Mogelijk heeft kernenergie dankzij deze toepassing toch toekomst.
We bevinden ons momenteel in een energietransitie: fossiele brandstoffen worden langzaam uitgebannen en nieuwe bronnen van energie winnen terrein. Velen zijn het er namelijk wel over eens: het is tijd om afscheid te nemen van fossiele brandstoffen en te kiezen voor energiebronnen die minder belastend zijn voor het klimaat. Denk bijvoorbeeld aan wind, water en zon. Sommigen stellen daarnaast dat we ook kernenergie nodig hebben om aan de groeiende energiebehoefte te voldoen zonder broeikasgassen te generen. De reacties hierop zijn echter gemengd, omdat bij het opwekken van kernenergie radioactief afval vrijkomt. Maar mogelijk dat een legertje van microrobots deze zorgen aan banden legt.
Kernenergie
Volgens sommige wetenschappers is het zo klaar als een klontje. “Ik twijfel er niet aan dat nucleaire energie nog decennialang deel gaat uitmaken van de energiemix,” vertelde Eugene Shwageraus, verbonden aan het Nuclear Energy Centre van de universiteit van Cambridge eerder aan Scientias.nl. “Iedereen kan proberen een koolstofvrije toekomst te creëren en zelf zien dat het bestrijden van klimaatverandering zonder nucleaire energie praktisch onmogelijk is.” Ook onderzoeker Martin Pumera, betrokken bij de huidige studie, bevestigt dit beeld. “Kernenergie zal een belangrijk onderdeel worden van de energiemix,” zegt hij tegen Scientias.nl. “Uranium zal ons helpen om over te stappen op CO2-vrije, hernieuwbare energie.”
Terughoudendheid
Andere wetenschappers zien dat echter heel anders en vinden dat we ook zonder kernenergie prima uit de voeten kunnen. “Duitsland toont duidelijk dat kernenergie misbaar en vervangbaar is via een sterk industrieel-economisch beleid voor de ontwikkeling en ontplooiing van hernieuwbare stroom,” vertelde Aviel Verbruggen, energie- en milieu-econoom eerder aan Scientias.nl. En die terughoudendheid is niet heel gek. Want nucleaire energie kan ook ontzettend gevaarlijk zijn. Denk maar eens terug aan die verwoestende kernramp in de kerncentrale van Tsjernobyl die in 1986 plaatsvond. Door de ramp kwam een immense hoeveelheid radioactieve straling vrij. De omgeving van Tsjernobyl is na de ramp afgesloten vanwege de hoge radioactiviteit. En zelfs vandaag de dag is het gebied nog grotendeels verboden terrein.
Het staat buiten kijf dat kernenergie veiligheidsrisico’s met zich meebrengt. Die risico’s zijn in vergelijking met andere energiebronnen misschien beperkt, maar dringen zich tijdens kernrampen wel aan ons op. Want een kernreactor is in tegenstelling tot bijvoorbeeld luchtvervuiling, geen sluipmoordenaar: in één keer kunnen heel veel mensen sterven of het risico lopen later in hun leven ernstig ziek te worden. “Het probleem is dat mensen intuïtief aannemen dat de risico’s die nucleaire energie en straling met zich meebrengen veel groter zijn dan in werkelijkheid het geval is,” vertelde Eugene Shwageraus verbonden aan het Nuclear Energy Centre eerder aan Scientias.nl. En dat leidt tot angst die onterecht is. Maar behalve veiligheidsrisico’s en onterechte angstgevoelens heeft kernenergie nog meer nadelen, zoals dus het radioactieve kernafval. Daarnaast zijn kerncentrales niet goedkoop om te bouwen en te onderhouden.
Microrobots
Naast grote rampen zoals Tsjernobyl heeft kernenergie het nadeel dat er ook op kleinere schaal radioactieve isotopen in de natuur kunnen lekken. Willen we daarom in de toekomst meer gebruik maken van kernenergie, dan zal er een methode bedacht moeten worden om radioactief afval dat onverhoopt in het milieu belandt, op te ruimen. En in dat onderwerp beet Pumera zich vast. Samen met zijn collega’s ontwikkelde hij microrobots die radioactief uranium uit gesimuleerd water kan halen. Een oplossing die hoop biedt.
Hoe werkt het?
De onderzoekers borduren voort op een eerdere studie waarin radioactief uranium uit water werd afgevangen. In dat eerdere onderzoek werd er gebruik gemaakt van zogenaamde ‘metaal-organische kaders’ ofwel MOF’s. Dit zijn verbindingen die specifieke stoffen – waaronder dus radioactief uranium – kunnen vangen. In de huidige studie voegden de onderzoekers een micromotor – genaamd ZIF-8 – aan deze MOF’s toe om te zien of deze in dat geval in versneld tempo radioactief afval konden opruimen. Deze autonoom bewegende motortjes hebben de vorm van een staaf en hebben een diameter van 1/15 van de breedte van een mensenhaar. Vervolgens voegden de onderzoekers ijzeratomen en ijzeroxide-nanodeeltjes toe om de structuur te stabiliseren. Bovendien maakte het team de kleine robotjes ook nog eens magnetisch. Platina-nanodeeltjes aan het uiteinde van elke ZIF-8-staaf zetten daarnaast waterstofperoxide in het water om in zuurstofbellen, waardoor de kleine robots worden voortgestuwd met ongeveer zestig keer hun eigen lengte per seconde.
Effectief
De bevindingen uit de studie zijn hoopgevend. Want in gesimuleerd radioactief afvalwater verwijderden de microrobots in een uur tijd zeker 96 procent van het gelekte uranium. Vervolgens verzamelden de onderzoekers de staven met een magneet en verwijderde het uranium waardoor de microrobots opnieuw konden worden gebruikt. Mogelijk kunnen deze robotjes zelfs andere radioactieve isotopen verwijderen. “Afhankelijk van het ontwerp zou dat best kunnen,” zegt Pumera desgevraagd. “Bovendien zijn de microrobots zelf – afhankelijk van het ontwerp en de samenstelling – veilig voor het milieu. Het is echter van cruciaal belang dat er rekening gehouden wordt met deze compatibiliteit.”
Hoewel de onderzoekers hun methode nu nog alleen hebben uitgeprobeerd in gesimuleerd afvalwater, is het plan om in de toekomst de microrobots ook los te laten in vervuild natuurlijk water. “In Tsjechië hebben we grondwater waarin restanten van uranium te vinden zijn,” zegt Pumera. “Hier willen we de microrobots inzetten. We verwachten echter geen groot verschil in het doen en laten van de microrobots in dit water ten opzichte van het gesimuleerde afvalwater.” De onderzoekers zijn optimistisch over hun ontwerp. Want de hoop is dat deze zelf-voortstuwende microrobots ooit kunnen helpen om ook op grotere schaal radio-actief afval op te ruimen als dat per ongeluk uit kerncentrales lekt. En dat zou betekenen dat al één probleem van de kerncentrale is opgelost.
