Dada la naturaleza de un AGP, la seguridad a largo plazo depende, en gran medida, de la idoneidad geológica del emplazamiento y del cumplimiento de los criterios de selección que se establezcan legal o reglamentariamente. Una vez se ha encontrado un emplazamiento apropiado, es vital para el progreso (y en última instancia éxito) del proyecto lograr la aceptación del público, especialmente a nivel local pero también a nivel regional y nacional. La experiencia internacional ha demostrado que esta aceptación se logra a través de mecanismos de participación y diálogo social. Sin embargo, estos son de poca utilidad si no se hace un importante esfuerzo a nivel institucional por poner a disposición del público información clara y transparente en términos que puedan entender sin necesidad de contar con conocimientos técnicos. A este respecto, los análogos naturales constituyen un valioso recurso, pues permiten no solo dar más solidez al estudio de seguridad, como ya se ha mencionado, sino también ilustrar ideas y conceptos complejos de forma comprensible para el público no técnico, haciendo su participación en proceso más real y efectiva.

La disposición de los residuos en el sistema de almacenamiento ubicado a varios cientos de metros de profundidad en la formación geológica hospedante, y los procesos que pueden tener lugar a largo plazo en este sistema, en cuanto a la dispersión de los radionucleidos en el medio, presenta analogías relevantes  con determinados yacimientos naturales de uranio en forma de dióxido de uranio que se dan en la naturaleza desde tiempos muy superiores a los que se consideran en el almacenamiento de residuos. Además de estas analogías aplicables a la barrera geológica y a la propia forma del residuo, cuya limitada solubilidad en determinadas condiciones le otorga una función de primera barrera de ingeniería, existen numerosos ejemplos de sistemas análogos, que abarcan un amplio espectro de procesos y ambientes.

Los análogos se clasifican principalmente en:

Sistemas geoquímicos y geológicos naturales, que aplican principalmente al propio residuo y a la geosfera.
Sistemas arqueológicos, que aplican a las barreras de ingeniería del contenedor y a los materiales de relleno y sellado.

Los análogos naturales y arqueológicos constituyen una herramienta de gran valor para la evaluación de la seguridad y para la comunicación del concepto de AGP, pero su alcance debe interpretarse con prudencia. Ningún análogo reproduce de forma exacta todas las características, condiciones de contorno y escalas temporales de un sistema de almacenamiento geológico profundo, por lo que su utilidad no reside en “demostrar” por sí solo la seguridad del sistema, sino en aportar líneas adicionales de razonamiento, contrastar hipótesis, mejorar la comprensión de procesos relevantes y aumentar la confianza en los modelos utilizados en el Estudio de Seguridad. En consecuencia, los análogos deben considerarse un apoyo técnico complementario, valioso pero no sustitutivo del análisis específico del emplazamiento, de la modelización predictiva y del tratamiento explícito de las incertidumbres.

En la publicación de I+D emitida por el CSN, “Aplicación de los análogos a la evaluación de seguridad y comunicación del almacenamiento geológico”, se presenta una descripción de los principales análogos naturales y arqueológicos, enfocada hacia la definición del uso de estos sistemas como herramientas de apoyo y de aumento de la confianza en la seguridad de un AGP.

En esta sección se incluye una revisión breve de los análogos naturales y arqueológicos más importantes en el mundo que incluye una explicación tanto de su configuración como de su importancia en la demostración de la seguridad del AGP.

Cigar Lake (Canadá)

El proyecto de investigación en el yacimiento de uranio de Cigar Lake se desarrolló entre 1984 y 1993 mediante la cooperación de varias agencias internacionales, con una revisión posterior financiada por SKB en 1995. Sus objetivos fueron estudiar la estabilidad de la uraninita, validar modelos termodinámicos y comprender el transporte de radionucleidos.

El yacimiento, ubicado a 450 m de profundidad en Saskatchewan (Canadá), se formó hace 1300 millones de años y no presenta huellas en superficie. Está compuesto por uraninita rodeada de un halo arcilloso (similar a una barrera de bentonita) y se encuentra en un sistema hidrogeológico activo dentro de arenitas. Esta configuración lo convierte en un análogo natural a gran escala de un AGP para residuos de alta actividad y combustible gastado, al simular las barreras de ingeniería (halo arcilloso), la geosfera (formación estable) y demostrar un aislamiento efectivo durante periodos geológicos.

