2015

2015


Esko Tusa
Use of ion exchangers to absorb radioactive materials
Esko Tusa
Fukushiman voimalaan tulvinut vesi aiheutti katastrofin, jonka hoitamiseen muut menetelmät eivät kyenneet.
Esko Tusa
Use of ion exchangers to absorb radioactive materials

Fortum ja DI Esko Tusa palkittiin 2015 NURES® -menetelmästä, jonka sydämenä ovat erittäin selektiiviset ioninvaihtimet. Ne ovat ilmiömäisen tehokkaita radioaktiivisten alkuaineiden poistamisessa.

Nures-menetelmän ja sen tarvitsemien ioninvaihtimien kehitys aloitettiin, jotta Loviisan ydinvoimalaitoksen vesistä voitaisiin poistaa kesium, jonka puoliintumisaika on suunnilleen 30 vuotta. Seuraavaksi kehitettiin sopiva materiaali strontiumille, jonka puoliintumisaika on myös noin 30 vuotta, ja sen jälkeen koboltille ja korroosiotuotteille.

Kesium on alkalimetalli ja strontium maa-alkali, joten tarvitaan spesifistä ionivaihdinta, jotteivät muut sukulaisalkuaineet häiritse reaktioita. Erityisesti kesiumin kohdalla kilpailevat alkuaineet ovat myös hyvin runsasliukoisia, joten tietyissä olosuhteissa erittäin selektiivinen ioninvaihto on lähes ainoa järkevä tapa poistaa nämä alkuaineet vedestä.

Kehitystyö aloitettiin 80-luvun alussa, ja ensimmäinen menetelmään sopiva ioninvaihdin kehitettiin 1985. Onnistuminen edellytti sekä valikoivaa ioninvaihtoa että materiaalin mekaanisen rakenteen jalostamista niin, että yhdiste kestää virtauksen aiheuttamat voimat. Rakenteen piti olla myös sellainen, että vesi kulkee tasaisesti ja nopeasti epäorgaanisen vaihtomateriaalin läpi.

Järjestelmä sai nimekseen Nures (Nuclide Removal System), ja se otettiin käyttöön Loviisassa 1991. Tähän mennessä voimalaitos on säästänyt noin 55 miljoonaa euroa verrattuna siihen, että vedet olisi käsitelty muilla tunnetuilla menetelmillä, lähinnä valmistamalla niistä betonia. Nures on kaupallistettu, ja sovellutuksia on toimitettu viitisenkymmentä ympäri maailman; lisäksi on toimitettu kymmenkunta pientä sovellutusta lähinnä tutkimustarpeisiin.

Fukushima teki tunnetuksi

Aikaisemmin Nures oli vain suppean piirin tuntema menetelmä, mutta Fukushiman voimalaan tulvinut vesi aiheutti katastrofin, jonka järkevään hoitamiseen muut menetelmät eivät kyenneet. Suolaisen veden käsittelyssä vain Fortumin erittäin selektiiviset ioninvaihtimet kykenivät puhdistamaan niin hyvin, että poistettavia aineita ei enää kyetty mittaamaan. Tusa toteaakin, että mitä vaikeampi tilanne on, sitä ylivoimaisempi menetelmä Nures on.

Vaikka ionivaihtomateriaali on synteettisenä aineena kohtuullisen kallista, menetelmän teho, matalat käyttökustannukset ja vähäiset materiaalimäärät tekevät sen loppuasiakkaalle varsin edulliseksi. Esimerkiksi zeoliittimenetelmään verrattuna ero on tuhannesta kahteen tuhanteen kertaa parempi. Lisäksi Nures kykenee puhdistustehoon, jolla kesium ja strontium saadaan poistettua vedestä alle mittausrajan.

Menetelmälle voi aueta merkittävät markkinat, sillä lähimmän kahden vuosikymmenen aikana maailmalla ajetaan alas yli 200 ydinreaktoria, ja kussakin on käsiteltävä useita tuhansia kuutiometrejä vettä. Esko Tusa kertoo, että menetelmä on toiminut jokaisessa kohteessa, johon sitä on sovellettu. Sitä on käytetty myös Pohjois-Skotlannissa toimivan, natrium-kalium-jäähdytteisen reaktorin yhteydessä, vaikka toimintaan oli ennakkoon osoitettu suurta epäluuloa.
Fortumin menetelmään on kehitetty myös ioninvaihtomateriaalit, jotka poistavat antimonia ja teknetiumia. Lisäksi kehitteellä on menetelmä nikkelin poistamiseksi, ja tavoitteena onkin kaikkien reaktoreissa syntyvien hankalien alkuaineiden poistaminen. Strontiumin vaihtoon kehitetty materiaali poistaa myös arseenia, joka on ongelmana joissakin tavanomaisissa, kemiallisissa prosesseissa.

Tutustu palkittuihin henkilöihin ja heidän innovaatioihinsa.Jatka valitsemalla vuosi.