211service.com
Hoe de Fukushima-ijsbarrière radioactief grondwater zal blokkeren?
Japanse functionarissen die wanhopig op zoek zijn naar een steeds groter wordende crisis in de kerncentrale van Fukushima, willen kunstmatige permafrost gebruiken om te voorkomen dat radioactief water lekt. Het idee is om een kilometerslange muur van bevroren aarde rond de giftige reactorgebouwen van Fukushima te bouwen om de grondwaterverontreiniging tegen te gaan; de meest ervaren specialisten in het veld zeggen dat het plan zou moeten werken.
Koude opslag: Een vrieswand gemaakt voor een bouwproject door het bedrijf SoilFreeze.
De betrokken Japanse bedrijven lijken een 'go-it-alone'-aanpak te volgen. Twee weken geleden gaf een topfunctionaris bij Tokyo Electric Power (Tepco) aan dat het nutsbedrijf achter de ramp in Fukushima internationale hulp zou zoeken bij de waterverontreinigingscrisis in Fukushima. Maar experts van in de VS gevestigde bedrijven en nationale laboratoria achter 's werelds grootste vrieswandsystemen - en de enige waarvan bewezen is dat ze nucleaire besmetting bevatten - zijn niet benaderd door Tepco of zijn aannemer, het Japanse ingenieurs- en constructiebedrijf Kajima Corp.
Een van deze experts is Elizabeth Phillips, die in 1996 en 1997 in het Oak Ridge National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie in Tennessee in 1996 en 1997 de installatie van een 300 meter lange, 30 meter diepe vriesmuur leidde om radioactief afval te isoleren. muren worden vaak gebruikt om grondwater tegen te houden om opgravingen op bouwplaatsen en mijnen te vergemakkelijken, dit geval vereist gespecialiseerde expertise, zegt ze. Je moet ervoor zorgen dat degene die het doet, alles analyseert wat er mis kan gaan, zegt Phillips. Je moet gaan met iemand die het eerder heeft gedaan.
Elke dag stroomt ongeveer 400 ton grondwater uit de nabijgelegen bergen naar scheuren in de reactorgebouwen die zijn beschadigd door de meltdowns en explosies in Fukushima in 2011, volgens een Tepco-briefingdocument van april 2013 . Water dat uit de gebouwen ontsnapt, vervuilt het grondwater benedenstrooms en komt uiteindelijk in zee terecht. De verontreinigingsniveaus zijn gevaarlijk hoog. Vorige maand haalde Tepco water uit een bemonsteringsput stroomafwaarts van de gebouwen met stralingsniveaus die orden van grootte hoger waren dan de niveaus die door de autoriteiten als veilig werden beschouwd. Japanse Nucleaire Regelgevende Autoriteit .
De inspanningen van Tepco om die verspreiding tot dusver te voorkomen, waren ineffectief, riskant en uiteindelijk onhoudbaar. De primaire reactie was het pompen van verontreinigd grondwater in opslagtanks, wat bijdraagt aan de meer dan 300.000 ton radioactief water die al in Fukushima is opgeslagen in haastig gemonteerde tanks die kwetsbaar zijn voor toekomstige aardbevingen. Sommige zijn al gelekt. Vorige week registreerde de Japanse Nuclear Regulation Authority één recent lek van 300 ton als een niveau-3-incident - het eerste incident in Fukushima dat het sinds 2011 op de internationale schaal van nucleaire gebeurtenissen heeft beoordeeld.
De vriesmuur zou een meer definitieve benadering zijn voor het beheer van grondwater. Zoals voorgesteld door Kajima in april en goedgekeurd in mei door een panel van deskundigen van de Nuclear Regulation Authority, zou het 1,4 kilometer lang zijn en de vier vernietigde reactoren van de locatie omringen. Verticale buizen moeten met tussenpozen van één meter in de grond worden geboord of in de grond worden gedreven, waardoor er een soort reeks ondergrondse afrasteringspalen ontstaat. Veertien koelinstallaties van 400 kilowatt zouden koelvloeistof van -20 °C tot -40 °C door elke leiding pompen om warmte uit de grond te absorberen, waardoor een uitzettende cilinder van bevroren aarde zou ontstaan.
In ongeveer zes weken zouden die cilinders samensmelten om een continue barrière te vormen die grondwater buiten houdt en verontreinigingen binnen. Het resultaat zou een solide barrière zijn vanaf het oppervlak die zich ongeveer 95 voet naar beneden uitstrekt om een laag doorlatende klei en rots te ontmoeten. En hoewel het langdurig moet worden gekoeld om te verdragen, is de muur immuun voor stroomuitval van dagen of weken. Het zou maanden of jaren duren om de muur te ontdooien, zegt Daniel Mageau, vice-president en ontwerpingenieur voor de in Seattle gevestigde aannemer SoilFreeze.