Los estudios del yacimiento han proporcionado evidencia crucial para los modelos de seguridad de los AGP:

Confirma la baja velocidad de disolución de la uraninita (10⁻9-10⁻8 por año) en condiciones reductoras, apoyando la estabilidad a largo plazo del combustible gastado.
El halo arcilloso actúa como una barrera natural, demostrando aislamiento hidráulico y filtración de coloides, similar a la función de la bentonita en un AGP.
Ha permitido refinar modelos de radiólisis, sorción irreversible de nucleidos y obtener datos cuantitativos sobre solubilidad de elementos traza.

Por ser una suerte de “AGP natural”, Cigar Lake se ha convertido en un ejemplo fundamental para comunicar al público la viabilidad, seguridad y capacidad de aislamiento a largo plazo del concepto de AGP.

Oklo (Gabón)

El proyecto "Oklo como análogo natural" (1989-1999) fue financiado por varias agencias europeas (incluida Enresa) y tuvo como principal objetivo estudiar la alteración de la uraninita y el transporte de radionucleidos a escalas de tiempo geológicas.

Los yacimientos de Oklo (Gabón) son los únicos reactores naturales de fisión conocidos hasta la fecha y funcionaron hace unos 2.000 millones de años. Se encuentran a profundidades de hasta 400 m, en la zona de contacto entre arenitas y lutitas ricas en materia orgánica. Cada reactor presenta un núcleo de uraninita (con hasta un 87% de uranio) enclavado en una matriz arcillosa, rodeado por un halo de arcillas hidrotermales. Esta configuración lo convierte en un análogo excepcional para un AGP, al simular un "combustible gastado" natural (el núcleo fisionado) confinado por una "barrera de ingeniería" natural (el halo arcilloso).

Los estudios de Oklo proporcionan evidencias fundamentales para los modelos de seguridad:

Más del 90% de la uraninita se ha mantenido inalterada durante 2.000 millones de años, dando credibilidad a la estabilidad del combustible gastado en condiciones reductoras.
El halo arcilloso natural demostró una gran capacidad de aislamiento y retención de los productos de fisión.
Se comprobó la retención de radionucleidos en minerales como oxihidróxidos de hierro y fosfatos, y la limitada influencia de la radiólisis debido al efecto tampón de la materia orgánica.
Proporciona conocimiento único para evaluar escenarios de criticidad en un AGP.

Oklo constituye una evidencia única de que los productos de la fisión nuclear pueden ser contenidos de forma segura por sistemas geológicos naturales durante periodos extremadamente largos, lo que lo convierte en uno de los análogos más efectivos en la comunicación con el público.

Poços de Caldas (Brasil)

Este proyecto internacional, supervisado por SKB, NAGRA, UK-DoE y US-DOE, estudió la caldera volcánica de Poços de Caldas para comprender el transporte de radionucleidos en condiciones redox variables y validar modelos termodinámicos. Poços de Caldas es una caldera volcánica de 35 km de diámetro situada en la región de Minas Gerais (sur de Brasil), una de las zonas con mayor nivel de radiactividad natural del mundo.

La zona alberga dos sitios clave:

La mina Osamu Utsumi presenta un frente redox natural activo, donde aguas oxidantes infiltradas disolvieron y redistribuyeron uranio, enriqueciéndolo como pechblenda (zona reducida) y asociado a oxihidróxidos de hierro (zona oxidada). Este frente es análogo al que podría generar la radiólisis alrededor de un contenedor de residuos.
El Morro do Ferro posee condiciones hidrogeológicas inalteradas y evidencia la movilidad extremadamente baja de elementos como el torio en condiciones naturales, demostrando la capacidad de retención de la geosfera.

Las principales analogías de estos sistemas con un AGP son:

La disolución de la uraninita y la pechblenda es análoga a la del combustible gastado.
El frente natural es comparable al inducido por la radiólisis en la zona cercana al contenedor.
La inmovilización de uranio en oxihidróxidos de hierro es análoga a la retención en los productos de corrosión del contenedor.
Los lantánidos presentes en altas concentraciones sirven como análogos del comportamiento de los actínidos transuránicos pesados presentes en el combustible gastado.

