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Donnerstag, den 23. Januar 2025 um 04:36 Uhr

Rohstoffe aus Atommüll recyceln

Prof. Kristina Kvashnina vom Helmholtz-Zentrum-Dresden-Rossendorf (HZDR) betont, dass die Endlagerung nicht die einzige Strategie im Umgang mit radioaktiven Abfällen ist. Mit Unterstützung einer neuen EU-Förderung plant sie, Möglichkeiten zu erforschen, um Teile von Atommüll durch innovative Trennverfahren zu recyceln. In alten Kernbrennstoffen sind wertvolle Rohstoffe verborgen, die nicht nur für die Kernenergie von Bedeutung sind. Für das Projekt „MaLaR – Novel 2D-3D Materials for Lanthanide Recovery from nuclear waste“ stehen in den nächsten drei Jahren 2,3 Millionen Euro Fördermittel zur Verfügung. Partnerländer sind neben Deutschland auch Frankreich, Schweden und Rumänien.

Ziel des Projekts ist das Recycling von Lanthanoiden, einer chemischen Elementgruppe, zu der auch einige Seltene Erden gehören. Diese finden Anwendung in Bereichen wie Bildschirmen, Batterien, Magneten, Kontrastmitteln und biologischen Sonden. „Lanthanoide sind ein sehr rarer Rohstoff, die Hauptversorgung kommt aus China. Deswegen wird versucht, diesen Rohstoff aus Müll zu recyceln, sogar aus Atommüll“, erläutert Kvashnina, Koordinatorin des MaLaR-Projekts. Die Physikerin gehört zum Institut für Ressourcenökologie des HZDR und hält eine Professur an der Universität Grenoble in Frankreich.

Um recyceln zu können, muss man Müll zunächst trennen. Neben den grundsätzlichen Sicherheitsrisiken im Umgang mit radioaktiven Elementen stellt sich für Atommüll noch ein Problem: Die enthaltenen Stoffe ähneln einander in ihren chemischen Reaktionen stark. „Daher ist es sehr schwierig, etwas zu finden, auf das nur ein Element reagiert und das andere nicht, sodass man ein einzelnes herauslösen kann“, erklärt Kvashnina. Bei den derzeitigen Trennverfahren werden häufig gefährliche Chemikalien eingesetzt, es wird viel Energie verbraucht und es können zusätzliche Abfallströme entstehen.

Kohlenstoff-Materialien als spezifische Elementfänger

Das MaLaR-Konsortium entwickelt ein innovatives Verfahren, bei dem neuartige dreidimensionale Materialien als effektive, umweltfreundliche und nachhaltige Trennwerkzeuge für Atommüll und Industriemüll, einschließlich radiomedizinischer Abfälle, eingesetzt werden sollen. Die Forscher*innen nutzen das Prinzip der Sorption, bei dem spezifische radioaktive Elemente in flüssigen nuklearen Abfällen an die feste Phase eines Sorptionsmittels anlagern und so vom restlichen Müll getrennt werden können.

Studien haben gezeigt, dass Graphenoxide – poröse Materialien auf Kohlenstoffbasis – die Leistung der derzeit wichtigsten industriellen Sorptionsmittel für Radionuklide erheblich übertreffen. Zudem wurde festgestellt, dass bestimmte Veränderungen an der elektronischen Struktur die Sorptionsleistung weiter verbessern können. Im Rahmen des MaLaR-Projekts wollen Kvashnina und ihre Partner die chemischen Reaktionen hinter diesen Prozessen systematisch untersuchen und gezielt neue Materialien auf Graphenoxid-Basis entwickeln, die als spezifische Elementfänger fungieren können.

Atom- und Industriemüll in den Griff bekommen

„Unser Ziel ist es, ein Material zu designen, mit dem wir einzelne Elemente zunächst aus synthetischen Element-Mischungen herausziehen können. Das ließe sich dann zukünftig auf vielfältige Anwendungen übertragen. In drei Jahren können wir zwar nur einen ersten Schritt Richtung Recycling machen. Aber wenn wir damit Erfolg haben, sind Anwendungen in greifbarer Nähe“, betont Kvashnina. Die Wirkung wäre groß, denn: Nicht nur bei der Wiedergewinnung von Rohstoffen aus Atom- und anderem Industriemüll, auch bei der sicheren Endlagerung von hochradioaktivem Abfall könnten die neuartigen Trennverfahren helfen, etwa wenn unterschiedlich langlebige Isotope separiert und dann getrennt verwahrt werden können. Ziel des Projekts ist explizit die marktnahe Entwicklung passender technologischer Lösungen.

Das MaLaR-Team zählt auf ergänzende Kompetenzen der Partner. Es bringt die Expertise aus mehreren Welten zusammen: aus der 2D-3D-Materialentwicklung, der fundamentalen Physik und der Chemie radioaktiver Elemente. Dazu die Möglichkeit, eine neue in-situ-Methode für die zeitaufgelöste Untersuchung kleinster Konzentrationen von Lanthanoiden in radioaktiven Materialien einzusetzen.

„Es ist großartig, die nächsten Jahre in diesem Team zu arbeiten. Wir können grundlegende Erkenntnisse aus Experimenten mit theoretischen Berechnungen, Modellen sowie der Materialcharakterisierung und -entwicklung verbinden“, freut sich Kvashnina. Im Projekt wird sie auch die Experimente an der vom HZDR betriebenen Rossendorf Beamline (ROBL) am Europäischen Synchrotron (ESRF) in Grenoble leiten, an der die neuen Materialien mit Hilfe intensiven Röntgenlichts auf ihre chemischen Eigenschaften untersucht werden sollen.


Den Artikel finden Sie unter:

https://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=73751&pNid=99

Quelle: Helmholtz-Zentrum-Dresden-Rossendorf (HZDR) (01/2025)


Publikation:
Transcriptomic Profiles of the Nasal Mucosa Following Birch Pollen Provocation Differ Between Birch Pollen-Allergic and Non-Allergic Individuals. S. Sudharson, J. Eckl-Dorna, A. Meshcheryakova, J. Basilio, S. Derdak, T. Kalic, N. Lengger, N. Schweitzer, D. Mechtcheriakova, H. Breiteneder & C. Hafner.
https://kris.kl.ac.at/en/publications/transcriptomic-profiles-of-the-nasal-mucosa-following-birch-polle
doi: 10.1111/all.16448

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