חומר חדש לסילוק גז רדיואקטיבי

ממצאי מחקרו של צוות כימאים עשויים להשפיע על המאמצים חובקי העולם להפקת אנרגיה גרעינית בטוחה ונקייה יותר ולצמצם את כמויות הפסולת הרדיואקטיבית

ממצאי מחקרו של צוות כימאים עשויים להשפיע על המאמצים חובקי העולם להפקת אנרגיה גרעינית בטוחה ונקייה יותר ולצמצם את כמויות הפסולת הרדיואקטיבית.

החוקרים השתמשו בשלדות אורגנו-מתכתיות (Metal-Organic Frameworks, MOFs) בכדי ללכוד ולהרחיק גז רדיואקטיבי נדיף (יוד) מפסולת של דלק גרעיני. “זהו אחד מהניסיונות הראשונים להשתמש בחומרים ממשפחה זו על מנת ללכוד יוד”, אמרה הכימאית Tina Nenoff מהמחלקה למדעי השטח במעבדות הלאומיות סאנדיה השייכות לתאגיד לוקהיד מרטין.

התגלית תוכל לשמש עבור העיבוד מחדש של דלק גרעיני או לשם ניקוי כורים גרעיניים לאחר תאונות עבודה התרחשו בהם. אחד מהמאפיינים של אנרגיה גרעינית הוא בכך שדלק שכבר נעשה בו שימוש ניתן לעיבוד מחדש על מנת למחזר ממנו חומרים בקיעים ולספק דלק חדש לתחנות כוח גרעיניות. מדינות כגון צרפת, רוסיה והודו מבצעות עיבוד מחדש של דלק מנוצל. התהליך מפחית גם את נפח הפסולת עצמה. “המטרה היא למצוא שיטה להפרדות בררניות ביותר המולידות מצב של צמצום כמויות הפסולת הגרעינית המועברת להטמנה,” אומרת החוקרת.

חלק מהאתגר בעיבוד מחודש הוא בהפרדה ובבידוד של רכיבים רדיואקטיביים שלא ניתנים לניצול כדלק. צוות החוקרים התמקד בהרחקת יוד, חומר אשר האיזוטופים שלו הם בעלי זמן מחצית חיים של 16 מיליוני שנים, מדלק מנוצל. הם חקרו חומרים ידועים, בכלל זה זאוליטים גדושי-כסף, שהם חומרים גבישיים ונקבוביים בעלי פתחים סדורים, שטח פנים גבוה ויציבות מכנית, תרמית וכימית גבוהה. קיימים זאוליטים המסוגלים ללכוד ולהרחיק יוד מזרם של דלק גרעיני מנוצל, אולם הם מחייבים הוספה של כסף על מנת לתפקד כהלכה. “אטומי הכסף נקשרים לאטומי היוד ליצירת המלח כסף יודיד,” מסבירה החוקרת. “הזאוליט מכיל את אטומי הכסף בנקבוביות שלו ואז אלו מגיבים עם אטומי היוד לקבלת כסף יודיד הלכוד בתוככי הזאוליט.”

אולם, כסף הינו חומר יקר המהווה גם מטרד סביבתי, ולכן צוות החוקרים ניסה להכין חומרים ללא כסף שיוכלו לפעול בדומה לזאוליט וכן שיהיו בעלי קיבולת גבוהה יותר ללכידת מולקולות הגז. הם חקרו ובדקו כיצד בדיוק הזאוליט סופח לתוכו את אטומי היוד, ואז השתמשו ברכיבים החיוניים ביותר שבתוכו בכדי להגיע לחומר הטוב ביותר ממשפחת השלדות האורגנו-מתכתיות, שכונה בשם ZIF-8. “חקרנו את התכונות המבניות שבזכותן החומר הקודם פעל והעתקנו אותן לתוך החומרים החדשים והמשופרים,” אומרת החוקרת.

שלדות אורגנו-מתכתיות הינן חומרים גבישיים ונקבוביים שבהם ליבה מרכזית של אטום מתכת קשורה למולקולות אורגניות באמצעות סינתזה כימית. הבחירה בסוג המתכת ובסוג המולקולה האורגנית היא המולידה את השלדה המוגמרת הייחודית. האתגר היה למצוא שלדה כזו בעלת בררנות גבוהה לאטומי יוד.

החוקרים נטלו את המאפיינים הטובים ביותר של הזאוליט הקרוי Mordenite – את נקבוביותו, את שטח הפנים הגדול שלו, את היציבות ואת הספיחה הכימית שלו – ואיתרו שלדה אורגנו מתכתית המסוגלת להפריד מולקולה מסוימת, במקרה זה יוד, משלל מולקולות אחרות. ניתן להחדיר את השלדה האורגנו-מתכתית ואת גז היוד שנלכד בנקבוביות שלה לתוך פסולת זכוכית עבור אחסון ארוך-טווח. החוקרים גם הצליחו ליצור את התוצר המוגמר בצורת טבליות יציבות, ולא בצורת אבקה, הנוטה להתפזר בקלות עם כל משב רוח קליל. על צורה זו הוגשה בקשה לפטנט. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Journal of the American Chemical Society.
הידיעה על המחקר