Chất thải hạt nhân có thể thúc đẩy cuộc cách mạng năng lượng sạch như thế nào
Đơn vị sản xuất hydro từ chất thải hạt nhân do Vandenborre và cộng sự đề xuất (Vandenborre và cộng sự, 2024). Nguồn: Kỹ thuật và Thiết kế Hạt nhân (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2025.114511.
Chất thải hạt nhân vẫn là mối nguy hại lớn đối với môi trường do tính phóng xạ lâu dài của nó, có thể tồn tại hàng nghìn năm. Tuy nhiên, nghiên cứu mới của các nhà khoa học tại Đại học Sharjah, được công bố trên tạp chí Kỹ thuật và Thiết kế Hạt nhân, cho thấy chất thải hạt nhân có thể mở ra một con đường bền vững cho việc sản xuất hydro lâu dài.
Hydro hiện được công nhận là nguồn năng lượng sạch đầy hứa hẹn, và các nhà khoa học đang tích cực theo đuổi các phương pháp mới để sản xuất nó. Nghiên cứu này khám phá cách tái sử dụng chất thải hạt nhân, vốn trước đây bị coi là gánh nặng, để tạo ra hydro ở quy mô công nghiệp.
Trên toàn cầu, khối lượng chất thải hạt nhân đang ngày càng tăng. Tính đến các mức độ phóng xạ khác nhau, ước tính hiện có hơn 4 triệu mét khối chất thải hạt nhân đang được lưu trữ trên toàn thế giới.
"Sử dụng chất thải hạt nhân là một phương pháp mới để sản xuất hydro, biến một vấn đề môi trường dai dẳng thành một nguồn tài nguyên hữu ích", các nhà nghiên cứu lưu ý. "Hydro đã trở thành một nguồn năng lượng đầy hứa hẹn khi nhu cầu về các nguồn năng lượng sạch và bền vững ngày càng tăng trên toàn cầu."
Sự lạc quan của các nhà khoa học về việc chuyển đổi chất thải hạt nhân thành hydro dựa trên đánh giá toàn diện về các công nghệ tiên tiến hiện có, khai thác phóng xạ để phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy mà không thải ra carbon dioxide.
Các nhà nghiên cứu viết: "Dựa trên các nghiên cứu hiện có, người ta phát hiện ra rằng chất thải hạt nhân có thể tăng cường đáng kể việc sản xuất hydro thông qua nhiều phương pháp tiên tiến, bao gồm điện phân tăng cường chất xúc tác, cải cách metan và các chu trình nhiệt hóa học.
"Các kỹ thuật đầy hứa hẹn khác bao gồm các buồng điện phân tăng cường bức xạ, đưa chất thải phóng xạ vào lò sưởi để tạo ra điện cung cấp cho các buồng điện phân, phân giải bức xạ và quang xúc tác plasma lỏng."
Tỷ lệ các thành phần nhiên liệu đã qua sử dụng (Borges Silverio và de Q. Lamas, 2011). Nguồn: Kỹ thuật và Thiết kế Hạt nhân (2025). DOI: 10.1016/j.nucengdes.2025.114511
Nghiên cứu trình bày một khảo sát chi tiết và toàn diện về các phương pháp hiện có được phát triển để tái chế chất thải hạt nhân thành hydro.
Theo các tác giả, trong số các phương pháp hứa hẹn nhất là điện phân tăng cường bức xạ. Các nhà khoa học cho biết quy trình mới này có thể tăng sản lượng hydro lên đến mười lần so với điện phân truyền thống. Công nghệ này mang lại nhiều Các nhà khoa học khẳng định đây là con đường nhanh hơn và hiệu quả hơn để sản xuất hydro từ chất thải hạt nhân.
Đánh giá lại các nghiên cứu trước đây, các tác giả nhận định xúc tác gốc uranium là hiệu quả về mặt chi phí, cả về tính sẵn có của vật liệu và tổng chi phí.
"Sử dụng chất xúc tác gốc uranium làm giảm nhu cầu về kim loại quý hiếm và đắt tiền", họ lập luận, đồng thời lưu ý rằng "chi phí cao và sự khan hiếm tạo ra nhu cầu cấp thiết về việc (áp dụng) các giải pháp thay thế giá cả phải chăng hơn".
Trong kỹ thuật xúc tác gốc uranium, các hợp chất uranium đóng vai trò là chất xúc tác - những chất có thể tăng tốc các phản ứng hóa học, đặc biệt là trong bối cảnh hydro từ nước, một con đường đầy hứa hẹn cho năng lượng bền vững. Cách tiếp cận này đang thu hút sự chú ý trong giới học thuật.
