رویکرد نوین در پاکسازی و استخراج مواد ارزشمند برای مقابله با معضل پسماند هستهای
پاکسازی سریع و استخراج مواد ارزشمند؛ رویکردی تازه برای حل معضل پسماند هستهای
یکشنبه ۸ شهریور ۱۴۰۵ – ۲۱:۰۵
فناوری جدیدی به نام REDUCE در تلاش است تا از میان پسماند هستهای آمریکا، سوخت و ایزوتوپهای بازیافتپذیر با ارزشی معادل تریلیونها دلار استخراج کند.
آمریکا سالهاست که با انبوهی از پسماند هستهای دست و پنجه نرم میکند. دفع این پسماندها نه تنها ساده نیست، بلکه بازگرداندن آنها به چرخه مصرف نیز دشواریهای خاص خود را دارد. در این راستا، گروهی از پژوهشگران با استفاده از فناوری سانتریفیوژهای پرشتاب، در حال تلاش برای کاهش زمان جداسازی شیمیایی این مواد از چند ساعت به چند ثانیه هستند؛ رویکردی که میتواند ارزش اقتصادی پسماندها را نمایان کند و همچنین حجم انباشتهشده آنها را در مقیاس دههها، نه هزارهها، کاهش دهد.
به گزارش خبرنگار پایگاه خبری، با اینکه آمریکا بزرگترین ظرفیت راکتورهای هستهای جهان را در اختیار دارد، از دهه ۱۹۷۰ در مقایسه با بسیاری از کشورها به وضعیت عقبماندهتری دچار شده است. در همان دهه، آمریکا هم رآکتورهای زایا و هم بازفرآوری سوخت هستهای را کنار گذاشت که این تصمیم به انباشت حدود ۹۴ هزار تن پسماند هستهای سطحبالا منجر شد. این مواد خطرناک که معمولاً بیفایده تصور میشوند، طبق برنامهریزیها باید بیش از ۱۰۰ هزار سال دور از هرگونه تماس با دنیای بیرون دفن شوند.
در واقع، پسماندها ترکیبی از عناصر رادیواکتیو و ایزوتوپهای بسیار ارزشمند هستند. سوخت مصرفشده هستهای هنوز حدود ۹۰ درصد از اورانیوم و پلوتونیوم خود را حفظ کرده است. علاوه بر این، ایزوتوپهایی مانند استرانسیم ۹۰، رودیوم ۱۰۳، پالادیوم ۱۰۵ تا ۱۱۰ و آمریسیوم ۲۴۱ نیز وجود دارند که در کاربردهای پزشکی، صنعتی، فضایی و زمینی به کار میروند.
برآورد میشود همین ایزوتوپها در انبارهای پسماند حدود ۲۴ میلیارد دلار ارزش داشته باشند و سوخت اورانیوم و پلوتونیوم نیز ارزشی در حد تریلیونها دلار ایجاد کند؛ بهطوری که ارزش ایزوتوپها در برابر چنین رقمی، ناچیز به نظر میرسد.
پسماند هستهای باید با امنیت کامل نگهداری شود و امکان استخراج و استفاده مجدد نیز وجود داشته باشد. ظرفیت اقتصادی، ذخیرهسازی پسماند هستهای را به موضوعی بسیار پیچیده تبدیل میکند. موضوع فقط یافتن محلی مناسب یا راهی برای خلاصی از زبالهها بدون امکان بازگرداندن آنها نیست، زیرا هر دو اقدام به نسبت سادهتر هستند. چالش اصلی اینجاست که پسماند باید با امنیت کامل نگهداری شود و سپس، هر زمان که نیاز بود، امکان استخراج و استفاده مجدد از آن وجود داشته باشد.
بخشی از منطق پشت پروژه «بازیابی عناصر، نابودکردن عناصر نامطلوب و تولید انرژی» که به اختصار ردیوس (REDUCE) نامیده میشود، همین موضوع است. بخش دیگر نیز به کاهش شدید ذخایر پسماند از طریق سوزاندن بیشتر در راکتورهای شکافت مربوط میشود. این پروژه با همکاری شرکت شاین تکنولوژی، آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه ایالتی کیس وسترن ریزرو، زیر نظر وزارت انرژی آمریکا توسعه مییابد و هدف آن شتابدادن چشمگیر به فرایند شیمیایی جداسازی عناصر هستهای است.
