El reprocesamiento de combustible nuclear gastado en EE. UU. podría estar regresando: este es el motivo

El Departamento de Energía (DOE, por sus siglas en inglés) ha redoblado sus esfuerzos para explorar el reciclaje del combustible nuclear gastado (SNF, por sus siglas en inglés) o combustible nuclear usado (UNF, por sus siglas en inglés) de la flota de reactores de agua ligera (LWR, por sus siglas en inglés) de la nación, entregando $38 millones en premios federales a una docena de proyectos el 21 de octubre.

Los equipos recibirán fondos bajo el programa "Conversión de radioisótopos UNF en energía" (CURIE) lanzado por el DOE en marzo de 2022 para trabajar en proyectos que promoverán el reciclaje de SNF. Los proyectos buscarán reducir el volumen de desechos de alto nivel (HLW) que requerirán eliminación permanente, pero también proporcionarán potencialmente materia prima que podría usarse en reactores domésticos avanzados, dijo el DOE.

Los premios representan un avance fundamental para la estrategia emergente de la nación para hacer frente a SNF de su flota de LWR, la mayoría de los cuales se encuentra en almacenamiento temporal, en espera de disposición final. Hasta ahora, la industria nuclear ha almacenado de manera segura 88 500 toneladas métricas de SNF y HLW comerciales en piscinas de combustible gastado y cofres secos en 76 sitios de reactores operativos y fuera de servicio en 35 estados, pero muchos expertos creen que ese enfoque es altamente ineficiente e insostenible. Impulsado por las incertidumbres de la disposición y las preocupaciones sobre los futuros suministros de combustible para reactores nucleares avanzados, la financiación federal instituye un nuevo impulso para el reprocesamiento comercial de SNF, que la agencia espera que sea económicamente viable y resistente a la proliferación.

Los esfuerzos difieren de las ambiciones de larga data de EE. UU. de lidiar con la eliminación de SNF a través de la eliminación directa en un depósito geológico diseñado para contener peligros residuales durante 100 000 años o más. Debido en parte a un estancamiento político en el Congreso, y al incumplimiento de décadas del DOE en un "contrato estándar" para comenzar a desechar SNF como lo requiere la Ley de Política de Residuos Nucleares (NWPA) de 1982, la disposición geológica en Yucca Mountain, Nevada, ha A un punto muerto. El DOE recientemente comenzó a implementar un proceso de ubicación basado en el consentimiento para una instalación de almacenamiento provisional. Estos enfoques, sin embargo, se adaptan a un ciclo de combustible de paso único.

Si bien aún no forma parte de una estrategia formal de desechos nucleares, el programa CURIE de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del DOE se ha propuesto explorar un ciclo nuclear cerrado al permitir el reprocesamiento comercialmente viable de SNF de la flota LWR actual.

CURIE prevé que si se resuelven las brechas o barreras clave en las tecnologías de reprocesamiento, el monitoreo de procesos y el diseño de instalaciones, el reprocesamiento comercial podría prosperar. El programa postula que el reprocesamiento de SNF para recuperar actínidos reutilizables y reciclarlos en nuevo combustible tiene el potencial de "mejorar la utilización del combustible, especialmente cuando se combina con reactores rápidos avanzados, y reducir drásticamente el volumen de HLW que requiere eliminación".

La medida es notable porque, si bien EE. UU. ha explorado el reprocesamiento durante décadas, comenzando con la recuperación de plutonio del Proyecto Manhattan de la era de la Segunda Guerra Mundial del combustible de uranio metálico irradiado descargado de los reactores de producción de Hanford, los intentos comerciales de reprocesamiento han encontrado problemas técnicos, económicos y regulatorios. . Y aunque EE. UU. ha considerado durante décadas la opción de reprocesamiento como un posible camino a seguir, las prioridades de investigación de desechos nucleares en los últimos años han fluctuado bajo diferentes administraciones (consulte la barra lateral, "Resurgimiento del reprocesamiento como un camino de desechos nucleares").