La principal aportación a la evaluación de seguridad fue que proporcionó evidencia y datos cuantitativos fundamentales para:

Validar el umbral redox para la disolución del combustible al confirmar que la disolución oxidante requiere Eh > 300 mV, superior al valor conservador (120 mV) usado en modelización.
Cuantificar la dinámica de un frente redox al observarse una velocidad de avance muy lenta (1-20 mm en 1000 años).
Apoyar modelos de retención, evidenciando la inmovilización de radionucleidos por sorción y coprecipitación.
Verificar bases de datos termodinámicos y códigos de transporte-reactivo en diversas condiciones.

La caldera de Poços de Caldas demuestra de manera natural dos principios cruciales: la muy baja movilidad de los elementos radiactivos en condiciones geológicas estables (Morro do Ferro) y la capacidad de retención y retardo incluso en zonas con un frente redox activo (Osamu Utsumi).

Dunarobba (Italia)

Este estudio, realizado dentro del Proyecto MIRAGE de la Comisión Europea, se centró en analizar la capacidad de aislamiento a largo plazo de los materiales arcillosos, análoga a la función de las barreras de bentonita en un AGP.

El Bosque Fósil de Dunarobba (Italia) contiene troncos de madera original preservada durante 2 millones de años. La característica más notable de estos árboles fósiles es que se encuentran todavía constituidos por madera. Esto se debe a que quedaron enterrados por sedimentos lutíticos (arcillas y limos) en un antiguo lago. La clave de su conservación es que, a escala local, estos materiales arcillosos formaron un bloque de baja permeabilidad que aisló la madera del oxígeno, los fluidos circulantes y la degradación microbiana, a pesar de estar en una cuenca con actividad neotectónica y fracturación.

Esta situación lo convierte en un análogo natural muy valioso al demostrar cómo una barrera de arcilla, como la bentonita, puede proporcionar un aislamiento efectivo durante escalas de tiempo similares a la vida de un AGP, incluso en entornos geológicamente activos.

La principal contribución de este análogo es el apoyo conceptual a la función de la bentonita como barrera en un AGP demostrando:

La capacidad de los materiales arcillosos para crear dominios de muy baja conductividad hidráulica que aíslan un volumen del flujo general de aguas subterráneas.
Cómo este aislamiento físico-químico previene la degradación (en este caso, de la materia orgánica por microorganismos u oxidación), análogo a la protección del combustible gastado.

El Bosque Fósil de Dunarobba es uno de los análogos más eficaces para la comunicación con el público al ser un análogo que es visualmente impactante y fácil de comprender. Ilustra de manera convincente la capacidad que poseen las formaciones arcillosas naturales para aislar y preservar materiales de forma segura durante millones de años, reforzando la confianza en el concepto de la barrera de bentonita.

El Berrocal (España)

El proyecto de El Berrocal (1988-1995), impulsado por Enresa y CIEMAT con participación internacional, se centró en estudiar el transporte de radionucleidos naturales en un medio granítico fracturado para apoyar la evaluación de seguridad de un AGP.

En El Berrocal aflora un plutón granítico enriquecido en uranio y torio, localizado en la Sierra de Gredos (España), caracterizado por estar intensamente fracturado y afectado por actividad hidrotermal pasada. Este sistema permitió estudiar la movilización, transporte y retención natural de uranio y torio a lo largo de discontinuidades (como fracturas y diques mineralizados), así como los procesos de difusión hacia la matriz rocosa intacta. Sus condiciones lo convierten en un análogo del comportamiento de los radionucleidos en una geosfera granítica fracturada, similar a la considerada en algunos diseños de AGP.

Los estudios en El Berrocal proporcionaron evidencia y datos cuantitativos cruciales para:

Apoyar los modelos conceptuales de retención en la geosfera mediante sorción, precipitación y coprecipitación en los minerales que rellenan las fracturas.
Proporcionar datos cuantitativos sobre la profundidad de penetración por difusión (35-80 mm), un parámetro clave para los modelos de seguridad.
Permitir elaborar modelos de transporte de radionucleidos, considerando la influencia de complejos químicos (fluoruros, carbonatos) y la actividad microbiana.
Comprobar la validez del enfoque de modelización 3D que considera fracturas en un medio poroso equivalente.
proporcionar límites de solubilidad para elementos de interés en las evaluaciones de seguridad.

El hecho de que, a pesar de la intensa fracturación y la movilización pasada, el uranio permaneció confinado en las proximidades del plutón granítico, sin dispersarse al exterior, constituye un argumento sólido para generar confianza en el público sobre la capacidad de confinamiento de formaciones graníticas y su idoneidad para albergar un AGP.

