Είναι η μόνιμη αποθήκευση η μόνη στρατηγική για την αντιμετώπιση των πυρηνικών αποβλήτων; Μάλλον όχι. Με τη βοήθεια νέας χρηματοδότησης από το πρόγραμμα EURATOM της ΕΕ, το ερευνητικό έργο Novel 2D-3D Materials for Lanthanide Recovery from nuclear waste (MaLaR), στοχεύει στη διερεύνηση των επιλογών ανακύκλωσης ορισμένων στοιχείων που περιλαμβάνονται στα πυρηνικά απόβλητα, χρησιμοποιώντας νέες τεχνικές διαχωρισμού.
Το έργο MaLaR ξεκίνησε την 1η Ιανουαρίου 2025 και θα έχει διάρκεια 3 ετών. Οι εταίροι του έργου είναι:
- Helmholtz-Zentrum-Dresden-Rossendorf (HZDR) - συντονιστής φορέας
- Marcoule Institute in Separation Chemistry, University of Montpellier και Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) στη Γαλλία
- Πανεπιστήμια Umeå και Uppsala στη Σουηδία
- University POLITEHNICA of Bucharest στη Ρουμανία
Το έργο θα εστιάσει στην ανακύκλωση λανθανίδων, μιας ομάδας χημικών στοιχείων που περιλαμβάνουν ορισμένες σπάνιες γαίες, οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως, σε οθόνες, μπαταρίες, μαγνήτες, κ.λπ.
«Οι λανθανίδες είναι πολύ σπάνιες πρώτες ύλες, το μεγαλύτερο μέρος των οποίων προέρχεται από την Κίνα. Γι' αυτό προσπαθούμε να ανακυκλώσουμε αυτές τις πρώτες ύλες από απόβλητα, ακόμη και από πυρηνικά απόβλητα», δήλωσε η καθηγήτρια Kristina Kvashnina του Helmholtz-Zentrum-Dresden-Rossendorf (HZDR) και συντονίστρια του MaLaR Project. Η Kvashnina είναι φυσικός και απασχολείται στο Ινστιτούτο Οικολογίας Πόρων του HZDR, ενώ κατέχει θέση καθηγητή στο Université Grenoble Alpes στη Γαλλία.
Για να ανακυκλωθούν τα απόβλητα, πρέπει να διαχωριστούν. Εκτός από τους βασικούς κινδύνους ασφάλειας που συνδέονται με τα ραδιενεργά στοιχεία, υπάρχει ένα ιδιαίτερο πρόβλημα με τα πυρηνικά απόβλητα: τα υλικά που περιέχουν παρουσιάζουν πολύ παρόμοιες χημικές αντιδράσεις. «Γι’ αυτό είναι πολύ δύσκολο να βρεις κάτι που προκαλεί αντίδραση μόνο σε ένα στοιχείο και όχι σε άλλα, ώστε να μπορείς να εξάγεις μόνο το στοιχείο που σε ενδιαφέρει», εξηγεί η Kvashnina. Οι υπάρχουσες διαδικασίες διαχωρισμού συχνά περιλαμβάνουν επικίνδυνες χημικές ουσίες, χρησιμοποιούν μεγάλη ποσότητα ενέργειας και έχουν ως αποτέλεσμα την παραγωγή νέων ροών αποβλήτων.
Υλικά από άνθρακα συλλέγουν εκλεκτικά συγκεκριμένα στοιχεία
Η ερευνητική ομάδα του έργου MaLaR στοχεύει στην ανάπτυξη νέων τρισδιάστατων υλικών για αποτελεσματικές, φιλικές προς το περιβάλλον, βιώσιμες μεθόδους διαχωρισμού, που θα μπορούν να εφαρμοστούν τόσο στα πυρηνικά όσο και στα βιομηχανικά απόβλητα. Για παράδειγμα, αναφέρονται τα απόβλητα από ραδιοϊατρικές εφαρμογές.
Ακολουθώντας τη λογική των υφιστάμενων μεθόδων διαχωρισμού στοιχείων, οι ερευνητές εργάζονται με την αρχή της ρόφησης (sorption), όπου συγκεκριμένα ραδιενεργά στοιχεία σε υγρά πυρηνικά απόβλητα προσκολλώνται σε ένα στερεό υλικό που λειτουργεί ως sorbent και μπορούν έτσι να διαχωριστούν από τα υπόλοιπα απόβλητα.
