Πράσινο υδρογόνο: Πώς τα πυρηνικά απόβλητα μπαίνουν ξανά στο παιχνίδι της ενέργειας

Η σχέση πυρηνικών αποβλήτων και καθαρής ενέργειας μοιάζει, εκ πρώτης όψεως, αδιανόητη. Ωστόσο, μια νέα μελέτη από το University of Sharjah ανατρέπει στερεότυπα και προτείνει ότι το χρησιμοποιημένο πυρηνικό καύσιμο μπορεί να αποτελέσει κλειδί για πιο αποδοτική παραγωγή υδρογόνου, ενός από τα πιο συζητημένα στοιχεία στο μέλλον της πράσινης ενέργειας.

Το υδρογόνο συχνά αντιμετωπίζεται ως ιδανικό καύσιμο: η καύση του αφήνει πίσω μόνο νερό, χωρίς καμία εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα. Όμως δεν είναι ενεργειακή πηγή, αλλά και ενεργειακό μέσο. Δεν «παράγει» ενέργεια από μόνο του, αλλά τη μεταφέρει. Και εδώ βρίσκεται το παράδοξο: η μεγαλύτερη ποσότητα υδρογόνου σήμερα προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, με μεθόδους που επιβαρύνουν το περιβάλλον, παρότι το τελικό προϊόν θεωρείται πράσινο.

Η καθαρή παραγωγή υδρογόνου γίνεται με ηλεκτρόλυση, δηλαδή με την κατάτμηση των μορίων νερού μέσω ηλεκτρικού ρεύματος. Είναι απλή στη θεωρία, γνωστή ακόμη και από σχολικά πειράματα, αλλά εξαιρετικά ενεργοβόρα στην πράξη. Η χαμηλή απόδοση και η ανάγκη για επιπλέον ισχύ περιορίζουν τη μαζική υιοθέτησή της, ιδιαίτερα σε επίπεδο βιομηχανίας.

Εδώ ακριβώς παρεμβαίνει η πρόταση της ομάδας του Sharjah. Αντί τα αναλωμένα καύσιμα από πυρηνικούς αντιδραστήρες να παραμένουν αδρανή για χρόνια μέσα σε δεξαμενές ψύξης, η μελέτη προτείνει τη χρήση της έντονης ραδιενέργειας και θερμότητας που εκπέμπουν, για να ενισχυθεί η παραγωγή υδρογόνου. Η διαδικασία δεν φέρνει ποτέ το νερό σε άμεση επαφή με τα απόβλητα, άρα δεν υπάρχει κίνδυνος μόλυνσης. Όμως αξιοποιεί τις φυσικές ιδιότητές τους με τρόπους που μπορεί να αλλάξουν τα δεδομένα.

Η έρευνα περιγράφει μια σειρά από εναλλακτικές προσεγγίσεις, κάθε μία με διαφορετικά πλεονεκτήματα.

1. Ακτινόλυση: προετοιμασία των μορίων νερού μέσω ραδιενέργειας

Με την ακτινόλυση, τα μόρια νερού «προ-σπάνε» όταν ακτινοβολούνται από σωματίδια άλφα, βήτα και γάμμα. Το αποτέλεσμα είναι ένα μείγμα ενεργών ριζών και ενώσεων – υδρογονικών ριζών, υδροξυλικών ριζών, υδρογονίου και υπεροξειδίου του υδρογόνου. Αυτά είναι πολύ πιο εύκολο να μετατραπούν σε καθαρό υδρογόνο όταν εφαρμοστεί ηλεκτρικό ρεύμα, αυξάνοντας την τελική απόδοση του συστήματος.

2. Καταλύτης από ουράνιο: μια οικονομικότερη λύση από τα πολύτιμα μέταλλα

Μια δεύτερη μέθοδος περιλαμβάνει την εξαγωγή ουρανίου από τα απόβλητα και τη χρήση του ως καταλύτη που επιταχύνει την ηλεκτροχημική αντίδραση της ηλεκτρόλυσης. Η μελέτη υποστηρίζει ότι τέτοιοι καταλύτες θα ήταν σημαντικά φθηνότεροι από αυτούς που χρησιμοποιούν πλατίνα ή άλλα πανάκριβα μέταλλα, χωρίς να θυσιάζουν την απόδοση.

3. Ενίσχυση του Steam-Methane Reforming χωρίς ηλεκτρόλυση

Η τρίτη προσέγγιση δεν βασίζεται στην ηλεκτρόλυση. Αξιοποιεί τον ουρανιούχο καταλύτη για να βελτιώσει τη διαδικασία Steam-Methane Reforming (SMR), την πιο διαδεδομένη μέθοδο βιομηχανικής παραγωγής υδρογόνου. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτός ο καταλύτης αντέχει καλύτερα τη συσσώρευση άνθρακα – το κύριο αίτιο φθοράς σε παραδοσιακά συστήματα – και έτσι έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

4. Χρήση της θερμότητας των αποβλήτων για ενεργειακή ενίσχυση

Η τέταρτη μέθοδος αξιοποιεί τη θερμική ενέργεια που εκπέμπουν τα αναλωμένα καύσιμα. Αυτή η θερμότητα μπορεί να υποστηρίξει τόσο χημικές όσο και ηλεκτροχημικές διεργασίες, οδηγώντας σε υψηλότερη απόδοση χωρίς να απαιτούνται πρόσθετες υποδομές θέρμανσης.

Η ερευνητικό ομάδα συνοψίζει την πρόταση με μια φράση: «Η αξιοποίηση πυρηνικών αποβλήτων για παραγωγή υδρογόνου μετατρέπει ένα επίμονο περιβαλλοντικό βάρος σε πολύτιμο πόρο». Όσο ο πλανήτης αναζητά επειγόντως πιο καθαρές λύσεις ενέργειας, η ιδέα ότι τα ίδια τα κατάλοιπα μιας παλιάς τεχνολογίας μπορούν να ενισχύσουν μια νέα, ακούγεται περισσότερο σαν στρατηγικό πλεονέκτημα παρά σαν παράδοξο.

Η μελέτη δεν ισχυρίζεται ότι αποτελεί άμεση λύση για την πλήρη αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων, αλλά ανοίγει μια συζήτηση που μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν αδιανόητη. Το υδρογόνο παραμένει ένας από τους πιο ελπιδοφόρους μοχλούς της πράσινης μετάβασης, όμως η παραγωγή του χρειάζεται καινοτόμες προσεγγίσεις.

Αν οι προτάσεις του University of Sharjah αποδειχθούν πρακτικές σε βιομηχανική κλίμακα, τα πυρηνικά απόβλητα μπορεί να αποκτήσουν έναν ρόλο που κανείς δεν περίμενε: να επιταχύνουν την ενεργειακή μετάβαση αντί να αποτελούν απλώς ένα δύσκολο πρόβλημα διαχείρισης.