Tái chế chất thải hạt nhân: Một chiến thắng đôi bên cùng có lợi hay một canh bạc nguy hiểm?
Khi sự quan tâm đến năng lượng hạt nhân tăng lên, các công ty khởi nghiệp đang theo đuổi các kế hoạch tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng và tái sử dụng năng lượng chưa khai thác để cung cấp năng lượng cho các lò phản ứng. Những người ủng hộ coi các phương pháp tái chế mới là một bước đột phá, nhưng nhiều chuyên gia cảnh báo rằng nó sẽ khai thác plutonium có thể được sử dụng cho vũ khí hạt nhân.
Các nhà máy điện hạt nhân luôn giữ chất thải của họ ở gần. Mọi nhà máy điện hạt nhân ở Hoa Kỳ đều có một khu vực tại chỗ để lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng. Vật liệu này — các viên gốm được xếp thành các thanh và bó lại với nhau — chủ yếu bao gồm uranium. Nhưng nhiên liệu đã qua sử dụng cũng bao gồm các nguyên tố được tạo ra trong quá trình này: các chất phóng xạ phân rã nhanh như xesi và stronti, cũng như các nguyên tố nặng hơn, tồn tại lâu hơn, đáng chú ý là plutonium. Các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng tỏa ra nhiệt và bức xạ mạnh, trước tiên được đặt trong các bể làm mát và sau đó trong "kho lưu trữ thùng khô" — các hộp thép ngăn các đồng vị phóng xạ này thoát ra ngoài.
Hầu hết mọi người sẽ coi di sản chất thải phóng xạ này là gánh nặng và nguy hiểm. Nhưng một số người hiện đang nhìn nhận nó theo cách khác: như một tài sản và một cơ hội. Mặc dù không còn khả năng phân hạch hiệu quả, nhiên liệu đã qua sử dụng vẫn chứa một lượng lớn năng lượng chưa được khai thác có thể được khai thác và sử dụng lại. Nói cách khác, nó có thể được tái chế — đặc biệt là trong một số loại lò phản ứng tiên tiến hiện đang được phát triển. Những người ủng hộ cho biết, việc tái chế không chỉ làm giảm khối lượng vật liệu phóng xạ cuối cùng cần phải chôn dưới lòng đất mà còn có thể làm giảm nhu cầu khai thác urani mới, một khía cạnh gây tranh cãi khác của chu trình nhiên liệu hạt nhân.
Tái chế chất thải hạt nhân có lẽ là điểm gây tranh cãi lớn nhất giữa những người ủng hộ năng lượng hạt nhân.
Nghe có vẻ như là một giải pháp đôi bên cùng có lợi, hợp lý như việc bỏ lon nhôm của chúng ta vào thùng rác với những mũi tên đuổi theo. Và khi sự quan tâm đến năng lượng hạt nhân ngày càng tăng trong những năm gần đây — do lo ngại về khí hậu và gần đây hơn là nhu cầu từ các trung tâm dữ liệu sử dụng nhiều năng lượng — thì sự nhiệt tình ở một số nơi đối với việc tái chế dòng chất thải này cũng tăng theo. Vào cuối năm ngoái, Bộ Năng lượng đã công bố khoản tài trợ 10 triệu đô la cho nghiên cứu về công nghệ tái chế và ít nhất hai dự luật lưỡng đảng có liên quan đã được đưa ra tại Quốc hội: một dự luật sẽ "yêu cầu Bộ trưởng Năng lượng nghiên cứu các công nghệ và cơ hội mới để tái chế nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng"; một dự luật khác sẽ hợp lý hóa các yêu cầu cấp phép cho các cơ sở tái chế.