El gobierno de los EE. UU. desarrolló originalmente la tecnología de reprocesamiento como parte del esfuerzo de la Segunda Guerra Mundial para desarrollar la bomba atómica, pero el reprocesamiento del combustible nuclear gastado (SNF, por sus siglas en inglés) se convirtió en una vía esencial para abordar futuras deficiencias en el suministro de combustible nuclear durante las primeras etapas de la energía nuclear comercial: desde la década de 1950 hasta finales de la década de 1970. Debido en parte a la incertidumbre de los suministros de uranio en la década de 1970, surgieron programas de investigación de reactores reproductores en varios países para explorar las capacidades de reproducción de los reactores de neutrones rápidos. Los criadores prometieron convertir abundante uranio-238 (U-238) en un combustible utilizable (plutonio-239), producir más combustible utilizable del que consumieron y usar el 60% o más del contenido energético del combustible de uranio.

Después de que la Comisión de Energía Atómica (AEC, predecesora de la Comisión Reguladora Nuclear [NRC]) expresara su intención de retirarse de la prestación de servicios de reprocesamiento nuclear para SNF en 1957, el desarrollo de la industria privada cobró impulso hasta 1976. Si bien el desarrollo y la construcción de cuatro grandes plantas comerciales de reprocesamiento se iniciaron, solo se construyó y operó una instalación comercial de reprocesamiento en los EE. UU., la planta West Valley de Nuclear Fuel Service cerca de Buffalo, Nueva York. La instalación funcionó desde 1966 hasta 1972, pero nunca procesó SNF comercial y finalmente se cerró debido a requisitos reglamentarios más estrictos.

En 1976, la administración Ford declaró que EE. UU. ya no debería considerar el reprocesamiento del combustible nuclear usado para producir plutonio como un "paso necesario e inevitable en el ciclo del combustible nuclear". En 1977, la administración Carter anunció un aplazamiento "indefinido" del reprocesamiento comercial y el reciclaje del plutonio producido en los programas de energía nuclear de Estados Unidos. Mientras que la administración Reagan en 1981 levantó las prohibiciones indefinidas sobre el reprocesamiento comercial, la administración del presidente George HW Bush detuvo el reprocesamiento de armas en una declaración de política sobre la no proliferación nuclear en 1992. Ese mismo año, la administración cerró permanentemente el reprocesamiento de la planta federal de extracción de plutonio y uranio (PUREX). instalación en Hanford, Washington.

En 1993, la administración Clinton declaró que Estados Unidos "no fomenta el uso civil del plutonio y, en consecuencia, no se involucra en el reprocesamiento de plutonio para fines de energía nuclear o explosivos nucleares". Sin embargo, en su Política Nacional de Energía de 2001, la administración de George W. Bush instó a considerar (en colaboración con socios internacionales con ciclos de combustible altamente desarrollados) tecnologías de reprocesamiento y tratamiento de combustible que sean "más limpias, más eficientes, menos intensivas en desechos y más resistente a la proliferación". Bajo la administración Bush, el Departamento de Energía (DOE) también inició el trabajo hacia una demostración a escala de ingeniería del proceso de separación UREX+.

Sin embargo, la administración Obama consideró que el reprocesamiento con la tecnología existente era "antieconómico", aunque subrayó que el reprocesamiento no reducía significativamente la carga de desechos. También sugirió que el reprocesamiento del combustible nuclear usado había dado como resultado "grandes y crecientes existencias de plutonio separado" como subproducto, lo que representaba "uno de nuestros mayores problemas de no proliferación". En cambio, la administración defendió el almacenamiento provisional regional o internacional.

