Uno de los componentes de mayor riesgo de los residuos nucleares es el yodo-129 (I-129), que permanece radiactivo durante millones de años y se acumula en la tiroides humana al ser ingerido. En Estados Unidos, está previsto que los residuos nucleares que contienen I-129 se depositen en repositorios subterráneos profundos, que, según los científicos, lo aislarán suficientemente.

Mientras tanto, en todo el mundo, Francia vierte de forma rutinaria al océano efluentes radiactivos de baja actividad que contienen yodo-129 y otros radionucleidos. Francia recicla su combustible nuclear gastado, y la planta de reprocesamiento descarga aproximadamente 153 kilogramos de yodo-129 al año, por debajo del límite reglamentario francés.

¿Es la dilución una buena solución? ¿Cuál es la mejor manera de gestionar el combustible nuclear gastado? Un nuevo estudio realizado por investigadores del MIT y sus colaboradores en laboratorios nacionales cuantifica la liberación de I-129 en tres escenarios diferentes: el método estadounidense de almacenar el combustible gastado directamente en depósitos subterráneos profundos, el método francés de dilución y liberación, y un método que utiliza filtros para capturar el I-129 y almacenarlo en depósitos de residuos subterráneos poco profundos.

Los investigadores descubrieron que la práctica actual de reprocesamiento en Francia libera aproximadamente el 90 % del yodo-129 presente en los residuos a la biosfera. Encontraron bajos niveles de yodo-129 en las aguas oceánicas cercanas a Francia y a las antiguas plantas de reprocesamiento del Reino Unido, incluyendo el Canal de la Mancha y el Mar del Norte. Si bien el bajo nivel de yodo-129 en el agua de Europa no se considera un riesgo para la salud, el método estadounidense de almacenamiento subterráneo profundo reduce considerablemente la liberación de este elemento, según los investigadores.

Los investigadores también investigaron el efecto de las regulaciones ambientales y las tecnologías relacionadas con la gestión de I-129, para esclarecer las ventajas y desventajas asociadas con los diferentes enfoques en todo el mundo.

“Es importante reunir todas estas piezas para ofrecer una visión integral del yodo-129”, afirma Haruko Wainwright, profesora adjunta del MIT y primera autora del artículo, quien tiene un nombramiento conjunto en los departamentos de Ciencia e Ingeniería Nuclear e Ingeniería Civil y Ambiental. “Hay científicos que dedican su vida a intentar limpiar el yodo-129 en sitios contaminados. Estos científicos a veces se sorprenden al saber que algunos países liberan cantidades ingentes de yodo-129. Este trabajo también ofrece una perspectiva del ciclo de vida. No solo analizamos la disposición final y los residuos sólidos, sino también cuándo y dónde se produce la liberación. Integra todos los elementos”.

Kate Whiteaker, estudiante de posgrado del MIT (SM ´24), dirigió muchos de los análisis junto con Wainwright. Sus coautores son Hansell Gonzalez-Raymat, Miles Denham, Ian Pegg, Daniel Kaplan, Nikolla Qafoku, David Wilson, Shelly Wilson y Carol Eddy-Dilek. El estudio se publica hoy en Nature Sustainability.

Gestión de residuos

El yodo-129 suele ser un elemento clave para científicos e ingenieros que realizan evaluaciones de seguridad de los emplazamientos de residuos nucleares en todo el mundo. Tiene una vida media de 15,7 millones de años, una alta movilidad ambiental y podría causar cáncer si se ingiere. Estados Unidos establece un límite estricto sobre la cantidad de yodo-129 que se puede liberar y la que puede contener en el agua potable: 5,66 nanogramos por litro, el nivel más bajo permitido para cualquier radionúclido.

“El yodo-129 es muy móvil, por lo que suele ser el contribuyente de dosis más alta en las evaluaciones de seguridad”, dice Wainwright.

Para el estudio, los investigadores calcularon la liberación de I-129 a través de tres estrategias diferentes de gestión de residuos, combinando datos de sitios de reprocesamiento actuales y anteriores, así como modelos y simulaciones de evaluación de repositorios.

Los autores definieron el impacto ambiental como la liberación de I-129 a la biosfera a la que los seres humanos podrían estar expuestos, así como sus concentraciones en aguas superficiales. Midieron la liberación de I-129 por cada unidad de energía eléctrica total generada por una central eléctrica de 1 gigavatio durante un año, expresada en kg/GWe.año.

Según el enfoque estadounidense de almacenamiento subterráneo profundo con sistemas de barrera, suponiendo que los contenedores de barrera fallen a los 1.000 años (una estimación conservadora), los investigadores encontraron que se liberarían 2,14 x 10–8 kg/GWe.año de I-129 entre 1.000 y 1 millón de años a partir de hoy.