Một số công ty khởi nghiệp hạt nhân tiên tiến, bao gồm Oklo và Curio, cho biết họ có ý định vận hành lò phản ứng của mình hoàn toàn bằng nhiên liệu đã qua sử dụng. Oklo, được hỗ trợ bởi Giám đốc điều hành OpenAI Sam Altman và có trụ sở tại Santa Clara, California, đang nỗ lực xây dựng đơn vị thương mại đầu tiên tại Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho của Bộ Năng lượng. Jake DeWitte, Giám đốc điều hành của Oklo, nói với tôi rằng, "Thành thật mà nói, có đủ năng lượng trong chất thải của các lò phản ứng ngày nay để cung cấp năng lượng cho toàn bộ đất nước trong 150 năm".
Trong vài năm trở lại đây, khi viết một cuốn sách về năng lượng hạt nhân, tôi thường nghe những người ủng hộ năng lượng hạt nhân nói về khả năng tái chế. Tôi thấy đây là một giải pháp đầy hứa hẹn có thể giảm thiểu một số vấn đề liên quan đến năng lượng hạt nhân. Nhưng khi tìm hiểu thêm, tôi nhận ra rằng khái niệm này không phải là điều dễ hiểu mà là một vấn đề gây tranh cãi dữ dội — có lẽ là điểm gây tranh cãi lớn nhất giữa những người ủng hộ năng lượng hạt nhân.
Nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng được lưu trữ tại nhà máy hạt nhân San Onofre đã đóng cửa gần San Clemente, California. Paul Bersebach / MediaNews Group / Orange County Register qua Getty Images
Vấn đề cơ bản là quá trình tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng liên quan đến việc chiết xuất plutonium từ các viên nhiên liệu. (Mặc dù các thuật ngữ “tái chế” và “tái chế” thường được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng thuật ngữ trước đây đề cập đến việc tách riêng vật liệu có thể sử dụng; thuật ngữ sau đề cập đến việc triển khai lại vật liệu này trong lò phản ứng.) Và các chuyên gia về không phổ biến vũ khí hạt nhân rất quan ngại về bất kỳ quy trình nào giúp plutonium dễ tiếp cận hơn.
Hoa Kỳ không có kế hoạch xử lý vĩnh viễn chất thải phóng xạ cấp cao kể từ khi kế hoạch xây dựng kho lưu trữ địa chất sâu tại Núi Yucca ở Nevada bị phá vỡ vào năm 2010.
"Phần khó khăn nhất trong việc chế tạo vũ khí hạt nhân là thu thập vật liệu", Ross Matzkin-Bridger, giám đốc cấp cao về an ninh vật liệu hạt nhân tại Sáng kiến Đe dọa Hạt nhân, một tổ chức an ninh toàn cầu phi lợi nhuận, cho biết. Các thành phần cần thiết - urani làm giàu cao hoặc plutonium với hàm lượng lớn hơn dấu vết - không có trong tự nhiên. "Cần rất nhiều nỗ lực, nỗ lực của con người để thực sự tạo ra những vật liệu này", ông nói. "Vì vậy, đó là một điều tuyệt vời. Nhưng một khi bạn có vật liệu, thì việc tạo ra vũ khí không còn quá khó khăn nữa, và đó thực sự là một điều tồi tệ".
Các chuyên gia cho biết ngoài những lo ngại về phổ biến, còn có rất nhiều thách thức khác. Các luồng chất thải mới được tạo ra trong quá trình này - mọi thứ được chạm vào trong quá trình tái chế, chẳng hạn như thiết bị, đều bị ô nhiễm. Và thậm chí sau khi tái chế
, chất thải còn lại — các "sản phẩm phân hạch" có tính phóng xạ cao, bao gồm cả cesium và stronti. Matzkin-Bridger thừa nhận rằng khái niệm tái chế có sức hấp dẫn, nhưng ông nhấn mạnh rằng đó là ảo tưởng. "Đúng, bạn có thể trải qua một quá trình rất tốn kém, lộn xộn và không an toàn, nguy hiểm để chiết xuất và tái sử dụng vật liệu này", ông nói. "Nhưng tại sao bạn lại làm vậy, nếu nó lộn xộn, nguy hiểm và bạn có thể đạt được cùng mục tiêu mà bạn theo đuổi chỉ bằng cách sử dụng nhiều uranium hơn?"