Bajo la administración de Trump, el DOE volvió a enfatizar los beneficios de la investigación y el desarrollo (I+D) del ciclo del combustible. En 2018, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del DOE estableció el programa MEITNER (Modeling-Enhanced Innovations Trailblazing Nuclear Energy Reinvigoration), alentando "un replanteamiento de cómo encajan las piezas del sistema del reactor nuclear". Y en 2019, ARPA-E lanzó el programa Generating Electricity Managed by Intelligent Nuclear Assets (GEMINA), con el objetivo de desarrollar tecnología de gemelos digitales para reactores nucleares avanzados y transformar las operaciones y los sistemas de mantenimiento en la próxima generación de plantas de energía nuclear.

ARPA-E ha continuado con ese ritmo bajo la administración de Biden. Encargado de proporcionar "soluciones transformadoras para mejorar la gestión, limpieza y eliminación de desechos radiactivos y combustible nuclear gastado" por la Ley de Reautorización ARPA-E de 2019, la agencia en mayo de 2021, lanzó la Optimización de los Sistemas de Eliminación de Residuos Nucleares y Reactores Avanzados (EN ADELANTE) programa. A través de ONWARDS, ARPA-E espera desarrollar y demostrar "tecnologías innovadoras que facilitarán una reducción de 10 veces en la generación de volumen de desechos [reactor avanzado] o la huella del depósito".

En marzo de 2022, ARPA-E lanzó el programa Converting UNF Radioisotopes Into Energy (CURIE). CURIE, que honra a la física y química Marie Curie, busca desarrollar separaciones innovadoras y resistentes a la proliferación de elementos de vida prolongada, como el plutonio, que podrían convertirse en nuevo combustible y "transmutarse" en isótopos radiactivos comerciales de vida más corta y minerales críticos. . Pero CURIE también admite tecnologías de contabilidad de materiales y monitoreo en línea. "CURIE alimentará reactores avanzados y proporcionará importantes elementos de energía limpia, todo mientras reduce drásticamente los desechos", dijo en marzo la Dra. Jennifer Gerbi, directora interina de ARPA-E. "Con este nuevo programa, enfatizamos las salvaguardas y reducimos los costos a medida que brindamos opciones de tecnología de energía limpia para el futuro".

El ciclo de combustible nuclear cerrado propuesto por CURIE contempla el reprocesamiento de UNF, esencialmente separando UNF para recuperar actínidos reutilizables (uranio y plutonio, entre ellos) y luego reciclarlos en nuevo combustible.

Históricamente, las instalaciones comerciales de reprocesamiento, como La Hague en Francia, han utilizado un proceso basado en la extracción por solvente desarrollado en 1950, el proceso de extracción y reducción de plutonio y uranio (PUREX), para recuperar productos de uranio y plutonio (como trióxido de uranio y dióxido de plutonio). "El producto de dióxido de plutonio sirve como materia prima que se mezcla con óxido de uranio para fabricar combustible de óxido mixto (MOX), que es utilizado por los LWR", explica el DOE. El proceso PUREX sigue siendo el método estándar de separación UNF y el único método practicado actualmente a escala comercial e industrial.

Si bien EE. UU. marcó varios hitos iniciales en el reprocesamiento, otros países, incluidos Francia, el Reino Unido, Japón, Rusia y China, han encabezado los avances. Algunos ya han establecido aplicaciones comerciales de reciclaje.

Rusia, en particular, el 9 de septiembre anunció que cargó completamente su núcleo rector rápido BN-800 de 820 MWe con combustible MOX de uranio-plutonio. El combustible MOX de Rusia comprende "óxido de plutonio generado en reactores comerciales y óxido de uranio empobrecido que proviene de la desfluoración del hexafluoruro de uranio empobrecido (UF6), los llamados relaves secundarios de las instalaciones de enriquecimiento de uranio". China también ha anunciado varios hitos de reprocesamiento. Luego de completar las pruebas en una planta piloto de PUREX en 2015, China exploró planes para comenzar a reprocesar UNF en una instalación comercial más grande. Según los informes, está construyendo en conjunto dos instalaciones de MOX.

