Un nuevo material facilitará el reprocesamiento del combustible nuclear

Especialistas de Sandia National Laboratories de Estados Unidos han descubierto un nuevo material que sería capaz de eliminar gases radiactivos presentes en el combustible nuclear ya empleado, simplificando su reutilización y disminuyendo en gran medida los residuos relacionados, altamente contaminantes y peligrosos. Además, el descubrimiento podría agilizar los procesos de rehabilitación ambiental después de un accidente nuclear. Estos adelantos resultarán vitales para alcanzar una producción de energía nuclear más respetuosa con el medio ambiente y más segura.

Una característica de la energía nuclear es que el combustible utilizado puede ser reprocesado, para recuperar los materiales fisibles y proporcionar nueva materia prima para plantas de energía nuclear. Países como Francia, Rusia e India aplican estos procesos de reprocesamiento de combustible nuclear.

Ahora, gracias al desarrollo de los expertos de Sandia National Laboratories, el reprocesamiento nuclear será más efectivo y seguro, ya que el uso del nuevo material MOF permitirá eliminar los gases radiactivos presentes en el combustible ya empleado. El proceso también reduce el volumen de residuos de alto nivel contaminante, mediante una nueva metodología de separación altamente selectiva.

En el marco de este complejo proceso, el equipo de Sandia se centró en la eliminación del yodo, que en esas condiciones posee isótopos que tienen una vida media de 16 millones de años. El yodo es uno de los gases radiactivos más peligrosos y contaminantes que se encuentran presentes en el combustible nuclear gastado.

El proceso y su desarrollo

Para capturar el yodo se trabajó sobre distintas hipótesis con materiales conocidos, como la plata cargada de zeolita. A pesar de su efectividad, se trata de una alternativa cara y plantea problemas medioambientales, por lo tanto el equipo de ingenieros y científicos la desestimó.

De esta forma, los científicos consideraron el MOF y, a partir de investigaciones de las propiedades estructurales y el funcionamiento de distintos materiales, concluyeron que era una nueva y mejor opción. Los materiales analizados son cristalinos y porosos, e incluyen la unión de un metal a moléculas orgánicas por síntesis química y un proceso de autoensamblaje. La elección de los metales y la combinación orgánica debe ser muy específica, para que el MOF sea efectivo en sus funciones.

Tras hallar la mejor combinación para que el MOF sea realmente efectivo en la eliminación del yodo y otros gases radiactivos, los expertos desarrollaron una presentación del material que permite su almacenamiento a largo plazo. Asimismo, el grupo de ingenieros logró fabricar MOF a base de productos disponibles en el mercado.

Esta investigación, que podría tener un importante impacto para el desarrollo de energía nuclear más limpia y segura, ha sido difundida a través de una nota de prensa de Sandia National Laboratories. Además, se han publicado dos artículos sobre este tema en el medio especializado Journal of the American Chemical Society, titulados “Trapping Guests within a Nanoporous Metal–Organic Framework through Pressure-Induced Amorphization” y “Capture of Volatile Iodine, a Gaseous Fission Product, by Zeolitic Imidazolate Framework-8”.

Aplicación en la industria

La aplicación de este descubrimiento no se haría esperar, considerando las necesidades energéticas de la economía mundial y los fuertes requerimientos de la energía nuclear para incrementar su seguridad y disminuir su impacto ambiental. De hecho, Sandia ya ha solicitado una patente basada en una tecnología de pellets para almacenar y utilizar el MOF, lo que podría tener aplicaciones comerciales directas.

El proyecto se inició hace seis años, y ha estado financiado por la Oficina de Energía Nuclear del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Según los responsables de la investigación, el mayor aporte del estudio es la introducción de una nueva clase de materiales para la reparación ambiental de los residuos nucleares.

Los especialistas continúan actualmente con sus investigaciones en torno al desarrollo de nuevas variedades optimizadas de MOF, que podrían permitir una mayor separación y captura de gases volátiles y otros elementos peligrosos y contaminantes presentes en los residuos nucleares.

Según los científicos que participan en esta investigación, ha quedado demostrado que el MOF o metal-orgánico tiene una capacidad para capturar y retener yodo que supera notablemente a las tecnologías y materiales empleados en la actualidad. De confirmarse el desarrollo industrial de esta alternativa, podríamos estar frente al comienzo de una nueva etapa en la historia de la energía nuclear.