قدم باحثون بريطانيون مؤخراً تطوراً جديداً يسعى إلى الحد من مشكلة النفايات النووية في العالم: ألماس صناعي صغير يمكنه توفير الطاقة للأجهزة الكهربائية لآلاف السنين
بقلم ليئور مامون، أنجل - وكالة أنباء العلوم والبيئة
ما رأيك عندما تسمع عبارة "الماس إلى الأبد"؟ ظاهرياً هذه جملة تعبر عن إعلان الحب الرومانسي متجسداً في صورة حجر مصقول، أما عملياً فقد كان شعار الكتابة الرائعة والتي كانت تهدف إلى التخلص من كمية كبيرة من الماس المستخرج في أفريقيا في الأربعينيات. كما طوروا البطاريات الماسية خبراء من جامعة بريستول إنها طريقة إبداعية للتخلص من المواد التي تتراكم في أعماق الأرض، لكن في هذه الحالة يبدو أن الغرض أكثر إيجابية بكثير من الترويج لمبيعات الأحجار الجميلة، ويرجع ذلك أساسًا إلى المادة التي يريدون التخلص منها يتم دفن النفايات المشعة.
يعتبر توليد الكهرباء باستخدام المفاعلات النووية صديقة للبيئة نسبياويرجع ذلك أساسًا إلى كمية غازات الدفيئة المنبعثة في هذه العملية منخفضة نسبياً مقارنة بالأشكال الأخرى لإنتاج الكهرباءمثل حرق الكربون أو الغاز الطبيعي أو الوقود. ومع ذلك، فإن النفايات النووية، وهي نتيجة ثانوية للعمليات التي تحدث في المفاعل، هي التي تجعل عملية الانشطار ضارة بالبيئة وحتى خطيرة.
إن الحل السائد حاليا لمشكلة النفايات النووية هو دفنها تحت الأرض لعزلها عن البيئة حتى تتوقف عن تشكيل خطر على الأمن والصحة العامة، عندما يتلاشى نشاطها الإشعاعي. قد تستمر عملية الاضمحلال لآلاف السنين، وأحيانًا ملايين السنين (اعتمادًا على نوع المادة المشعة). إن مكب النفايات يبقي النفايات بعيدة عن الأنظار، لكن الخطر الذي تشكله يبقى حتى عندما تكون النفايات تحت السطح. يعد التسرب الناتج عن التآكل أو الزلازل أو تحطم طائرة أو عمل إرهابي خطرًا حقيقيًا قد يسبب تلوثًا بيئيًا خطيرًا. بالإضافة إلى ذلك، تنتج النفايات المشعة الكثير من الحرارة، وهناك عدم يقين بشأن تأثير الحرارة والإشعاع على بيئتها تحت الأرض. وتتفاقم المشكلة في ظل التزايد المستمر في كمية النفايات المنتجة، وكبر حجمها، وعدم توفر مدافن يمكن الوصول إليها، وعدم وجود خطة بديلة حقيقية للتعامل مع المشكلة في معظم دول العالم.
الكربون الاصطناعي
قدمت مجموعة من الباحثين من معهد كابوت بجامعة بريستول مؤخرًا طريقة مبتكرة لتحويل النفايات النووية إلى نوع جديد من مصادر الطاقة. كيف يعمل هذا؟ ويتم الاحتفاظ باليورانيوم المشع، وهو وقود المفاعلات النووية، داخل نواة مصنوعة من صفائح الجرافيت. وتتمثل وظيفة صفائح الجرافيت في إبطاء الحركة السريعة للنيوترونات، حتى تحدث سلسلة التفاعلات النووية بشكل صحيح. في هذه العملية، يمتص بعض الكربون الموجود في الجرافيت النيوترونات ويصبح الشكل المشع للكربون - C14. ووجدت مجموعة البحث أن معظم الكربون المشع يتركز على السطح الخارجي لألواح الجرافيت، لذلك يمكن إزالته بشكل فعال عن طريق تسخين الألواح وتحويل الكربون 14 إلى شكله الغازي. إن تسخين وإزالة الجرافيت المشع يقلل من النشاط الإشعاعي لألواح الجرافيت بحيث تقل درجة الخطر الذي تشكله على الإنسان والبيئة بشكل كبير.
