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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 scientifiques le biofiltre "Cobalt Buster" est né, filtre dédié au circuit d'eau primaire des centrales nucléaires!
Pourquoi un biofiltre "Cobalt Buster" dans les centrales nucléaires ?
1- Il est connu qu'une émission de cobalt radioactive dans l'eau se produit dans le circuit primaire , à l'occasion de l'entretien des centrales nucléaires lorsque 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 préoccupation majeure de l'industrie nucléaire est de réduire le volume de déchets. Une modélisation faite précédemment nous a permis d'estimer 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 du traitement des déchets et du conditionnement est également un enjeu majeur pour l'industrie nucléaire. Le choix d'un biofiltre permet de réduire le cout de production, ainsi que la protection des résines utilisées pour la filtration. Cette technologie permettrait ainsi de réduire considérablement les coûts de réhabilitation des eaux usées du circuit primaire.
4- Les phases d'entretien génèrent un manque à gagner de plusieurs millions d'euros, c'est pourquoi la réduction de la durée des phases de maintenance représentent un enjeu majeur.
5- Les stations de stockage des déchets moyennement radioactifs sont rapidement saturées. Nos bactéries pourraient contribuer à la diminution du volume de ces déchets faiblement radioactifs, stockés dans d'autres stations, généralement plus spacieuses. Le cobalt radioactif serait concentré dans des volumes plus petits grâce à l'augmentation de l'efficacité de la filtration.
Pourquoi pas dans le circuit primaire ? (Avis d'experts)
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)et nos partenaires (Assystem, EDF ). Nous avons aussi pu nous faire une idée réaliste des difficultés techniques grâce aux visites effectuées dans des installations nucléaires (centrales de Tricastin, zone de Centraco) et aux discussions que nous avons eu avec un chimiste de la centrale nucléaire du Bugey.
A l'issue de ces discussions, nous savons que notre projet est plausible et qu'il pourrait intéresser les industriels. Cependant, certaines modifications doivent être faites concernant les utilisations de nos biofiltres.
1- Le cobalt libéré lors de l'ouverture du réacteur nucléaire peut représenter une radioactivité de 150 TeraBecquerel (TBq) (500 m3 d'eau contaminée avec un niveau de cobalt radioactif estimée à 300 gigaBq / m3).
Si le biofiltre spécifique au cobalt est utilisé dans les conditions décrites ci-dessus, le débit de doses pour seulement 1 des 150 TBq représentera 0,4 sievert par heure (Sv / h) alors que le débits autorisé est de 20 mSv par an.
Calcul du débit de dose Débit de Dose (DDD) = 0.54 * C * E * P / d²
avec
C = activité (en Curie)
E = énergie de 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 :
DDD = (0.54 * 30 * 2.5) / 1²
DDD = 40 rad / h
DDD = 0.4 Gy / h
DDD = 0.4 Sv / h
Ce taux d'exposition impliquerait la construction d'un mur de béton d'au moins un mètre d'épaisseur pour pouvoir utiliser plusieurs biofiltres "Cobalt Buster" en parallèle, ainsi qu'automatisation de l'ensemble des manipulations.
Ces changements impliquent des coûts trop importants en France, où une modification dans une usine d'alimentation doit aussi être faite 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" qui 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 qui 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 qui 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.
"The Downtream" de la structure qui 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 (le démantèlement et le réaménagement de territoires).
En raison de l'importance des 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, seuls quelques grands groupes se partagent les quatre lignes d'affaires, il en est de 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 compagnies multinationales. La concurrence est très forte puisque que les contrats sont rares et conséquents.
Ainsi, les pressions dans ce domaine sont nombreuses et variées. L'influence politique sur le domaine de l'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 des pouvoirs publiques dans différents pays ainsi que celui des organisations internationales (par exemple l'AIEA, l'ANDRA) est cruciale, car ce sont eux qui décident et fixent les règles et directives. L'application des accords contre le réchauffement climatique par les pouvoirs publiques (Kyoto, Copenhague) peut également avoir une incidence directe et positive sur le domaine de l'électronucléaire, celui-ci ne dégagement pas de CO2, pour produire de l'électricité. Cependant, il existe actuellement deux problèmes primordiaux : 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 votées limitent ce domaine afin de permettre un contrôle permanent, éviter les accidents et protéger la population. En effet, en ce qui concerne l'avis des populations, l'appréhension face à cette force et aux différents types d'accidents qui ont eu lieu est toujours présente (Sécurité). Néanmoins, en raison de l'augmentation du prix des énergies fossiles (pétrole, gaz) et grâce aux recherches sur les nouvelles générations de réacteurs, plus efficaces, le domaine de l'électronucléaire conserve sa compétitivité sur le marché de l'énergie.
