PN 23 15 03 03

Obiective

Obiectivul principal al proiectului îl constituie promovarea unui management modern al tritiului și al materialelor asociate acestuia, rezultate în principal din funcționarea reactoarelor nucleare, prin dezvoltarea unei tehnologii de separare a izotopilor hidrogenului ce combină procesele de separare CECE pentru concentrarea tritiului în stare lichidă cu procesul de separare izotopică prin permeație pentru concentrare în fază gazoasă.

Obiective specifice:

1. Definirea conceptului electrolizor PEM modular, proiectarea și realizarea acestuia, inclusiv definirea arhitecturii de control pentru scopul proiectului;

2. Testarea elementelor componente ale electrolizorului modular, individual și în ansamblu;

3. Stabilirea conceptului de instalație cu celulă PEM pentru îmbogățirea probelor de apă slab concentrate în tritiu și alegerea soluțiilor tehnice de realizare a acesteia;

4. Stabilirea modului de operare a instalației de îmbogațire probe de apă slab concentrate în tritiu cu celulă PEM; elaborare metodologie de determinare a parametrilor caracteristici procesului de îmbogățire a tritiului;

5. Studii tehnologice pentru alegerea conceptului de cascadă CECE, urmărind performanța de separare a tritiului, eficiența energetică și operabilitatea;

6. Stabilirea modelului matematic pentru reprezentarea separării tritiului prin proces secvențial – cascadă CECE, în regim nestaționar și a metodei de calcul a sistemului de ecuații;

7. Realizare algoritm de calcul și alegerea mediului de programare pentru produsul informatic de reprezentare a procesului de separare cascadă CECE în regim nestaționar;

8. Corelarea datelor teoretice furnizate de modelul de calcul cu cele experimentale pentru validare soft;

9. Studii aprofundate cu privire la alegerea tipului de membrană pentru permeator;

10. Proiectarea și realizarea standului exprimental pentru investigarea separării izotopice prin permeație, testarea funcționalității, elaborare procedură de experimentare și stabilire metodă adecvată de măsurare tritiu;

11. Determinarea experimentală a eficienței de separare a tritiului prin permeație;

12. Determinarea experimentală a eficienței de separare (factor de îmbogațire tritiu în electrolizor, factor de decontaminare gaz pe coloana de schimb izotopic catalizat, factor de separare pe permeator) pe instalația tehnologică în diferite moduri de operare;

13. Optimizarea funcționarii cu consumuri reduse energetice;

14. Diseminarea rezultatelor pe parcursul derularii proiectului pentru identificarea grupului interesat de valorificarea rezultatelor cercetărilor.

Responsabil proiect- dr. ing. Bornea Anisia Mihaela

Scop

Proiectul are ca scop dezvoltarea unei tehnologii de separare a izotopilor hidrogenului prin combinarea proceselor de separare CECE (Combined Electrolysis and Catalytic Exchange), pentru concentrarea tritiului în stare lichidă, cu procesul de separare izotopică prin permeație, pentru concentrare în fază gazoasă, în scopul unui mai bun mangement al tritiului. Se urmărește dezvoltarea unui sistem modular avansat, scalabil, care constă în principal dintr-un sistem secvențial de îmbogățire de tip cascadă pentru procesul CECE și un sistem avansat de separare izotopică prin permeație. Într-o primă etapă, cercetările se vor concentra pe dezvoltarea unui electrolizor de tip PEM modular, constând din două celule cu circuite proprii de apă de proces, pentru o concentrare secvențială a tritiului, configurat pentru utilizare în mediu tritiat și pentru a îndeplini cerințele de interfațare într- o cascadă de separare izotopică de tip CECE.Schimbul izotopic catalizat apă-hidrogen se va realiza pe două coloane, echipate cu două tipuri de umpluturi catalitice dezvoltate în cadrul institutului, cele două coloane fiind prevăzute cu legături pentru funcționare independentă sau în cascadă. Concentrarea tritiului în fază gazoasă se va realiza printr-o separare avansată a tritiului din curentul de hidrogen extras din etajul al doilea al cascadei de separare izotopică CECE, pe un sistem de separare izotopică prin permeație, cascadat. Se urmarește ca tritiul sa poată fi recuperat în stare lichidă (apă tritiată concentrată) sau gazoasă (hidrogen tritiat concentrat) la o concentrație care să permită reutilizarea acestuia.

Pentru reprezentarea proceselor combinate de separare izotopică, în regim nestaționar, va fi dezvoltat un model de calcul și un software, necesar atât pentru analiza proceselor de separare cât și pentru proiectarea unor sisteme similare, la altă scară. Totodata, este prevazută dezvoltarea tehnicii de măsurare a tritiului la nivel scăzut, pas esențial în demonstrarea eficienței procesului de decontaminare a efluenților lichizi tritiați.

Demonstrarea funcționalitatii sistemului modular avansat de separare izotopica și determinarea eficienței de separare se va face pe baza investigațiilor experimentale, indicand domeniul de operare eficient.

Faze

Faza 1. Studii avansate pentru dezvoltarea infrastructurii de cercetare “Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu cascadă de separare izotopică prin permeație” în scopul dezvoltarii tehnologiei.

Obiective fază:

Realizare Studiu prospectiv privind imbogățirea tritiului în probele de apă utilizând o celulă PEM.

• Realizare Proiect conceptual pentru un electrolizor de tip PEM modular.

• Realizare Schemă conceptuală de proces pentru „ Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu cascadă de separare izotopică prin permeație”.

• Realizare Studiu pentru alegerea arhitecturii sistemului de control și monitorizare “Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu cascadă de separare izotopică prin permeație”.

• Realizare Proiect conceptual pentru o Instalație de îmbogățire a tritiului cu celulă PEM în probe de apă(include schema).

