Cátodo con acumulación de agua contaminada con uranio ACS Omicrono

Tecnología

El revolucionario método para conseguir energía nuclear ilimitada gracias al agua del mar

Científicos chinos y australianos desarrollan nuevos materiales y técnicas económicas para capturar el uranio diluido en el agua de mar.

7 enero, 2024 01:44

Ismael Marinero @ismarmed

La energía nuclear puede ser la llave para frenar el cambio climático. Así lo aseguran algunos científicos que, en contra del criterio del gobierno de Pedro Sánchez, decidido a desmantelar el parque nuclear de España antes de 2035, sostienen que la apuesta por las grandes centrales y los microrreactores nucleares es la única que puede garantizar un suministro de energía estable, abundante y asequible, al menos hasta que llegue la deseada fusión. Sin embargo, todo depende de un mineral como el uranio, costoso de extraer y que requiere un proceso de concentración, enriquecimiento y fabricación antes de servir como combustible.

Por eso, para asegurar la continuidad de la industria nuclear, es imprescindible encontrar nuevas maneras de obtener uranio más allá de la minería. Todas las miradas están puestas en los océanos, donde se estima que hay 450 millones de toneladas de este material radiactivo, aunque muy diluido, en forma de iones de uranilo. Es una cifra muy superior a los 8 millones de toneladas presentes en las reservas conocidas, de ahí que científicos de todo el mundo estén desarrollando materiales y técnicas para intentar extraer uranio directamente del agua del mar.

Una de las últimas investigaciones en ese sentido, publicada en la revista ACS Central Science y firmada por un equipo de científicos de la Northeast Normal University de China, se basa en un método electroquímico que permitiría extraer uranio de manera económica y muy sencilla. Según los cálculos de los científicos, un descubrimiento así podría garantizar las existencias de combustible nuclear para los próximos 1.000 millones de años.

Tela flexible

Los océanos cubren hasta el 70% de la superficie terrestre y, además de incontables formas de vida, también albergan una gran cantidad de iones de uranio diluidos. Para obtenerlos y concentrarlos, el equipo dirigido por Rui Zhao y Guangshan Zhu apuesta por la fabricación de electrodos con muchos recovecos microscópicos que, a través de procesos electroquímicos, serían capaces de capturar ese uranio de forma fácil, rápida y segura.

Para fabricar los electrodos, el equipo de científicos empleó una tela flexible compuesta de fibra de carbono, sometida a varios cambios químicos. Inicialmente, revistieron la tela con dos monómeros especializados (moléculas con masa molecular reducida) que luego indujeron a polimerizar. Posteriormente, aplicaron clorhidrato de hidroxilamina a la tela para incorporar grupos amidoxima a los polímeros. La estructura natural y porosa de la tela generó numerosas cavidades microscópicas donde la amidoxima pudo alojarse, capturando de manera eficiente los iones de uranilo.

Diagrama del funcionamiento de la tela flexible para capturar uranio Northeastern Normal University Omicrono

Sobre el papel, esta solución debería funcionar, pero los investigadores debían probar empíricamente su efectivdad. En los experimentos que llevó a cabo, el equipo utilizó como cátodo agua de mar, tanto normal como con más presencia de uranio. Agregaron un ánodo de grafito y permitieron que la electricidad se moviera de un lado a otro. Con el tiempo, notaron que se acumulaban pequeñas partículas amarillas brillantes hechas de uranio en la tela flexible.

En las pruebas, realizadas con agua procedente del mar de Bohai (localizado en el extremo septentrional del mar de la China Oriental), estos electrodos lograron extraer 12,6 miligramos de uranio por cada gramo de agua tras un período 24 días.

Uranio en forma de roca y su símbolo químico iStock Omicrono

Según los resultados, la capacidad de la tela para realizar su tarea fue superior a los otros métodos que han sido probados hasta la fecha para extraer uranio del mar, como esteras de polímero o fibras conductoras. Además, utilizar este método electroquímico para atrapar los iones de uranilo fue aproximadamente tres veces más rápido que dejar que estos se acumularan naturalmente.

Otros materiales

La publicación del estudio de la Northeast Normal University ha coincidido en el tiempo con otro de la Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), que también ha descubierto un método sencillo y eficaz para extraer uranio del agua de mar.

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La investigación, publicada en la revista Energy Advances, propone el uso de hidróxidos dobles laminares (LDH, por sus siglas en inglés), materiales inorgánicos capaces de eliminar metales, fáciles de fabricar y modificables para mejorar su funcionamiento. Sus capas tienen cargas positivas y negativas, por lo que pueden adaptarse para capturar sustancias específicas, en este caso el uranio.

"Hay mucho uranio en los océanos, más de mil veces más del que se encuentra en el suelo, pero está muy diluido, por lo que es muy difícil extraerlo. El principal problema es que otras sustancias presentes en el agua de mar, la sal y los minerales, como el hierro y el calcio, están presentes en cantidades mucho mayores", explica Jessica Veliscek, principal autora del estudio.

Resultados del microscopio de barrido de las pruebas del nuevo material para capturar uranio Energy Advances Omicrono

La adición de neodimio, un metal de tierras raras, mejoró aún más la capacidad del LDH para capturar selectivamente uranio frente a otros diez elementos que se encuentran habitualmente en el agua de mar. Para comprobar su eficacia, se utilizaron técnicas como la microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM), que mostraron cómo estos materiales mejoran a la hora de unirse selectivamente al uranio mediante interacciones iónicas superficiales.

Es un primer paso no sólo hacia la extracción del uranio del agua de mar, sino también para eliminar el uranio presente en las aguas residuales radiactivas cercanas a centrales nucleares. "Además, estos materiales son sencillos y baratos de fabricar, lo que los convierte en una opción rentable para la extracción de uranio a gran escala", concluyó Veliscek.