Il ritrattamento del combustibile nucleare esaurito negli Stati Uniti potrebbe tornare alla ribalta: ecco perché

Il Dipartimento dell'Energia (DOE) ha intensificato gli sforzi per esplorare il riciclaggio del combustibile nucleare esaurito (SNF), o del combustibile nucleare usato (UNF), dalla flotta nazionale di reattori ad acqua leggera (LWR), distribuendo 38 milioni di dollari in premi federali a un'organizzazione dozzina di progetti il ​​21 ottobre.

I team riceveranno finanziamenti nell’ambito del programma CURIE (Converting UNF Radioisotopes Into Energy) del DOE, lanciato nel marzo 2022, per lavorare su progetti che faranno avanzare il riciclaggio dei SNF. I progetti cercheranno di ridurre il volume dei rifiuti ad alta attività (HLW) che richiederanno uno smaltimento permanente, ma forniranno anche potenzialmente materie prime che potrebbero essere utilizzate nei reattori avanzati domestici, ha affermato il DOE.

I premi rappresentano un progresso fondamentale per la strategia emergente della nazione per affrontare le SNF dalla sua flotta di LWR, la maggior parte dei quali si trova in deposito temporaneo, in attesa della disposizione finale. Finora, l’industria nucleare ha immagazzinato in modo sicuro 88.500 tonnellate di SNF e HLW commerciali in piscine di combustibile esaurito e botti secche in 76 siti di reattori operativi e dismessi in 35 stati, ma molti esperti ritengono che questo approccio sia altamente inefficiente e insostenibile. Spinto dalle incertezze sulle disposizioni e dalle preoccupazioni sulle future forniture di combustibile per reattori nucleari avanzati, il finanziamento federale dà nuovo slancio al ritrattamento commerciale dei SNF, che l’agenzia spera sarà economicamente sostenibile e resistente alla proliferazione.

Gli sforzi divergono dalle ambizioni di lunga data degli Stati Uniti di affrontare lo smaltimento delle SNF attraverso lo smaltimento diretto in un deposito geologico progettato per contenere i rischi residui per 100.000 anni o più. In parte a causa di una situazione di stallo politico al Congresso e dell’inadempienza decennale del DOE su un “contratto standard” per iniziare lo smaltimento dei SNF come richiesto dal Nuclear Waste Policy Act (NWPA) del 1982, lo smaltimento geologico a Yucca Mountain, Nevada, è stato interrotto. si fermò. Il DOE ha recentemente iniziato a implementare un processo di ubicazione basato sul consenso per una struttura di stoccaggio temporaneo. Questi approcci, tuttavia, si rivolgono a un ciclo del carburante unico.

Pur non essendo ancora parte di una strategia formale sui rifiuti nucleari, il programma CURIE della DOE Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) ha deciso di esplorare un ciclo nucleare chiuso consentendo il ritrattamento commercialmente fattibile dei SNF dall’attuale flotta di LWR.

CURIE prevede che se le principali lacune o barriere venissero risolte nelle tecnologie di ritrattamento, nel monitoraggio dei processi e nella progettazione delle strutture, il ritrattamento commerciale potrebbe prosperare. Il programma presuppone che il ritrattamento dei SNF per recuperare attinidi riutilizzabili e riciclarli in nuovo combustibile abbia il potenziale "per migliorare l'utilizzo del combustibile, specialmente se abbinato a reattori veloci avanzati, e ridurre drasticamente il volume di HLW da smaltire".

La misura è degna di nota perché mentre gli Stati Uniti hanno esplorato il ritrattamento per decenni - a partire dal recupero del plutonio del progetto Manhattan della Seconda Guerra Mondiale dal combustibile di uranio metallico irradiato scaricato dai reattori di produzione di Hanford - i tentativi di ritrattamento commerciale hanno incontrato problemi tecnici, economici e normativi. . E sebbene gli Stati Uniti abbiano considerato per decenni l’opzione del ritrattamento come un potenziale percorso da seguire, le priorità della ricerca sui rifiuti nucleari negli ultimi anni hanno oscillato a seconda delle diverse amministrazioni (vedi riquadro laterale, “La riemersione del ritrattamento come percorso dei rifiuti nucleari”).

Il governo degli Stati Uniti sviluppò originariamente la tecnologia di ritrattamento come parte dello sforzo della Seconda Guerra Mondiale per sviluppare la bomba atomica, ma il ritrattamento del combustibile nucleare esaurito (SNF) divenne un percorso essenziale per affrontare le future carenze di approvvigionamento di combustibile nucleare durante le prime fasi dell’energia nucleare commerciale. dagli anni Cinquanta alla fine degli anni Settanta. A causa in parte delle incerte forniture di uranio negli anni '70, in diversi paesi sorsero programmi di ricerca sui reattori autofertilizzanti per esplorare le capacità di allevamento dei reattori a neutroni veloci. Gli allevatori hanno promesso di convertire abbondante uranio-238 (U-238) in un combustibile utilizzabile (plutonio-239), di produrre più combustibile utilizzabile di quello che hanno consumato e di utilizzare il 60% o più del contenuto energetico del combustibile di uranio.