Jednym z największych wyzwań związanych z energetyką jądrową jest bezpieczne składowanie odpadów wysokoaktywnych, które mogą stanowić zagrożenie przez setki tysięcy lat. Rozwiązaniem mają być głębokie składowiska geologiczne, w których stalowe pojemniki z odpadami umieszcza się kilkaset metrów pod ziemią, otaczając warstwami materiałów izolacyjnych.

Takim materiałem może być bentonit, rodzaj naturalnej gliny. - Jest trochę podobny do kociego żwirku. Kiedy wchodzi w kontakt z wodą, zaczyna pęcznieć i wypełnia wolne przestrzenie wokół pojemników. Dzięki temu stabilizuje składowisko i tworzy szczelną barierę - wyjaśniła w rozmowie z PAP dr Natalia Jakus z Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL).

Jak dodała, bentonit może też zatrzymywać substancje promieniotwórcze, gdyby w przyszłości, np. wskutek uszkodzenia pojemników, doszło do ich uwolnienia.

Wraz ze współpracownikami z EPFL oraz ekspertami ze szwajcarskiej organizacji Nagra, zajmującej się składowaniem odpadów radioaktywnych, dr Jakus przeprowadziła eksperyment sprawdzający, jak mikroorganizmy zachowują się w bentonicie w warunkach zbliżonych do panujących w przyszłych głębokich składowiskach. Jego wyniki opublikowano w czasopiśmie „Applied Clay Science”. 

Naukowczyni wyjaśniła, że głęboko pod ziemią żyją bakterie, które w określonych warunkach mogą przyspieszać korozję stali. Szczególne znaczenie mają te redukujące siarczany, ponieważ wytwarzają związki przyspieszające niszczenie metalu.

- Korozja powodowana przez bakterie jest znanym zjawiskiem. Występuje między innymi w rurociągach i na statkach. W przypadku składowisk odpadów radioaktywnych wpływ mikroorganizmów na korozję pojemników jest stosunkowo niewielki w porównaniu z procesami niebiologicznymi. Musimy go jednak uwzględniać, ponieważ składowiska mają zapewniać bezpieczeństwo przez setki tysięcy, a nawet milion lat - podkreśliła.

Eksperyment przeprowadzono w podziemnym laboratorium skalnym Mont Terri w szwajcarskim kantonie Jura. W otworze badawczym umieszczono stalowe cylindry wypełnione bentonitem o trzech różnych stopniach zagęszczenia. 

- To wyjątkowy eksperyment, ponieważ mamy dostęp do takiej samej skały, w jakiej planuje się budowę przyszłego składowiska w Szwajcarii, i możemy prowadzić badania przez wiele lat. Próbki pobierano najpierw po 1,5 roku, potem po 5,5 roku, a my analizowaliśmy materiał po 8,5 roku. Dzięki temu mogliśmy porównać wyniki i sprawdzić, jak zmieniała się liczebność bakterii - opowiedziała dr Jakus.

W próbkach naukowcy analizowali DNA mikroorganizmów, aby określić ich liczebność i skład gatunkowy. Hodowali je także w laboratorium, by sprawdzić, czy po tylu latach pod ziemią nadal są zdolne do życia i rozmnażania się.

Okazało się, że liczba bakterii na ogół malała wraz z upływem czasu. A im bardziej zagęszczony był bentonit, tym mniej ich wykrywano. Co ważne, nawet przy najniższym zastosowanym zagęszczeniu nie zaobserwowano trwałego wzrostu liczebności mikroorganizmów. 

Zdaniem dr Jakus to istotny wynik, ponieważ sugeruje, że do stworzenia skutecznej bariery biologicznej może wystarczyć mniejsza ilość bentonitu, niż dotychczas zakładano. W przyszłości mogłoby to ułatwić projektowanie składowisk i pozwolić na optymalizację kosztów ich budowy.

Mimo spadku liczebności bakterii naukowcy odkryli jednak, że część z nich nadal była zdolna do życia. - Kiedy pobraliśmy próbki i zapewniliśmy bakteriom odpowiednie warunki oraz pożywki, mogliśmy ponownie je namnażać. To oznacza, że nawet po 8,5 roku pod ziemią niektóre gatunki przetrwały, choć w samym bentonicie ich rozwój był zahamowany - powiedziała dr Jakus.

Jak wyjaśniła, dzieje się tak, ponieważ materiał ten, pęczniejąc, ogranicza przestrzeń dostępną dla mikroorganizmów. Utrudnia im też dostęp do wody i substancji odżywczych oraz usuwanie produktów przemiany materii.

Badaczka zaznaczyła jednak, że nie oznacza to, iż uśpione bakterie nigdy się nie uaktywnią. - Gdyby na przykład doszło do pęknięć w skale i otworzyły się większe przestrzenie, mogłyby uzyskać więcej miejsca i dostęp do nowych składników odżywczych. W takich warunkach istnieje możliwość, że ponownie stałyby się aktywne - powiedziała.

Dzięki zdolności do samoczynnego uszczelniania szczelin bentonit może jednak ograniczać skutki takich pęknięć. Dodatkowo stanowi zabezpieczenie na wypadek uszkodzenia samych stalowych pojemników. Utrudnia bowiem przedostawanie się substancji promieniotwórczych do otoczenia, m.in. wiążąc część z nich.

Dr Jakus przypomniała, że głównym zastosowaniem badanych zabezpieczeń ma być składowanie odpadów wysokoaktywnych, czyli przede wszystkim zużytego paliwa jądrowego. Wyniki mogą więc mieć znaczenie również dla Polski, która przygotowuje się do budowy pierwszej elektrowni jądrowej.

Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz (PAP)

kap/ zan/