Bajo su programa CURIE, ARPA-E establece un camino para desarrollar tecnologías de separación "innovadoras", técnicas de monitoreo de procesos para materiales nucleares especiales, así como diseños de equipos que "mejorarán significativamente la economía y el monitoreo de procesos de las tecnologías de reprocesamiento mientras reducen drásticamente la volumen de HLW de LWR UNF que requiere eliminación". Un programa más enfocado que ONWARDS, que también busca minimizar las cantidades de HLW, CURIE explorará múltiples tecnologías de reprocesamiento, incluido el acuoso, el piroprocesamiento y la volatilidad del fluoruro.

En comparación con ONWARDS, CURIE también establece métricas notables relacionadas con los costos. Entre estos se encuentran mantener los costos de eliminación en el rango de 0,1 ¢/kWh pero proporcionar un costo de combustible de 1 ¢/kWh para "una instalación de 200 toneladas métricas de metales pesados ​​[MTHM] / año nth of a kind (NOAK). " Eso es importante considerando que las estimaciones de costos para una instalación de reprocesamiento a gran escala basada en PUREX actualmente rondan los $20 mil millones.

Además, CURIE tiene como objetivo enfoques especiales de seguimiento de procesos de materiales nucleares in situ que pueden predecir (con una incertidumbre del 1 %) la contabilidad de materiales posterior al proceso. También trabajará para permitir separaciones UNF "que no produzcan flujos de plutonio puro".

Estas métricas respaldarán "una tecnología de reprocesamiento comercialmente viable que proporcionaría una valiosa materia prima de combustible [de reactor avanzado] y la capacidad de recuperar productos de fisión de interés (por ejemplo, metales preciosos y radioisótopos médicos) mientras minimiza el impacto de los desechos HLW de la nación", dice la agencia. .

"Dados los avances en las tecnologías de separación, la contabilidad de materiales y las tecnologías de monitoreo en línea, y el diseño de equipos, existen oportunidades para mejorar drásticamente la economía de las instalaciones de reprocesamiento mediante la reducción del espacio físico de las instalaciones, la modularización de las operaciones y la construcción de unidades, la reducción de los flujos de desechos, la facilitación del cumplimiento normativo y la habilitación oportuna. y una contabilidad precisa del material nuclear para las operaciones unitarias", añade.

El enfoque de CURIE en el desarrollo de materias primas para reactores avanzados derivados de LWR UNF reprocesado es especialmente notable dadas las preocupaciones que surgen del floreciente campo de los desarrolladores de reactores avanzados sobre cómo obtendrán suministros adecuados de uranio de bajo enriquecimiento de alto ensayo (HALEU), una forma de uranio- Combustible 235 enriquecido al 20%. Muchos diseños de reactores nucleares avanzados, incluidos nueve de los 10 diseños otorgados bajo el Programa de demostración de reactores avanzados (ARDP) del DOE, requieren HALEU.

Sin embargo, HALEU actualmente está disponible de solo dos fuentes: cantidades limitadas del DOE a través de la reducción de las existencias de material existentes y de suministros comerciales a través de TENEX, una compañía de combustible nuclear propiedad de la empresa estatal rusa Rosatom.

Si bien EE. UU., por ahora, no ha llegado a imponer sanciones al uranio ruso después de la agresión de Rusia en Ucrania, EE. UU. reconoce que la dependencia del combustible ruso para la energía nuclear avanzada plantea varios riesgos inherentes. Estos incluyen interrupciones en el suministro y riesgos generales para la competitividad de las exportaciones, así como una expansión "no intencional" de la influencia rusa o china. Pero salvo cualquier acción dramática a corto plazo por parte de EE. UU., "esencialmente, no hay otra opción para los desarrolladores de reactores avanzados que confiar inicialmente en HALEU suministrado por Rusia, particularmente dados los plazos acelerados para sus primeras demostraciones y unidades", advierte el grupo de expertos Third Way. .

