Odlaganje istrošenog nuklearnog goriva (ING) ostaje značajan globalni izazov. Samo u Rusiji se svake godine iz reaktora nuklearnih elektrana ukloni približno 650 tona radioaktivnog otpada.
Većina ovog otpada se jednostavno zakopava, a samo oko 15 odsto se regeneriše. Međutim, naučnici iz Sankt Peterburga razvili su revolucionarnu tehnologiju za regeneraciju istrošenog nuklearnog goriva i deaktivaciju komponenti nuklearnih elektrana, uključujući ozračeni grafit reaktora – materijal koji je postao značajna globalna prepreka za dalji razvoj nuklearne energije. Šef istraživačkog tima koji stoji iza ove inovativne tehnologije, dr Ana Petrovskaja, kandidat fizičkih i matematičkih nauka, objasnila je detalje procesa.
Rešavanje trenutne dileme
Istrošeno nuklearno gorivo i dalje predstavlja značajan izazov za zemlje koje upravljaju nuklearnim elektranama. Kako objašnjava dr Ana Petrovskaja, jedna od glavnih briga je ogromna količina istrošenog nuklearnog goriva (ING) koja se nagomilala tokom godina, što stvara složene probleme u pogledu bezbednog upravljanja i dugoročnog odlaganja.
„Postoje stotine hiljada tona istrošenog nuklearnog goriva širom sveta, od čega se oko 25.000 tona nalazi samo u Rusiji“, ističe ona.
Postojeće tehnologije za preradu ING-a su nedovoljne, dodaje ona, jer najčešće korišćene radiohemijske metode proizvode velike količine sekundarnog tečnog radioaktivnog otpada i zahtevaju višestepene procese za razdvajanje do 40 različitih hemijskih elemenata iz istrošenog goriva. Ti procesi su i skupi i vremenski zahtevni.
Problem skladištenja
Iako se odlaganje (skladištenje) često smatra rešenjem, dr Petrovskaja tvrdi da je to samo „odloženi problem“.
„Skladištenje radioaktivnog otpada, bilo duboko ili površinsko, ne rešava osnovni problem dugoročnog upravljanja otpadom“, objašnjava ona i ističe da su potrebni novi, efikasniji pristupi.
Jedinstveno rešenje: jon-plazma tehnologija
Revolucionarna tehnologija koju je razvio tim dr Petrovskaje zasniva se na metodama jon-plazma i jon-termalne prerade. Ova tehnologija izbegava nastanak tečnog radioaktivnog otpada atomizacijom istrošenog goriva u atmosferi inertnog gasa, koristeći skraćeno plazma pražnjenje. Atomi se zatim razdvajaju na osnovu razlika u temperaturi kondenzacije, čime se postiže izuzetna efikasnost od 99% u razdvajanju hemijskih elemenata poput uranijuma i plutonijuma.
„Ova metoda nam omogućava da razdvojimo svaki element pojedinačno, za razliku od postojećih plazma centrifuga koje mogu da podele istrošeno gorivo samo na dve frakcije: tešku i laku“, objašnjava naučnica.
Tehnologija je, kako ističe, i veoma isplativa, sa operativnim troškovima od samo 20 dolara po kilogramu goriva.
Ponovna upotreba i smanjenje radioaktivnosti
Nakon razdvajanja, fisioni elementi kao što su uranijum i plutonijum mogu se ponovo koristiti za proizvodnju novog nuklearnog goriva. Druge visoko radioaktivne komponente, poput stroncijuma-90, mogu se usmeriti na „sagorevanje“ u brzim neutronskim reaktorima, pri čemu se pretvaraju u stabilne ili kratkotrajne izotope, čime se smanjuje ukupna količina radioaktivnog otpada koji nastaje u proizvodnji nuklearne energije.
Petrovskajin tim takođe istražuje mogućnost primene ovih elemenata u novim tipovima beta-voltaičnih baterija — inovativnim izvorima energije koji bi mogli da obezbede „večnu“ energiju za primene kao što su pejsmejkeri, istraživanje svemira, pa čak i potrošačka elektronika.
Šta je sa preradom istrošenog nuklearnog goriva?
Uprkos tehnološkom proboju u Rusiji, dr Petrovskaja napominje da se na globalnom nivou samo mali procenat istrošenog nuklearnog goriva (ING) prerađuje.
„U Sjedinjenim Državama, na primer, istrošeno nuklearno gorivo se uglavnom skladišti umesto da se prerađuje, jer su za njih starije tehnologije ekonomski isplativije“, kaže ona.
Međutim, ona upozorava da je zatvaranje nuklearnog gorivnog ciklusa nemoguće bez efikasnih metoda prerade.
Kako se očekuje da će prirodni uranijum-235 biti iscrpljen u narednih 40 do 80 godina, zatvaranje gorivnog ciklusa postaje sve kritičnije. Reaktori sa brzim neutronima, u kojima Rusija ima tehnološku prednost, vide se kao potencijalno rešenje ovog problema.
Rusija je napravila značajne korake u ovoj oblasti — već su izgrađeni prototipovi reaktora sa brzim neutronima, a u toku su ispitivanja novih vrsta goriva kao što su MOKS i SNUP. Ipak, dr Petrovskaja naglašava da čak i uz ove reaktore, efikasna tehnologija prerade i dalje ostaje ključna za zatvaranje gorivnog ciklusa.
Tehnološko vođstvo Rusije
Tehnologija prerade koju je razvio tim dr Petrovskaje je jedinstvena. Pored prerade ING-a, tim je razvio i metode za deaktivaciju ozračenog grafita reaktora — problema koji do sada nije rešen na globalnom nivou. Tehnologija je patentirana u saradnji sa kompanijama Rosenergoatom i Rosatom i smatra se potencijalnim rešenjem za proces dekomisije reaktora, posebno RBMK reaktora koji se koriste u više ruskih elektrana.
Globalni uticaj
Ova tehnologija ima potencijal daleko izvan granica Rusije. Dr Petrovskaja smatra da bi mogla biti posebno korisna za rešavanje posledica nuklearne katastrofe u Fukušimi-1, gde je potrebna deaktivacija ogromnih količina radioaktivnog otpada.
Liderstvo Rusije u razvoju naprednih nuklearnih tehnologija, uključujući preradu ING-a i deaktivaciju ozračenih materijala, pozicionira je kao ključnog igrača u rešavanju globalnih izazova upravljanja nuklearnim otpadom. Kako svet sve više zavisi od nuklearne energije, ovakve inovacije mogu biti ključ za bezbedniju i održiviju energetsku budućnost.
