Um dos componentes de maior risco do lixo nuclear é o iodo-129 (I-129), que permanece radioativo por milhões de anos e se acumula na tireoide humana quando ingerido. Nos EUA, o lixo nuclear contendo I-129 está programado para ser descartado em depósitos subterrâneos profundos, que, segundo os cientistas, o isolarão suficientemente.

Entretanto, em todo o mundo, a França libera rotineiramente efluentes radioativos de baixa atividade contendo iodo-129 e outros radionuclídeos no oceano. A França recicla seu combustível nuclear usado, e a usina de reprocessamento despeja cerca de 153 quilos de iodo-129 por ano, abaixo do limite regulamentar francês.

A diluição é uma boa solução? Qual a melhor maneira de lidar com o combustível nuclear irradiado?  Um novo estudo realizado por pesquisadores do MIT e seus colaboradores em laboratórios nacionais quantifica a liberação de I-129 em três cenários diferentes: a abordagem dos EUA de descartar o combustível irradiado diretamente em depósitos subterrâneos profundos, a abordagem francesa de diluição e liberação, e uma abordagem que utiliza filtros para capturar o I-129 e descartá-lo em depósitos subterrâneos rasos.

Os pesquisadores descobriram que a prática atual da França de reprocessamento libera cerca de 90% do iodo-129 presente nos resíduos na biosfera. Eles encontraram baixos níveis de iodo-129 na água do oceano ao redor dos antigos locais de reprocessamento da França e do Reino Unido, incluindo o Canal da Mancha e o Mar do Norte. Embora o baixo nível de iodo-129 na água na Europa não seja considerado um risco à saúde, a abordagem dos EUA de descarte subterrâneo profundo resulta em uma liberação muito menor dessa substância, constataram os pesquisadores.

Os pesquisadores também investigaram o efeito das regulamentações ambientais e das tecnologias relacionadas ao gerenciamento do I-129, a fim de elucidar as vantagens e desvantagens associadas a diferentes abordagens em todo o mundo.

“É importante reunir todas essas informações para fornecer uma visão abrangente do iodo-129”, afirma Haruko Wainwright, professora assistente do MIT e primeira autora do artigo, que possui nomeação conjunta nos departamentos de Ciência e Engenharia Nuclear e de Engenharia Civil e Ambiental. “Há cientistas que dedicam suas vidas a tentar limpar o iodo-129 em locais contaminados. Esses cientistas às vezes ficam chocados ao saber que alguns países estão liberando tanto iodo-129. Este trabalho também oferece uma perspectiva do ciclo de vida. Não estamos analisando apenas a disposição final e os resíduos sólidos, mas também quando e onde a liberação está ocorrendo. Ele reúne todas as peças.”

Kate Whiteaker, estudante de pós-graduação do MIT (SM '24), liderou muitas das análises com Wainwright. Seus coautores são Hansell Gonzalez-Raymat, Miles Denham, Ian Pegg, Daniel Kaplan, Nikolla Qafoku, David Wilson, Shelly Wilson e Carol Eddy-Dilek. O estudo foi publicado hoje na revista Nature Sustainability .

O iodo-129 é frequentemente um foco central para cientistas e engenheiros que realizam avaliações de segurança de locais de descarte de resíduos nucleares em todo o mundo. Ele tem uma meia-vida de 15,7 milhões de anos, alta mobilidade ambiental e pode potencialmente causar câncer se ingerido. Os EUA estabelecem um limite rigoroso para a quantidade de I-129 que pode ser liberada e para a quantidade de I-129 presente na água potável — 5,66 nanogramas por litro, o nível mais baixo permitido para qualquer radionuclídeo.

Para o estudo, os pesquisadores calcularam a liberação de I-129 em três estratégias diferentes de gerenciamento de resíduos, combinando dados de locais de reprocessamento atuais e antigos, bem como modelos e simulações de avaliação de repositórios.

Os autores definiram o impacto ambiental como a liberação de I-129 na biosfera à qual os humanos poderiam ser expostos, bem como suas concentrações em águas superficiais. Eles mediram a liberação de I-129 em relação à energia elétrica total gerada por uma usina de 1 gigawatt ao longo de um ano, expressa em kg/GWe.ano.

