Cincuenta y seis millones de galones. Esa es la cantidad de desechos radiactivos de tanques que quedaron en el sitio de Hanford como resultado de la misión secreta del gobierno de proporcionar plutonio para las primeras armas atómicas del mundo y la Guerra Fría que siguió. Hoy en día, el sitio de Hanford es conocido como uno de los desafíos ambientales técnicamente más complejos del mundo.
"La cantidad de desechos heredados que deben procesarse y el costo de hacerlo es astronómico. Es una enorme cantidad de dinero y hasta que se resuelva el problema, tendremos que seguir monitoreando los tanques", dijo Reid Peterson, ingeniero químico. en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL).
Peterson ha pasado casi tres décadas trabajando en problemas de desechos de tanques para los sitios de la Oficina de Gestión Ambiental del Departamento de Energía (DOE). Formó parte de una respuesta nacional para evitar que los eructos de gas benceno en un tanque de desechos del sitio del río Savannah alcancen límites de inflamabilidad. Ayudó a desarrollar diferentes técnicas de separación química. Pero entre sus muchas contribuciones al desafío de limpiar desechos radiactivos químicamente complejos, un esfuerzo destaca por encima de los demás:capturar cesio-137.
El cesio-137 es en su mayor parte de origen humano. Se encuentra en grandes cantidades en los desechos nucleares porque es un subproducto de la producción de plutonio, un paso necesario en la producción de armas nucleares. Los científicos han descubierto cómo almacenar de forma segura estos desechos radiactivos en vidrio, pero antes de que eso suceda, una parte de los desechos líquidos del tanque debe tratarse para eliminar la mayor parte del cesio-137.
Esto se debe a que el tipo de radiación gamma que emite (energía superior a la de los rayos X) puede penetrar a través del cuerpo humano e incluso a través del acero, lo que hace que sea demasiado peligroso para los trabajadores operar y mantener la tecnología de procesamiento utilizada para fabricar vidrio residual de baja actividad. Ese ha sido el desafío de Peterson durante más de una década. Hasta la fecha, con el apoyo de la investigación de PNNL, el personal de Hanford ha eliminado el cesio de más de 697 000 galones de residuos de tanques, un hito importante en el progreso de la limpieza en Hanford.
En 2008, Peterson y otros investigadores del PNNL demostraron con éxito en un proyecto piloto que podían eliminar el cesio utilizando un sistema instalado junto a un tanque de residuos nucleares. Se demostró que conectar un sistema de eliminación directamente a un solo tanque es un enfoque rentable.
La demostración resultó importante cuando, tres breves años después, un terremoto y el consiguiente tsunami provocaron una fusión nuclear en la central nuclear de Fukushima Daiichi en Japón. La tecnología de eliminación de cesio tuvo que acelerarse y desplegarse rápidamente en respuesta al accidente.
"A los pocos días del evento, me dirigí a DC para hacer una revisión de qué tecnología debería usarse", dijo Peterson. "Fui varias veces a Fukushima para revisar sus tecnologías de eliminación de cesio. Pasábamos por delante de los reactores que habían explotado y mi dosímetro sonaba mientras pasábamos porque había mucha radiación".
El equipo recibió el Premio del Secretario del DOE en 2011 por esa respuesta.
Los esfuerzos de limpieza de Fukushima sirvieron como catalizador para el despliegue de sistemas similares en el sitio del río Savannah y, finalmente, en Hanford. En tiempo real, el mundo estaba viendo la eficacia de la tecnología.
Extracción de cesio, cinco galones por minuto
Peterson es el director del proyecto que llevó la tecnología de eliminación de cesio desde la escala de laboratorio hasta la demostración en altura completa, lo que le dio al operador del parque de tanques la confianza para continuar con las operaciones a gran escala. En el sitio de Hanford, se llama sistema de eliminación de cesio en el lado del tanque (TSCR).
TSCR trata previamente los residuos en un sistema construido dentro de un contenedor de envío, donde se colocan columnas de acero en el interior con una carretilla elevadora. Los residuos del tanque pasan a través de un filtro y fluyen hacia una columna. Dentro de la columna hay medios de intercambio iónico, que consisten en una mezcla de sílice y titanio como ingredientes principales. Los medios de intercambio iónico se asemejan a pequeñas cuentas blancas y, aunque pequeñas, tienen un gran poder:capturar cesio.
"A esto le encanta el cesio", dijo Peterson sobre los medios de intercambio iónico. "A medida que el líquido fluye a través del filtro hacia la columna, el medio absorbe la mayor parte".
Es un equilibrio complejo lograr que la velocidad del flujo del líquido sea la adecuada para que el medio tenga tiempo suficiente para absorber el cesio.
Peterson y su equipo en PNNL imitan TSCR a menor escala en un laboratorio especial instalado en el sitio de Hanford llamado Plataforma de prueba de desechos radiactivos.
"Con la plataforma de prueba de desechos radiactivos, sabemos con certeza que TSCR está funcionando como se supone que debe hacerlo porque tenemos todos estos datos de laboratorio que se alinean perfectamente con el rendimiento del sistema", afirmó.
Una vez que la columna está llena, el sistema se pausa y la columna se reemplaza por otra. El sistema Hanford TSCR ha estado funcionando desde enero de 2022. Puede funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana a un caudal de 5 galones de desechos pretratados por minuto. Pero, ¿qué sucede con los residuos una vez tratados previamente?
Del líquido radiactivo al vidrio estable
TSCR es el primer paso en el objetivo más amplio de estabilizar los desechos líquidos y convertirlos en vidrio (literalmente, haciéndolos parte de la estructura del vidrio) mediante un proceso llamado vitrificación. El personal de Hanford utilizará tecnología de vitrificación para mezclar residuos pretratados con materiales formadores de vidrio, calentarlos a más de 1150 °C en un fundidor de alta temperatura y verter el vidrio fundido en grandes recipientes de acero donde se enfría y solidifica para su eliminación a largo plazo. .
"Antes de que la 'Planta Vit' de Hanford entre en funcionamiento, es necesario pretratar 800.000 galones de desechos del tanque y estar listos para funcionar", dijo Peterson.
El pretratamiento es un paso vital por dos razones principales:seguridad y costo.
"Queremos poder realizar el mantenimiento por contacto del equipo en lugar de tener que hacerlo todo de forma remota", dijo Peterson. "Sin eliminar primero el cesio, se necesitaría una pared de protección de concreto de 6 pies de espesor y todo el concepto de diseño tendría que cambiar, lo que también generaría costos más altos".
La Planta Hanford Vit, formalmente llamada Planta de Inmovilización y Tratamiento de Residuos, está programada para comenzar a operar en 2025. Aunque más de 697,000 galones es un hito importante, es solo una pequeña mella en los desechos que aún esperan tratamiento previo. Un proyecto de seguimiento podría posiblemente acelerar el proceso de pretratamiento al llevar TSRC a una escala mucho mayor.
"Comencé esta carrera hace 29 años y he continuado con ella porque es un problema importante que resolver", dijo Peterson, quien recientemente fue honrado por su dedicación a la ingeniería química por la División de Ingeniería Nuclear de AIChE con el Premio Robert E. Wilson.
"Recibo una nota todos los días con cuántos galones ha procesado TSCR", dijo. "Poder respaldar algo que está en funcionamiento (y que funciona de manera efectiva) parece que estamos logrando un progreso realmente importante".
Proporcionado por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