Hasta ahora, al menos dos instalaciones de EE. UU. podrían obtener la licencia para enriquecer HALEU para cuando se desplieguen los reactores avanzados. Centrus Energy, que recibió un premio de $115 millones del DOE para demostrar la producción de HALEU en sus instalaciones de Piketon, Ohio, y la única licencia de la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) del país para la producción de HALEU, le dijo en agosto a POWER que completó la construcción de la centrífuga. y cumplió con todos los demás hitos del programa según lo requerido para junio de 2022. Sin embargo, las operaciones se retrasaron debido a las limitaciones de la cadena de suministro para obtener cilindros de almacenamiento HALEU.

En abril de 2022, el DOE modificó su contrato HALEU para extender el período de ejecución hasta el 30 de noviembre de 2022. Centrus dijo que también planeaba presentar una oferta a la solicitud de propuestas del DOE de junio de 2022 para un contrato de costo compartido 50/50 para completar la cascada y producir 20 kilogramos de HALEU. "Una vez que se hayan producido 20 kg de HALEU, el contrato base pasará a ser un contrato de costo más incentivo para la producción de 900 kg durante el período subsiguiente de 1 año", pero el DOE incluye opciones para extender el rendimiento hasta nueve años, dijo la compañía. El DOE "ha estimado que llevará un poco menos de un año poner en línea la cascada HALEU desde el momento en que se adjudique el contrato de operaciones", dijo la compañía. Mientras tanto, en 2019, Urenco USA, Inc., una subsidiaria estadounidense de una empresa europea, dijo que es capaz de producir HALEU y satisfacer las necesidades de la industria y que un nuevo módulo de enriquecimiento para tales fines podría estar operativo dentro de los 24 meses de la licencia de NRC.

Reconociendo la urgencia de desarrollar una fuente nacional más robusta para HALEU, el Congreso en su Ley de Reducción de la Inflación (IRA) promulgada en agosto proporcionó $ 700 millones para que HALEU esté disponible para reactores avanzados. Sin embargo, mantener esa financiación plantea nuevas preocupaciones. La solicitud de asignación suplementaria emitida por el DOE el 1 de septiembre de $1500 millones adicionales para actividades HALEU a fin de abordar las deficiencias en el acceso a los servicios de uranio y combustible de Rusia ha enfrentado obstáculos en el Congreso. Aún así, la agencia continúa buscando nuevas vías para obtener suficiente HALEU. El 6 de octubre, la agencia publicó un aviso de "fuentes buscadas" para medir el interés de la industria y la viabilidad de "grandes y pequeñas empresas" para producir HALEU. Las respuestas originales deben presentarse el 28 de octubre.

El lanzamiento de CURIE por parte del DOE y los premios recientes del programa defienden el reprocesamiento de LWR UNF, que generalmente es UNF de óxido de uranio revestido de aleación de circonio, como otra vía potencial para abordar los problemas de combustible nuclear de la nación. Según el DOE, la amplia gama de tecnologías de reprocesamiento de CURIE puede "proporcionar materias primas compatibles con las necesidades de combustible de los diseños de reactores avanzados que se acercan al despliegue", incluidos los reactores refrigerados por gas, sales fundidas y metal líquido. "Cualquier otra tecnología de separaciones que cumpla con las métricas del programa también está dentro del alcance [de CURIE]", dice.

CURIE prevé que los productos de materia prima que surjan de una instalación de reprocesamiento podrían "finalmente venderse a un fabricante de combustible" para producir combustible para reactores avanzados. De manera significativa, sugiere que una instalación escalada a la métrica de CURIE de 200 MTHM/año podría proporcionar suficiente materia prima de uranio y plutonio (U/Pu) o uranio/transuránico (U/TRU) para satisfacer las necesidades de combustible del reactor avanzado "en el marco de tiempo de 2030". " Esa evaluación se basa en la estimación de 2020 del Instituto de Energía Nuclear de que la industria necesitará aproximadamente 220 MT por año de HALEU para 2032. "El combustible U/TRU o U/Pu proporcionaría la materia prima equivalente a la misma cantidad de HALEU, y el material reprocesado podría sirven como materia prima HALEU", sugiere el DOE.

