Plasma térmico como alternativa eficiente para el tratamiento de residuos radiactivos

Investigadores de la Gerencia de Área Investigación, Desarrollo e Innovación (GAIDI) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) desarrollaron una innovadora tecnología para tratar cualquier tipo de residuos peligrosos. Por medio de la técnica de gasificación por plasma, convierten los residuos a estado sólido, líquido o mezcla de ambos y reducen su volumen.

La técnica de gasificación por plasma sirve para tratar los residuos sin que sea necesaria una selección previa y para reducir su volumen entre un 60 y un 90%. Consiste en poner en contacto los residuos peligrosos, que en las pruebas fueron simulados, con una flama de plasma térmico a alta temperatura dentro de un recipiente cerrado, comúnmente conocido como reactor o cámara de plasma. Esta flama, que es un gas ionizado formado por cationes y electrones con alta temperatura y reactividad, finalmente los degrada con una alta eficiencia.

Los avances tecnológicos, el crecimiento poblacional en el mundo y la sociedad de consumo han provocado que el uso de isótopos radiactivos para tratamientos médicos, industria, generación de electricidad e investigación vaya en aumento. Los residuos radiactivos de nivel de actividad bajo y medio representan del 85 al 90% del volumen total. Se caracterizan por ocupar volúmenes muy grandes y tener bajas concentraciones de radioisótopos.

Para poder estudiar la técnica de gasificación por plasma, los investigadores Franco Benedetto y Ariel Pullao, pertenecientes al Departamento de Materiales Nucleares de la Gerencia de Investigación Aplicada, desarrollaron un reactor prototipo que consta de una tapa superior por donde ingresan los residuos triturados. Su parte interna está construida en material refractario y en la parte inferior se encuentra una antorcha de arco transferido de hasta 15 kW – en pequeña escala- enfrentada a un ánodo desechable refrigerado. Entre la antorcha y el ánodo se produce el plasma que se utiliza para gasificar/vitrificar los residuos.

En este reactor, “los residuos pueden ser tratados sin separación, selección o segregación previa. Simplemente se trituran y se vierten mezclados. Durante el tratamiento, los materiales combustibles (tela, plásticos, papel u otros) pasan al estado gaseoso y luego de una limpieza son eliminados a la atmósfera asegurando que las emisiones gaseosas estén por debajo de los valores permitidos por las leyes vigentes”, explica Benedetto.

“Mediante esta técnica se logra reducir el volumen de los residuos, dependiendo de la composición original, y al mismo tiempo se obtiene un residuo secundario vítreo más homogéneo y resistente al ataque químico que el residuo original”, apunta Pullao.

Actualmente el equipo de trabajo terminó de completar la etapa de construcción e instalación del reactor de pruebas experimentales, con el objetivo de aumentar a 10 la escala del proceso de tratamiento de residuos por plasma. Para ello se utilizó una antorcha de plasma de arco no transferido de hasta 75 kW de potencia.

Además de ser una alternativa novedosa para el tratamiento e inmovilización de los residuos radiactivos, la enorme reducción del volumen de desechos original que se logra con esta técnica genera un impacto positivo en el ambiente. Se facilita la gestión del residuo final y disminuyen sus costos. Como beneficio secundario, es posible generar energía a partir de los gases efluentes.

Son varias las ventajas de la aplicación de esta técnica. Por ejemplo, hay una menor generación de gases de efecto invernadero, ya que la antorcha de plasma no utiliza combustibles fósiles para generar la flama. Respecto al producto final que se obtiene luego de todo el proceso, alcanzar temperaturas superiores a los 3000°C permite tratar una gran variedad de materiales y obtener un sólido vitrocerámico compacto en lugar de una ceniza, como en el caso de la incineración.
Otra propiedad de esta práctica es la disminución de riesgos por accidentes de manipulación, porque la gasificación/vitrificación por plasma no requiere la separación previa de los residuos a tratar.

Sobre las últimas etapas de este desarrollo, Benedetto plantea: “Estamos avanzando en las fases experimentales de optimización en el laboratorio de nuestro sistema de tratamiento de residuos por plasma, con el objetivo de estar listos para implementar esta tecnología en un entorno real y controlado. Nuestro enfoque es ofrecer una solución tecnológica innovadora para el manejo de residuos radiactivos y/o peligrosos, reduciendo al mínimo su volumen y peligrosidad”.

Reconocimientos y galardón en el Concurso INNOVAR

Por su proyecto “Minimización e inmovilización de residuos peligrosos y/o radiactivos por plasma térmico”, los investigadores recibieron una mención de honor en el Premio al Desarrollo Innovador edición 2024 del Instituto Balseiro y el Centro Atómico Bariloche (CAB). Este certamen está orientado a destacar y visibilizar desarrollos tecnológicos.

Cabe recordar que, en 2022, fueron reconocidos por el mismo proyecto en la categoría “Innovación” de la 16° edición del “Concurso Nacional de Innovaciones – INNOVAR”, que organizó el entonces Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva.

INNOVAR es una iniciativa pionera que fomenta la innovación y premia a quienes se atreven a inventar, crear y mejorar productos y servicios. Los proyectos seleccionados son distinguidos con el objetivo de impulsar y promover invenciones de alto impacto social y comercial, potenciar emprendimientos de base tecnológica y continuar fortaleciendo el desarrollo de una cultura innovadora nacional.

Fuente: CNEA