Table of Contents
الحالة الراهنة لإعادة تدوير الوقود
إن إعادة تدوير الوقود المكثفة تعتمد اليوم أساسا على عملية PUREX - البلوتونيوم وتصريف اليورانيوم - وهي طريقة لاستخراج السائل تفصل بين البلوتونيوم واليورانيوم من منتجات الأنفجار في الوقود النووي المستهلك، بينما لا تزال عملية التصريف الصناعي لليورانيوم مرتفعة، وهي تؤدي إلى حدوث تراكم كبير في مفاعلات الوقود المشع في لاهاي، وتنتج نسبة 99 في المائة من المواد الكيميائية.
عملية إعادة الإدماج في مرحلة التجزئة
وبالإضافة إلى ذلك، ينطوي نظام " بروتكس " على حل الوقود المستهلك في حمض النتريك، ثم الاتصال بالحل بمذيب عضوي (الفوسفات المبتذلة في ملوئ) في سلسلة من مراحل استخراجه وتجرده، ويستخرج اليورانيوم والبلوتونيوم بصورة انتقائية، بينما تظل منتجات الألياف المشعة العالية والمواد الطفيفة في السورية المضغوطة، التي يجب أن تكون مفعَّلة من أجل التخلص من النفايات الجيولوجية.
التكنولوجيات الناشئة في مجال تجهيز الوقود
ويتبع الباحثون وأفرقة الهندسة النووية في جميع أنحاء العالم أساليب بديلة لإعادة المعالجة تعالج القيود المفروضة على نظام " بوركس " ، وهي: خفض حجم النفايات، ومقاومة الانتشار، والقدرة على إعادة تدوير مجموعة أوسع من المواد الخامية، وتندرج هذه التكنولوجيات الناشئة في ثلاث فئات رئيسية: العمليات المتقادمة المتقدمة، والتجهيز بالأشعة، والتجهيز المباشر لخلية وقود الميثانول.
العمليات المتقدّمة
أما فيما يتعلق بالهياكل الأساسية للشبكة، فقد تم تطوير هياكل متقدمة من قبيل " أوريكس + " (Uranium Extraction Plus) في المختبرات الوطنية للولايات المتحدة، بما في ذلك مختبر إيداهو الوطني.
حدود الطرق الآكية
وعلى الرغم من التحسينات التي أدخلتها العمليات المتقدّمة التي لا تزال تعتمد على استخراج المذيبات بالمراحل العضوية، مما يولّد نفايات مختلطة ويتطلّب آثاراً كبيرة من النباتات، كما أنها تعمل في درجات حرارة منخفضة نسبياً، مما يحد من قدرة بعض العناصر على الصمود ويتطلّب دورات استخراج متعددة لتحقيق الانتعاش العالي، ولا تزال تكلفة بناء وتشغيل مرافق إعادة المعالجة هذه - التي تقدّر بمليارات الدولارات لمصنع تجاري - تشكل عائقاً كبيراً، ولا سيما في البلدان التي لا توجد بها سياسات مركزية لإدارة النفايات.
التجهيز الإلكتروني: التكرير الإلكتروني العالي التأقلم
أما المعالجة باليوران فهي بديل يستخدم الأملاح المبتذلة والكهرباء لفصل المواد الاصطناعية من منتجات الإنشاق عند درجة حرارة تبلغ نحو 500-800 درجة مئوية، وهي مستحدثة أساساً بواسطة مختبر أرغوني الوطني للمفاعلات السائلة في الثمانينات - التسعينات، وغاز تصنيع البلوزيوم في شكل ملوثات مميتة (خطوبة من نوع إلكترون)
وقد قام المعهد الكوري لبحوث الطاقة الذرية بتطوير تجهيزات للوقود المستهلك في مجال الطاقة النووية، مع وجود مرفق كبير للعرض الهندسي في إطار التخطيط، وتهدف عملية تكييف الوقود في كوريا الجنوبية المتقدمة إلى تحويل وقود أكسيد النيتروز إلى وقود معدني، وذلك عن طريق خطوة للتخفيض، يليها الكهرباء، ويمكن أن يكون الوقود المعدني بمثابة نسيج مركب لدورة الوقود السريع، مما يؤدي إلى نشوء تحديات متراكمة في مجال الوقود.
أجهزة إعادة تصنيع وقود مقفلة
إن مفاعلات النيوترونات السريعة تعمل بشكل طبيعي مع إعادة المعالجة المتقدمة لأنها يمكن أن تحرق نسبة أعلى من الوقود المعاد تدويره - بما في ذلك المواد الخام الصغيرة التي تسهم في السمية المشعة الطويلة الأجل، وفي دورة الوقود المغلقة، يعاد تجهيز وقود البيوت إلى عناصر جديدة من الوقود لمفاعل سريع، ينتج بدوره الوقود المستهلك الذي يمكن إعادة تدويره في نهاية المطاف.
