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Team:Lyon-INSA-ENS/Project/IndustrializationFr
From 2011.igem.org
Industrialisation
- Remue-méninges
- Pourquoi un "Cobalt Buster" biofiltre dans les centrales nucléaires ?
- Pourquoi pas dans le circuit primaire ?
- Où utiliser "Cobalt Buster" ?
- Autres perspectives pour le projet "Cobalt Buster" ?
- Pour aller plus loin: L'analyse économique du modèle électronucléaire
Remue-méninges
Après plusieurs mois de réflexion et de lecture de revues de littérature scientifique le "Cobalt Buster" biofiltre est né, filtre dédié au circuit d'eau primaire des centrales nucléaires!
Pourquoi un "Cobalt Buster" biofiltre dans les centrales nucléaires ?
1- Il est connue qu'une émission de cobalt radioactive dans l'eau se produit dans le circuit primaire , lors de l'entretien des centrales nucléaires quand le cœur du réacteur est ouvert. Cette émission détériore les résines échangeuses d'ions permettant de filtrer l'eau et de réduire son niveau radioactif.
2- La préocupation majeure de l'industrie nucléaire est de réduire le volume des déchets. Une modélisation faire précédemment a estimé que la souche "Cobalt Buster" est très efficace (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571- 578):
4 kg de bactéries modifiées = 8000 kg de résines échangeuses d'ions
3- La réduction drastique des coûts de traitement des déchets et de conditionnement est également un enjeu majeur pour l'industrie nucléaire. La production de Biofiltre est moins cher et ce dernier peut prévenir des dommages causés aux résines. Il pourrait réduire considérablement les coûts de réhabilitation des eaux usées du circuit primaire.
4- Les phases d'entretien génèrent un manque à gagner de millions d'euros et la réduction de la durée des phases de maintenance représentent un enjeu majeur.
5- Les stations de stockage des déchets moyennement radioactifs sont rapidement plein, et nos bactéries pourraient contribuer à la dégradation de ces déchets afin de réduire les déchets radioactifs, stockés dans d'autres stations, généralement plus spacieuses.
Pourquoi pas dans le circuit primaire ? (Experts advice)
Pour inclure notre projet dans une approche réaliste et proche des préoccupations de l’ingénierie d'aujourd'hui et de demain, nous avons discuté notamment de la réalisation de nos BioFiltres avec M. Brette (professeur adjoint à l'INSA de Lyon, docteur en sciences économiques), nos partenaires (Assystem, EDF ). Nous nous sommes fais une idée réaliste concernant les difficultés techniques existantes grâce aux visites faites dans des installations nucléaires (centrales de Tricastin, zone de Centraco) et les discussions que nous avons eu avec un chimiste de la centrale nucléaire du Bugey.
Pour obtenir une application industrielle techniquement réalistes, nos BioFiltres doivent être conçus en tant qu'innovation modulaire, ce qui signifie que cette solution peut être appliquée sans aucune modification majeure de la structure de la Centrale ou du centre de traitement (plomberie, les circuits des différentes composantes , etc). En effet, si cette solution est conservée dans un endroit central, il pourrait être rapidement appliqué dans tous les centrales du même type. Ainsi, la conception de la cartouche du BioFiltre est fondamentale pour pouvoir être utilisé dans le circuit des effluents nucléaires, puis être traité comme des déchets radioactifs.
A l'issue de ces discussions, nous savons que notre projet est plausible et qu'il pourrait intéresser les industriels, mais certaines modifications doivent être faites concernant les utilisations de nos biofiltres.
1- Le cobalt libéré lors de l'ouverture du réacteur nucléaire peut représenter 150 TeraBecquerel (TBq) de radioactivité (500 m3 d'eau contaminée avec un niveau de cobalt radioactif estimée à 300 gigaBq / m3).
Si le biofiltre spécifique au cobalt est utilisé comme indiqué ci-dessus, le taux de dose pour seulement 1 des 150 TBq représentera 0,4 sievert par heure (Sv / h) alors que le taux autorisé est de 20 mSv par an.
Calcul du taux de dose Dose Rate = 0.54 * C * E * P / d²
with
C = activité Curie
E = énergie radiation en MeV
P = pourcentage d'émission
d = distance à la source de radiation
Pour traiter 1TBq de Co60 à d = 1m (1TBq = 30 Curie)
EP = 2.5
Nous estimons le taux de dose suivant :
DR = (0.54 * 30 * 2.5) / 1²
DR = 40 rad / h
DR = 0.4 Gy / h
DR = 0.4 Sv / h
Ce taux d'exposition suppose la construction d'un mur de béton d'au moins un mètreafin d'utiliser notre "Cobalt Buster" biofiltre, pour chaque biofiltre en parallèle, et chaque manipulations doivent être automatiques .
Ces changements impliquent des coûts trop importants comme en France, où une modification dans une usine d'alimentation doit aussi être fait dans les 58 autres centrales du parc nucléaire.
2- Nous devons aussi considérer que pendant l'opération conventionnelle, la pression dans le circuit primaire est à 155 bars et la température jusqu'à 327 ° C (621 ° F) . Comme le taux maximum de diminution de la température est estimé à 28 ° C / h (82 ° F / h) et que la température acceptable pour nos biofiltres est comprise entre 20 ° C à 45 ° C, cela implique une attente de 4 à 5 heures après l'ouverture du réacteur nucléaire , avant de commencer la décontamination de cobalt.
