Οι ΗΠΑ θα μπορούσαν να τετραπλασιάσουν την πυρηνική τους παραγωγική ικανότητα έως το 2050 - Η ανακύκλωση πυρηνικού καυσίμου θα μπορούσε να μειώσει την αποθήκευση πυρηνικών αποβλήτων από 100.000 χρόνια σε μερικές εκατοντάδες (Interesting Engineering)
Οι ΗΠΑ σχεδιάζουν να προσθέσουν 300 GW πυρηνικής ισχύος έως το 2050 και να αναπτύξουν στρατηγική ανακύκλωσης πυρηνικού καυσίμου, η οποία θα μπορούσε να μειώσει τον απαιτούμενο χρόνο αποθήκευσης των ραδιενεργών αποβλήτων από χιλιάδες χρόνια σε μόλις μερικές εκατοντάδες.
Η χώρα λειτουργεί σήμερα 94 αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος, οι οποίοι παρέχουν περίπου το 20% της ηλεκτρικής της ενέργειας και περίπου 100 GW παραγωγικής ισχύος.
Η επίτευξη του στόχου για το 2050 θα διεύρυνε σημαντικά τον υφιστάμενο πυρηνικό στόλο της χώρας.
Παράλληλα, θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντικά μεγαλύτερες ποσότητες χρησιμοποιημένου πυρηνικού καυσίμου, εάν οι υφιστάμενες πρακτικές παραμείνουν αμετάβλητες.
Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, επιστήμονες στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne (ANL) έχουν ξεκινήσει την ανάπτυξη τεχνολογιών που θα μπορούσαν να ανακυκλώνουν αυτό το καύσιμο για χρήση σε προηγμένους αντιδραστήρες.
Η πυροεπεξεργασία θα μπορούσε να μειώσει την ανάγκη για εξόρυξη νέου ουρανίου, παράγοντας παράλληλα λιγότερα απόβλητα. Σύμφωνα με το εργαστήριο, θα μπορούσε επίσης να μειώσει τον απαιτούμενο χρόνο αποθήκευσης των αποβλήτων από εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια σε μόλις μερικές εκατοντάδες.
Ανακύκλωση χρησιμοποιημένου πυρηνικού καυσίμου
Το Argonne μελετά εδώ και σχεδόν μισό αιώνα την ανακύκλωση χρησιμοποιημένου πυρηνικού καυσίμου.
Η πυροεπεξεργασία κερδίζει πλέον εκ νέου το ενδιαφέρον ως μέθοδος μετατροπής του χρησιμοποιημένου καυσίμου σε υλικό που μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί σε προηγμένους πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Η διαδικασία χρησιμοποιεί υψηλές θερμοκρασίες για τη φυσική ή χημική μεταβολή στερεών υλικών.
Η τεχνολογία αποτέλεσε βασικό μέρος του προγράμματος Integral Fast Reactor (IFR) του ANL, το οποίο συνδύαζε έναν ταχύ αντιδραστήρα με επιτόπια ανακύκλωση καυσίμου.
Παράλληλα, η Ιαπωνία εξέτασε τον IFR μαζί με καύσιμο μικτών οξειδίων πλουτωνίου-ουρανίου (MOX) κατά τις δεκαετίες του 1980 και του 1990, προτού επιλέξει το δεύτερο.
Τώρα έχει ξεκινήσει εκ νέου την αξιολόγηση του IFR και των μεθόδων πυροεπεξεργασίας για αντιδραστήρες που αναμένεται να τεθούν σε λειτουργία τη δεκαετία του 2040.
Παράλληλα, το Argonne συνεργάζεται με εταιρείες όπως η Deep Isolation και η Oklo, με στόχο να φέρει τις τεχνολογίες ανακύκλωσης πυρηνικού καυσίμου πιο κοντά στην εμπορική αξιοποίηση.
Ερευνητές του ANL και της Deep Isolation μετατρέπουν σταθερά οξείδια από χρησιμοποιημένο πυρηνικό καύσιμο σε μεταλλική μορφή.
Αυτό αποτελεί κρίσιμο πρώτο βήμα πριν από την ηλεκτροχημική επεξεργασία.
Η ομάδα αναπτύσσει επίσης αισθητήρες για την παρακολούθηση της διαδικασίας σε πραγματικό χρόνο και δοκιμάζει φθηνότερα υλικά που θα μπορούσαν να προσφέρουν τις ίδιες επιδόσεις.
Σε συνεργασία με την Oklo, αναπτύσσει συστήματα μηχανικής μάθησης και ψηφιακά δίδυμα για την ηλεκτροδιύλιση.
Προώθηση της έρευνας
Σε μια ακόμη προσπάθεια, ερευνητές του Argonne συνεργάζονται με την εταιρεία SHINE Technologies από το Wisconsin για την ανακύκλωση πυρηνικού καυσίμου.
Η προσέγγισή τους βασίζεται σε φυγοκεντρικούς επαφείς για τον διαχωρισμό διαφορετικών υγρών.
«Είναι πολύ σημαντικό να βελτιστοποιήσουμε τα στάδια διαχωρισμού και να αναπτύξουμε μια διαδικασία που διατηρεί τα ευαίσθητα πυρηνικά υλικά αναμεμειγμένα, αντί να παράγει καθαρά, διαχωρισμένα ρεύματα», δήλωσε ο Peter Tkac, PhD, πυρηνικός χημικός και επικεφαλής ομάδας στο ANL.
Εξήγησε ότι η ομάδα μπορεί να δοκιμάζει διαδικασίες διαχωρισμού υπό συνθήκες που προσομοιώνουν τις εγκαταστάσεις ανακύκλωσης υψηλής ραδιενέργειας.
Για το έργο, η ομάδα χρησιμοποιεί έναν επιταχυντή ηλεκτρονίων Van de Graaff για να αναπαράγει την έντονη ακτινοβολία στο εσωτερικό εγκαταστάσεων ανακύκλωσης πυρηνικού καυσίμου.
Αυτό τους επιτρέπει να αναλύουν τον τρόπο με τον οποίο τα χημικά που χρησιμοποιούνται στην ανακύκλωση διασπώνται με την πάροδο του χρόνου.
Η ομάδα χρησιμοποιεί επίσης εξειδικευμένους τρισδιάστατους εκτυπωτές για την κατασκευή εξαρτημάτων κατά παραγγελία. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να αξιολογεί γρήγορα διαφορετικούς σχεδιασμούς προτού προχωρήσει τελικά σε συστήματα βιομηχανικής κλίμακας.
«Έχουμε μια καλή στρατηγική για την ανακύκλωση πυρηνικού καυσίμου», τόνισε ο Tkac σε ανακοίνωση Τύπου. «Οι προσεγγίσεις που θα ακολουθηθούν θα εξαρτηθούν από τις τεχνολογίες πυρηνικών αντιδραστήρων που θα επιλεγούν για την παραγωγή ενέργειας».
www.worldenergynews.gr
