Quản lý chất thải phóng xạ - Yếu tố quan trọng trong phát triển bền vững điện hạt nhân, gợi ý cho Việt Nam

Các chuyên gia gợi ý với Thủ tướng một số giải pháp ban đầu cho dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 1 và 2 Tập thể các chuyên gia, nhà khoa học thuộc Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam vừa có báo cáo tổng hợp (từ các bài báo phản biện trong chuyên đề “phát triển điện hạt nhân Việt Nam trong bối cảnh mới”) gửi tới Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính. Trong báo cáo, các chuyên gia đã đề xuất Thủ tướng xem xét quyết định một số vấn đề liên quan trong giai đoạn đầu thực hiện đầu tư các dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 1, Ninh Thuận 2. Dưới đây là nội dung chính được đề cập trong báo cáo này.

Điện hạt nhân đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng và giảm thiểu biến đổi khí hậu, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng. Ngành công nghiệp điện hạt nhân đang trải qua giai đoạn phát triển và đổi mới, đi cùng với rất nhiều tiềm năng cũng là những thách thức. Ưu điểm của điện hạt nhân là:

1. Nguồn năng lượng ổn định (điện hạt nhân có thể hoạt động liên tục 24/7, không phụ thuộc vào thời tiết).

2. Ít phát thải carbon (điện hạt nhân không tạo ra khí thải nhà kính trong quá trình vận hành).

3. Hiệu suất rất cao (các nhà máy điện hạt nhân có thể sản xuất lượng điện lớn trên một diện tích nhỏ).

Bên cạnh những ưu điểm, điện hạt nhân cũng đối mặt với không ít thách thức về an toàn, chi phí đầu tư cao để đảm bảo an toàn và xử lý chất thải phóng xạ. Vì vậy, việc xử lý chất thải phóng xạ là một trong những vấn đề cấp thiết, quyết định cho thành công của tất cả các quốc gia muốn phát triển điện hạt nhân.

Định nghĩa và phân loại chất thải phóng xạ:

Quản lý chất thải phóng xạ là bước cuối cùng của chu trình nhiên liệu hạt nhân, nhằm mục đích bảo vệ các thế hệ hiện tại và tương lai khỏi rủi ro do chất thải này gây ra. Chất thải phóng xạ không chỉ được tạo ra từ các nhà máy điện hạt nhân, mà còn từ các hoạt động nghiên cứu, y tế, quốc phòng và công nghiệp phi hạt nhân.

Hầu hết các nước trên thế giới định nghĩa chất thải hạt nhân là chất phóng xạ không có kế hoạch và dự định sử dụng thêm nữa. Do đó, chúng phải được quản lý trong một điều kiện phù hợp với mức độ phóng xạ của chúng. Thông thường, chất thải phóng xạ thường được phân chia dựa vào mức độ phóng xạ (rất thấp, thấp, trung bình, cao) và tuổi thọ (rất ngắn, ngắn, dài). Các thanh nhiên liệu sau khi sử dụng trong lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân (nhiên liệu hạt nhân đã cháy - Spent fuel) và có thể sau khi đã được tái chế là chất thải phóng xạ hoạt độ cao và luôn có tuổi thọ rất dài.

Chiến lược quản lý chất thải phóng xạ:

Chất thải phóng xạ phải tuân theo các quy định nghiêm ngặt và minh bạch của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và của nước lưu giữ chất thải hạt nhân. Quản lý chất thải phóng xạ dựa trên những chiến lược tương tác lẫn nhau.

Thứ nhất là giảm thiểu tối đa chất thải tại nguồn bằng cách tối ưu các quy trình công nghiệp khi sử dụng nhiên liệu hạt nhân. Chất thải được thu gom phân loại và có thể được xử lý trước nếu cần thiết (làm giảm thể tích, khử nhiễm, xử lý lý hóa…).

Thứ hai là đóng kiện và ổn định chất thải trong các ma trận rắn (bê tông, bitum, thủy tinh) để hạn chế sự phát tán của các chất phóng xạ.

Thứ ba là lưu giữ tạm thời các kiện chất thải trên mặt đất, hoặc dưới lòng đất, trong khi chờ đợi các giải pháp an toàn và vĩnh viễn với các chất thải hoạt độ cao và/hoặc tuổi thọ dài.

Thứ tư là lưu trữ bền vững bằng cách cô lập vĩnh viễn chất thải với môi trường và con người trong một thời gian dài trong các trung tâm lưu trữ dưới sâu.

