Nova armadilha molecular limpa mais lixo radioativo das barras de combustível nuclear
p O professor de física da Wake Forest, Timo Thonhasuer, conversa com a pós-doutoranda Stephanie Jensen sobre suas pesquisas sobre a captura de resíduos radioativos em usinas nucleares. Crédito:WFU / Ken Bennett
p Um novo método para capturar resíduos radioativos de usinas nucleares é mais barato e mais eficaz do que os métodos atuais, um benefício potencial para a indústria de energia, de acordo com nova pesquisa publicada na revista
Nature Communications . p "Nosso método de captura supera de longe todas as tecnologias atuais e pode mudar o panorama da produção de energia em todo o mundo, "disse Timo Thonhauser, o físico computacional da Wake Forest University na equipe de pesquisa.
p A nova armadilha molecular, uma estrutura metal-orgânica (MOF) chamada MIL-101-Cr, foi desenvolvido por cientistas liderados por Jing Li na Rutgers University, analisado pelo laboratório de Thonhauser em Wake Forest e medido por cientistas no laboratório de Yves Chabal na Universidade do Texas-Dallas.
p Este MOF exclusivo remove quase todo o iodeto radioativo das barras de combustível nuclear usadas. Os regulamentos nos EUA exigem que as plantas de reprocessamento eliminem 99,967 por cento dos iodetos radioativos das hastes. O MOF MIL-101-Cr remove 99,979-99,984 por cento.
p MOFs são uma classe relativamente nova de materiais em que os cantos de metal são conectados por um ligante orgânico.
p "Isso se torna uma estrutura inteira com espaço vazio no meio, "Thonhauser explicou." Parece uma espécie de esponja.
p A descoberta veio quando os pesquisadores da Rutgers anexaram "garras" aos cantos de metal de seu MOF, criando MIL-101-Cr, um adsorvente industrial muito bom na captura de um subproduto específico da produção de energia nuclear - o iodeto radioativo. Esta substância tem sido associada ao câncer em humanos.
p O processo de ativação de uma armadilha molecular de estrutura metal-orgânica com uma amina terciária (etapa # 1), captura de iodeto de metila radioativo (etapa 2) e reciclagem de uma armadilha por tratamento com ácido (etapa 3). Crédito:Benjamin Deibert / Rutgers University-New Brunswick
p Como físico computacional da equipe de pesquisa, Thonhauser, com a assistente de pós-doutorado Stephanie Jensen, executei testes teóricos do MOF usando um supercomputador. O objetivo era determinar por que e como a armadilha funciona para que possa ser melhorada em testes posteriores.
p Na verdade, este MOF é três a quatro vezes melhor do que o adsorvente industrial atual usado por usinas nucleares. Também é mais barato, porque não depende de um metal precioso como a prata para formar seus cantos.
p Dois tipos de gaiolas na estrutura cristalina da estrutura metal-orgânica, MIL-101-Cr. As esferas amarelas representam o espaço de poro para a captura de iodetos radioativos e têm diâmetros de 29 e 34 angstroms, respectivamente. Um angstrom é um décimo milionésimo de um milímetro. Crédito:Hao Wang / Rutgers University-New Brunswick
p Esse fato por si só poderia economizar nos custos de combustível em todo o mundo. Um relatório de 2015 da Associação Nuclear Mundial classificou o custo da energia nuclear nos EUA mais baixo do que o carvão, mas mais alto do que o gás natural.