El desarrollo tecnológico necesario, sin embargo, debe superar barreras significativas, reconoce la agencia. Hoy, por ejemplo, "no existe una vía demostrada para un combustible U/TRU a partir de una tecnología de extracción por solvente, y las medidas de seguridad están ampliamente establecidas pero están asociadas con un costo significativo", señala.

Aún así, el DOE parece optimista. "Existen muchas oportunidades para el desarrollo de tecnologías alternativas de extracción por solventes que alterarían el panorama del procesamiento", dice. El desarrollo de tecnologías acuosas alternativas (extracción con solvente), por ejemplo, podría permitir la co-recuperación de actínidos (desde uranio hasta americio) que son relevantes para el ciclo de combustible nuclear avanzado en un solo paso de separación que mejora tanto la economía como potencialmente aumenta la resistencia a la proliferación. , dice.

El piroprocesamiento, una separación electroquímica por lotes no acuosa y de alta temperatura de UNF en diferentes corrientes para su reutilización o eliminación, también podría ser potencialmente atractivo para la producción de combustible para algunos ciclos de combustible de reactores avanzados de espectro rápido a partir de LWR UNF, porque la Los elementos TRU, incluido el plutonio, no están bien separados entre sí, lo que proporciona otra capa de defensa contra la proliferación. Sin embargo, el piroprocesamiento solo se ha demostrado a pequeña escala en un entorno de investigación y desarrollo, señala el DOE.

Otro proceso de alta temperatura, la volatilidad del fluoruro, que aprovecha la volatilidad de los fluoruros en alto estado de oxidación (por ejemplo, UF6) para lograr la separación, se utilizó para recuperar más de 100 000 TM de uranio del combustible no comercial irradiado y para reprocesar el fundido. Salt Reactor Experiment combustible en la década de 1960. Si bien se han diseñado diagramas de flujo que apuntan a los actínidos (uranio, plutonio y neptunio) que pueden ser útiles como materia prima de combustible para reactores avanzados, hasta el momento no se ha demostrado la volatilidad del fluoruro con UNF directamente de un LWR.

El DOE sugiere que también espera el interés de las partes interesadas (fuera de la comunidad de reactores avanzados) para recuperar y reutilizar económicamente los productos de fisión para uso industrial o médico de radioisótopos.

Para algunos en la comunidad de reactores avanzados, los esfuerzos del DOE para explorar el reciclaje SNF marcan un paso importante para abordar las oportunidades perdidas por el enfoque de ciclo de combustible abierto de la nación.

Oklo, un desarrollador de microrreactores que está demostrando la conversión de combustible de óxido usado en metal, lo que permite el reciclaje de desechos de la flota actual en combustible de reactor avanzado, señaló un potencial para una mejor eficiencia del combustible. "Los reactores de hoy solo consumen alrededor del 5% del contenido de energía contenido en su combustible. Casi el 95% del contenido de energía permanece sin usar", dijo la compañía a POWER el 21 de octubre.

Oklo ha ganado cuatro premios DOE hasta la fecha con una variedad de socios, que incluyen el Laboratorio Nacional de Idaho (INL), el Laboratorio Nacional de Argonne (ANL), la empresa de gestión de desechos nucleares Deep Isolation y la Universidad Case Western Reserve. En febrero, cuando el DOE le otorgó a Oklo un premio de $5 millones bajo el programa ONWARDS, Jacob DeWitte, cofundador y director ejecutivo de Oklo, dijo que la firma de tecnología nuclear avanzada planea aprovechar lo aprendido de estos proyectos para lanzar una primera de una planta de reciclaje de combustible amable.

"La instalación de reciclaje de combustible permitirá a Oklo convertir los desechos nucleares del combustible nuclear usado existente en energía limpia, así como reciclar el combustible de las plantas de Oklo, lo que permitirá una reducción drástica de costos y resolverá una necesidad clave de la cadena de suministro", dijo. "Una instalación de reciclaje de combustible a escala comercial cambiará el paradigma económico de la fisión avanzada", agregó.