الابتكار هو أنه من خلال الضغط عند الضغط المنخفض ودرجات الحرارة المرتفعة، من الممكن إنشاء "ألماس" كربون صناعي من الكربون الغازي، المشحون بالطاقة بسبب قربه من مصدر مشع. هذا الماس قادر على إنتاج تيار كهربائي منخفض من تلقاء نفسه. وللإفصاح الكامل، فإن التشابه بين بطاريات الألماس والألماس في شكله الطبيعي يتم التعبير عنه في الروابط بين ذرات الكربون، وليس في الشكل المصقول المعروف لدى محلات المجوهرات. وفي حال كنت تتساءل عما إذا كانت هذه القصة بأكملها آمنة، فإن الماسة مغطاة بطبقة واقية من الألماس غير المشع، مما يمنع الإشعاع من التسرب إلى البيئة. ووفقا للباحثين، فإن الماس يشكل خطرا على بيئته "مثل الموز إلى حد كبير".
استخدام طاقة منخفضة
إلى جانب أن التيار الكهربائي المنتج لا يتطلب أي أجزاء متحركة أو صيانة دورية، وليس له أي انبعاثات ضارة، فإن الميزة الرئيسية للبطارية هي عمرها الافتراضي الطويل جدًا. نظرًا لأن زمن اضمحلال الكربون 14 طويل للغاية، فإن البطارية تكاد تكون "أبدية"، على الأقل من الناحية البشرية. ووفقاً للباحثين، ستستخدم البطارية ما يصل إلى نصف طاقتها الأولية خلال 5,730 عاماً. ستستمر البطارية الماسية بالفعل لفترة طويلة بعد وفاة أرنب إنرجايزر، ولكن لسوء الحظ، فإن إمداداتها من الطاقة يوميًا أقل بكثير من البطارية العادية، لذا فإن استخدامها في هذه المرحلة لن يكون ممكنًا إلا في الأجهزة الصغيرة، أو تلك ذات استخدام طاقة منخفضة. لتوضيح ذلك، توفر بطارية AA القياسية 1400 جول من الطاقة يوميًا، في حين أن بطارية الماس قادرة فقط على إنتاج 15 جول يوميًا. ومن الممكن أن يتمكنوا في المستقبل من تركيز الكربون المشع بشكل أكبر، وبالتالي تحسين قوة البطارية.
ورغم أن البطاريات الماسية لن تقضي على مشكلة تخزين النفايات المشعة بشكل كامل، لأنها مصنوعة فقط من ألواح الجرافيت المشعة وليس من أنواع أخرى من النفايات مثل الوقود النووي المستهلك. لكن على الرغم من ذلك، يقول الدكتور دانييل مادير، المستشار العلمي في مجال الطاقة المتجددة، إن هذا حل رائع قد يقلل بشكل كبير من حجم المشكلة. اعتبارًا من عام 2010، بلغ حجم ألواح الجرافيت في العالم حوالي 250 ألف طن، وإيجاد مكان آمن لتخزينهاوالتي لا تقع بالقرب من المستوطنات أو في منطقة نشطة جيولوجيًا، ليست مهمة بسيطة.
فيديو من جامعة بريستول يعرض البحث:
جهاز تنظيم ضربات القلب أم مركبة فضائية؟
إذن ماذا ستفعل بالبطارية الأكثر متانة؟ هل تتأكد من أنك لن تضطر أبدًا إلى النقر على جهاز التحكم عن بعد لتغيير القناة؟ أن هاتفك الذكي سوف يعمل إلى الأبد؟ أو ربما لن يظل مكيف الهواء عالقًا عند درجة حرارة 16 درجة مئوية عندما يكون شهر يناير بالفعل؟ تهدف مجموعة البحث إلى استخدامات مختلفة قليلاً. وتضمن البحث مقترحات لاستخدام البطارية الجديدة في الحالات التي يكون فيها استبدال البطارية بشكلها التقليدي أمرًا معقدًا، كما هو الحال في الأقمار الصناعية والمكوكات الفضائية، أو في الحالات التي تتطلب عمر بطارية طويل بشكل خاص، على سبيل المثال في أجهزة تنظيم ضربات القلب.
وتتوقع مجموعة البحث أن يكون لهذه البطارية العديد من الاستخدامات الإضافية، بل إنها موجهة إلى الجمهور للحصول على العروض الأصلية على تويتر.
