Cinquenta e seis milhões de galões. Esta é a quantidade de resíduos de tanques radioactivos deixados nas instalações de Hanford como resultado da missão secreta do governo de fornecer o plutónio para as primeiras armas atómicas do mundo e da Guerra Fria que se seguiu. Hoje, a unidade de Hanford é conhecida como um dos desafios ambientais tecnicamente mais complexos do mundo.



"A quantidade de resíduos legados que precisam ser processados ​​e o custo de fazer isso são astronômicos. É uma quantia enorme de dinheiro e até que esse problema seja resolvido, teremos que continuar monitorando os tanques", disse Reid Peterson, engenheiro químico no Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL).

Peterson passou quase três décadas trabalhando em questões de resíduos de tanques para locais do Escritório de Gestão Ambiental do Departamento de Energia (DOE). Ele fez parte de uma resposta nacional para evitar que os arrotos de gás benzeno em um tanque de resíduos de Savannah River Site atingissem limites de inflamabilidade. Ele ajudou a desenvolver diferentes técnicas de separação química. Mas entre as suas muitas contribuições para o desafio de limpar resíduos radioativos tão complexos quimicamente, um esforço está acima dos outros:a captura de césio-137.

O césio-137 é principalmente produzido pelo homem. É encontrado em grandes quantidades em resíduos nucleares porque é um subproduto da produção de plutônio, uma etapa necessária na produção de armas nucleares. Os cientistas descobriram como armazenar com segurança esses resíduos radioativos em vidro, mas antes que isso aconteça, uma parte dos resíduos líquidos do tanque precisa ser tratada para remover a maior parte do césio-137.

Isto porque o tipo de radiação gama que emite – energia superior à dos raios X – pode penetrar através do corpo humano e até mesmo através do aço, tornando demasiado perigoso para os trabalhadores operar e manter a tecnologia de processamento utilizada para produzir resíduos de vidro de baixa atividade. Esse tem sido o desafio de Peterson há mais de uma década. Até hoje, com o apoio da pesquisa do PNNL, a equipe de Hanford removeu césio de mais de 697.000 galões de resíduos de tanques – um marco significativo no progresso da limpeza em Hanford.

A evolução da tecnologia de remoção de césio

Em 2008, Peterson e outros pesquisadores do PNNL demonstraram com sucesso em um projeto piloto que poderiam remover o césio usando um sistema instalado próximo a um tanque de resíduos nucleares. Conectar um sistema de remoção diretamente em um único tanque mostrou ser uma abordagem econômica.

A manifestação revelou-se importante quando, três anos mais tarde, um terramoto e o consequente tsunami causaram um colapso nuclear na central nuclear de Fukushima Daiichi, no Japão. A tecnologia de remoção de césio teve que ser acelerada e implantada rapidamente em resposta ao acidente.

“Poucos dias após o evento, fui a DC para fazer uma revisão de qual tecnologia deveria ser usada”, disse Peterson. "Fui várias vezes a Fukushima para revisar suas tecnologias de remoção de césio. Passávamos pelos reatores que haviam explodido e meu dosímetro apitava enquanto passávamos porque havia muita radiação."

A equipe recebeu o Prêmio Secretário do DOE em 2011 por essa resposta.

Os esforços de limpeza de Fukushima serviram como catalisadores para a implantação de sistemas semelhantes no local de Savannah River e, eventualmente, em Hanford. Em tempo real, o mundo estava vendo a eficácia da tecnologia.

Remoção de césio, cinco galões por minuto

Peterson é o gerente de projeto que trouxe a tecnologia de remoção de césio da escala de bancada para a demonstração em altura total, dando ao operador do parque de tanques confiança para prosseguir com as operações em escala real. Na unidade de Hanford, ele é chamado de sistema de remoção de césio no lado do tanque (TSCR).

O TSCR pré-trata os resíduos em um sistema construído dentro de um contêiner de transporte, onde colunas de aço são colocadas em seu interior com uma empilhadeira. Os resíduos do tanque passam por um filtro e fluem para uma coluna. Dentro da coluna está um meio de troca iônica, composto por uma mistura de sílica e titânio como ingredientes principais. O meio de troca iônica se assemelha a pequenas esferas brancas e, embora pequenas, têm um poder poderoso – capturar césio.

“Essa coisa adora césio”, disse Peterson sobre a mídia de troca iônica. "À medida que o líquido flui através do filtro e entra na coluna, a mídia absorve a maior parte dele."

É um equilíbrio complexo obter a velocidade correta do fluxo do líquido para que a mídia tenha tempo suficiente para absorver o césio.

Peterson e sua equipe no PNNL imitam o TSCR em menor escala em um laboratório especial instalado em Hanford, chamado Plataforma de Teste de Resíduos Radioativos.

“Com a Plataforma de Teste de Resíduos Radioativos, temos certeza de que o TSCR está funcionando da maneira que deveria, porque temos todos esses dados de laboratório que se alinham perfeitamente com o desempenho do sistema”, disse ele.

Quando a coluna estiver cheia, o sistema será pausado e a coluna será substituída por outra. O sistema Hanford TSCR está em operação desde janeiro de 2022. Ele pode funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, a uma vazão de 5 galões de resíduos pré-tratados por minuto. Mas o que acontece com os resíduos depois de pré-tratados?

Do líquido radioativo ao vidro estável

O TSCR é o primeiro passo no objetivo maior de estabilizar resíduos líquidos em vidro – tornando-os literalmente parte da estrutura do vidro – usando um processo chamado vitrificação. A equipe de Hanford usará a tecnologia de vitrificação para misturar resíduos pré-tratados com materiais formadores de vidro, aquecê-los a mais de 1.150°C em um aparelho de fusão de alta temperatura e despejar o vidro fundido em grandes recipientes de aço, onde ele esfria e solidifica para descarte a longo prazo. .

"Antes do início da operação da 'planta Vit' de Hanford, 800.000 galões de resíduos de tanques precisam ser pré-tratados e prontos para uso", disse Peterson.

O pré-tratamento é uma etapa vital por duas razões principais:segurança e custo.

“Queremos poder fazer manutenção por contato no equipamento, em vez de ter que fazer tudo remotamente”, disse Peterson. "Sem que o césio fosse removido primeiro, seria necessário ter uma parede de proteção de concreto com 1,80 metro de espessura e todo o conceito do projeto teria que mudar, levando também a custos mais elevados."

A Planta Hanford Vit, formalmente chamada de Planta de Tratamento e Imobilização de Resíduos, está atualmente programada para começar a operar em 2025. Embora mais de 697.000 galões sejam um marco importante, é apenas uma pequena marca nos resíduos que ainda aguardam pré-tratamento. Um projecto de acompanhamento poderia acelerar o processo de pré-tratamento, levando o TSRC a uma escala muito maior.

"Comecei esta carreira há 29 anos e continuei porque é um grande problema a resolver", disse Peterson, que foi recentemente homenageado por esta dedicação à engenharia química pela Divisão de Engenharia Nuclear da AIChE com o Prêmio Robert E. Wilson.

“Recebo uma nota todos os dias com quantos galões o TSCR processou”, disse ele. “Ser capaz de apoiar algo que está em funcionamento – e funcionando de forma eficaz – parece que estamos fazendo um progresso realmente importante.”

Fornecido pelo Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico