bepaald of het water voldoet aan de lozingsnormen voor radionucliden, die in de wetgeving zijn vastgelegd . Indien behandeling van het water nodig is moet de verwerker een erkenning als “verwerker van NORM-reststoffen” bekomen door het indienen van een aangiftedossier bij het FANC.

6. Welke acties onderneemt het FANC met betrekking tot geothermie ?

De problematiek van verhoogde concentraties aan natuurlijke radioactieve elementen in grondwater en de aanwezigheid van NORM in installaties aan de oppervlakte valt onder de toezichtsbevoegdheid en de opdracht van het FANC.

Geothermie (inclusief de exploratie- en pompactiviteiten die de exploitatie voorafgaan) is binnen de regelgeving met betrekking tot stralingsbescherming gedefinieerd als een “beroepsactiviteit waarbij natuurlijke stralingsbronnen worden aangewend” (ook wel aangeduid met de term ‘NORM-industrie').

Open geothermiesystemen, diep of ondiep, worden door het FANC tot deze categorie gerekend, omwille van het risico op vormen van neerslag in bovengrondse installaties bij continue aanvoer van grond- of formatiewater. Voor gesloten systemen is het risico meestal verwaarloosbaar.

Concreet betekent dit dat de activiteit aangifteplichtig is bij het FANC, en een risico- en dosisevaluatie moet gebeuren, gebaseerd op de specifieke situatie binnen de installatie in kwestie. Op basis van analyses, metingen en technische informatie kan een inschatting worden gemaakt van de radiologische impact op werknemers, de bevolking en het leefmilieu. De praktische aspecten van aangifte staan beschreven in het NORM-dossier.  

Het FANC voorziet een pro-actieve communicatie omtrent deze problematiek, en treedt actief in dialoog met de verschillende stakeholders van de sector.

7. Referenties en nuttige links

  • Vandenberghe et al. (2000). The Merksplas-Beerse Geothermal Well and the Dinantian Reservoir.
  • Eggeling et al. (2013). Impact of natural radionuclides on geothermal exploitation in the Upper Rhine Graben. Geothermics 47:80–88.
  • Cuenot et a. (2015), Evolution of the Natural Radioactivity on the Soultz-sous-Forêt EGS Power Plant and Implication for Radiation Protection, Proceedings World Geothermal Congress 2015.
  • Platform Geothermie
  • Handboek voor Geothermie-operators (Pays-Bas)

8. Contactpersonen

Stéphane Pepin : 02/289.20.69 – email : stephane.pepin@fanc.fgov.be
Geert Biermans : 02/289.21.36 – email : geert.biermans@fanc.fgov.be