Le professeur de physique de Wake Forest, Timo Thonhasuer, discute avec la stagiaire postdoctorale Stephanie Jensen de leurs recherches sur la capture des déchets radioactifs dans les centrales nucléaires. Crédit :WFU / Ken Bennett
Une nouvelle méthode de capture des déchets radioactifs des centrales nucléaires est moins chère et plus efficace que les méthodes actuelles, une aubaine potentielle pour l'industrie de l'énergie, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Communication Nature .
"Notre méthode de capture surpasse de loin toutes les technologies actuelles et pourrait changer le paysage de la production d'énergie dans le monde, " a déclaré Timo Thonhauser, le physicien informatique de l'Université Wake Forest dans l'équipe de recherche.
Le nouveau piège moléculaire, une charpente organométallique (MOF) appelée MIL-101-Cr, a été développé par des scientifiques dirigés par Jing Li à l'Université Rutgers, analysé par le laboratoire de Thonhauser à Wake Forest et mesuré par les scientifiques du laboratoire d'Yves Chabal à l'Université du Texas-Dallas.
Ce MOF unique élimine presque tout l'iodure radioactif des barres de combustible nucléaire usé. Aux États-Unis, la réglementation exige que les usines de retraitement éliminent 99,967% des iodures radioactifs des barres. Le MOF MIL-101-Cr supprime 99,979-99,984%.
Les MOF sont une classe de matériaux relativement nouvelle dans laquelle les coins métalliques sont reliés par un lieur organique.
"Cela devient un cadre entier avec un espace vide au milieu, " expliqua Thonhauser. " Ça ressemble un peu à une éponge. "
La percée a eu lieu lorsque les chercheurs de Rutgers ont attaché des "grabbers" aux coins métalliques de leur MOF, création du MIL-101-Cr, un adsorbant industriel très efficace pour capturer un sous-produit particulier de la production d'énergie nucléaire - l'iodure radioactif. Cette substance a été liée au cancer chez l'homme.
Le processus d'activation d'un piège moléculaire à charpente métal-organique avec une amine tertiaire (étape #1), capturer l'iodure de méthyle radioactif (étape #2) et recycler un piège en le traitant avec de l'acide (étape #3). Crédit :Benjamin Deibert/Université Rutgers-Nouveau-Brunswick
En tant que physicien informatique de l'équipe de recherche, Thonhauser, avec l'assistante post-doctorale Stephanie Jensen, a effectué des tests théoriques du MOF à l'aide d'un supercalculateur. Leur objectif était de déterminer pourquoi et comment le piège fonctionne afin qu'il puisse être amélioré lors de tests ultérieurs.
En réalité, ce MOF est trois à quatre fois meilleur que l'adsorbant industriel actuel utilisé par les centrales nucléaires. C'est aussi moins cher, car il ne repose pas sur un métal précieux comme l'argent pour former ses coins.
Deux types de cages dans la structure cristalline de la charpente métallo-organique, MIL-101-Cr. Les sphères jaunes représentent l'espace poreux pour capturer les iodures radioactifs et ont des diamètres de 29 et 34 angströms, respectivement. Un angström est un 10 millionième de millimètre. Crédit :Hao Wang/Université Rutgers-Nouveau-Brunswick
Ce seul fait pourrait économiser sur les coûts de carburant dans le monde entier. Un rapport de 2015 de l'Association nucléaire mondiale a classé le coût de l'énergie nucléaire aux États-Unis inférieur à celui du charbon mais supérieur à celui du gaz naturel.