Cuối cùng là tái chế và chuyển hóa các thành phần còn có thể sử dụng trong những nhiên liệu đã sử dụng (uranium, plutonium) để tái sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân và chuyển đổi các chất phóng xạ tồn tại lâu dài thành các chất phóng xạ tồn tại ngắn, hoặc ổn định.

Giải pháp quản lý chất thải phóng xạ:

Phương pháp quản lý chất thải hạt nhân tùy thuộc vào chính trị và công nghệ của từng nước. Nhiều quốc gia trên thế giới lựa chọn phương pháp quản lý chất thải phóng xạ bằng việc đặt chúng trong các công trình lưu trữ một cách vĩnh viễn. Những trung tâm lưu trữ như vậy tồn tại trên khắp thế giới dành cho chất thải hoạt độ thấp và tuổi thọ ngắn. Đây thường là những địa điểm nằm trên bề mặt, hoặc nông dưới lòng đất.

Đối với chất thải hoạt độ cao và/hoặc tuổi thọ dài, tất cả các quốc gia có chính sách xử lý và quản lý loại chất thải này đều đồng thuận rằng: Lưu trữ chất thải dưới tầng địa chất phù hợp là lựa chọn an toàn và gần như là duy nhất hiện nay, nhằm cô lập chúng trong khoảng thời gian vài trăm nghìn năm. Các tầng địa chất phù hợp có thể là đất sét, đá granit, đá muối… tồn tại từ nhiều triệu, đến trăm triệu năm ở trạng thái nguyên vẹn và có độ thấm rất nhỏ.

Sau khoảng 70 năm của kỷ nguyên năng lượng nguyên tử, hiện nay trên thế giới chưa có công trình lưu trữ (kho) nào dành cho chất thải phóng xạ hoạt độ cao đang hoạt động.

Phần Lan là quốc gia đầu tiên cho phép xây dựng hầm chứa trong đá granit nằm sâu 400 mét dưới lòng đất ở Olkiluoto để chứa chất thải hoạt độ cao và nhiên liệu đã qua sử dụng, dự kiến ​​đưa vào vận hành năm 2025.

Năm 2022, Thụy Điển đã cấp phép xây dựng một trung tâm lưu trữ trong tầng địa chất đá granit ở độ sâu khoảng 500 mét dưới lòng đất để chứa nhiên liệu đã qua sử dụng tại Östhammar, dự kiến ​​hoạt động sẽ bắt đầu từ năm 2030 đến năm 2035.

Pháp hiện nay đã trình hồ sơ để xin cấp phép xây dựng trung tâm lưu trữ chất thải hoạt độ cao và trung bình tuổi thọ dài trong lớp đất sét cứng khoảng 500 mét dưới mặt đất.

Ở Mỹ, dự án trung tâm lưu trữ địa chất nhiên liệu phóng xạ đã qua sử dụng tại địa điểm Núi Yucca (Nevada) được nghiên cứu từ những năm 1980. Tuy nhiên, dự án đã bị hủy bỏ vào năm 2011 do quyết định chính trị. Gần đây dự án khởi động lại và cũng đang được triển khai tìm kiếm một vị trí và tầng địa chất mới, nhưng chưa có địa điểm nào được lựa chọn.

Các nước khác như Canada, Tây Ban Nha, Đức, Thụy Sỹ, Bỉ, Hà Lan, Hungari, Nga, Nhật, Trung Quốc… cũng dự kiến giải pháp hầm lưu trữ dưới sâu và hoặc đang nghiên cứu các lớp địa chất đã lựa chọn, hoặc đang quá trình tìm kiếm lớp địa chất phù hợp. Việc xây dựng các cơ sở lưu trữ địa chất sâu đòi hỏi một khoản đầu tư lớn. Ví dụ như dự án tại Phần Lan ước tính từ năm 2016 chi phí khoảng 25 tỷ euros, còn chi phí dự án tại Thụy Điển ước tính tại thời điểm năm 2022 là khoảng 12,5 tỷ đô la.

Những thách thức:

Quản lý chất thải phóng xạ là một vấn đề phức tạp và đầy thách thức, đặc biệt những thách thức liên quan đến chính trị, xã hội - đó là sự phản đối của một bộ phận công chúng (có thể là do thiếu hiểu biết, hoặc thiếu sự tin tưởng) vào Chính phủ và các cơ quan chức năng, do nguyên tắc “không phải sân sau nhà tôi”, hay sự chia rẽ về chính trị, áp lực từ các nhóm lợi ích và tổ chức phi Chính phủ. Vì thế, sự phối hợp chặt chẽ giữa các quốc gia và các tổ chức quốc tế, chính quyền địa phương để xây dựng niềm tin của công chúng bằng sự minh bạch, đối thoại là yếu tố thiết yếu.

