25/01/2012 - MOF - Neues Material zur Verbesserung der Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen

Menéame

Eine Forschung von Ingenieuren und Wissenschaftlern von Sandia National Laboratories könnte einen wichtigen Schritt in Richtung sauberer und sicherer Kernenergie bedeuten, wodurch gefährliche radioaktive Abfälle abgebaut werden können. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass mit einem neuen Material MUF (metallisch-organic framework) radioaktive Gase aus dem bereits verwendeten Kernbrennstoff können erfasst und beseitigt werden, indem die Wiederaufbereitung erleichtert wird. Darüber hinaus könnte MOF zur Optimierung der Verringerung schädlicher Abfälle beitragen, um die von nuklearen Unfällen betroffenen Gebiete zu rehabilitieren.

Sandia National Laboratories Spezialisten aus den Vereinigten Staaten haben ein neues Material entdeckt, das in der Lage sein würde, radioaktive Gase aus dem bereits verwendeten Kernbrennstoff zu entfernen, indem es die Wiederverwendung vereinfacht und die damit verbundenen, hochverschmutzenden und gefährlichen Abfälle erheblich reduziert wurde. Darüber hinaus könnte die Entdeckung die Sanierung der Umwelt nach einem nuklearen Unfall beschleunigen. Diese Fortschritte werden entscheidend sein, um eine umweltfreundlichere und sicherere Erzeugung von Kernenergie zu erreichen.

Ein Merkmal der Kernenergie ist, dass der verwendete Brennstoff rekonstruiert werden kann, um die spaltbaren Materialien zurückzugewinnen und neue Rohstoffe für Atomkraftwerke bereitzustellen. Länder wie Frankreich, Russland und Indien wenden diese Verfahren zur Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen an.

Dank der Entwicklung der Experten von Sandia National Laboratories wird die nukleare Wiederaufbereitung effizienter und sicherer sein, da die Verwendung des neuen MUF-Materials die Beseitigung radioaktiver Gase in dem bereits verwendeten Brennstoff ermöglichen wird. Durch das Verfahren wird auch das Abfallvolumen mit hohem Schadstoffgehalt durch eine neue hochgenaue Trennungsmethode verringert.

Im Rahmen dieses komplexen Prozesses konzentrierte sich das Team von Sandia auf die Beseitigung von Jod, der unter diesen Bedingungen Isotope mit einer Halbwertszeit von 16 Millionen Jahren besitzt. Jod ist eines der gefährlichsten und schadstoffreichsten radioaktiven Gase, die in abgebrannten Brennelementen vorhanden sind.

Der Prozess und seine Entwicklung

Um Jod zu fangen, wurde auf verschiedenen Hypothesen mit bekannten Materialien wie z. B. mit Zeolith beladenem Silber gearbeitet. Trotz ihrer Wirksamkeit ist dies eine teure Alternative und wirft Umweltprobleme auf, weshalb das Team von Ingenieuren und Wissenschaftlern sie abgelehnt hat.

Auf diese Weise betrachteten die Wissenschaftler den MUF und stellten anhand von Untersuchungen über die strukturellen Eigenschaften und den Betrieb verschiedener Materialien fest, dass dies eine neue und bessere Option sei. Die analysierten Materialien sind kristallklar und porös und umfassen die Bindung eines Metalls an organische Moleküle durch chemische Synthese und einen Prozess der Selbstmontage. Die Wahl der Metalle und der organischen Kombination muss sehr spezifisch sein, damit der MOF in seinen Funktionen wirksam ist.

Nachdem die Experten die beste Kombination gefunden hatten, um den MUF bei der Beseitigung von Jod und anderen radioaktiven Gasen wirksam zu machen, entwickelten sie eine Präsentation des Materials, das eine langfristige Lagerung ermöglicht. Die Gruppe der Ingenieure konnte MUF auch auf der Grundlage von auf dem Markt verfügbaren Produkten herstellen.

Diese Forschung, die einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung sauberer und sichererer Kernenergie haben könnte, wurde über eine Pressemitteilung von Sandia National Laboratories verbreitet. Darüber hinaus wurden zwei Artikel zu diesem Thema im Fachmedium Journal of the American Chemical Society veröffentlicht, die mit dem Titel "Trapping Guests within a Nanoporous Metal-Organic Framework through Pressure-Induced Amorphization" und "Capture of Volatile Iodine, a Gaseous Fission Product, by Zeolitic Imidazolate Framework-8" betitelt wurden.

Anwendung in der Industrie

Die Umsetzung dieser Entdeckung würde nicht erwartet, wenn man den Energiebedarf der Weltwirtschaft und die hohen Anforderungen an die Kernenergie berücksichtigt, um ihre Sicherheit zu erhöhen und ihre Umweltauswirkungen zu verringern. Sandia hat bereits ein Patent beantragt, das auf einer Pellettechnologie zur Speicherung und Verwendung des MUF basiert, was direkte kommerzielle Anwendungen haben könnte.

Das Projekt wurde vor sechs Jahren gestartet und vom US-Energieministerium finanziert. Nach Angaben der Forschungsleiter ist der größte Beitrag der Studie die Einführung einer neuen Materialklasse für die Umweltreparatur von Nuklearabfällen.

Die Experten setzen ihre Forschungsarbeiten zur Entwicklung neuer optimierter MUF-Sorten fort, die eine weitere Trennung und Abscheidung flüchtiger Gase und anderer gefährlicher und umweltschädlicher Stoffe in nuklearen Abfällen ermöglichen könnten.

Wissenschaftlern zufolge, die an dieser Forschung beteiligt sind, hat sich gezeigt, dass MOF oder Metall-Organik die Fähigkeit hat, Jod zu fangen und zu halten, der die derzeit verwendeten Technologien und Materialien deutlich übersteigt. Wenn wir die industrielle Entwicklung dieser Alternative bestätigen, könnten wir mit dem Beginn einer neuen Phase in der Geschichte der Kernenergie konfrontiert werden.

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Quelle: Trends 21 (Pablo Javier Piacente)
Ingles Notice: Sandia chemists find new material to remove radioactive gas from spent fuel

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