وقد حدد المنتدى الدولي للجيل الرابع نظم المفاعلات السريعة ذات دورات الوقود المغلقة كأولوية للطاقة النووية المستدامة، حيث تقوم ستة من البلدان الأربعة عشر الأعضاء في الصندوق العالمي للإنشاء والتعمير بنشاط في مجال تكنولوجيات إعادة المعالجة، ومشروع تطوير تكنولوجيا المفاعلات السريعة في اليابان، وبرنامج المفاعلات السريعة الصنع في الهند، بالاعتماد على إعادة تجهيز مفاعلات الوقود المتقدمة، مهما كانت تكاليف الوقود في الأجل الطويل.
التحديات والحواجز التنظيمية
وفيما عدا المسائل التقنية، فإن مستقبل إعادة تدوير الوقود في جمهورية البوسنة والهرسك يتوقف على نظم عدم الانتشار، والقبول العام، واستراتيجيات مستودع النفايات، إذ أن مبادرة الولايات المتحدة للحد من التهديدات العالمية تؤكد الحاجة إلى الحد من إمكانية الوصول إلى البلوتونيوم المنفصل، وبالتالي فإن أي تكنولوجيا لإعادة المعالجة تنتج البلوتونيوم النقي هي عبارة عن محفوفة سياسيا، والمجتمع الدولي، من خلال الوكالة الدولية للطاقة الذرية، يدعم تطوير أساليب مقاومة للانتشار،
الاعتبارات الاقتصادية
وتكلف إعادة تجهيز الوقود المستخدم في إعادة تصنيع الأسلحة النووية حاليا أكثر بكثير من التخلص المباشر، ولا سيما عندما تكون أسعار اليورانيوم منخفضة، وتقدر الرابطة العالمية النووية تكلفة إعادة المعالجة بحوالي 000 1 دولار إلى 500 1 كغم من المعادن الثقيلة (بما في ذلك تكييف النفايات والتخلص منها) مقارنة بحوالي 500 دولار للكيلوغرام من أجل التخزين الطويل الأجل والتخلص النهائي من الوقود المستهلك، وتحتاج البلدان عادة إلى (أ) أن تستخدم كميات كبيرة من الوقود في فرنسا.
Global Impact and Country-Specific Strategies
وتستثمر عدة دول بنشاط في الجيل القادم من تكنولوجيات إعادة التدوير، وكل منها له دوافع وجداول زمنية متميزة.
فرنسا
وتدير شركة أورانو الفرنسية )أريفا سابقا( محطة لاهاي لإعادة المعالجة، التي تبلغ قدرتها ٧٠٠ ١ طن سنويا، وقد أعادت تجهيز أكثر من ٠٠٠ ٣٠ طن من الوقود المستهلك منذ السبعينات، وتستخدم وقود الـ موكس الناتج في نحو ٤٠ مفاعلا مائيا مصحوبا في أنحاء فرنسا، وهو ما يمثل نحو ١٠ في المائة من الكهرباء النووية في البلد، كما تقوم أورانو بتطوير عملية COEX كمستقبل بديل لشركة PUREX.
روسيا
ويتابع روزاتوم روسيا دورة وقود مغلقة شاملة تستند إلى المفاعل السريع BN-1200 ومفاعل بحوث النيوترونات السريع الممول من عدة أغراض، ويهدف مركز التدليس التجريبي بالقرب من تومسك إلى إظهار تجهيز الوقود المستهلك من المفاعلات السريعة، بهدف دورة خالية من النفايات، حيث يتم التخلص من منتجات الإغراق المزودة بالوقود، ويدمج النهج المؤسسي للاتحاد الروسي في إطار إعادة التجهيز، وأجهزة الطاعون.
اليابان
وقد استثمرت اليابان بشدة في مصنع روكاشو لإعادة المعالجة، الذي يتوقع أن يعيد التشغيل الكامل في عام 2025 بعد سنوات من التأخير والتحسينات التنظيمية، ويستخدم المرفق عملية معدلة من طراز PUREX لاستعادة اليورانيوم والبلوتونيوم لصناعة الوقود في مفاعلات المياه الخفيفة الموجودة، كما يستكشف برنامج " فاك تي " الياباني تجهيزات الصاروخي للمفاعلات السريعة في المستقبل، رغم أن الجدول الزمني قد تحول بسبب مفاعلات فوكوشيما اللاحقة لعام 2011.