Verschillende kenmerken maken bevriezingsmuren betere barrières dan die gemaakt van staal, beton of klei - alternatieven die het panel van de Nuclear Regulation Authority heeft overwogen en afgewezen. Een belangrijk voordeel dat door Phillips wordt genoemd, is het zelfherstellende vermogen van de vrieswand. Water dat bijvoorbeeld in scheuren stroomt die zijn veroorzaakt door een aardbeving - een altijd aanwezige dreiging in Fukushima - zou bevriezen om de barrière weer te herstellen. Dat is echt een grote troef, zegt Phillips.
De Oak Ridge-ervaring suggereert dat het in Fukushima zal werken, volgens Phillips en experts van de aannemers die de muur van het lab hebben gebouwd: geotechnisch aannemer uit Rockaway, New Jersey Moretrench en op Anchorage gebaseerd Arctische stichtingen . Het is tot nu toe het enige project met een bevriezingsmuur voor kernwapens, en een project dat in persberichten verkeerd is gekarakteriseerd als een experiment. Het was geen model. Het was aan het boren in verontreinigde gronden om te voorkomen dat echte radiologisch besmette materialen konden ontsnappen en in een kreek terechtkwamen, zegt Edward Yarmak, hoofdingenieur van Arctic Foundations.
De bevriezingsmuur van Oak Ridge smolt in januari 1998 en bevatte dezelfde reeks elementen die zes jaar in Fukushima aanwezig waren - de duur gespecificeerd voor de muur van Fukushima door het panel van de Nuclear Regulation Authority - totdat regelgevers het Amerikaanse ministerie van Energie opdracht gaven de site te saneren. Phillips is ervan overtuigd dat het na zijn ontwerplevensduur van 30 jaar zou hebben gewerkt.
Joseph Sopko, directeur grondbevriezing bij Moretrench, zegt dat Kajima's voorgestelde eenjarige tijdlijn voor installatie en bevriezing redelijk is in het licht van een installatie die hij beheerde voor een goudmijn in het noorden van Ontario in de late jaren 1990, die leidingen zag over een lengte van twee mijl lange muur geïnstalleerd in iets minder dan een jaar. De schaal voor de Fukushima-muur ziet er ondertussen ronduit klein uit in vergelijking met een vijf mijl lange muur die wordt voorgesteld voor een oliezandoperatie in Alberta, waarvoor Moretrench momenteel pilootstudies uitvoert.
Een groot nadeel is echter het stroomverbruik. Hoewel de muren maanden of jaren nodig hebben om te ontdooien als ze eenmaal bevroren zijn - en dus immuun zijn voor stroomuitval - hebben ze wel langdurige koeling nodig om te doorstaan. Doorgaans is het koelvermogen dat nodig is voor onderhoud ongeveer de helft van wat nodig was om de muur te vormen.
Tepco en Kajima zouden energie kunnen besparen als ze een techniek zouden toepassen die bij Oak Ridge wordt gebruikt. De muur bevatte passieve apparaten die bekend staan als thermosyphons die Arctic Foundations in heel Alaska heeft geïnstalleerd om smeltende permafrost onder gebouwen en infrastructuur te versterken. Een koelgas circuleert passief in de buizen wanneer de grond warmer is dan de lucht erboven, absorbeert warmte aan de onderkant door te koken, laat die warmte vervolgens ontsnappen door condensatie en druppelt uiteindelijk terug langs de buiswand om de cyclus te herhalen.
Dankzij de toevoeging van thermosifons verbruikte het Oak Ridge-systeem jaarlijks amper 100.000 kilowattuur stroom - minder dan 10 huishoudens zouden dit in een jaar gebruiken. Het is een zeer efficiënt systeem om warmte tegen de zwaartekracht in te verplaatsen. Er zijn geen bewegende delen, zegt Yarmak.
Hoewel Yarmak de thermosifons van Arctic Foundations graag naar Japan zou exporteren, zegt hij dat het stroomverbruik geen kritieke kwestie is voor Fukushima. Zelfs met het meer conventionele vrieswandsysteem dat Kajima heeft voorgesteld, waarvan het stroomverbruik ongeveer 250 keer groter zou zijn dan bij Oak Ridge, lijkt het stroomverbruik in de context nog steeds klein. Gezien de omvang van het probleem dat Japan heeft, is het niet veel energie, zegt hij.