Cañón del Kronan

Este objeto arqueológico es un análogo clave para el programa sueco, que prevé el uso de contenedores de cobre para el almacenamiento definitivo del combustible gastado en su proyecto de AGP.

El cañón del Kronan es un cañón de bronce (con un 96.5% de cobre) que perteneció al buque de guerra sueco Kronan, hundido en el mar Báltico en 1676. El cañón permaneció enterrado 1.6 metros en arcillas marinas durante más de 300 años, con solo 0.2 metros expuesto directamente al agua.

La situación del cañón simula las condiciones de un contenedor de cobre en un AGP:

Las arcillas marinas reductoras en las que estuvo enterrado son un buen análogo del entorno de bentonita compactada que rodeará los contenedores.
El estudio proporcionó datos cuantitativos directos sobre la velocidad de corrosión del cobre en dicho entorno, calculada en 0.15 micrómetros por año. Este valor es extremadamente bajo y respalda la longevidad esperada de los contenedores.
La identificación de los productos formados (como Cu₂O) ayuda a validar los modelos de corrosión utilizados en las evaluaciones de seguridad.

El cañón del Kronan es un ejemplo tangible e intuitivo para la comunicación con el público, ya que demuestra que el cobre puede resistir la corrosión en condiciones reductoras durante miles de años, reforzando la confianza en su elección como material para la fabricación de los contenedores.

Clavos de Inchtuthil

Este hallazgo arqueológico ofrece una analogía cualitativa para comprender el comportamiento de grandes volúmenes de acero o hierro (como los contenedores) en las condiciones húmedas y confinadas de un AGP.

En el año 87 d.C., al abandonar la fortaleza de Inchtuthil (Escocia), el ejército romano enterró un gran volumen de clavos de hierro (unos 875.000) en un hoyo cubierto con tierra compacta, donde permanecieron unos 1900 años. El estudio posterior reveló un patrón de corrosión muy diferencial: los clavos del exterior del montón, expuestos a condiciones más oxidantes, sufrieron una corrosión intensa, formando una gruesa capa de óxido mientras que los clavos del interior del paquete mostraron una corrosión mínima. Este fenómeno sugiere que los clavos exteriores, al corroerse, consumieron el oxígeno disponible y crearon un entorno reductor que protegió a los clavos interiores.

La situación es análoga a la de múltiples contenedores metálicos en un AGP. La principal conclusión cualitativa es que, en presencia de grandes masas de metal, una parte significativa del material (el correspondiente al interior del sistema) podría verse protegida de la corrosión generalizada gracias al consumo de oxidantes por las partes más expuestas. Sin embargo, existen diversas limitaciones en este análogo como que se carece de información cuantitativa crucial (como el potencial redox, pH y química exacta de las aguas) para extrapolar datos numéricos sobre velocidades de corrosión aplicables a los diseños actuales.

Este análogo se utiliza para ilustrar de manera intuitiva el concepto de que el propio diseño del almacén puede generar condiciones que limiten la degradación de las barreras de ingeniería.

Muralla de Adriano

Este hallazgo arqueológico sirve como un análogo relevante para evaluar la durabilidad a largo plazo de las barreras de cemento utilizadas en los AGP.

La Muralla de Adriano, construida en el año 122 d.C. en Gran Bretaña, empleó un mortero de cemento romano para unir sus bloques de piedra. Los análisis  del mortero, aún en excelente estado tras siglos de exposición, revelan que:

Conserva una baja porosidad y aspecto compacto.
Contiene compuestos de silicatos cálcicos hidratados (CSH), la base química del cemento Portland moderno, con una relación CaO/SiO₂ cercana a 1.
Muestra una carbonatación mínima, lo que indica una alta estabilidad química.

Aunque las condiciones ambientales de superficie son diferentes a las de un AGP, la similitud mineralógica y química entre este cemento antiguo y los modernos permite extraer conclusiones cualitativas valiosas:

Proporciona una demostración práctica de que las matrices de cemento pueden mantener su integridad y función estructural durante escalas de tiempo milenarias.
La preservación de los compuestos CSH apoya la viabilidad de los cementos como barreras estables en entornos confinados.

La Muralla de Adriano es un ejemplo fácil de comprender para comunicar al público de manera tangible la longevidad y fiabilidad de los materiales cementosos previstos para los sistemas de aislamiento de residuos.