فرایند با استخراج پسماند و حلکردن سوخت مصرفشده در اسید نیتریک آغاز میشود. در روشهای مرسوم جداسازی شیمیایی، مانند پیورکس (PUREX)، محلول وارد ستونهای بلند و بزرگ پرشده از بستر بستهبندیشده میشود که با نیروی گرانش تغذیه میشوند. در این ستونها، حلالهای آبی و آلی در کنار هم جریان مییابند تا عناصر مختلف را بر اساس چگالی جدا کنند. اگرچه این روش کارآمد است، اما کند و پرهزینه پیش میرود؛ بهطوری که تکمیل جداسازی کامل ساعتها طول میکشد و حلالهای آلی نیز زیر تابش رادیواکتیو تجزیه میشوند. علاوه بر این، ایزوتوپهای با نیمهعمر کوتاه معمولاً در این فرایند دور ریخته میشوند و نگرانی دیگری هم وجود دارد که جریانهای پلوتونیوم خالص بیش از حد متراکم شوند و وضعیت خطرناکی ایجاد کنند.
پروژه ردیوس بر پایه «تجهیزات بستهی سانتریفیوژی برای جداسازی رادیوشیمیایی» که به اختصار پیسرز (PaCERS) نامیده میشود، عملکرد پیورکس را ارتقا میدهد و فرایند را پیش میبرد. در این روش به جای تکیه بر گرانش، سانتریفیوژهای پیسرز محلول را تحت شتابی بیش از هزار جی قرار میدهند. در نتیجه، به مایع بسیار کمتری نیاز خواهد بود و جداسازی بهطور چشمگیری سریعتر و به جای ساعتها، در چند ثانیه انجام میشود. همچنین این روش به کارخانهای بسیار کوچکتر نیاز دارد و امکان برداشت عناصر ارزشمند با نیمهعمر کوتاه را فراهم میسازد، در حالی که از شکلگیری غلظتهای نامطلوب پلوتونیوم نیز جلوگیری میکند.
هدف نهایی، فقط بازیابی سوخت هستهای و ایزوتوپها نیست، بلکه کاهش سریع ذخیرهی پسماند آمریکا در بازهای چندده ساله به جای دورانی بسیار طولانی است. به گفته تیم سازنده، کاهش میتواند بسیار شدید باشد، زیرا آنچه برای استفادهی تجاری بازیافتپذیر نباشد، میتواند با نوترونهای رآکتورهای شکافت آینده یا راکتورهای ویژهی ساختهشده برای همین کار بمباران شود تا به عناصری با عمر کوتاه تبدیل شوند که در طول بازههایی از چند دهه، چند سال یا حتی چند دقیقه واپاشی میکنند و از بین میروند.
راس رادل، مدیر ارشد فناوری در شرکت شاین تکنولوژی، میگوید: «سوخت مصرفشدهی هستهای منبعی فوقالعاده است و مواد ارزشمند زیادی دارد که میتوان آنها را بهجای ذخیره یا دفع بازیابی کرد. ما امروز هم برای تولید ایزوتوپهای پزشکی، مواد رادیواکتیو را از هم جدا میکنیم و همان تخصص را به کار میگیریم تا پیسرز را به سمت استفادهی عملی پیش ببریم. این فناوری بخشی از تلاشهای ما برای تبدیل انرژی هستهای به منبعی تجدیدپذیر است.»
سوالات متداول
فناوری REDUCE چیست؟
فناوری REDUCE به منظور استخراج سوخت و ایزوتوپهای بازیافتپذیر از پسماند هستهای آمریکا طراحی شده است.
چرا پسماند هستهای مشکلساز است؟
پسماند هستهای به دلیل خطرات رادیواکتیو و نیاز به نگهداری امن، یک چالش بزرگ به شمار میآید.
ایزوتوپهای موجود در پسماند هستهای چه ارزشی دارند؟
ایزوتوپهای موجود در پسماند هستهای حدود ۲۴ میلیارد دلار ارزش دارند و سوخت اورانیوم و پلوتونیوم نیز ارزشی در حد تریلیونها دلار ایجاد میکند.
چگونه میتوان پسماند هستهای را بازیابی کرد؟
با استفاده از فناوریهای جدید مانند سانتریفیوژهای پرشتاب، امکان جداسازی و بازیابی مواد ارزشمند از پسماند هستهای فراهم میشود.
هدف نهایی پروژه REDUCE چیست؟
هدف نهایی پروژه REDUCE بازیابی سوخت هستهای و ایزوتوپها و همچنین کاهش سریع ذخیرهی پسماند هستهای در بازهای چندده ساله است.
