Vi khuẩn có thể làm cho khu vực chôn chất thải hạt nhân dưới lòng đất an toàn hơn

Các nhà khoa học đã tìm thấy 1 đồng minh bất ngờ trong việc xử lý chất thải hạt nhân dài hạn: đó chính là vi khuẩn. Trong 1 nghiên cứu mới đây, nhóm các nhà nghiên cứu do Đại học EPFL dẫn đầu đã phát hiện ra 1 cộng đồng gồm 7 loại vi khuẩn sống tự nhiên trong những lớp đá ở sâu hàng trăm mét bên dưới mặt đất, các vi khuẩn này đã được chọn để xử lý các chất thải hạt nhân của Thụy Sĩ.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng, bằng cách tinh chỉnh cấu trúc của chất thải hạt nhân, những vi khuẩn này có thể được sử dụng để tăng cường tính an toàn của chất thải hạt nhân thông qua việc sử dụng khí hy-đô được tích tụ khi các thùng bằng thép chứa chất thải bị ăn mòn. Nếu không được kiểm soát, áp suất khí tạo ra có thể ảnh hưởng đến tình trạng nguyên vẹn của lớp đá nơi chôn chất thải.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Phải mất đến khoảng 200.000 năm để tính phóng xạ của nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng trở lại mức độ của urani tự nhiên. Kết quả là, hầu hết các nghiên cứu về sự an toàn lâu dài của việc xử lý chất thải hạt nhân đều tập trung vào quá trình nghiên cứu địa chất: tính cơ học của các lớp đá tạo thành khu vực lưu trữ hoặc tạo thành rào chắn bảo vệ vững mạnh cho khu vực được thiết kế để chứa bức xạ. Tuy nhiên, tất cả những nghiên cứu này đều bỏ qua 1 yếu tố quan trọng: đó là yếu tố sinh học.

Sự sống dưới lòng đất

Vi khuẩn có ở khắp mọi nơi, thậm chí là ở sâu hàng trăm mét trong lòng đất. Và theo Rizlan Bernier Latmani – tác giả chính của nghiên cứu này, vi khuẩn sẽ nhảy bổ vào bất kỳ nguồn năng lượng nào có mặt. Bà giải thích: “Trong các mẫu nước ngầm ở sâu 300m bên dưới mặt đất tại Phòng thí nghiệm Đá Mont Terri, các nhà nghiên cứu đã phát hiện 1 cộng đồng vi khuẩn tạo thành một chuỗi thức ăn khép kín. Rất nhiều trong số chúng chưa từng được quan sát bao giờ. Trong điều kiện hoang sơ, những loài vi khuẩn nằm ở dưới đáy của chuỗi thức ăn đã lấy năng lượng từ hy-đrô và sunfat từ tảng đá chủ, tạo thành nguồn năng lượng cho những loài còn lại”

Chất thải hạt nhân được bổ sung vào hỗn hợp này đã làm thay đổi hoàn toàn các điều kiện. Chất thải phóng xạ bị thủy tinh hóa, niêm phong trong các hộp thép, được bao quanh bởi 1 lớp dày sét bentonit tự hàn kín và chôn sâu hàng trăm mét dưới lòng đất trong các lớp địa chất Opalinus Clay ổn định, do đó, chất thải phóng xạ hoàn toàn được niêm phong với môi trường xung quanh. Nhưng, các thùng thép không thể tránh khỏi bị ăn mòn, nên khí hy-đrô được tạo thành.

Tạo ra áp lực

Từ 5 năm trước, Bernier Latmani và các đồng nghiệp đã đưa ra các giả thuyết về điều này. Bà giải thích “Trong hai năm qua, các nhà khoa học đã đưa ra ý kiến về vi khuẩn dưới lòng đất làm cho lượng khí hy-đrô tăng lên ở trung tâm của lớp đá Opalinus Clay tại khu vực Mont Terri”. Trong suốt thời gian đó, họ đã theo dõi thành phần của các loại vi khuẩn và cách chúng thay đổi bản thân, bao gồm cả tiềm năng hỗ trợ cho con đường sinh hóa, và cả về các protein mà chúng sản xuất được.

Khi các vi khuẩn này đã sử dụng hết khí ô-xy và kim loại, các nhà nghiên cứu quan sát thấy sự thay đổi trong số lượng dân số và sự trao đổi chất của chúng. Cả hai đều được định hướng bởi lượng khí hy-đrô tăng lên. Barnier Latmani cho biết “Hai trong số các loài vi khuẩn này có khả năng sử dụng khí hy-đrô để làm cho quá trình chuyển hóa của chúng diễn ra mạnh mẽ hơn, trong khi các loài khác thì dựa trên sự tăng trưởng của 2 loài đó”. Đó là 1 tin tốt, vì sự sinh sôi nảy nở của cộng đồng vi khuẩn đã giúp cho khí hy-đrô tạo thành vẫn được giữ lại ở trong khu chôn chất thải.

Rào cản sinh học

Vậy những phát hiện này có thể được sử dụng như thế nào để làm cho khu chôn chất thải hạt nhân an toàn hơn? Bernier Latmani đã đề xuất thêm 1 hàng rào sinh học thứ 4 – hàng rào sinh học nhân tạo: “Những gì chúng ta có thể làm là đặt thêm 1 lớp vật liệu bằng xốp vào giữa bentonit và đá chủ. Lớp xốp này sẽ là một khu vực lý tưởng để vi khuẩn có thể ăn sunfat từ tảng đá chủ và khí hy-đrô từ các hộp bị ăn mòn”.

Tuy nhiên, vẫn còn 1 vẫn đề gây khó khăn cho các nhà khoa học: các nghiên cứu gen của cộng đồng các vi khuẩn này cho thấy các vi sinh vật có thể có khả năng chuyển hóa khí hy-đrô thành khí mê tan, đây là một kết quả không được tốt lắm. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng kích thích quá trình mê-tan hóa ở Mont Terri. Và sau nửa năm, họ vẫn đang chờ đợi để quan sát nó.

Anh Thư (Tổng hợp)