Микроорганизмы-термофилы ускоряют коррозию стали в подземных хранилищах радиоактивных отходов
Фото: kommersant.ru
Новое исследование показало важное открытие в области безопасности ядерных хранилищ. При температуре 55 градусов Цельсия в присутствии урана термофильные микроорганизмы значительно ускоряют процессы коррозии как углеродистой, так и нержавеющей стали. Эти микробные сообщества оказались существенно активнее своих мезофильных собратьев, живущих при 10-30 градусах Цельсия.
Исследование моделировало условия глубинного хранилища радиоактивных отходов в Красноярском крае. Особое внимание уделялось термофильной микрофлоре, поскольку высокая радиоактивность обеспечивает длительное сохранение повышенной температуры контейнеров с отходами. Именно эти микроорганизмы первыми заселяют хранилище по мере его остывания.
Уникальность исследования заключается в использовании проб из двух особых локаций: горячего источника Дикий Аржаан в Туве и сверхглубокой шахты Тау-Тона в ЮАР, где на глубине нескольких километров температура достигает 50-60 градусов Цельсия. Присутствие урана в шахте Тау-Тона сделало эти пробы особенно ценными для исследования.
Эксперименты выявили, что термофильные микроорганизмы активно разрушают защитные оксидные пленки на поверхности металлов, открывая путь глубинной коррозии. Культура из тувинского источника, богатая бактериями с бродильным метаболизмом, увеличила скорость коррозии в 4-6 раз. Впечатляющие результаты показала культура из Тау-Тоны, где преобладали бактерии-восстановители металлов: скорость коррозии углеродистой стали возросла в 14 раз, а нержавеющей — в 4 раза.
Интересно, что присутствие органических соединений дополнительно увеличивает скорость коррозии на 30%. В процессе участвуют как природные органические вещества, так и продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Уранил, выступающий как мощный окислитель, усиливает коррозию всех видов стали на 20%.
Примечательна способность микроорганизмов преобразовывать уранил в стабильный диоксид урана, который может даже замедлять коррозию. Исследованные микробные сообщества продемонстрировали высокую устойчивость к радиации, сохраняя жизнеспособность при концентрации урана выше 50 мг/л.
На основе полученных данных создана термодинамическая модель коррозии в различных условиях. Согласно модели, процесс начинается с образования защитной пленки из магнетита, которую затем разрушают микроорганизмы, способствуя образованию менее стойкого сидерита.
Эти открытия подчеркивают необходимость учета влияния термофильных микроорганизмов при проектировании хранилищ радиоактивных отходов. Рекомендуется разработка специальных буферных материалов с биоцидными добавками, защищающих стальные контейнеры от влаги и снижающих риск микробной активности.