Bài báo cũng đề xuất hai công nghệ tạo hydro bổ sung: Cải cách metan bằng chất xúc tác gốc uranium, có thể làm giảm sự tích tụ carbon và cải thiện sản lượng hydro, và quang xúc tác plasma pha lỏng, một phương pháp tăng cường sản xuất hydro từ nước thải hạt nhân.
Các tác giả đã xem xét một cách nghiêm túc những hạn chế và thách thức liên quan đến các phương pháp này, bao gồm "nguy cơ ô nhiễm khí tổng hợp, biến đổi hóa học chất xúc tác và các quy định nghiêm ngặt cản trở tiến độ nghiên cứu" trong lĩnh vực này."
Tuy nhiên, họ nhấn mạnh những ưu điểm của các kỹ thuật được đề xuất, cho biết chúng "có một số lợi thế, bao gồm giảm lượng chất thải phóng xạ, giảm nhu cầu lưu trữ lâu dài và cung cấp nguồn cung cấp hydro ổn định."
Tổng khối lượng một số loại chất thải phóng xạ được lưu trữ và xử lý. Nguồn: Kỹ thuật và Thiết kế Hạt nhân (2025). DOI: 10.1016/j.nucengdes.2025.114511
Các tác giả trình bày một bài đánh giá kỹ lưỡng, đồng thời chỉ ra những lỗ hổng dai dẳng trong lĩnh vực sản xuất hydro từ chất thải hạt nhân. Họ cho rằng những lỗ hổng này cần được giải quyết trong nghiên cứu khoa học trong tương lai. "Nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn còn hạn chế và phân tán, nhấn mạnh sự cần thiết phải nghiên cứu thêm", họ nhấn mạnh.
Họ chỉ ra một "trở ngại đáng kể" đối với các nhà khoa học đang nghiên cứu để phát triển các công nghệ tập trung vào việc chuyển đổi chất thải hạt nhân thành hydro. Theo nghiên cứu, rào cản này được thể hiện trong khuôn khổ quy định nghiêm ngặt áp dụng đối với việc tiếp cận và xử lý vật liệu phóng xạ và chất thải phóng xạ.
"Hầu hết
các tài liệu hiện có dựa vào các nguồn bức xạ bên ngoài để mô phỏng tác động của chất thải phóng xạ, điều này có thể làm giảm độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tế của các phát hiện", họ khẳng định, đồng thời cho biết thêm rằng mặc dù quy định là cần thiết, nhưng "các quy định nghiêm ngặt lại cản trở sự đổi mới".
Bài tổng quan này xem xét một cách có hệ thống các phương pháp hiện tại để sản xuất hydro từ chất thải hạt nhân, bao gồm các buồng điện phân tăng cường, các quy trình phân hủy phóng xạ, các chu trình nhiệt hóa học, các buồng điện phân phóng xạ và các kỹ thuật cải cách metan.
Theo các tác giả, "Những phương pháp này cho thấy triển vọng trong việc tăng lượng hydro được sản xuất, giảm nhu cầu về các nguyên tố đắt tiền và hiếm, đồng thời giảm thiểu tác động lâu dài của chất thải hạt nhân đối với môi trường."
Họ cũng chứng minh rằng sản lượng hydro trong các quy trình phân hủy phóng xạ bị ảnh hưởng đáng kể bởi một số biến số, chẳng hạn như việc bổ sung axit formic (năng suất tăng tới 12 lần), nhiệt độ (tăng tới 5 lần), thời gian chiếu xạ và loại chất xúc tác, bao gồm TiO2 (pha Rutile) và ZrO2, đang nổi lên như những chất xúc tác đặc biệt hiệu quả.
Các tác giả kết luận bằng cách nhấn mạnh tầm quan trọng của sự hợp tác giữa các lĩnh vực: "Để khắc phục những hạn chế về kỹ thuật, Trước những trở ngại về quy định và tài chính trong tương lai, việc thúc đẩy hợp tác giữa các viện nghiên cứu khoa học, nhà lập pháp và các bên liên quan trong ngành là rất quan trọng.
Thông tin thêm: Shatha Alyazouri và cộng sự, Chất thải hạt nhân để sản xuất hydro: phương pháp, lợi thế và triển vọng tương lai, Kỹ thuật và Thiết kế Hạt nhân (2025). DOI: 10.1016/j.nucengdes.2025.114511
Được cung cấp bởi Đại học Sharjah