Vào những ngày đầu của năng lượng hạt nhân, người ta kỳ vọng rộng rãi rằng năng lượng tiềm ẩn trong nhiên liệu đã qua sử dụng cuối cùng sẽ được thu hồi và khai thác.
Vậy tái chế có phải là một giải pháp hợp lý hay là một canh bạc vô lương tâm? Những nhược điểm của nó có phải là lý do để từ chối nó không, hay đó là những thách thức mà, với sự kết hợp đúng đắn giữa sự khéo léo và ngoại giao, có thể vượt qua được?
Ý tưởng tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng và tái sử dụng plutonium không phải là mới. Trên thực tế, ban đầu nó được thực hiện cho mục đích quân sự. Trong Thế chiến II, như một phần của Dự án Manhattan, các công nhân đã tách plutonium khỏi nhiên liệu từ các lò phản ứng hạt nhân tại địa điểm Hanford, tiểu bang Washington, để sử dụng trong đầu đạn. Vào những ngày đầu của năng lượng hạt nhân dân sự, người ta kỳ vọng rộng rãi rằng năng lượng tiềm ẩn trong nhiên liệu đã qua sử dụng cuối cùng sẽ được thu hồi và khai thác — một phần vì nguồn cung cấp uranium toàn cầu được cho là khá hạn chế.
Theo thời gian, hai yếu tố đã thay đổi phép tính này: Rõ ràng là trữ lượng uranium của hành tinh lớn hơn nhiều so với trước đây và rủi ro của việc tái chế ngày càng trở nên rõ ràng. Vào tháng 5 năm 1974, Ấn Độ đã thử nghiệm một thiết bị nổ bằng cách sử dụng nhiên liệu đã qua sử dụng đã qua xử lý từ một lò phản ứng nghiên cứu — một cơ sở mà họ đã thành lập, với sự hỗ trợ của Canada và Hoa Kỳ, như một phần của chương trình "Nguyên tử vì hòa bình". (Ấn Độ mô tả nó là "chất nổ hạt nhân hòa bình", nhưng như một bài báo năm 1976 của tờ New York Times đã nêu, thiết bị này "chỉ có thể phân biệt được với vũ khí hạt nhân nếu nghĩ rằng bom xăng được làm từ rượu vodka.")
Nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng được lưu trữ dưới nước tại một nhà máy tái chế ở La Hague, Pháp. Damien Meyer / AFP qua Getty Images
Cuộc thử nghiệm này đã khiến cộng đồng quốc tế lo ngại. Vào tháng 10 năm 1976, Tổng thống Gerald Ford đã ban hành một tuyên bố về chính sách hạt nhân có nội dung: "Phát triển những lợi ích to lớn của năng lượng hạt nhân đồng thời phát triển các phương tiện để ngăn chặn sự phổ biến là một trong những thách thức lớn mà tất cả các quốc gia trên thế giới đang phải đối mặt ngày nay." Ông đã chỉ đạo các cơ quan liên bang tạm dừng các hoạt động tái chế thương mại. Khi Tổng thống Jimmy Carter nhậm chức, ông đã củng cố lệnh tạm dừng thực tế này đối với hoạt động tái chế tại Hoa Kỳ, với mục đích làm gương cho các quốc gia khác.
Tuy nhiên, một số ít quốc gia, bao gồm Pháp và Vương quốc Anh, vẫn tiếp tục theo đuổi hoạt động tái chế. Năm 1981, Tổng thống Ronald Reagan đã dỡ bỏ lệnh tạm hoãn của Hoa Kỳ, nhưng không cung cấp bất kỳ hỗ trợ tài chính nào. Dù sao thì cũng chẳng mấy ai quan tâm; urani rẻ và ngành công nghiệp hạt nhân đang gặp khó khăn.
