永久储存是处理核废料的唯一策略吗？亥姆霍兹中心-德累斯顿-罗森多夫（HZDR）的克里斯蒂娜-克瓦什尼娜（Kristina Kvashnina）教授说，不是。在欧盟新资金的资助下，她希望研究利用新型分离技术回收核废料中某些成分的方案–因为旧核燃料中含有重要的原材料，而不仅仅是核能。最近，欧盟为 “MaLaR–从核废料中回收镧系元素的新型 2D-3D 材料 ”项目提供了未来三年的 230 万欧元资金。除德国外，合作伙伴还包括法国、瑞典和罗马尼亚。
应该回收的是镧系元素，这是一组化学元素，其中包括一些稀土。例如，它们被广泛应用于屏幕、电池、磁铁、造影剂和生物探针。“镧系元素是一种非常稀有的原材料，大部分来自中国。这就是为什么我们试图从废料中，甚至从核废料中回收这种原材料的原因，”MaLaR 项目协调人 Kvashnina 解释说。这位物理学家隶属于 HZDR 资源生态研究所，并在法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学担任教授。
为了回收利用废物，必须对其进行分类。除了与放射性元素相关的基本安全风险外，核废料还有一个特殊问题： 它所包含的材料会产生非常相似的化学反应。“克瓦希尼娜解释说：”这就是为什么很难找到只在一种元素中发生反应而不在其他元素中发生反应的物质，从而只提取一种元素。现有的分离过程往往涉及危险化学品，耗费大量能源，并产生额外的废物流。
作为特定元素清除剂的碳材料
MaLaR 联盟正在研究一种创新程序。其目的是开发新型三维材料，作为有效、环保、可持续分离方法的关键工具。这既适用于核废料，也适用于工业废料，如放射性医疗应用。正如目前的分离方法一样，研究人员正在利用吸附原理：液态核废料中的特定放射性元素会吸附在吸附剂的邻近固相上，从而与其他废料分离。
近年来的研究表明，石墨烯氧化物（碳基多孔材料）的性能大大优于目前使用的最重要的工业吸附剂或放射性核素。此外，最近还发现电子结构的某些变化会进一步提高吸附性能。在 MaLaR 项目中，Kvashnina 和她的合作伙伴希望系统地探索潜在的化学反应，并在氧化石墨烯的基础上开发可作为特定元素清除剂的新材料。
控制核废料和工业废料
“我们的目标是设计一种材料，最初可以用它从合成元素混合物中提取单个元素。将来，我们可以将其应用于各种领域。诚然，三年内我们只能迈出循环利用的第一步，但如果我们取得成功，应用将指日可待，”Kvashnina 强调说。这将产生巨大的影响，因为新型分离方法不仅有助于从核废料和其他工业废料中回收原材料，还有助于安全地最终储存高放射性废料，例如，如果可以将不同寿命的同位素分离出来，然后分别储存。该项目的明确目标是开发贴近市场的适当技术解决方案。
MaLaR 团队可以依靠其合作伙伴在多个不同领域的专业知识：二维/三维材料开发、基础物理学和放射性元素化学，以及使用新的原位方法对放射性材料中最微量的镧系元素浓度进行时间分辨研究的可能性。
“在这个团队工作的未来几年将是非常美好的。我们可以把从实验中获得的基本见解与理论计算和模型以及材料表征和开发结合起来。作为项目的一部分，她还将负责格勒诺布尔欧洲同步加速器（ESRF）的 HZDR 罗森多夫光束线（ROBL）的实验，在那里将使用密集的 X 射线光测试新材料的化学特性。
项目背景
MaLaR 项目于 2025 年 1 月 1 日启动。通过欧洲欧洲原子能共同体计划，HZDR 和以下合作伙伴将在三年内获得 230 万欧元：
- 法国蒙彼利埃大学马尔库尔分离化学研究所和法国国家科学研究中心（CNRS）
- 瑞典的于默奥大学和乌普萨拉大学
- 罗马尼亚布加勒斯特 POLITEHNICA 大学
在 HZDR，大部分工作将在德累斯顿-罗森多夫的阿尔法实验室和格勒诺布尔的 ROBL 光束线进行。
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