Τα τελευταία χρόνια, μελέτες έχουν δείξει ότι τα οξείδια του γραφενίου - πορώδη υλικά με βάση τον άνθρακα - μπορούν να ξεπεράσουν σε απόδοση σημαντικά τα πιο γνωστά βιομηχανικά ροφητικά υλικά ή τα ραδιονουκλεΐδια που χρησιμοποιούνται σήμερα. Επιπλέον, πρόσφατα προέκυψε ότι ορισμένες αλλαγές στην ηλεκτρονική δομή αυξάνουν περαιτέρω την απόδοση της ρόφησης.
Στο έργο MaLaR, η Kvashnina και οι συνεργάτες της θέλουν να εξερευνήσουν συστηματικά τις υποκείμενες χημικές αντιδράσεις και να αναπτύξουν νέα υλικά με βάση το οξείδιο του γραφενίου που μπορούν να χρησιμεύσουν ως συλλέκτες συγκεκριμένων στοιχείων.
Έλεγχος των πυρηνικών και βιομηχανικών αποβλήτων
«Στόχος μας είναι να σχεδιάσουμε ένα υλικό με το οποίο μπορούμε αρχικά να εξάγουμε μεμονωμένα στοιχεία από μείγματα στοιχείων. Στο μέλλον, αυτό θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε διάφορες άλλες εφαρμογές. Ομολογουμένως, σε τρία χρόνια μπορούμε να κάνουμε μόνο το πρώτο βήμα προς την ανακύκλωση, αλλά αν επιτύχουμε, οι περαιτέρω εφαρμογές θα είναι εύκολα προσβάσιμες».
Ο αντίκτυπος θα ήταν τεράστιος επειδή αυτές οι νέες μέθοδοι διαχωρισμού δε θα βοηθούσαν μόνο στην ανάκτηση πρώτων υλών από πυρηνικά και άλλα βιομηχανικά απόβλητα, αλλά και στην ασφαλή τελική αποθήκευση αποβλήτων υψηλής ραδιενέργειας. Για παράδειγμα, ισότοπα με διαφορετική διάρκεια ζωής θα μπορούν να διαχωριστούν και στη συνέχεια να αποθηκευτούν χωριστά. Το έργο στοχεύει ρητά στην ανάπτυξη κατάλληλων τεχνολογικών λύσεων, οι οποίες θα είναι εύκολα εφαρμόσιμες σε πρακτικό επίπεδο.
Το έργο MaLaR βασίζεται στην τεχνογνωσία των εταίρων του σε πολλούς διαφορετικούς τομείς: ανάπτυξη υλικών 2D/3D, θεμελιώδη φυσική και χημεία ραδιενεργών στοιχείων, καθώς και στη δυνατότητα χρήσης μιας νέας in-situ μεθόδου για τον εντοπισμό λανθανιδών που απαντώνται σε μικρότερες συγκεντρώσεις σε ραδιενεργά υλικά.
«Θα είναι υπέροχο να περάσω τα επόμενα χρόνια δουλεύοντας σε αυτή την ομάδα. Μπορούμε να συνδυάσουμε θεμελιώδεις γνώσεις από πειράματα με θεωρητικούς υπολογισμούς και μοντέλα, καθώς και τον χαρακτηρισμό και ανάπτυξη νέων υλικών», δήλωσε η Kvashnina. Ως μέρος του έργου, θα είναι επίσης υπεύθυνη πειραμάτων στο Rossendorf Beamline (ROBL) της HZDR στο European Synchrotron (ESRF) στη Grenoble, όπου τα νέα υλικά θα δοκιμαστούν για τις χημικές τους ιδιότητες χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας.
Στο HZDR, το μεγαλύτερο μέρος των μελετών εργασίας θα διεξαχθεί σε ένα εργαστήριο στο Dresden-Rossendorf και στο ROBL Beamline στη Grenoble.
Με πληροφορίες από envirotecmagazine.com