Ngày nay, nhiều thứ đã thay đổi. Tại Hoa Kỳ và trên thế giới, sự ủng hộ cho hạt nhân đã tăng vọt. Vào tháng 12 năm 2023, tại hội nghị thượng đỉnh về khí hậu COP28 ở Dubai, hơn 20 quốc gia đã cam kết sẽ cùng nhau tăng gấp ba công suất hạt nhân toàn cầu vào năm 2050. Tuy nhiên, sự bất ổn về địa chính trị vẫn chưa lắng xuống — ngược lại. Theo một báo cáo gần đây từ Trường Quan hệ Quốc tế Elliot của Đại học George Washington, "Lời kêu gọi tăng gấp ba năng lượng hạt nhân trùng hợp với sự tan rã của hợp tác, sự tan rã của các chuẩn mực và sự mất uy tín của các tổ chức quốc tế đóng vai trò quan trọng đối với hoạt động an toàn và bảo mật của năng lượng hạt nhân".
Mối quan ngại lớn hơn là các quốc gia, bao gồm cả những quốc gia không có vũ khí hạt nhân, có thể thiết lập các cơ sở tái chế và sử dụng chúng để chế tạo bom.
Người ta có thể hỏi một cách hợp lý: Vì Hoa Kỳ đã có vũ khí hạt nhân, vậy thì rủi ro tái chế ở đây chính xác là gì? Mặc dù có thể một kẻ xấu nào đó — chẳng hạn như một mối đe dọa nội bộ — có thể lấy cắp những thứ đó và chế tạo vũ khí, nhưng điều đó được coi là tương đối không thể xảy ra. “Những cơ sở này được trang bị màn hình và cảm biến để cố gắng theo dõi chuyển động của bất kỳ vật liệu phóng xạ nào”, Patrick White, cho đến gần đây vẫn là giám đốc nghiên cứu tại Nuclear Innovation Alliance, một nhóm nghiên cứu có trụ sở tại Washington, cho biết. Và nếu ai đó cố gắng trốn tránh sự phát hiện bằng cách che chắn bức xạ, điều đó sẽ gây ra câu hỏi. “‘Này, tại sao người đó lại mang theo một thùng chì nặng một tấn? Có lẽ chúng ta nên xem xét điều đó.’”
Mối quan ngại lớn hơn là các quốc gia khác, bao gồm cả những quốc gia hiện không sở hữu vũ khí hạt nhân, có thể thiết lập các cơ sở tái chế và sử dụng chúng để chế tạo bom. Đó là mối lo ngại được 29 chuyên gia về chống phổ biến vũ khí hạt nhân và những người ủng hộ môi trường nhấn mạnh trong một bức thư ngỏ gửi tới Tổng thống Joe Biden vào năm ngoái, phản đối một nhà máy tái chế thí điểm được đề xuất tại Hoa Kỳ. “Nếu một cơ sở như vậy được xây dựng tại Hoa Kỳ, nó sẽ hợp pháp hóa việc xây dựng các nhà máy tái chế ở những nơi khác, các quốc gia, do đó làm tăng nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân và khủng bố hạt nhân”, những người ký tên viết.
Một mỏ sắt cũ gần Salzgitter, Đức, đang được chuyển đổi thành nơi lưu trữ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, tháng 10 năm 2024. Ronny Hartmann / AFP qua Getty Images
Một câu hỏi quan trọng là liệu các kỹ thuật tái chế khác nhau có thể giảm thiểu rủi ro hay không. Oklo đang có kế hoạch sử dụng một kỹ thuật gọi là xử lý nhiệt, được phát triển tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, ở Illinois, vào những năm 1980 và 1990, với mục đích cụ thể là giảm thiểu rủi ro phổ biến vũ khí. Thay vì cô lập plutonium nguyên chất, quá trình này giữ cho nó trộn lẫn với một số nguyên tố nặng khác. "Đó là thứ lộn xộn, bẩn thỉu", DeWitte nói với tôi. Để biến nó thành vũ khí, ông nói, "Bạn sẽ phải có một cơ sở tái chế hoàn toàn riêng biệt". Oklo đã nhận được một số khoản tài trợ trị giá hàng triệu đô la từ Bộ Năng lượng để cải tiến công nghệ và đã hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho để thực hiện điều đó. Vào tháng 12 năm 2022, công ty đã bắt đầu các giai đoạn đầu tiên để nộp đơn xin giấy phép của Ủy ban quản lý hạt nhân (NRC) cho một cơ sở tái chế thương mại tại phòng thí nghiệm Idaho. Trong khi đó, Curio, có trụ sở chính tại Washington, D.C., đã cấp bằng sáng chế cho một quy trình có tên là NuCycle, mà họ tuyên bố cũng sẽ chống phổ biến vũ khí. Chủ tịch kiêm giám đốc điều hành của công ty, Edward McGinness, xuất thân từ một sự nghiệp chính phủ cấp cao tập trung một phần vào an ninh hạt nhân.