Na abordagem americana de descarte subterrâneo profundo com sistemas de barreira, assumindo que os contêineres de barreira falhem em 1.000 anos (uma estimativa conservadora), os pesquisadores descobriram que 2,14 x 10–8 kg/GWe.ano de I-129 seriam liberados entre 1.000 e 1 milhão de anos a partir de hoje.

Eles estimam que 4,51 kg/GWe.ano de I-129, ou 91% do total, seriam liberados na biosfera no cenário em que o combustível é reprocessado e os efluentes são diluídos e liberados. Cerca de 3,3% do I-129 é capturado por filtros de gás, que são então descartados em subsuperfícies rasas como resíduos radioativos de baixa atividade. Outros 5,2% permanecem no fluxo de resíduos da usina de reprocessamento, que são então descartados como resíduos radioativos de alta atividade.

Se os resíduos forem reciclados com filtros de gás para capturar diretamente o I-129, 0,05 kg/GWe.ano de I-129 serão liberados, enquanto 94% serão descartados em locais de baixa atividade. Para o descarte superficial, presume-se que algum tipo de perturbação e intrusão humana ocorra após o término do controle governamental ou institucional (tipicamente entre 100 e 1.000 anos). Isso resulta em uma possível liberação da quantidade descartada para o meio ambiente após o período de controle.

De modo geral, a prática atual de reciclagem de combustível nuclear irradiado libera a maior parte do I-129 no meio ambiente hoje, enquanto o descarte direto do combustível irradiado libera cerca de 1/100.000.000 dessa quantidade ao longo de 1 milhão de anos. Quando os filtros de gás são usados para capturar o I-129, a maior parte dele vai para depósitos subterrâneos rasos, que podem ser liberados acidentalmente por intervenção humana no futuro.

Os pesquisadores também quantificaram a concentração de I-129 em diferentes águas superficiais próximas a instalações de reprocessamento de combustível, atuais e antigas, incluindo o Canal da Mancha e o Mar do Norte, perto de usinas de reprocessamento na França e no Reino Unido. Eles também analisaram o Rio Columbia, nos EUA, a jusante de um local no estado de Washington onde material para armas nucleares foi produzido durante a Guerra Fria, e estudaram um local semelhante na Carolina do Sul. Os pesquisadores encontraram concentrações muito mais altas de I-129 no local da Carolina do Sul, onde os efluentes radioativos de baixa atividade foram liberados longe de grandes rios e, portanto, resultaram em menor diluição no meio ambiente.

“Queríamos quantificar os fatores ambientais e o impacto da diluição, que, neste caso, afetou as concentrações mais do que os volumes de efluentes”, diz Wainwright. “Alguém poderia interpretar nossos resultados como se a diluição ainda funcionasse: ela reduz a concentração do contaminante e o espalha por uma grande área. Por outro lado, nos EUA, o descarte inadequado levou a concentrações mais elevadas de contaminantes nas águas superficiais em algumas localidades. Isso serve de alerta de que o descarte pode concentrar contaminantes e deve ser cuidadosamente planejado para proteger as comunidades locais.”

Wainwright não quer que suas descobertas dissuadam outros países de reciclar combustível nuclear. Ela afirma que países como o Japão planejam usar filtragem aprimorada para capturar o iodo-129 durante o reprocessamento do combustível irradiado. Filtros com iodo-129 podem ser descartados como resíduos de baixa atividade, de acordo com as regulamentações dos EUA.

“Como o I-129 é um carcinógeno interno sem forte radiação penetrante, o descarte subterrâneo raso seria apropriado, em consonância com outros resíduos perigosos”, afirma Wainwright. “A história da proteção ambiental desde a década de 1960 tem mudado do descarte e liberação de resíduos para o isolamento. Mas ainda existem indústrias que liberam resíduos no ar e na água. Observamos que elas frequentemente acabam causando problemas em nosso cotidiano — como CO2 , mercúrio, PFAS e outros — especialmente quando há muitas fontes ou quando ocorre bioacumulação. A comunidade nuclear tem liderado as estratégias e tecnologias de isolamento de resíduos desde a década de 1950. Esses esforços devem ser ainda mais aprimorados e acelerados. Mas, ao mesmo tempo, se alguém não optar pela energia nuclear por causa dos problemas com resíduos, isso incentivaria outras indústrias com padrões ambientais muito mais baixos.”

O trabalho foi financiado pelo Fundo de Apoio à Ação Climática do MIT e pelo Departamento de Energia dos EUA.