Η προσπάθεια συνδέεται με τον φιλόδοξο στόχο της Ουάσινγκτον να προσθέσει έως το 2050 περίπου 300 GW νέας πυρηνικής ισχύος - Σήμερα οι ΗΠΑ διαθέτουν 94 αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος, οι οποίοι καλύπτουν περίπου το 20% της ηλεκτροπαραγωγής της χώρας και αντιστοιχούν σε περίπου 100 GW εγκατεστημένης ισχύος
Οι ΗΠΑ εξετάζουν μια νέα στρατηγική ανακύκλωσης πυρηνικών καυσίμων, η οποία θα μπορούσε να περιορίσει δραστικά τον χρόνο που απαιτείται για την αποθήκευση ραδιενεργών αποβλήτων, από δεκάδες ή και εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια σε μόλις μερικές εκατοντάδες.
Η προσπάθεια συνδέεται με τον φιλόδοξο στόχο της Ουάσινγκτον να προσθέσει έως το 2050 περίπου 300 GW νέας πυρηνικής ισχύος. Σήμερα οι ΗΠΑ διαθέτουν 94 αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος, οι οποίοι καλύπτουν περίπου το 20% της ηλεκτροπαραγωγής της χώρας και αντιστοιχούν σε περίπου 100 GW εγκατεστημένης ισχύος.
Η σημαντική διεύρυνση του πυρηνικού στόλου, ωστόσο, θα μπορούσε να οδηγήσει και σε μεγάλη αύξηση των χρησιμοποιημένων πυρηνικών καυσίμων, εφόσον συνεχιστεί το σημερινό μοντέλο διαχείρισής τους.
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος, ερευνητές του Argonne National Laboratory (ANL) αναπτύσσουν τεχνολογίες που θα μπορούσαν να επιτρέψουν την επαναχρησιμοποίηση των χρησιμοποιημένων καυσίμων σε προηγμένους πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Πυροεπεξεργασία για λιγότερα απόβλητα
Στο επίκεντρο της έρευνας βρίσκεται η πυροεπεξεργασία, μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί υψηλές θερμοκρασίες για τη φυσική ή χημική μεταβολή στερεών υλικών. Η αξιοποίησή της θα μπορούσε να περιορίσει την ανάγκη για νέο ουράνιο από εξορύξεις και παράλληλα να μειώσει σημαντικά την ποσότητα των αποβλήτων που πρέπει να αποθηκευτούν.
Σύμφωνα με το Argonne, η ανακύκλωση του χρησιμοποιημένου πυρηνικού καυσίμου θα μπορούσε να περιορίσει τον απαιτούμενο χρόνο αποθήκευσης των αποβλήτων από εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια σε μερικές εκατοντάδες.
Το αμερικανικό εργαστήριο μελετά την ανακύκλωση χρησιμοποιημένων πυρηνικών καυσίμων εδώ και σχεδόν μισό αιώνα. Η πυροεπεξεργασία επανέρχεται σήμερα στο προσκήνιο ως πιθανή λύση για την αξιοποίηση υλικών που παραμένουν μέσα στο χρησιμοποιημένο καύσιμο και μπορούν να χρησιμοποιηθούν εκ νέου σε προηγμένους αντιδραστήρες.
Η τεχνολογία είχε αποτελέσει βασικό τμήμα του προγράμματος Integral Fast Reactor (IFR) του Argonne, το οποίο συνδύαζε ταχυαντιδραστήρα με επιτόπια ανακύκλωση καυσίμου.
Η Ιαπωνία είχε εξετάσει τη συγκεκριμένη τεχνολογία μαζί με το καύσιμο μικτών οξειδίων πλουτωνίου και ουρανίου (MOX) κατά τις δεκαετίες του 1980 και του 1990, πριν στραφεί τελικά στη δεύτερη επιλογή. Πλέον, εξετάζει εκ νέου τεχνολογίες IFR και πυροεπεξεργασίας για αντιδραστήρες που αναμένεται να τεθούν σε λειτουργία τη δεκαετία του 2040.
Συνεργασία με Deep Isolation και Oklo
Το Argonne συνεργάζεται παράλληλα με εταιρείες όπως η Deep Isolation και η Oklo, με στόχο να μεταφέρει τις τεχνολογίες ανακύκλωσης από το εργαστήριο προς την εμπορική αξιοποίηση.
Οι ερευνητές του ANL και της Deep Isolation μετατρέπουν σταθερά οξείδια που προέρχονται από χρησιμοποιημένο πυρηνικό καύσιμο σε μεταλλική μορφή. Πρόκειται για κρίσιμο προκαταρκτικό στάδιο πριν από την εφαρμογή ηλεκτροχημικών διαδικασιών επεξεργασίας.
Παράλληλα, αναπτύσσονται αισθητήρες που επιτρέπουν την παρακολούθηση της διαδικασίας σε πραγματικό χρόνο, ενώ δοκιμάζονται οικονομικότερα υλικά που θα μπορούσαν να προσφέρουν αντίστοιχες επιδόσεις.
Σε συνεργασία με την Oklo, οι ερευνητές αναπτύσσουν επίσης συστήματα μηχανικής μάθησης και ψηφιακά δίδυμα για τη διαδικασία ηλεκτροδιύλισης, με στόχο τη βελτίωση του σχεδιασμού και της λειτουργίας των συστημάτων ανακύκλωσης.
Νέες τεχνολογίες διαχωρισμού
Σε ξεχωριστό ερευνητικό πρόγραμμα, το Argonne συνεργάζεται με την εταιρεία SHINE Technologies από το Ουισκόνσιν για την ανάπτυξη νέων μεθόδων ανακύκλωσης πυρηνικών καυσίμων.
Η συγκεκριμένη προσέγγιση χρησιμοποιεί φυγοκεντρικούς επαφείς για τον διαχωρισμό διαφορετικών υγρών. Σύμφωνα με τον Peter Tkac, πυρηνικό χημικό του ANL και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, ιδιαίτερη σημασία έχει η βελτιστοποίηση των σταδίων διαχωρισμού με τρόπο που να αποφεύγεται η παραγωγή πλήρως διαχωρισμένων ρευμάτων ευαίσθητων πυρηνικών υλικών.
Η ερευνητική ομάδα έχει τη δυνατότητα να δοκιμάζει τις διαδικασίες υπό συνθήκες που προσομοιώνουν το περιβάλλον εγκαταστάσεων ανακύκλωσης με υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας.
Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ένας επιταχυντής ηλεκτρονίων Van de Graaff, ο οποίος αναπαράγει την έντονη ακτινοβολία που επικρατεί σε εγκαταστάσεις ανακύκλωσης πυρηνικών καυσίμων. Με αυτόν τον τρόπο οι επιστήμονες μπορούν να εξετάζουν πώς υποβαθμίζονται οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία με την πάροδο του χρόνου.
Παράλληλα, το εργαστήριο αξιοποιεί εξειδικευμένους τρισδιάστατους εκτυπωτές για την κατασκευή εξαρτημάτων ειδικά σχεδιασμένων για τις ανάγκες των πειραμάτων. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει στους ερευνητές να δοκιμάζουν γρήγορα διαφορετικές σχεδιαστικές λύσεις πριν από τη μετάβαση σε συστήματα βιομηχανικής κλίμακας.
www.worldenergynews.gr
