Científicos del Argonne National Laboratory han impreso por primera vez piezas en 3D que allanan el camino para reciclar hasta el 97 por ciento de los desechos producidos por los reactores nucleares.
Los avances en la impresión 3D también están listos para transformar la industria nuclear a medida que los científicos cosechan los beneficios de crear materiales flexibles, piezas y sensores capa por capa.
Al menos esta es la conclusión que quieren lanzar desde el organismo de investigación estadounidense Argonne National Laboratory los científicos que trabajan en la fabricación aditiva para reciclar el combustible nuclear usado de manera más eficiente.
Del 95 al 97% de los desechos nucleares
Los desechos de los reactores nucleares se pueden reciclar de varias maneras, incluido un método desarrollado por científicos de Argonne en la década de 1970. Con estos enfoques, los ingenieros nucleares reciclan el 95 por ciento del combustible nuclear gastado de un reactor, dejando solo el cinco por ciento para almacenarlos como desechos a largo plazo.
Reciclar otro dos por ciento de los desechos nucleares puede no parecer mucho. Pero reduciría drásticamente tanto la cantidad de desechos almacenados y el tiempo que siguen siendo peligrosos
Por primera vez, los científicos de Argonne han impreso piezas tridimensionales que allanan el camino para reciclar aún más desechos nucleares y llegar hasta un 97%.
«En lugar de almacenar el cinco por ciento durante cientos de miles de años, el tres por ciento restante debe almacenarse en un máximo de aproximadamente mil años», explica Andrew Breshears, químico nuclear y coautor de Argonne. «En otras palabras, este paso adicional puede reducir la duración del almacenamiento casi mil veces», asegura.
El procedimiento
Según informa la agencia de noticias EuropaPress, para lograr este objetivo, los científicos de Argonne primero tuvieron que separar los isótopos de actínidos altamente radiactivos (americio y curio) de los lantánidos, o metales de tierras raras, que, en su mayor parte, no son radiactivos.
En 2013, el químico Artem V. Gelis, ahora con la Universidad de Nevada, Las Vegas, y sus colegas de Argonne crearon un plan para reciclar ese dos por ciento adicional llamado Proceso de separación de actánidos y lantánidos (ALSEP). Sin embargo, el equipo se enfrentó a un desafío científico común: cómo convertir su trabajo de tubos de ensayo en un laboratorio a un proceso más grande que se traduzca en una escala industrial. Ahí es donde entró la fabricación aditiva.
El equipo rediseñó el proceso ALSEP en torno a dispositivos que separan productos químicos, llamados contactores centrífugos. El ingeniero de Argonne Peter Kozak imprimió varios contactores y los unió, convirtiendo un pequeño (y lento) proceso en uno en el que los científicos pueden separar los actínidos de los lantánidos sin parar. «Esto cierra la brecha entre la separación de los elementos a escala de laboratorio y a escala industrial», señala Breshears.
Para hacer este descubrimiento, los científicos de Argonne comenzaron con combustible nuclear simulado del que se había extraído uranio, plutonio y neptunio a través de un proceso modificado de extracción de reducción de uranio y plutonio (PUREX). El equipo agregó esta mezcla líquida que contiene el americio y el curio en un lado de la fila de 20 contactores. Por otro lado, el equipo agregó una mezcla de químicos industriales que fueron diseñados para separar los actínidos.
Siguiendo un plan de separación de 36 pasos, los científicos eliminaron el 99,9 por ciento de los actínidos de los lantánidos. Esta fue una hazaña sorprendente porque ambos conjuntos de elementos comparten una química similar. «Sus estados de oxidación son los mismos, lo que los hace muy difíciles de separar», dice Breshears.
En el camino, los científicos encontraron dos beneficios adicionales del uso de piezas impresas en 3D:
- los contactores ofrecieron garantías inherentes contra la proliferación nuclear. Los tubos que conectan los 20 contactores corren dentro de cada dispositivo, lo que hace que sea más difícil desviar el plutonio u otro material radiactivo del proceso.
- las piezas impresas en 3D son flexibles. «Si una parte fallara, sería fácil reimprimirla y reemplazarla. Podríamos agregar o quitar pasos fácilmente», indica Kozak.
Si bien este avance es un paso en la dirección correcta, se necesita hacer más trabajo. «Quizás encontremos una nueva forma de reducir el tamaño del proceso», sostiene Breshears. «Cuanto más separemos los actínidos, más podremos reducir el impacto que tienen en el público y el medio ambiente».