Có tranh luận về việc quá trình xử lý nhiệt thực sự có thể giảm thiểu rủi ro đến mức nào. Sản phẩm hoàn thiện vẫn gần với khả năng sử dụng cho vũ khí hơn so với nhiên liệu đã qua sử dụng chưa được xử lý lại. Theo báo cáo từ Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho được đệ trình lên NRC vào tháng 12 năm 2023, kỹ thuật này "có triển vọng đáng kể", nhưng "có vẫn là những thách thức đáng kể liên quan đến quá trình xử lý nhiệt[.]” Các phương pháp tiếp cận khác, chẳng hạn như của Curio, cũng có vẻ đầy hứa hẹn — nhưng tính mới lạ của chúng khiến chúng khó đánh giá.
Một chuyên gia lo ngại rằng triển vọng tái chế đang được sử dụng để ám chỉ rằng vấn đề chất thải hạt nhân sẽ tự giải quyết.
Một số chuyên gia mà tôi đã nói chuyện cùng phản đối mạnh mẽ việc tái chế đến mức họ nghĩ rằng ngay cả việc thảo luận về nó cũng phản tác dụng. Những người khác lại không muốn bác bỏ nó. Rốt cuộc, họ nói rằng động lực đằng sau việc tái chế chất thải hạt nhân — để tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên và giảm thiểu nhu cầu khai thác — là hợp lý. White, của Liên minh đổi mới hạt nhân, cho biết: “Việc có một cuộc thảo luận mới về ý nghĩa của việc tái chế và những lợi ích cũng như thách thức tiềm ẩn liên quan đến nó là một điều tốt”.
Theo một số cách, cuộc tranh luận này phản ánh các lập luận về năng lượng hạt nhân nói chung: Một số người cho rằng việc theo đuổi nó về bản chất là quá rủi ro, trong khi những người khác cho rằng những phát triển công nghệ mới sẽ giảm thiểu những rủi ro đó. Người ta có thể cho rằng sự phản đối việc tái chế tương quan với sự phản đối đối với chính năng lượng hạt nhân. Nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Một số nhà phê bình mà tôi đã nói chuyện cùng, bao gồm Matzkin-Bridger ủng hộ hạt nhân như một nguồn năng lượng carbon thấp. Trên thực tế, ông tin rằng việc theo đuổi quá trình tái chế — với chi phí cao và nguy cơ tiềm ẩn — có thể ngăn cản sự thành công của quá trình phục hồi hạt nhân.
Ít nhất, rõ ràng là thái độ "Cứ tái chế đi!" là quá đơn giản. David Victor, giáo sư tại Đại học California, San Diego và đồng giám đốc Sáng kiến Giảm phát thải Carbon Sâu của trường — và là người ủng hộ mạnh mẽ hạt nhân — không hoàn toàn loại bỏ khả năng tái chế. Nhưng ông lo ngại rằng viễn cảnh này đã trở thành một "vật sáng bóng" mà mọi người đưa ra để ám chỉ rằng vấn đề chất thải sẽ tự giải quyết. Nếu điều đó xảy ra, ông nói với tôi, "Nó phải diễn ra như một phần của chiến lược lớn hơn liên quan đến nhiên liệu đã qua sử dụng và liên quan đến việc không phổ biến vũ khí hạt nhân".