El DOE, en particular, seleccionó dos proyectos encabezados por Argonne como parte de sus premios CURIE el viernes. Bajo un proyecto que obtuvo $4.9 millones en fondos federales, el laboratorio nacional con sede en Lemont, Illinois, desarrollará un proceso de reducción de óxido electroquímico (OR) que cumple con las métricas de costos y desechos del programa CURIE para una instalación de piroprocesamiento comercial. "El OR electroquímico es un proceso de un solo paso que convierte los combustibles de óxido usados ​​en metal, pero las ineficiencias actuales dan como resultado una conversión no uniforme e incompleta en metal, largos tiempos de proceso y grandes volúmenes de desechos", explicó el DOE.

Argonne está listo para demostrar un proceso OR altamente eficiente con una conversión del 97% del combustible de óxido a metal al incorporar sensores para monitorear la conversión de óxido a metal, usar materiales de ánodo de próxima generación estables y eficientes y, finalmente, optimizar los diseños de celdas para lograr una conversión espacialmente uniforme a metal. Según el proyecto, Oklo buscará la adquisición de combustible usado para reciclar y, a través del proyecto CURIE, desarrollará su programa para adquirir materia prima de combustible de óxido usado, dijo a POWER el desarrollador del reactor avanzado. “Este programa priorizará la adquisición de combustible usado con base en sus características físicas e isotópicas, e incluirá el desarrollo de relaciones comerciales con entidades que están buscando activamente una solución para su inventario de combustible usado”, dijo.

Paralelamente, en el marco del segundo proyecto otorgado por el DOE, Argonne desarrollará, producirá y probará un conjunto de contactores compactos de lecho empacado giratorio (RPB) denominados Equipo centrífugo empacado para separaciones radioquímicas (PACER) para el reprocesamiento de combustible nuclear usado.

Mientras tanto, INL obtendrá $ 2,7 millones en fondos federales para diseñar, fabricar y probar materiales de ánodo robustos para reducir electroquímicamente los óxidos de actínidos y productos de fisión en SNF. "La reducción electroquímica de UNF es un paso clave en los diagramas de flujo de piroprocesamiento que permite la recuperación posterior de actínidos a través de la electrorrefinación. Los ánodos actuales, que generalmente se fabrican con platino o grafito, sufren un alto costo, una rápida degradación de los materiales del ánodo, contaminación del producto metálico , y el impacto negativo en la huella de carbono", explicó el DOE. "Para reducir los costos de los ánodos y mejorar el rendimiento, INL fabricará y evaluará el rendimiento de ánodos revestidos y bimetálicos de iridio y rutenio para uso comercial. El desarrollo de materiales de ánodos robustos respalda una solución transformadora para tratar el óxido UNF sin generar gases de efecto invernadero ni aislar plutonio puro. "

Sin embargo, el premio CURIE más grande del DOE bajo las selecciones de proyectos de octubre (6,5 millones de dólares) se destinará a GE Research para el desarrollo de la tecnología Monochromatic Assays Yielding Enhanced Reliability (MAYER). MAYER es "una solución de salvaguardia revolucionaria para las instalaciones de reprocesamiento nuclear acuoso", explicó la firma. "MAYER utiliza una innovadora fuente de radiación de dispersión Compton láser compacta y sintonizable para proporcionar un haz monocromático de alto flujo de fotones que permite una alta precisión (<1 % de incertidumbre), baja latencia (<2 minutos), mediciones de concentración elemental e isotópica in situ de elementos fisionables en un fondo de alta radiación".

Aprovechando el premio, GE planea construir también un gemelo digital piloto virtual de gestión de salvaguardas de instalaciones de reprocesamiento. El gemelo digital utilizará tecnología de contabilidad digital para garantizar la integridad y transparencia de los datos. "El gemelo digital permitirá la capacitación continua en inteligencia artificial bajo demanda para proporcionar una defensa activa para reducir los errores estándar en el inventario de materiales y predecir eventos adversos, para permitir la mitigación antes del cierre requerido de las instalaciones", dijo.

Mientras tanto, Curio, una empresa emergente de desechos nucleares relativamente nueva, obtendrá un premio de $ 5 millones para desarrollar y demostrar su proceso de reciclaje NuCycle SNF a escala de laboratorio. Curio ha estado desarrollando silenciosamente el novedoso ciclo de combustible cerrado, que dice que está "intencionalmente diseñado para evitar la producción de flujos de plutonio puro y reduce drásticamente los volúmenes de desechos en los procesos existentes". Curio espera "varios" productos comerciales del proceso, "incluyendo combustible de uranio/transuránico y radionúclidos valiosos", dijo la compañía. Diseñado para "reducciones de la huella de las instalaciones con una eficiencia económica sustancial, NuCycle aprovecha de manera única los procesos químicos bien entendidos y puede acomodar una variedad de tipos de UNF (por ejemplo, sales fundidas, combustibles de nitruro, etc.). NuCycle cambia el paradigma actual sobre 'residuos nucleares' transformándolo como un activo y crea el caso comercial para el reciclaje de UNF en los EE. UU. ", agregó.

Otro premio notable (4,7 millones de dólares) se destinará a NuVision Engineering, una empresa que diseñará, construirá, pondrá en marcha y operará una plataforma integrada de prueba de contabilidad de materiales. La plataforma apuntará a la predicción de la contabilidad de materiales nucleares posteriores al proceso con una incertidumbre del 1% para una planta de reprocesamiento acuoso. La empresa de ingeniería Mainstream Engineering desarrollará por separado una tecnología de separación por oscilación al vacío para separar y capturar radionúclidos volátiles. El proyecto podría "reducir el capital del ciclo de vida y los costos operativos, y minimizar los desechos que deben almacenarse", dijo el DOE.

El DOE también otorgó al Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI) $ 2,8 millones para desarrollar una "empresa de ciclo de combustible integrado" que abordará "los desafíos combinados de la gestión del ciclo de vida del combustible nuclear y el suministro de combustible de reactor avanzado". La organización de investigación caracterizará y evaluará las opciones de fuente de combustible LWR para la viabilidad económica, así como las opciones para una instalación de reciclaje que produzca combustible para reactores avanzados, como un reactor rápido de cloruro fundido (MCFR). "EPRI utilizará esta información para desarrollar una herramienta de optimización de instalaciones de reciclaje para evaluar las muchas opciones de procesos viables en cuanto a su compatibilidad y eficiencia. El resultado informará el diseño de una instalación de reciclaje ubicada junto con múltiples instalaciones del ciclo de combustible, potencialmente en un sistema operativo de agua ligera. sitio del reactor", dijo el DOE.

Finalmente, el DOE también seleccionó proyectos encabezados por varios equipos académicos. La Universidad de Alabama, Birmingham, desarrollará un proceso de un solo paso que recicla SNF al recuperar la mayor parte del uranio y otros transuránicos de UNF después de la disolución en ácido nítrico. Mientras tanto, la Universidad de Colorado, Boulder, avanzará en tecnología capaz de realizar mediciones de alta precisión y sustancialmente más rápidas de mezclas SNF complejas. La Universidad del Norte de Texas desarrollará un sensor inalámbrico autoalimentado para el monitoreo en tiempo real a largo plazo de la densidad y el nivel de sal fundida a alta temperatura para permitir la protección y el monitoreo precisos del procesamiento electroquímico de UNF. Y la Universidad de Utah desarrollará un proceso piroquímico para convertir eficientemente SNF en una materia prima de combustible adecuada para reactores rápidos enfriados con sodio o reactores alimentados con sales fundidas.

—Sonal Patel es editor asociado sénior de POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine).

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