I en ny artikel i den vetenskapliga tidskriften "Catalysis Letters" publicerar KTH-forskarna Gunnar Hultquist och Peter Szakalos tillsammans med 11 andra forskare en bred analys av kopparkorrosion i syrefri miljö. I artikeln som heter "Water corrodes copper" visar forskarna med mätningar och termodynamiska beräkningar att koppar reagerar med vattenmolekyler under bildning av kopparhydroxid och vätgas. Kopparen korroderar alltså även när syrgas inte är närvarande. Med detta arbete följer KTH-forskarna och deras kollegor i Kanada, Ryssland och Singapore upp tidigare publicerade artiklar med en artikel som tar ett helhetsgrepp över problematiken. Författarna anser att de nya resultaten ökar tvivlet om lämpligheten av att använda koppar i kapslar för slutförvaring av kärnavfall, som i den planerade svenska KBS-metoden.
I artikeln presenteras unika data för extrapolering av kopparkorrosion i 100 000 år. Resultat av fyra försök med kopparföremål i syrefri miljö utvärderas. Tiden för försöken har varit 20 h, 7 veckor, 15 år samt 333 år. Dessutom redovisas termodynamiska beräkningar som visar att kopparhydroxid är en möjlig korrosionsprodukt vid kopparkorrosion i en syrefri miljö.
En kopia av artikeln kan laddas ner nedan. Artikeln avslutas med följande slutsatser:
– There is an evolution of hydrogen in reaction with copper metal in liquid water at room-temperature which is evidence for corrosion of copper by water. This hydrogen evolution takes place up to a pressure which greatly exceeds the hydrogen pressure in air.
– Early experimental results, favoured hydroxide formation, and our first principles simulations concerning copper stability are consistent with our present experimental results which involves catalytic properties of a copper hydroxide.
– Contrary to the accepted view, pure water does indeed corrode copper.
– By linking together exposures with widely varying durations of copper to liquid water without or negligible O2 , a realistic extrapolation is made to predict that more than 1 m thickness of copper is required for a 100,000 year lifetime at room-temperature.
I kontakter Miljöorganisationernas kärnavfallsgranskning, MKG, haft med KTH-forskarna har det framkommit att resultatet från det 333-åriga försöket är särskilt intressant. Hittills har forskningen utgått från bronsföremål som exempelvis regalskeppet Kronans kanoner (Kronan förliste 1676) för att långsiktigt försöka uppskatta korrosionshastigheten på koppar i syrgasfria lersediment. Detta har visat sig mycket vanskligt. Generellt kan sägas att det inte finns många kopparföremål där man känner den ursprungliga exakta vikten och som sedan legat i relevant miljö i flera hundra år.
Det finns dock ett undantag. Precis innan Vasa förliste (1628) hade Sverige börjat tillverka kopparmynt med väldefinierade dimensioner och vikter. Flera av dessa mynt återfanns på skeppet när det bärgades ur den syrgasfria lerbotten 333 år senare (1961). Dessa har en av KTH-forskarna, Gunnar Hultquist, studerat i detalj med avseende på kopparkorrosion. Andra forskare har visat att havsbottnarna kring Stockholm verkligen har varit syrgasfria sen 1600-talet på grund av övergödning via stadens avloppsvatten. Miljön på botten är också i övrigt mycket lik slutförvarsmiljön; lera med syrgasfritt saltvatten innehållande sulfider. Dess unika "kopparkorrosionsprover" i form av ett-öres kopparmynt från 1627-28 har författarna till artikeln utvärderat och en slutsats som dras är att koppar korroderar alldeles för fort för att endast fem centimeter väggtjocklek på kopparkapslar i KBS-metoden ska klara att isolera kärnavfallet i hundratusentals år. En extrapolering av resultatet skulle snarare peka på en väggtjocklek på en meter i kopparkapslarna.
MKG anser att den nya artikeln ger stöd för uppfattningen att det är väldigt svårt att isolera högaktivt kärnavfall från människa och miljö i hundratusentals år med en slutförvarsmetod som är beroende av konstgjorda barriärer. Det kan ha skett en grundläggande feltänk när den svenska KBS-metoden togs fram i mitten av 1970-talet.
Frågan om kopparkorrosion i en syrefri miljö kommer att belysas ytterligare vid ett internationellt seminarium som anordnas av Kärnavfallsrådet den 16 november. Mer information finns nedan.
Artikeln som KTH-forskarna m.fl. har publicerat >>
Länk till artikeln på tidskriften "Catalysis Letters" hemsida >>
Läs mer om Kärnavfallsrådets kopparkorrosionsseminarium i MKG:s kalendarium >>
Om kärnbränsleförvaret och SFR 2
