Mới đây, nhóm nghiên cứu do EPFL dẫn đầu, đã tìm ra vi khuẩn có khả năng xử lý chất thải hạt nhân về lâu dài. Cụ thể, các nhà khoa học đã xác định được một cộng đồng vi khuẩn gồm 7 loại vi khuẩn tự nhiên sống ở sâu dưới lòng đất hàng trăm mét trong các lớp đá, đã được lựa chọn để lưu giữ chất thải hạt nhân ở Thụy Sỹ.

Kết quả cho thấy, nhờ điều chỉnh thiết kế của các kho chứa chất thải hạt nhân, có thể sử dụng vi khuẩn để tăng độ an toàn cho các kho chứa bằng cách tiêu thụ hydro tích tụ khi các thùng thép chứa chất thải hạt nhân bị ăn mòn. Khí hydro nếu không được kiểm soát, sẽ tích tụ làm ảnh hưởng đến toàn bộ đá gốc. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Communications.

Mất khoảng hai trăm nghìn năm để tính phóng xạ của nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng trở lại mức của urani trong tự nhiên. Do đó, hầu hết nghiên cứu về tính an toàn lâu dài của hoạt động xử lý chất thải hạt nhân đều tập trung vào các quá trình gắn liền với đồng hồ địa chất chậm: tính cơ học của các lớp đá tạo nên vị trí lưu giữ hoặc độ chắc chắn của các hàng rào bảo vệ tại chỗ được thiết kế để chứa bức xạ. Tuy nhiên, tất cả các nghiên cứu này đều bỏ qua yếu tố sinh học cốt lõi.

Sự sống dưới lòng đất

Vi khuẩn có ở khắp mọi nơi, thậm chí hàng trăm mét dưới lòng đất. Theo Rizlan Bernier-Latmani, đồng tác giả nghiên cứu, vi khuẩn sẽ ăn bất cứ nguồn năng lượng nào có sẵn. “Trong các mẫu nước lấy sâu dưới lòng đất 300 m được đặt tại Phòng thí nghiệm Mont Terri Rock, chúng tôi đã phát hiện ra một cộng đồng vi khuẩn tạo thành chuỗi thức ăn khép kín. Trong đó, nhiều vi khuẩn chưa từng được quan sát trước đó. Trong điều kiện hoang sơ, các loại vi khuẩn ở dưới cùng chuỗi thức ăn của vi khuẩn lấy năng lượng từ hydro và sunfat trong đá gốc để cung cấp năng lượng cho các vi khuẩn còn lại”, Latmani nói.

Việc bổ sung chất thải hạt nhân làm thay đổi toàn bộ tình hình. Chất thải phóng xạ được thủy tinh hóa, niêm phong trong thùng thép được bao quanh bởi một lớp bentonit tự hàn kín và chôn sâu hàng trăm mét dưới lòng đất trong các lớp Opalinus Clay ổn định địa chất, nên chất thải phóng xạ được ngăn cách với môi trường xung quanh. Nhưng, hiện tượng ăn mòn không tránh khỏi của các thùng thép đã dẫn đến việc sản sinh khí hydro.

Giảm áp lực

Cách đây 5 năm, Bernier-Latmani và các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về vấn đề này. Trong hai năm qua, nhóm nghiên cứu đã để cho vi khuẩn chịu sự gia tăng hàm lượng khí hydro ngay tại vùng trung tâm của đá Opalinus Clay ở Mont Terri. Các nhà khoa học đã theo dõi thành phần của quần thể vi khuẩn và cách chúng thay đổi riêng theo hướng liên quan đến khả năng hỗ trợ các con đường sinh hóa và cả các protein mà vi khuẩn sản sinh trên thực tế.

Khi các vi khuẩn tiêu thụ hết oxy và sắt có sẵn, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy sự thay đổi về số lượng quần thể vi khuẩn và phương thức trao đổi chất của chúng. Cả hai hướng thay đổi này là do sự gia tăng khí hydro. “Trong cộng đồng vi khuẩn được nghiên cứu, hai loại vi khuẩn có khả năng sử dụng hydro để thúc đẩy quá trình trao đổi chất, trong khi các loại vi khuẩn khác lại khai thác hydro để duy trì sự phát triển” Bernier-Latmani, giải thích. Đây là tin vui vì sự sinh sôi của cộng đồng vi khuẩn đã giúp duy trì sự tích tụ khí hydro.

Hàng rào sinh học

Làm cách nào sử dụng kết quả nghiên cứu để kho chứa chất thải hạt nhân trở nên an toàn hơn? Bernier-Latmani đề xuất bổ sung hàng rào sinh học thứ tư. “Những gì chúng tôi có thể làm, là bổ sung một lớp vật liệu xốp giữa bentonit và đá gốc. Lớp đá xốp sẽ cung cấp nơi cư trú an toàn để vi khuẩn có thể tiêu thụ sunfat từ đá gốc và hydro từ các thùng thép bị ăn mòn", Bernier-Latmani nói.

Tuy nhiên, một vấn đề vẫn gây lo ngại cho các nhà khoa học, đó là các nghiên cứu di truyền về cộng đồng vi khuẩn cho thấy vi sinh vật có khả năng biến đổi hydro thành metan.