Eliminare la radioattività presente nei rifiuti nucleari
Nel contesto odierno in cui l’Europa si allontana dall’energia nucleare, diversi paesi stanno smantellando i propri impianti nucleari e altre strutture basate su tale energia. Si tratta di un processo complesso che prevede lo smantellamento del reattore, la rimozione del materiale radioattivo e la bonifica dell’ex sito nucleare. Prima che i rifiuti radioattivi possano essere smaltiti in sicurezza, tuttavia, è necessario soddisfare determinati requisiti per il loro trattamento. Ed è qui che entra in gioco il progetto PREDIS, finanziato dall’UE, che ha lavorato per sviluppare soluzioni sicure e mature a livello industriale di cui l’industria nucleare ha attualmente bisogno per trattare i rifiuti radioattivi. Un articolo pubblicato sul portale «Innovation News Network» esamina come sarebbe possibile promuovere una soluzione sostenibile allineando i concetti di gestione dei rifiuti nucleari e di analisi del ciclo di vita. Questo tipo di analisi viene descritta come un «metodo utilizzato per valutare l’impatto ambientale esercitato da un prodotto nel corso del suo ciclo vitale, che comprende le fasi di estrazione e trattamento delle materie prime, fabbricazione, distribuzione, utilizzo, riciclaggio e smaltimento finale». L’articolo concentra l’attenzione sui rifiuti metallici radioattivi e sulla loro decontaminazione. Una significativa percentuale dei rifiuti metallici radioattivi generati nel corso del processo di messa fuori servizio di un impianto comprende componenti esterni al nocciolo del reattore, quali condutture per il trasporto del calore e tubi scambiatori di calore, nei quali la radioattività si deposita sulla superficie. Per la costruzione degli impianti nucleari vengono utilizzati diversi tipi di metalli, tra cui acciaio inossidabile, acciaio al carbonio e leghe di nichel (Ni). «I metalli presenti in un reattore nucleare possono contaminarsi in svariati modi, tra cui corrosione, danni da radiazioni e attivazione di neutroni», riferisce l’articolo. «La corrosione nei reattori nucleari può verificarsi in seguito all’esposizione dei metalli a temperature elevate, alta pressione o sostanze chimiche nell’ambiente del reattore. I prodotti di corrosione sono elementi metallici (come ad esempio cobalto, ferro, nichel, etc.) che vengono rilasciati direttamente in forma attivata, oppure che si attivano dopo essere stati sottoposti a un flusso di neutroni.» I principali prodotti di corrosione responsabili delle intensità di dose sono il cobalto-60 (60Co) e il cobalto-58 (58Co), isotopi radioattivi del cobalto, nonché il cromo-51 (51Cr), il manganese-54 (54Mn) e il ferro-59 (59Fe). «Tali prodotti si trovano negli strati di corrosione dei metalli, per cui la decontaminazione di questi ultimi comporta solitamente la rimozione degli stessi strati sulla superficie del metallo interessato con un attacco minimo del metallo di base.»
Un processo di decontaminazione a due fasi
Tra i metodi di decontaminazione figurano la decontaminazione mediante reagenti chimici, la decontaminazione laser e l’elettrocoagulazione. Tra le procedure di decontaminazione che ricorrono all’impiego di reagenti chimici ve ne è una nota come decontaminazione tramite riduzione dell’ossidazione chimica, che si suddivide in due fasi. «Nella prima fase si utilizza lo ione permanganato (MnO4-) per ossidare lo strato di ossido di cromo e rilasciare ioni cromato, mentre in quella successiva viene aggiunto acido ossalico per ridurre l’MnO4- in ioni acquosi Mn2+ e dissolvere gli strati di ossidi arricchiti con Fe e Ni dalla superficie delle leghe.» Secondo l’articolo, lo svolgimento di ciascuna fase dura tra le 3 e le 6 ore e può essere ripetuto più volte. «È possibile trattare le soluzioni con resina a scambio ionico per estrarre i metalli disciolti, oppure si può sottoporle a un processo di precipitazione per precipitare i metalli e ridurre l’impiego di resine, riducendo ulteriormente i rifiuti radioattivi.» L’aggiunta di perossido di idrogeno combinata con il riscaldamento a ultravioletti consente di distruggere il restante acido ossalico. Dato che la decontaminazione tramite riduzione dell’ossidazione chimica genera grandi quantità di rifiuti liquidi radioattivi, l’integrazione dei concetti di analisi del ciclo di vita potrebbe promuovere una soluzione sostenibile, secondo quanto riportato dall’articolo. Il progetto PREDIS (PRE-DISposal management of radioactive waste) si concluderà nell’agosto del 2024. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto PREDIS
Parole chiave
PREDIS, rifiuti radioattivi, metallo, nucleare, decontaminazione, reattore, corrosione