Il pourrait être trop longue car l'arrêt du réacteur coûte un million d'euros par jour et les temps de maintenance doivent être aussi courts que possible.
3- Dans le circuit primaire, le cobalt est sous forme d'ions et de particules. Les particules de cobalt peuvent représenter la majorité du cobalt or la conception initiale de bioremédiation de la souche permet de capturer les ions cobalt.
A ce stade du projet nous n'avons pas pu évaluer la capacité du biofiltre pour capturer les particules de cobalt. Cependant, la souche finale "Cobalt Buster" produira des fibres amyloïdes (curli) qui pourraient lui permettre de fixer les particules de cobalt sur sa surface.
Où utiliser "Cobalt Buster" ? (Experts advice)
1- Selon les experts, le "Cobalt Buster" biofiltre peut être utilisé dans le traitement d'autres effluents, comme ceux des stations de démontage (STEL, stations de traitements des effluents liquides).
Dans ces stations la radioactivité est faible, mais les problèmes liés au cobalt existent encore, toutefois la température et la pression sont compatibles avec la survie de notre biofiltre (pression atmosphérique et température ambiante).
En outre, notre biofiltre peut être adaptaté sur un filtre existant et une collaboration soumis à un accord de non-divulgation est discuté avec notre partenaire ASSYSTEM.
2- Le filtre peut également être utilisé dans un système de type bouillonnant pour traiter l'air contaminé pendant le déclassement des centrales électriques.
Autres perspectives pour le projet "Cobalt Buster" ?
1-
Pour aller plus loin: L'analyse économique du modèle électronucléaire
Le modèle électronucléaire
En raison des technologies employées, des moyens et des risques potentiels, les modèles nucléaire et électronucléaire sont des domaines stratégiques. Il existe quatre secteurs: (pression atmosphérique et la température ambiante)
"The Upstream" vise à approvisionner les centrales en combustible nucléaire. Il regroupe plusieurs liens: les mines (exploration minière et extraction de l'uranium naturel), la chimie (purification et conversion de l'uranium en hexafluorure d'uranium), l'enrichissement (augmentation du contenu en isotope U235 de 0,7% à 3-5%).
La construction regroupe la conception, les études et l'ingénierie pour chaque projet de centrale, de fabrication des composants, d'installation et de démarrage de centrales.
Les opérateurs d'exploitation vérifient quotidiennement le bon fonctionnement des centrales , et calibre la puissance du réacteur selon le besoin du réseau électrique. L'entretien comprend les activités nécessaire à l'entretien, la modernisation et l'extension de la durée de vie des centrales nucléaires. Les pannes sont des points importants de cette activité: en effet les réacteurs sont arrêtés, parfois pendant plusieurs semaines pour remplir de carburant et les opérations sont de maintenance de grande envergure.
L'aval de la structure est divisée en deux activités différentes: le traitement des combustibles usés (recyclage en MOX pour une réutilisation), et de fin de vie des installations nucléaires (démantèlement, le réaménagement de territoires).
En raison de la Huges moyens financiers et technologiques nécessaires au développement d'une entreprise dans le domaine, la menace de nouveaux concurrents électronucléaire (nouvelles entreprises entrant sur le marché) est faible. Par conséquent, juste quelques grands groupes partagent les quatre lignes d'affaires, même à l'échelle mondiale (par exemple AREVA, EDF, GE Energy ou Mitsubishi). Les fournisseurs, les opérateurs et clients à l'intérieur du motif sont interconnectés, et sont assez souvent des filiales de ces multinationales. La concurrence est très forte parce que les contrats sont rares et énorme.
Ainsi, la pression sur ce domaine sont nombreuses et variées. L'influence politique sur le terrain électronucléaire est assez Important: en France, le nucléaire tient une place primordiale, mais la politique peut à tout moment décider de favoriser d'autres moyens de production d'électricité, comme en Allemagne (solaire, éolienne, etc.) Par conséquent le rôle de la puissance publique dans différents pays et des organisations internationales (par exemple l'AIEA, l'ANDRA) est cruciale, car ce sont ceux qui décident, fixer des règles et directives. L'application des accords contre le réchauffement climatique par la puissance publique (Kyoto, Copenhague) peuvent également avoir une incidence directe et positive sur le terrain électronucléaire, celui-ci donnant à pas de CO2, pour produire de l'électricité. Cependant, il existe actuellement deux principaux problèmes: le devenir des déchets nucléaires (pour l'instant, le stockage des déchets de faible activité, moyenne et haute), et le risque d'un accident dont les conséquences seraient désastreuses pour l'environnement et la population. Les lois qui ont été votées purement limiter ce champ pour permettre un contrôle permanent, éviter les accidents et à protéger la population. En effet, depuis une perspective sociale, l'appréhension face à cette force et différents types d'accidents qui ont eu lieu est toujours présente. Néanmoins, en raison de l'augmentation du prix des énergies fossiles (pétrole, gaz) et grâce aux recherches sur les nouvelles générations de réacteurs, plus efficace, le champ électronucléaire conserver sa compétitivité sur le marché de l'énergie.