Termen de predare: 15 iunie 2023

Faza 2. Realizare „Sistem modular avansat cascadă CECE”. Teste funcționale pe componentele sistemului modular cascadă CECE.

Obiective fază:

• Realizare Produs – Electrolizor modular de tip PEM.

• Realizare Proiect de instrumentație și control(include scheme) pentru electrolizor.

• Realizare Produs informatic – Interfață HMI pentru controlul și monitorizarea electrolizorului modular PEM, corelat cu cerințele de funcționare într-o cascadă de separare izotopică CECE.

• Realizare Produs – „Sistem modular avansat cascadă CECE”.

• Diseminare rezultate științifice.

Termen de predare: 31 decembrie 2023

Faza 3. Realizare „Instalație de îmbogățire a tritiului cu celulă PEM în probe de apă” și investigații experimentale privind stabilirea parametrilor de funcționare a instalației.

Cercetări experimentale pe instalația tehnologică CECE (cu o celulă de electroliză și două coloane de schimb izotopic înseriate) – alimentare cu apă tritiată exclusiv în celula de electroliză.

Obiective fază:

• Realizare Produs – „Instalație de îmbogățire a tritiului cu celulă PEM în probe de apă”.

• Realizare Procedură de experimentare pentru instalația de îmbogățire a tritiului.

• Realizare Proceduri de experimentare și instrucțiuni de operare pe instalația tehnologică CECE (cu o celulă de electroliză și două coloane de schimb izotopic înseriate).

• Realizare Raport de experimentare pentru demonstrare concept Instalație de îmbogățire tritiu în probe de apă și Raport de experimentare pentru demonstrare concept CECE cu modul de schimb izotopic catalizat upgradat la 2 coloane – alimentare cu apă tritiată în celula de electroliză.

Termen de predare:15 mai 2024

Faza 4 Cercetări experimentale pe instalația tehnologică CECE (cu o celulă de electroliză și două coloane de schimb izotopic înseriate) – alimentare combinată cu apă tritiată (în celulă și pe coloană).

Obiective fază:

• Realizare Raport de experimentare pentru demonstrare concept CECE cu modul de schimb izotopic catalizat upgradat la 2 coloane – alimentare combinată cu apă tritiată (în celulă și pe coloană).

• Diseminare rezultate științifice.

Termen de predare:13 septembrie 2024

Faza 5. Realizare cod de calcul complex pentru reprezentarea procesului nestaționar de separare a tritiului pe o cascadă de separare CECE.

Obiective fază:

• Realizare Cod de calcul.
• Realizare Produs informatic – „Cascadă CECE de separare a tritiului”, pentru reprezentarea procesului nestaționar de separare izotopică.

• Realizare Studiu tehnologic pentru alegerea variantei optime de operare a cascadei CECE.

• Diseminare rezultate științifice.

Termen de predare:31 decembrie 2024

Faza 6. Analiză teoretică privind separarea izotopilor hidrogenului prin permeație. Proiectare, realizare și testare stand experimenatal pentru cercetarea separării izotopilor hidrogenului prin permeație.

Obiective fază:

• Realizare Studiu – pentru selecția tipului de membrană pentru permeator.

• Realizare Proiect – stand experimental pentru cercetarea separării izotopilor hidrogenului prin permeație(include schema).

Termen de predare:15 iulie 2025

Faza 7. Cuplarea modulului de separare izotopică prin permeație cu modulul CECE, definit „Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu sistem de separare izotopică prin permeație”.Investigații experimentale și studii parametrice pe „Sistem modular avansat cascadă CECE”.

Obiective fază:

• Realizare Produs – Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu sistem de separare izotopică prin permeație.

• Realizare Produs informatic – Interfață HMI pentru controlul și monitorizarea „Sistemului modular avansat cascadă CECE cuplată cu sistem de separare izotopică prin permeație”.

• Realizare Proiect de instrumentație și control.

• Realizare Proceduri de experimentare și instrucțiuni de operare pe „Sistem modular avansat cascadă CECE”.

• Realizare Raport de experimentare pentru demonstrare concept CECE – cascadat.

• Realizare studii parametrice pe „Sistem modular avansat cascadă CECE”.

• Diseminare rezultate științifice.

Termen de predare:31 decembrie 2025

Faza 8. Investigații experimentale pe “Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu sistem de separare izotopică prin permeație”.

Analiză rezultate experimentale în vederea optimizării funcționării cu consumuri reduse energetice.

Obiective fază:

• Realizare Proceduri de experimentare și instrucțiuni de operare pe “Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu sistem de separare izotopică prin permeație”.

• Realizare Raport de experimentare pentru demonstrare concept cascadă CECE cuplată cu permeație

Termen de predare:15 iunie 2026

Faza 9. Validare metodă de îmbogățire a tritiului în probe de apă utilizând instalația cu celulă tip PEM

Obiective fază:

• Realizare Metodă de îmbogățire tritiu.

• Realizare Raport de validare metodă de îmbogățire tritiu.

Termen de predare:15 septembrie 2026

Faza 10. Raport de demonstrare a funcționalității instalației tehnologice de separare izotopică. Validare cod de calcul. Promovare proiect conceptual „Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu cascadă de separare izotopică prin permeație”.

Obiective fază:

• Demonstrare Tehnologie.

• Validare cod de calcul.

• Promovare Proiect conceptual scalabil „Sistem modular avansat cascadă CECE cuplată cu cascadă de separare izotopică prin permeație”.

• Realizare Cerere de Brevet electrolizor PEM modular.

• Realizare Cerere de Brevet instalatie îmbogățire tritiu în probe de apă.

• Diseminare rezultate științifice.

Termen de predare: 31 decembrie 2026 

© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea