Os lantanídeos são uma matéria-prima muito rara usada em baterias, telemóveis, ímanes, e ecrãs e estão a vir da China, quando os resíduos nucleares são uma fonte preciosa para a obter. Há 2,3 milhões de euros de financiamento para aplicar em três anos e explorar como os reciclar
À pergunta: o armazenamento permanente é a única estratégia de lidar com os resíduos nucleares? A resposta é não, diz Kristina Kvashnina do Instituto de Ecologia de Recursos do HZDR e professora na Universidade de Grenoble Alpes, em França, pretende investigar as possibilidades de reciclar alguns elementos dos resíduos nucleares usando novas técnicas de separação — porque os combustíveis nucleares antigos contêm matérias-primas importantes, que podem ser utilizadas não apenas em energia nuclear. Para o fazer conta para os próximos três anos com 2,3 milhões de euros em financiamento para o projeto “MaLaR – Novos materiais 2D-3D para recuperação de lantanídeos de resíduos nucleares”. Além da Alemanha, os parceiros deste projeto são a França, a Suécia e a Roménia.
O que é suposto ser reciclado são os lantanídeos, um grupo de 15 elementos químicos que inclui algumas terras raras. São muito utilizados, por exemplo, em ecrãs, baterias, ímanes, meios de contraste e sondas biológicas. “São uma matéria-prima muito rara, a maior parte da qual provém da China. É por isso que estamos a tentar recicla-la a partir de resíduos, mesmo de resíduos nucleares”, explica Kvashnina, coordenadora do projeto MaLaR.
Porém, para reciclar os resíduos, estes têm de ser separados. Além dos riscos de segurança básicos associados aos elementos radioativos, há um problema especial com os resíduos nucleares: Os materiais que contêm apresentam reacções químicas muito semelhantes. “É por isso que é muito difícil encontrar algo que provoque uma reação apenas num elemento e não noutros, para que se possa extrair apenas um”, explica Kvashnina. Os processos de separação existentes envolvem frequentemente produtos químicos perigosos, consomem muita energia e resultam em fluxos de resíduos adicionais.
Controlar os resíduos nucleares e industriais
“O nosso objetivo é conceber um material com o qual possamos, numa primeira fase, extrair elementos individuais de misturas sintéticas de elementos. No futuro, isso poderia ser transferido para várias aplicações. É certo que, dentro de três anos, só poderemos dar o primeiro passo para a reciclagem, mas se formos bem sucedidos, as aplicações serão facilmente acessíveis”, sublinha Kvashnina. O impacto seria enorme porque os novos métodos de separação não só ajudariam na recuperação de matérias-primas de resíduos nucleares e outros resíduos industriais, mas também no armazenamento final seguro de resíduos altamente radioativos, por exemplo, se isótopos com diferentes tempos de vida puderem ser separados e depois armazenados separadamente. O projeto visa explicitamente o desenvolvimento de soluções tecnológicas adequadas e próximas do mercado.
Materiais de carbono como captadores de elementos específicos
O Consórcio MaLaR está a trabalhar num procedimento inovador. A ideia é desenvolver novos materiais tridimensionais como ferramenta crucial para métodos de separação eficazes, amigos do ambiente e sustentáveis. Isto aplica-se tanto a resíduos nucleares como a resíduos industriais, tais como aplicações radiomédicas. Tal como nos métodos de separação atuais, os investigadores baseiam-se no princípio da sorção: elementos radioativos específicos presentes nos resíduos nucleares líquidos ligam-se à fase sólida vizinha de um sorvente, podendo assim ser separados do resto dos resíduos. Portanto, a sorção é o processo decorrente da interacção de uma substância no interior ou na superfície de outra.
Explicando melhor… o que é um sorvente? A palavra latina “sorbere” significa “absorver”: portanto, são definidos como várias substâncias líquidas ou sólidas na forma de mangas, aparas, rolos, esteiras usadas para sorção, ou seja, a remoção de substâncias como resultado de adsorção (adesão à superfície de moléculas líquidas) e absorção (absorção completa das moléculas com as quais estão em contacto). Os sorventes são usados para bloquear vazamentos e neutralizar os efeitos tóxicos dos produtos químicos, como tintas, óleo de combustível ou solventes.
Nos últimos anos, estudos demonstraram que os óxidos de grafeno – materiais porosos à base de carbono – podem superar significativamente os sorventes industriais mais importantes ou os nuclídeos radioativos atualmente em uso. Além disso, verificou-se recentemente que certas alterações na estrutura eletrónica aumentam ainda mais o desempenho da sorção. No âmbito do projeto MaLaR, Kvashnina e os seus parceiros pretendem explorar sistematicamente as reações químicas subjacentes e desenvolver novos materiais à base de óxido de grafeno que possam servir como absorventes de elementos específicos.
Nota:
A equipa MaLaR pode contar com a experiência dos seus parceiros em vários mundos diferentes: no desenvolvimento de materiais 2D/3D, na física fundamental e na química dos elementos radioactivos, bem como na possibilidade de utilizar um novo método in-situ para a investigação, resolvida no tempo, das mais ínfimas concentrações de lantanídeos em materiais radioactivos.
“Vai ser ótimo passar os próximos anos a trabalhar nesta equipa. Podemos combinar os conhecimentos fundamentais das experiências com cálculos e modelos teóricos, bem como a caraterização e o desenvolvimento de materiais”, afirma Kvashnina com entusiasmo. No âmbito do projeto, Kvashnina será também responsável por experiências na Rossendorf Beamline (ROBL) do HZDR no Sincrotrão Europeu (ESRF) em Grenoble, onde os novos materiais serão testados quanto às suas propriedades químicas utilizando luz intensa de raios X.
