Crushed nuclear plant concrete captures 98% of strontium-90 in 48 hours

Científicos de la University of Manchester, the UK’s National Nuclear Laboratory y Clemson University han descubierto una forma sorprendentemente sencilla de atrapar el estroncio-90 radiactivo del agua utilizando hormigón triturado sobrante de plantas nucleares desmanteladas. Al tratar estos escombros de hormigón con fosfatos, mejoraron su capacidad para capturar hasta el 98% del estroncio-90 en tan solo 48 horas, ofreciendo un método novedoso para reutilizar residuos de construcción nucleares en lugar de simplemente desecharlos.

El estroncio-90 es un subproducto notoriamente problemático de la fisión nuclear, con una vida media de aproximadamente 28.8 años. Se filtra fácilmente en las aguas subterráneas y se acumula en los ecosistemas porque químicamente imita al calcio. La contaminación por este isótopo se ha documentado en sitios como Sellafield en el Reino Unido, Hanford en EE. UU. y en grandes zonas de desastres nucleares como Chernóbil y Fukushima Daiichi.

En los experimentos, los investigadores molieron escombros de hormigón de instalaciones nucleares y los sumergieron en agua subterránea sintética que contenía estroncio. En condiciones ricas en oxígeno, el material eliminó aproximadamente el 82% del contaminante radiactivo durante tres meses. Esto funciona porque el oxígeno provoca la formación de calcita en el hormigón, en la que los iones de estroncio se incorporan, fijándolos efectivamente en la estructura cristalina del mineral.

Sin oxígeno, la eficiencia se desplomó hasta alrededor del 14%, demasiado baja para una remediación práctica del agua. Sin embargo, cuando el hormigón se trató con fosfatos, el rendimiento se disparó: en un entorno aeróbico, el hormigón modificado retuvo hasta el 98% del estroncio-90 en apenas 48 horas. Este tratamiento con fosfatos crea sitios químicos adicionales en la superficie del hormigón que sujetan con fuerza los iones radiactivos.

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How phosphate-treated concrete captures strontium-90

• El hormigón triturado procedente del desmantelamiento de centrales nucleares se muele hasta obtener partículas finas.
• Los escombros de hormigón se tratan con compuestos fosfatados para mejorar los sitios de sorción.
• Al sumergirse en agua contaminada con estroncio y rica en oxígeno, la formación de calcita incorpora iones de estroncio.
• El tratamiento con fosfatos aumenta además los sitios de unión química, incrementando la eficiencia de captura del estroncio.
• En 48 horas, hasta el 98% del estroncio-90 queda atrapado en el agua.

Advantages of using treated nuclear concrete for radioactive cleanup

• Transforma residuos de construcción de bajo nivel radiactivo en una herramienta eficaz de remediación.
• Reduce significativamente el volumen de residuos radiactivos enviados a vertederos.
• Ofrece una alternativa rentable a materiales especializados como zeolitas y minerales de apatita.
• Utiliza material de desecho abundante procedente del creciente desmantelamiento de instalaciones nucleares.
• Potencialmente agiliza las operaciones de limpieza en países con proyectos nucleares a gran escala.

La importancia aquí va más allá de la impresionante tasa de captura del 98%. La International Atomic Energy Agency pronostica un aumento en el desmantelamiento de instalaciones nucleares en las próximas décadas, lo que conducirá a un volumen creciente de residuos de construcción de bajo nivel radiactivo. Los métodos convencionales para la eliminación de estroncio se basan en zeolitas, sorbentes a base de fosfatos y barreras de minerales de apatita. Este nuevo enfoque invierte la lógica: en lugar de desechar los residuos de hormigón, los transforma en una herramienta de limpieza rentable.

Los esfuerzos internacionales actuales para gestionar residuos líquidos radiactivos a menudo se centran en materiales especializados que pueden ser costosos o limitados en disponibilidad. Reutilizar el hormigón desmontado no solo aprovecha un recurso abundante, sino que también podría agilizar las operaciones de limpieza en todo el mundo, especialmente en países que afrontan desafíos de desmantelamiento nuclear a gran escala.

Future testing and implications for radioactive waste management

De cara al futuro, será importante probar este hormigón tratado con fosfatos en condiciones del mundo real, incluida la química variable del agua y los niveles de oxígeno in situ. El éxito podría dar paso a una nueva clase de materiales sorbentes sostenibles derivados de subproductos de la industria nuclear, remodelando las estrategias de gestión de residuos radiactivos en las próximas décadas.