Teknologi Vitrifikasi yang Mengubah Limbah Nuklir Cair Menjadi Kaca

Oleh: Rindiani Aprillia Cauntesa, S.Si. (Alumnus FMIPA, Universitas Lampung)

Energi nuklir sering kali dianggap sebagai pedang bermata dua. Di satu sisi, ia adalah sumber energi bersih yang mampu menghasilkan listrik dalam jumlah besar dengan emisi karbon yang sangat rendah, menjadikannya sekutu vital dalam perjuangan melawan perubahan iklim.

Namun, di sisi lain, ia meninggalkan jejak yang menakutkan yaitu limbah radioaktif tingkat tinggi. Limbah ini, sebagian besar berbentuk cairan berbahaya hasil pemrosesan ulang bahan bakar nuklir, mengandung radionuklida yang dapat bertahan hingga puluhan ribu tahun.

Tantangan terbesar bukanlah bagaimana menghasilkan listrik dari inti atom, melainkan bagaimana “menjinakkan” sisa-sisanya agar tidak membahayakan biosfer.

Jawabannya terletak pada material yang sehari-hari kita temui, kaca. Melalui proses canggih yang disebut vitrifikasi, limbah cair yang mematikan ini diubah menjadi blok kaca yang stabil, padat, dan aman dalam jangka waktu yang sangat panjang.

Inilah salah satu inovasi paling elegan dalam dunia teknologi nuklir dengan menggunakan ilmu material untuk mengubah sesuatu yang berbahaya menjadi bentuk yang terkendali dan pasif.

Seni Mengurung Waktu dalam Kaca

Bayangkan seekor serangga yang terperangkap dalam getah pohon purba dan menjadi ambar. Selama jutaan tahun, ia tetap terisolasi dari dunia luar, tertutup rapat oleh material transparan yang mengawetkannya.

Prinsip vitrifikasi bekerja serupa, tetapi pada skala yang jauh lebih ekstrem. Proses ini bukan sekadar memanaskan limbah hingga mengeras, melainkan rekayasa kimia tingkat tinggi yang membutuhkan kontrol suhu, komposisi kimia, dan dinamika reaksi yang sangat presisi.

Limbah radioaktif cair dicampurkan dengan bahan pembentuk kaca, biasanya kaca borosilikat atau fosfat, dan kemudian dipanaskan dalam tungku pada suhu ± 1000 ℃.

Pada kondisi ini, campuran tidak hanya meleleh tetapi juga bereaksi secara kimiawi hingga menjadi materi amorf yang homogen.

Studi terbaru yang dilakukan oleh Sauvage, dkk. (2025) yang diterbitkan dalam Journal of Nuclear Materials, menunjukkan bahwa sebelum berubah menjadi kaca, campuran ini melalui serangkaian reaksi endotermik, termasuk denitrasi, penguapan senyawa volatil, dan pembentukan oksida baru.

Gas yang dilepaskan selama proses ini harus dikelola dengan tepat agar tidak menimbulkan gelembung udara di dalam kaca.

Kualitas kaca yang dihasilkan sangat bergantung oleh keberhasilan pengontrolan pada fase ini, karena gelembung atau pori bisa menjadi titik lemah yang mempercepat pelarutan atau kerusakan struktur kaca di masa depan.

Mengapa Kaca?

Pertanyaan yang sering muncul adalah mengapa kaca dipilih sebagai matriks penahan radionuklida, bukan keramik atau semen.

Pemilihan ini didasari oleh prinsip lokalisasi, sebuah aturan fundamental dalam pengelolaan limbah nuklir yang menegaskan bahwa unsur radioaktif tidak boleh berpindah sedikit pun dari lokasi penyimpanan yang sudah ditentukan ke lingkungan luar.

Untuk memenuhi prinsip ketat tersebut, kaca adalah material yang paling ideal karena sifat dasarnya sebagai material amorf. Struktur atom kaca yang tidak teratur memberikan fleksibilitas kimia yang tinggi.

Ketidakteraturan inilah yang memungkinkan kaca “mengunci” berbagai unsur radioaktif dalam jaring-jaring atomnya, memastikan mereka tetap terlokalisasi dan tidak lepas, mulai dari cesium, stronsium, hingga plutonium.

Kaca borosilikat juga dikenal sangat tahan terhadap pelarutan air dan serangan kimia, sehingga meskipun ribuan tahun kemudian air tanah merembes ke tempat penyimpanan, struktur kaca ini tetap aman dan tidak melepaskan radionuklida ke lingkungan.