Desde la década de 1960, los investigadores han centrado su atención en un lugar improbable para recolectar uranio: el océano. Ahora, un equipo liderado por Australia ha acercado un poco más la perspectiva de la recolección de uranio en el mar utilizando materiales baratos y fáciles de fabricar.
A medida que el planeta comienza a alejarse lentamente de las fuentes de combustible basadas en carbono, las fuentes de energía alternativas comienzan a pasar a primer plano. Si bien las tecnologías solar, eólica e hidroeléctrica tienden a acaparar la atención en este espacio, la energía nuclear sigue siendo un fuerte contendiente. De hecho, en 2017 contribuyó con alrededor del 10% de la producción energética mundial, y en 2022, se integraron 8 GW de nueva energía nuclear a la red mundial.
La clave para la generación de energía nuclear es el uranio, un elemento que se encuentra en la tierra sólo en un puñado de países cuyos suministros subterráneos seguirán disminuyendo a medida que proliferan las centrales nucleares. Sin embargo, este no es el caso del reabastecimiento submarino. Se estima que la cantidad de elementos en los océanos del mundo es de unos 4.500 millones de toneladas, mientras que la cantidad en la tierra es de sólo unos 6 millones de toneladas. Esto es suficiente para generar electricidad en todo el mundo durante miles de años.
Sin embargo, recuperar todo el uranio ha resultado complicado porque su concentración en el agua de mar es extremadamente baja.
Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han tenido éxito temprano con fibras dopadas con grupos químicos amidoxima que tienen afinidad por el uranio. Posteriormente, los investigadores de Stanford electrificaron las fibras, capturando más elementos radiactivos. Recientemente, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico pudo extraer 5 gramos de torta amarilla (un polvo de uranio) del agua de mar utilizando un tipo especial de hilo acrílico.
Aún así, estos métodos no son suficientes para recolectar uranio a escala industrial, lo cual es necesario para las centrales nucleares de todo el mundo. Intentar encontrar un material que pueda capturar uranio sin atrapar otros elementos marinos ha sido un desafío.
Para superar estas dificultades, investigadores de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO), la Universidad de Nueva Gales del Sur y otros colegas recurrieron a hidróxidos dobles en capas (LDH). Estos materiales relativamente fáciles de fabricar consisten en capas de iones cargados positiva y negativamente. El equipo dopó estos LDH con diversas sustancias químicas, incluidos neodimio, terbio y europio, los sumergió en agua de mar y analizó los resultados utilizando imágenes mejoradas con espectroscopia de absorción de rayos X.
Los investigadores descubrieron que cuando se combinaba neodimio con LDH, el compuesto resultante podía capturar uranio del agua de mar, así como más de otros 10 elementos más abundantes. Estos incluyen sodio, calcio, magnesio y potasio, y son aproximadamente 400 veces más abundantes que el uranio. Según los investigadores, esta selectividad, junto con el bajo costo de producir materiales dopados con LDH, contribuye en gran medida a la posibilidad de recolección a gran escala de uranio del agua de mar.
"Estos hallazgos demuestran que la ingeniería de dopaje de LDH proporciona una manera simple y eficiente de controlar la selectividad y producir adsorbentes capaces de desafiar las separaciones, como la extracción de uranio del agua de mar", escribieron los investigadores en el estudio, que se publicó como artículo de portada en la revista Energy Advances.