Bentonit hamował rozwój bakterii w teście bariery dla odpadów jądrowych
W podziemnym eksperymencie z udziałem dr Natalii Jakus zagęszczony bentonit, czyli naturalna skała ilasta, ograniczał rozwój bakterii mogących przyspieszać korozję pojemników z odpadami jądrowymi. Po 8,5 roku część mikroorganizmów nadal jednak mogła się namnażać w sprzyjających warunkach.
Im mocniej zagęszczony był bentonit, tym mniej bakterii wykrywano w próbkach. Ich liczebność na ogół spadała również wraz z upływem czasu. Dla projektowania składowisk szczególnie istotny jest wynik dotyczący najsłabiej zagęszczonego wariantu: nawet w nim nie stwierdzono trwałego wzrostu liczby mikroorganizmów.
Wyniki badań dr Natalii Jakus z Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL), jej współpracowników oraz ekspertów szwajcarskiej organizacji Nagra opublikowano w „Applied Clay Science”. Nagra zajmuje się składowaniem odpadów radioaktywnych. O doświadczeniu i jego znaczeniu badaczka opowiedziała PAP, co relacjonuje serwis Nauka w Polsce.
Żywe bakterie mimo zahamowanego rozwoju
Eksperyment przeprowadzono w podziemnym laboratorium skalnym Mont Terri w szwajcarskim kantonie Jura. W otworze badawczym umieszczono stalowe cylindry wypełnione bentonitem o trzech stopniach zagęszczenia. Ważne było samo otoczenie próbek: badacze mieli dostęp do takiej samej skały, w jakiej planowana jest budowa przyszłego składowiska w Szwajcarii.
Próbki pobierano po 1,5 roku, następnie po 5,5 roku, a później po 8,5 roku. Zespół z udziałem dr Jakus analizował materiał z ostatniego terminu, porównując wyniki z wcześniejszymi obserwacjami. DNA mikroorganizmów pozwalało określić ich liczebność i skład gatunkowy. Osobnego sprawdzenia wymagało jednak to, czy po latach pod ziemią bakterie nadal potrafią żyć i się rozmnażać.
Temu służyły hodowle laboratoryjne. Kiedy mikroorganizmom z pobranych próbek zapewniono odpowiednie warunki i pożywki, część z nich ponownie zaczęła się namnażać. Oznacza to, że zahamowanie rozwoju w bentonicie nie było równoznaczne z wyeliminowaniem bakterii: niektóre przetrwały całe 8,5 roku doświadczenia i zachowały zdolność do wzrostu po zmianie otoczenia.
Jak bentonit chroni pojemnik i jego otoczenie
Aby zrozumieć znaczenie wyniku, trzeba rozdzielić zadania poszczególnych zabezpieczeń. W głębokim składowisku geologicznym odpady wysokoaktywne mają znajdować się w stalowych pojemnikach, kilkaset metrów pod ziemią. Pojemniki otacza się warstwami materiałów izolacyjnych. Bentonit może być jednym z nich, a jego rola nie sprowadza się do ograniczania aktywności mikroorganizmów.
Część podziemnych bakterii redukuje siarczany i wytwarza przy tym związki przyspieszające korozję stali. Korozja powodowana przez mikroorganizmy jest znanym zjawiskiem, występującym również w rurociągach i na statkach. W składowiskach ich udział w niszczeniu pojemników jest jednak, jak podkreśla dr Jakus, stosunkowo niewielki w porównaniu z działaniem procesów niebiologicznych.
Bentonit utrudnia bakteriom funkcjonowanie dzięki swoim właściwościom fizycznym. Pod wpływem wody pęcznieje i wypełnia wolne przestrzenie, pozostawiając mikroorganizmom mniej miejsca. Jak wyjaśnia badaczka, ogranicza również dostęp do wody i substancji odżywczych oraz utrudnia usuwanie produktów przemiany materii. W takich warunkach rozwój bakterii może być zahamowany, choć nie wszystkie tracą zdolność do życia.
Ta sama warstwa ma również chronić otoczenie na wypadek uszkodzenia stalowego pojemnika. Bentonit utrudnia przedostawanie się substancji promieniotwórczych na zewnątrz, między innymi wiążąc część z nich. W konstrukcji składowiska jest więc zarówno materiałem wypełniającym i stabilizującym przestrzeń wokół pojemnika, jak i dodatkową przeszkodą dla uwolnionych substancji.
Co wynik może zmienić w projektowaniu składowisk
Według dr Jakus brak trwałego wzrostu liczebności bakterii nawet przy najniższym badanym zagęszczeniu sugeruje możliwość wykorzystania mniejszej ilości bentonitu, niż dotychczas zakładano. Chodzi o ilość wystarczającą do stworzenia skutecznej bariery biologicznej, czyli warunków ograniczających rozwój mikroorganizmów. Mogłoby to ułatwić projektowanie składowisk i zmniejszyć koszty ich budowy; oszczędności pozostają jednak możliwą przyszłą konsekwencją wyniku.
Warunkiem utrzymania zahamowanego rozwoju jest zachowanie niesprzyjającego bakteriom otoczenia. Gdyby w skale powstały pęknięcia otwierające większe przestrzenie i dopływ nowych składników odżywczych, uśpione mikroorganizmy mogłyby ponownie stać się aktywne. Bentonit ma zarazem właściwość istotną w takim scenariuszu: potrafi samoczynnie uszczelniać szczeliny, co może ograniczać skutki pęknięć.
Pozostaje też różnica skali czasu. Dr Jakus podkreśla, że przy ocenie bezpieczeństwa składowisk trzeba uwzględniać setki tysięcy, a nawet milion lat. Eksperyment obejmujący 8,5 roku dostarcza informacji o zachowaniu mikroorganizmów w badanych warunkach, ale nie jest sprawdzeniem całego okresu działania składowiska. Wynik opisuje jeden z elementów ochrony, nie samodzielny dowód bezpieczeństwa całego obiektu.
Badane zabezpieczenia mają służyć składowaniu odpadów wysokoaktywnych, przede wszystkim zużytego paliwa jądrowego. Dr Jakus wskazuje więc również na możliwe znaczenie wyników dla Polski, która przygotowuje się do budowy pierwszej elektrowni jądrowej.
