Los océanos cubren la mayor parte de la superficie de la Tierra y sustentan una asombrosa cantidad de formas de vida, pero también albergan una población diluida de iones de uranio. Y, si podemos sacar estos iones concretos del agua, podrían ser una fuente de combustible sostenible para generar energía nuclear. Los investigadores que publican en ACS Central Science han desarrollado un material para utilizar con extracción electroquímica que atrae iones de uranio difíciles de obtener del agua de mar de manera más eficiente que los métodos existentes.

Los reactores de energía nuclear liberan la energía almacenada naturalmente dentro 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 depósitos de mineral de uranio son finitos. Sin embargo, la Agencia de Energía Nuclear estima que 4.500 millones de toneladas de uranio flotan en nuestros océanos en forma de iones de uranilo disueltos. Esta reserva es más de 1.000 veces mayor que la que hay en tierra. Sin embargo, extraer estos iones ha demostrado ser un desafío, ya que los materiales para hacerlo no tienen suficiente superficie para atrapar los iones de manera efectiva. Entonces, Rui Zhao, Guangshan Zhu y sus colegas querían desarrollar un material de electrodo con muchos rincones microscópicos que pudiera usarse en la captura electroquímica de iones de uranio del agua de mar.

Para crear sus electrodos, el equipo comenzó con una tela flexible tejida con fibras de carbono. Cubrieron la tela con dos monómeros especializados que luego se polimerizaron. Luego, trataron la tela con clorhidrato de hidroxilamina para agregar grupos amidoxima a los polímeros. La estructura natural y porosa de la tela creó muchas bolsas pequeñas para que la amidoxima se alojara y atrapara fácilmente los iones de uranilo. En los experimentos, los investigadores colocaron la tela recubierta como cátodo en agua de mar de origen natural o enriquecida con uranio, agregaron un ánodo de grafito y pasaron una corriente cíclica entre los electrodos. Con el tiempo, los precipitados de color amarillo brillante a base de uranio se acumularon en la tela catódica.

En las pruebas con agua de mar extraída del mar de Bohai, los electrodos extrajeron 12,6 miligramos de uranio por gramo de agua durante 24 días. La capacidad del material recubierto fue mayor que la de la mayoría de los otros materiales de extracción de uranio probados por el equipo. Además, utilizar la electroquímica para atrapar los iones fue aproximadamente tres veces más rápido que simplemente permitir que se acumularan de forma natural en las telas. Los investigadores afirman que este trabajo ofrece un método eficaz para capturar uranio del agua de mar, lo que podría abrir los océanos como nuevos proveedores de combustible nuclear.