China derriba todas las barreras imaginables: crea un nanomaterial depredador que nada y atrapa el combustible nuclear

Los océanos contienen más combustible nuclear que todos los yacimientos de uranio conocidos en tierra. Se calculan unos 4.500 millones de toneladas de uranio disuelto en el agua del mar, suficientes para alimentar reactores nucleares durante miles de años. El problema es que está tan diluido que extraerlo siempre ha parecido más un desafío teórico que algo viable.

Dado que para China nada es imposible, un equipo de investigadores ha dado un paso que cambia esa perspectiva. Han desarrollado un material que se desplaza de forma autónoma dentro del agua y captura combustible nuclear disuelto con una eficiencia muy superior a cualquier método anterior.

Así es el nanomaterial depredador que nada para atrapar combustible nuclear

Investigadores de la Universidad de Shenzhen y del Instituto de Lagos Salados de Qinghai, perteneciente a la Academia China de Ciencias, han diseñado un micromotor basado en marcos metal-orgánicos (MOF, por sus siglas en inglés).

La partícula (denominada internamente ZABDC) mide apenas dos micrómetros de diámetro (mucho más pequeña que un cabello humano) y tiene una estructura interna porosa, similar a una esponja, optimizada para la captura de iones de uranio en solución.

El mecanismo tiene dos fases. En la primera, el micromotor se propulsa a través del agua usando peróxido de hidrógeno como combustible, alcanzando velocidades de unos siete micrómetros por segundo.

En la segunda, la exposición a luz visible (incluida la solar) casi duplica esa velocidad, hasta los quince micrómetros por segundo. Bajo esa misma luz, el material convierte los iones de uranio capturados en nanopartículas de studtita, una forma sólida y estable del mineral que queda adherida a la superficie del motor y puede separarse de forma segura.

El estudio que envuelve a este descubrimiento, firmado por Yongquan Zhou, Muhammad Ikram y otros colaboradores de ambas instituciones, acaba de publicarse en la revista Nano Research.

Persigue, escapa y se agrupa: el comportamiento de este nanomaterial que imita a los seres vivos

Si bien llama mucho la atención, no hace falta que nos limitemos a la capacidad de captura. En los experimentos, cuando se mezclan micromotores activos con partículas pasivas, el sistema presenta dinámicas que recuerdan a las de organismos vivos.

¿Y por qué esta comparación? Porque los motores «persiguen» a las partículas pasivas, «escapan» de determinadas concentraciones de iones y se «agrupan» en zonas concretas del fluido. Este comportamiento emerge de los gradientes iónicos que los propios motores generan durante la captura, un fenómeno denominado difusioforesis.

Dicho todo esto, vamos con la eficiencia que se registró: de 406 miligramos de uranio por gramo de material, con un coeficiente de distribución de 10.000 mililitros por gramo en matrices acuosas complejas.

Son cifras que superan con amplitud a los adsorbentes pasivos utilizados hasta ahora, que dependen de que el uranio llegue hasta ellos por simple difusión.

China necesita combustible nuclear y el suelo ya no le alcanza

Nada de lo que investigan en China es en vano. El gigante asiático cuenta con 56 reactores nucleares en operación y entre 25 y 29 más en construcción, el programa de expansión nuclear más ambicioso del mundo.

La producción doméstica de uranio apenas llegó a las 1.700 toneladas en 2023, una fracción de lo que sus centrales consumen. La dependencia de las importaciones expone a su industria nuclear a las mismas presiones geopolíticas que afectan al petróleo o al gas.

Extraer combustible nuclear del agua del mar eliminaría esa vulnerabilidad de raíz. La hoja de ruta que manejan algunos investigadores chinos contempla plantas piloto a escala de toneladas hacia 2035 y producción continua para 2050.

Los obstáculos que enfrenta esta tecnología china

Los propios autores reconocen que queda camino por recorrer. El funcionamiento del micromotor se ve afectado por la alta salinidad del agua de mar real. Recordemos que los experimentos se realizaron en condiciones controladas de laboratorio, no en océano abierto.

La escalabilidad (pasar de partículas de dos micrómetros a sistemas de extracción industrial) es todavía un problema sin solución clara. Y la síntesis de marcos metal-orgánicos a gran escala no es barata.

Aun así, el salto respecto a los adsorbentes estáticos anteriores es evidente: mientras los métodos convencionales esperan a que el uranio llegue hasta ellos, este micromotor irá a buscarlo con garra y mucha sensatez.