Extraer uranio del agua de mar

Los reactores nucleares liberan la energía almacenada de forma natural que se encuentra en el interior de un átomo y la convierten en calor y electricidad, rompiendo literalmente el átomo, un proceso conocido como fisión.

El uranio se ha convertido en el elemento favorito para este proceso, ya que todas sus formas son inestables y radiactivas, lo que facilita su división.

Actualmente, este metal se extrae de las rocas, pero los yacimientos de mineral de uranio son cada vez más escasos.

Los océanos cubren la mayor parte de la superficie terrestre y albergan una cantidad asombrosa de formas de vida, pero también son el hogar de una población diluida de iones de uranio. Si se consiguiera extraer estos iones concretos del agua, podrían ser una fuente importante de combustible nuclear para generar energía atómica.

La Agencia de Energía Nuclear calcula que 4.500 millones de toneladas de uranio flotan en el mar en forma de iones de uranilo disueltos. Esta reserva es más de 1000 veces superior a la existente en tierra. Sin embargo, la extracción de estos iones marítimos ha demostrado ser un reto, ya que la superficie de los materiales para hacerlo no es lo suficientemente extensa para atrapar los iones con eficacia.

Teniendo en cuenta todo esto, el equipo encabezado por Dingyang Chenac, de la Universidad Pedagógica del Nordeste en Changchun, China, se propusieron desarrollar un material de electrodo con muchos recovecos microscópicos que pudiera utilizarse en la captura electroquímica de iones de uranio del agua de mar.

Para crear los electrodos, el equipo comenzó con una tela flexible tejida con fibras de carbono. Recubrieron la tela con dos monómeros especializados que luego polimerizaron. A continuación, trataron la tela con clorhidrato de hidroxilamina para añadir grupos amidoxima a los polímeros. La estructura natural y porosa de la tela creó muchas bolsas diminutas en las que la amidoxima podía anidar y atrapar fácilmente los iones de uranilo.

En los experimentos, los investigadores colocaron la tela recubierta como cátodo en agua de mar natural o enriquecida con uranio, añadieron un ánodo de grafito e hicieron circular una corriente cíclica entre los electrodos. Con el tiempo, se acumularon precipitados amarillos brillantes a base de uranio en la tela del cátodo.

Esta nueva tela recubierta acumuló uranio (en amarillo) en la superficie a partir de agua de mar enriquecida con uranio. (Foto: adaptada de ACS Central Science, 2023, DOI: 10.1021/acscentsci.3c01291. CC BY)

En las pruebas realizadas con agua de mar recogida en el mar de Bohai, los electrodos extrajeron 12,6 miligramos de uranio por gramo de material cubierto y activo durante 24 días. La capacidad del material recubierto era superior a la de la mayoría de los demás materiales extractores de uranio probados por el equipo. Además, el uso de la electroquímica para atrapar los iones fue unas tres veces más rápido que dejar que se acumularan de forma natural en las telas.

Los investigadores afirman que esta investigación ofrece un método eficaz para capturar uranio del agua de mar, por lo que los océanos podrían convertirse en nuevos proveedores de combustible nuclear.

El estudio se titula “Self-standing Porous Aromatic Framework Electrodes for Efficient Electrochemical Uranium Extraction”. Y se ha publicado en la revista académica ACS Central Science. (Fuente: American Chemical Society)