Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben moleculaire kristallen ontwikkeld die radioactief jodium, een bijproduct van kernafval, kunnen opvangen. De kristallen zijn herbruikbaar, kosteneffectief en kunnen ook worden gebruikt voor het afvangen van kooldioxide.
- Een van de grootste twistpunten over kernenergie is het opruimen van kernafval.
- Een groep onderzoekers gebruikte moleculaire kristallen om jodium, een van de belangrijkste bijproducten van kernsplijting, vast te leggen.
- De kristallen kunnen ook worden gebruikt om koolstof vast te leggen.
De uitdagingen van kernafval aanpakken
Kernafval, een bijproduct van kernreactoren, wordt ingedeeld in laag-, middel- en hoogactief afval, waarbij het laatste afval de meeste radioactiviteit bevat. Hoewel het maar een klein deel is van het totale geproduceerde afval, is het beheer van hoogactief afval, met name verbruikte splijtstof, al jaren een twistpunt.
De huidige methoden houden in dat gebruikte splijtstof wordt opgeslagen in natte of droge opslagfaciliteiten voordat het wordt gerecycled of opgeborgen. Recycling is een haalbare optie, aangezien ongeveer 97 procent van het materiaal, inclusief uranium en plutonium, potentieel herbruikbaar is als brandstof in bepaalde reactoren. Landen als Frankrijk, Japan, Duitsland, België en Rusland hebben plutoniumrecycling gebruikt om elektriciteit op te wekken en de radiologische voetafdruk van hun afval te verkleinen.
Een baanbrekende oplossing voor een alomtegenwoordig probleem
Het probleem van de verwerking van nucleair afval is dan ook altijd een grote uitdaging geweest. De bestaande methoden zijn niet alleen duur, maar ook ruimteverslindend. Onderzoekers in Houston hebben mogelijk de code gekraakt met een veelbelovende oplossing – moleculaire kristallen op basis van cyclo tetra benzil hydrazonen. Deze veelzijdige kristallen zijn in staat om radioactief jodium op te vangen, een van de meest voorkomende splijtingsproducten – splijting is het proces waarbij energie wordt onttrokken aan uraniumatomen – in kernafval.
Deze baanbrekende ontdekking, oorspronkelijk gedaan in 2015 door hetzelfde team, kan mogelijk de manier waarop we kernafval beheren en verwijderen herdefiniëren. De innovatieve technologie achter deze moleculaire kristallen laat een indrukwekkende jodiumopnamecapaciteit zien, vergelijkbaar met die van poreuze metaal-organische raamwerken en covalente organische raamwerken, materialen die eerder werden beschouwd als de toonaangevende oplossingen voor jodiumopvang.
Meerdere toepassingsmogelijkheden
De toepassingen van deze kristallen zijn niet beperkt tot het beheer van kernafval. Ze hebben ook potentieel voor het afvangen van kooldioxide en dragen zo bij aan wereldwijde inspanningen voor een schonere en duurzamere wereld. Bovendien lijkt de structuur van deze kristallen sterk op materialen die worden gebruikt in lithium-ionbatterijen, wat wijst op mogelijke energiegerelateerde toepassingen.
Het productieproces van deze kristallen is nog een veer op hun hoed. Ze kunnen tegen lage kosten en op grote schaal worden gemaakt met behulp van in de handel verkrijgbare chemicaliën, met het potentieel voor nog lagere kosten in een industriële omgeving. De kristallen, die ook bekend staan als “De Octopus” vanwege hun ringvormige structuren, kunnen in een academisch lab worden geproduceerd tegen een kostprijs van ongeveer $1 per gram.
Een stap in de richting van een net-nul toekomst
De ontwikkeling van deze moleculaire kristallen is niet alleen een belangrijke stap op weg naar een revolutie in het beheer van nucleair afval, maar ook een stap in de richting van een schonere en duurzamere wereld. Hoewel de praktische toepassingen van deze kristallen nog verder moeten worden onderzocht, zijn de onderzoekers enthousiast over de mogelijkheden die ze bieden.
Ondertussen worden snelle kweekreactoren (FBR’s), een andere potentiële oplossing voor het kernafvalprobleem, opnieuw overwogen in Europa. Recente ontwikkelingen in de FBR-technologie, zoals verbeterde ontwerpen en pyroverwerkingstechnieken, bieden verbeterde veiligheidskenmerken, een beter brandstofgebruik en minder afval. De discussies over hun rol in een groenere toekomst gaan echter door en investeringen in FBR-ontwikkeling en -onderzoek worden gezien als cruciaal.