الولايات المتحدة
ولا تملك الولايات المتحدة مرافق لإعادة المعالجة التجارية، ولكن إدارة الطاقة تمول البحوث في المختبرات الوطنية في مجال إعادة المعالجة المتقدمة، ولا سيما في مختبر إيداهو الوطني وأرغون، ويركز حاليا على وضع استراتيجيات متكاملة لإدارة النفايات بدلا من بناء محطات جديدة لإعادة المعالجة، ويعود مكتب الطاقة في الولايات المتحدة إلى مشاريع مثل إعادة تدوير مفاعل كلوريدي المتحرك، والوزع بالكهرباء.
الهند
وتتابع الهند، التي لديها احتياطيات محدودة من اليورانيوم المحلي ولكن هرمونات وفرة، برنامجا للطاقة النووية مدته ثلاث مراحل يشمل إعادة تجهيز الوقود المستهلك من نوع PWR (من مفاعلات اليورانيوم المثرى المستوردة)، وفي نهاية المطاف، دورات الوقود القائمة على أساس الفخار، وقد أنشأت الهند محطات صغيرة لإعادة المعالجة تستخدم PUREX، وهي بصدد تطوير تكنولوجيات متقدمة للانفصال للخامسة الصنع.
المفاهيم الابتكارية في المستقبل
وتهدف البحوث الطويلة الأجل إلى نظم إعادة التدوير المتكاملة التي تجمع بين نسيج الوقود، وتشغيل المفاعلات، وإعادة المعالجة في موقع واحد، وتقليص نقل المواد النووية إلى أدنى حد، ويسهل مفهوم " مفاعلات السوائل المبتذلة " ، في جوهره، إعادة المعالجة على الإنترنت لأن الوقود يُحل في الملح.
وثمة مفهوم ابتكاري آخر هو إعادة المعالجة المباشرة لخلية الوقود الميثانول، التي تستخدم مذيباً مستعملاً لاستخراج المواد الخامدة بصورة انتقائية في درجة حرارة الغرفة، ومع أن هذا البرنامج هو جهد أكاديمي نشيط، فإن البحث المبكر في جامعة كامبريدج يبشر بخفض نفايات المذيبات العضوية والعمل بدون فوسفات ثلاثية البيوتيل، وبصورة أكثر عملية، فإن مشروع بروتسيترين للكيماويات طويلة الأجل لعام 2020
مضمار الوقود المجهز
كما أن التقدم في تكييف النفايات - مثل الضغط الايسستاتيك الساخن من مخلفات الوقود المعالج إلى مركب ثابت من الزجاج - عنق الرحم - يجري أيضا إدماجه في تدفقات إعادة المعالجة، ويمكن أن يرسم برنامج HIP بقايا منتجات النسيج في مصفوفة مستقرة دون الحاجة إلى الأفران اليقظة، مما يقلل من النفايات الثانوية، وهذه التكنولوجيا يمكن أن تُثبت في مرافق البحوث النووية في أستراليا.
الخلاصة والتوقعات
ومستقبل إعادة تدوير وإعادة تجهيز وقود PWR ليس تكنولوجيا واحدة بل هي أسرة من العمليات المترابطة، وكلها مصممة حسب الأولويات الوطنية وأسطول المفاعلات، كما أن الأساليب المتقدمة التي تُستخدم مثل " أوريكس " و " COEX " تتيح مسارا تطوريا من " PUREX " مع تحسين مقاومة الانتشار، بينما يُعد تجهيز النفط طويل الأجل بدورات الوقود المدمجة، ولا تزال المفاعلات السريعة هي مفتاح إغلاق الدورة الاقتصادية، واستعمالة إمكانات الطاقة الكاملة.
ومن خلال برنامج الوكالة الدولية للطاقة الذرية، ومنتدى الجيل الرابع، والاتفاقات الثنائية بين فرنسا وروسيا واليابان، والولايات المتحدة الأمريكية - ستكون ضرورية لتوحيد نهج الأمان، وتقاسم تكاليف البحوث، ووضع ضمانات قوية، حيث أن موارد اليورانيوم تصبح أكثر تقييداً، والضغط على تطهير الوقود من المواد الكربونية، فإن الحافز على إعادة تدوير وقود الأسلحة النووية سيزداد بحلول عام 2050، ومن المحتمل أن تصل هذه المفاعلات إلى 3040.
وللحصول على مزيد من القراءة، انظر استعراض الجمعية النووية العالمية ] لمعالجة الوقود النووي المستخدم ] و الوكالة الدولية للطاقة الذرية]، الموارد المتعلقة بإعادة تجهيز الوقود المستهلك . ويمكن الاطلاع على تقارير تقنية مفصلة عن تجهيزات الوقود من مختبر أرغوني الوطني [FLT: Technology]