Bên cạnh đó, quản lý chất thải hạt nhân đòi hỏi phải tìm kiếm địa điểm phù hợp cho các kho chứa địa chất sâu đảm bảo an toàn trong thời gian dài. Ngoài ra, phát triển công nghệ mới để xử lý và quản lý chất thải bức xạ cũng là một thách thức quan trọng của cộng đồng khoa học nhằm quản lý chất thải phóng xạ một cách hiệu quả và an toàn hơn.

Triển vọng trong tương lai:

Đồng thời với hướng tiếp tục nghiên cứu về giải pháp trung tâm lưu trữ dưới sâu, các giải pháp công nghệ khác cũng được nghiên cứu và phát triển song song nhằm giảm thể tích và tính độc hại của chất thải hạt nhân tại nguồn (chẳng hạn phản ứng nhiệt hạt nhân), tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng (chẳng hạn lò phản ứng neutron nhanh, hay lò tái sinh nhanh - FBR) và chuyển đổi chất thải tuổi thọ dài thành tuổi thọ ngắn.

Quản lý chất thải phóng xạ là một vấn đề phức tạp đòi hỏi phải có cách tiếp cận tổng hợp và hợp tác quốc tế. Qua kinh nghiệm các nước cho thấy đã có những tiến bộ đáng kể trong việc đóng gói và lưu trữ chất thải ở mức độ thấp và trung bình. Xử lý địa chất sâu được coi là giải pháp an toàn nhất hiện nay đối với chất thải hoạt độ cao, nhưng việc thực hiện lại gặp phải nhiều thách thức về kỹ thuật, kinh tế và xã hội. Nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới, cũng như đối thoại minh bạch với công chúng là điều cần thiết để đảm bảo quản lý chất thải phóng xạ an toàn và bền vững trên toàn cầu.

Việt Nam vừa tái khởi động chương trình phát triển điện hạt nhân vào cuối năm 2024, việc tính toán chi phí quản lý chất thải hạt nhân trong giá trị tổng đầu tư dự án là cần thiết, hoặc đưa vào giá thành bán điện...

Nếu Việt Nam chọn giải pháp lưu trữ chất thải dưới các tầng địa chất sâu, việc lựa chọn địa điểm, nghiên cứu, thiết kế và xây dựng có thể phải bắt đầu nhiều năm sau khi nhà máy bắt đầu đi vào hoạt động. Tuy nhiên, việc lựa chọn giải pháp xử lý chất thải, đặc biệt là việc chọn lớp địa tầng và thiết kế trung tâm lưu trữ nên được nghiên cứu sơ bộ để ước tính tối ưu nhất chi phí quản lý chất thải.

Ưu thế của đất nước ta là đi sau nhiều thập niên so với các nước khác trên thế giới, chúng ta có thể rút ngắn được thời gian và chi phí rất nhiều. Đặc biệt là, nếu chúng ta tìm được những lớp địa tầng tương tự lớp địa tầng đã được nghiên cứu bởi một, hoặc nhiều nước khác.

Hình vẽ minh họa dự án lưu trữ chất thải phóng xạ tại Thụy Điển.

[*] Tiến sĩ Vũ Minh Ngọc hiện là chuyên gia nghiên cứu phụ trách toàn bộ các dự án nghiên cứu về địa cơ học tại Viện Nghiên cứu và Quản lý Chất thải Phóng xạ của Cộng hòa Pháp.

Anh là tác giả và đồng tác giả của hơn 145 bài báo đăng trên các tạp chí khoa học quốc tế uy tín trong lĩnh vực địa cơ học ứng dụng trong lưu trữ chất thải hạt nhân dưới các tầng địa chất sâu. Anh đã trực tiếp hướng dẫn 10 tiến sĩ bảo vệ thành công và 14 nghiên cứu sinh đang làm luận án trong lĩnh vực, tham gia 5 dự án quốc tế lớn về quản lý chất thải phóng xạ.

Là người Việt duy nhất nhận giải thưởng tiến sĩ xuất sắc nhất châu Âu ngành địa vật liệu (năm 2013). TS. Vũ Minh Ngọc còn được Hội sinh viên Việt Nam tại Pháp trao giải thưởng sinh viên xuất sắc nhất vào năm 2012.

Ngoài ra, anh được trao tặng giải thưởng Itasca vào năm 2020 tại Viên (Áo) cho những đóng góp khoa học về nghiên cứu xử lý chất thải hạt nhân./.