Il professore di fisica di Wake Forest Timo Thonhasuer parla con la borsista post-dottorato Stephanie Jensen della loro ricerca sulla cattura di materiali di scarto radioattivi nelle centrali nucleari. Attestazione:WFU / Ken Bennett
Un nuovo metodo per catturare i rifiuti radioattivi dalle centrali nucleari è più economico e più efficace dei metodi attuali, un potenziale vantaggio per il settore energetico, secondo una nuova ricerca pubblicata sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
"Il nostro metodo di acquisizione supera di gran lunga tutte le tecnologie attuali e potrebbe cambiare il panorama della produzione di energia in tutto il mondo, " disse Timo Thonhauser, il fisico computazionale della Wake Forest University nel gruppo di ricerca.
La nuova trappola molecolare, un framework metallo-organico (MOF) chiamato MIL-101-Cr, è stato sviluppato da scienziati guidati da Jing Li alla Rutgers University, analizzato dal laboratorio di Thonhauser a Wake Forest e misurato dagli scienziati nel laboratorio di Yves Chabal presso l'Università del Texas-Dallas.
Questo MOF unico rimuove quasi tutto lo ioduro radioattivo dalle barre di combustibile nucleare usate. Le normative negli Stati Uniti richiedono che gli impianti di ritrattamento eliminino il 99,967% degli ioduri radioattivi dalle barre. Il MOF MIL-101-Cr rimuove il 99,979-99,984%.
I MOF sono una classe relativamente nuova di materiali in cui gli angoli metallici sono collegati da un linker organico.
"Che diventa un'intera struttura con uno spazio vuoto nel mezzo, " ha spiegato Thonhauser. "Sembra una specie di spugna."
La svolta è arrivata quando i ricercatori di Rutgers hanno attaccato dei "grabber" agli angoli di metallo del loro MOF, creando MIL-101-Cr, un adsorbente industriale che è molto bravo a catturare un particolare sottoprodotto della produzione di energia nucleare - ioduro radioattivo. Questa sostanza è stata collegata al cancro negli esseri umani.
Il processo di attivazione di una trappola molecolare a struttura metallo-organica con un'ammina terziaria (fase n. 1), catturando ioduro di metile radioattivo (passo #2) e riciclando una trappola trattandola con acido (passo #3). Credito:Benjamin Deibert/Rutgers University-New Brunswick
Come fisico computazionale del gruppo di ricerca, Thonhauser, con l'assistente post-dottorato Stephanie Jensen, ha eseguito test teorici del MOF utilizzando un supercomputer. Il loro scopo era determinare perché e come funziona la trappola in modo che possa essere migliorata in ulteriori test.
Infatti, questo MOF è da tre a quattro volte migliore dell'attuale adsorbente industriale utilizzato dalle centrali nucleari. è anche più economico, perché non si basa su un metallo prezioso come l'argento per formare i suoi angoli.
Due tipi di gabbie nella struttura cristallina della struttura metallo-organica, MIL-101-Cr. Le sfere gialle rappresentano lo spazio dei pori per catturare ioduri radioattivi e hanno diametri di 29 e 34 angstrom, rispettivamente. Un angstrom è un decimilionesimo di millimetro. Credito:Hao Wang/Rutgers University-New Brunswick
Questo fatto da solo potrebbe far risparmiare sui costi del carburante in tutto il mondo. Un rapporto del 2015 della World Nuclear Association ha classificato il costo dell'energia nucleare negli Stati Uniti inferiore al carbone ma superiore al gas naturale.