La energía nuclear continúa expandiéndose a nivel mundial, propulsado, en parte, por el hecho de que produce pocas emisiones de gases de efecto invernadero al tiempo que proporciona una producción de energía constante. Pero junto con esa expansión viene una mayor necesidad de lidiar con los grandes volúmenes de agua utilizados para enfriar estas plantas, que se contamina con isótopos radiactivos que requieren una eliminación especial a largo plazo.

Ahora, un método desarrollado en el MIT proporciona una forma de reducir sustancialmente el volumen de agua contaminada que debe eliminarse, en su lugar, concentra los contaminantes y permite que el resto del agua se recicle a través del sistema de enfriamiento de la planta. El sistema propuesto se describe en la revista Ciencia y Tecnología Ambiental , en un artículo del estudiante de posgrado Mohammad Alkhadra, profesor de ingeniería química Martin Bazant, y otros tres.

El método utiliza un proceso llamado electrodiálisis de choque, que utiliza un campo eléctrico para generar una onda de choque de desionización en el agua. La onda de choque empuja las partículas cargadas eléctricamente, o iones, a un lado de un tubo lleno de material poroso cargado, de modo que la corriente concentrada de contaminantes pueda separarse del resto del agua. El grupo descubrió que dos contaminantes radionúclidos, isótopos de cobalto y cesio, pueden eliminarse selectivamente del agua que también contiene ácido bórico y litio. Después de que la corriente de agua se haya limpiado de sus contaminantes de cobalto y cesio, se puede reutilizar en el reactor.

El proceso de electrodiálisis de choque fue desarrollado inicialmente por Bazant y sus compañeros de trabajo como un método general para eliminar la sal del agua. como se demostró en su primer prototipo escalable hace cuatro años. Ahora, el equipo se ha centrado en esta aplicación más específica, lo que podría ayudar a mejorar la economía y el impacto medioambiental de las centrales nucleares en funcionamiento. En la investigación en curso, también continúan desarrollando un sistema para eliminar otros contaminantes, incluyendo plomo, de beber agua.

El nuevo sistema no solo es económico y escalable a grandes tamaños, pero, en principio, también puede hacer frente a una amplia gama de contaminantes, Dice Bazant. "Es un solo dispositivo que puede realizar una amplia gama de separaciones para cualquier aplicación específica, " él dice.

En su anterior trabajo de desalación, los investigadores utilizaron mediciones de la conductividad eléctrica del agua para determinar cuánta sal se eliminó. En los años transcurridos desde entonces, el equipo ha desarrollado otros métodos para detectar y cuantificar los detalles de lo que hay en los desechos radiactivos concentrados y el agua limpia.

"Medimos cuidadosamente la composición de todas las cosas que entran y salen, "dice Bazant, quien es el E.G. Roos es profesor de Ingeniería Química y profesor de matemáticas. "Esto realmente abrió una nueva dirección para nuestra investigación". Comenzaron a enfocarse en procesos de separación que serían útiles por razones de salud o que darían como resultado la concentración de material de alto valor, ya sea para su reutilización o para compensar los costos de eliminación.

El método que desarrollaron funciona para la desalación de agua de mar, pero es un proceso relativamente intensivo en energía para esa aplicación. El costo de la energía es dramáticamente menor cuando el método se usa para separaciones selectivas de iones de corrientes diluidas como el agua de enfriamiento de plantas nucleares. Para esta aplicación, que también requiere una eliminación costosa, el método tiene sentido económico, él dice. También alcanza los dos objetivos del equipo:tratar con materiales de alto valor y ayudar a salvaguardar la salud. La escala de la aplicación también es significativa:una sola planta nuclear grande puede hacer circular alrededor de 10 millones de metros cúbicos de agua por año a través de su sistema de enfriamiento. Dice Alkhadra.

Para sus pruebas del sistema, los investigadores utilizaron aguas residuales nucleares simuladas basadas en una receta proporcionada por Mitsubishi Heavy Industries, que patrocinó la investigación y es un importante constructor de plantas nucleares. En las pruebas del equipo, después de un proceso de separación de tres etapas, pudieron eliminar el 99,5 por ciento de los radionúclidos de cobalto en el agua mientras retuvieron alrededor del 43 por ciento del agua en forma limpia para poder reutilizarla. Se pueden reutilizar hasta dos tercios del agua si el nivel de limpieza se reduce al 98,3 por ciento de los contaminantes eliminados. el equipo encontró.

Si bien el método general tiene muchas aplicaciones potenciales, la separación de aguas residuales nucleares, es "uno de los primeros problemas que creemos que podemos resolver [con este método] para el que no existe ninguna otra solución, "Dice Bazant. Ninguna otra práctica, continuo, Se ha encontrado un método económico para separar los isótopos radiactivos de cobalto y cesio. los dos principales contaminantes de las aguas residuales nucleares, él añade.

Si bien el método podría usarse para la limpieza de rutina, también podría marcar una gran diferencia al tratar con casos más extremos, como los millones de galones de agua contaminada en la central eléctrica Fukushima Daichi dañada en Japón, donde la acumulación de esa agua contaminada ha amenazado con dominar los sistemas de contención diseñados para evitar que se filtre hacia el Pacífico adyacente. Si bien el nuevo sistema hasta ahora solo se ha probado a escalas mucho más pequeñas, Bazant dice que estos sistemas de descontaminación a gran escala basados ​​en este método podrían ser posibles "en unos pocos años".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.