Estiman que 4,51 kg/GWe.año de I-129, o el 91 % del total, se liberarían a la biosfera en el escenario de reprocesamiento del combustible y dilución y liberación de los efluentes. Alrededor del 3,3 % del I-129 es capturado por filtros de gas, que posteriormente se depositan en el subsuelo poco profundo como residuos radiactivos de baja actividad. Un 5,2 % adicional permanece en el flujo de residuos de la planta de reprocesamiento, que se elimina como residuo radiactivo de alta actividad.

Si los residuos se reciclan con filtros de gas para capturar directamente el I-129, se liberan 0,05 kg/GWe.año de I-129, mientras que el 94 % se deposita en vertederos de baja actividad. En el caso de los vertederos superficiales, se presume que, una vez finalizado el control gubernamental o institucional (normalmente entre 100 y 1000 años), se producirá algún tipo de alteración o intrusión humana. Esto conlleva una posible liberación al medio ambiente de la cantidad depositada tras dicho periodo de control.

En general, la práctica actual de reciclar el combustible nuclear gastado libera la mayor parte del yodo-129 al medio ambiente hoy en día, mientras que la eliminación directa del combustible gastado libera aproximadamente 1/100.000.000 de esa cantidad durante un millón de años. Cuando se utilizan filtros de gas para capturar el yodo-129, la mayor parte se deposita en depósitos subterráneos poco profundos, que podrían liberarse accidentalmente por intrusión humana en el futuro.

Los investigadores también cuantificaron la concentración de I-129 en diferentes aguas superficiales cercanas a instalaciones de reprocesamiento de combustible, tanto actuales como antiguas, incluyendo el Canal de la Mancha y el Mar del Norte, cerca de plantas de reprocesamiento en Francia y el Reino Unido. Asimismo, analizaron el río Columbia (EE. UU.) aguas abajo de un emplazamiento en el estado de Washington donde se produjo material para armas nucleares durante la Guerra Fría, y estudiaron un emplazamiento similar en Carolina del Sur. Los investigadores hallaron concentraciones mucho mayores de I-129 en el emplazamiento de Carolina del Sur, donde los efluentes radiactivos de baja actividad se liberaron lejos de los principales ríos, lo que resultó en una menor dilución en el medio ambiente.

“Queríamos cuantificar los factores ambientales y el impacto de la dilución, que en este caso afectó más a las concentraciones que a las cantidades de vertido”, explica Wainwright. “Alguien podría interpretar nuestros resultados y concluir que la dilución sigue funcionando: reduce la concentración del contaminante y lo dispersa en una amplia zona. Sin embargo, en Estados Unidos, la eliminación deficiente de residuos ha provocado concentraciones localmente más elevadas en las aguas superficiales. Esto nos advierte de que la eliminación de residuos puede concentrar los contaminantes y debe diseñarse cuidadosamente para proteger a las comunidades locales”.

Ciclos de combustible y política

Wainwright no quiere que sus hallazgos disuadan a los países de reciclar combustible nuclear. Afirma que países como Japón planean utilizar una filtración más exhaustiva para capturar el yodo-129 durante el reprocesamiento del combustible gastado. Los filtros que contienen yodo-129 pueden desecharse como residuos de baja actividad según la normativa estadounidense.

“Dado que el I-129 es un carcinógeno interno sin una fuerte radiación penetrante, su almacenamiento subterráneo a poca profundidad sería apropiado, en consonancia con otros residuos peligrosos”, afirma Wainwright. “La historia de la protección ambiental desde la década de 1960 ha evolucionado, pasando del vertido y la liberación de residuos al aislamiento. Sin embargo, aún existen industrias que liberan residuos al aire y al agua. Hemos visto que, a menudo, estos residuos terminan causando problemas en nuestra vida cotidiana —como la presencia de CO₂, mercurio, PFAS y otros—, especialmente cuando existen múltiples fuentes o cuando se produce bioacumulación. La comunidad nuclear ha sido pionera en estrategias y tecnologías de aislamiento de residuos desde la década de 1950. Estos esfuerzos deben intensificarse y acelerarse aún más. Pero, al mismo tiempo, si alguien no opta por la energía nuclear debido a los problemas relacionados con los residuos, esto incentivaría a otras industrias con estándares ambientales mucho más bajos”.

Este trabajo contó con el apoyo del Fondo para Profesores Climate Fast Forward del MIT y del Departamento de Energía de Estados Unidos.

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