MADRID, 21 Jul. (EUROPA PRESS) -
Cuando se recicla combustible nuclear, el proceso libera gases de criptón y xenón radiactivo. El uranio de origen natural contamina el subsuelo en la roca con gas radón relacionado. Un nuevo material poroso llamado CC3 atrapa eficazmente estos gases, según un estudio publicado en Nature Materials.
El material CC3 podría ser útil en la eliminación de elementos radiactivos no deseados o peligrosos del combustible nuclear o del aire en los edificios y en el reciclaje de los elementos útiles del ciclo del combustible nuclear. CC3 es mucho más selectivo en atrapar estos gases en comparación con otros materiales experimentales. También, CC3 probablemente utiliza menos energía para recuperar elementos que los tratamientos convencionales, según los autores.
El equipo formado por científicos de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) de Estados Unidos, la Universidad de Newcastle en el Reino Unido, y la Universidad Aix-Marseille en Francia llevó a cabo simulaciones y experimentos de laboratorio para determinar la forma en que CCP podría neutralizar estos gases de escape o de residuos.
"Xenón, kriptón y radón son gases nobles, que son químicamente inertes. Eso hace que sea difícil encontrar los materiales que puedan atraparlos", dijo el coautor Praveen Thallapally, del PNNL. "Así que nos quedamos gratamente sorprendidos por la facilidad con que CC3 les quita de la corriente de gas."
GASES NOBLES
Los gases nobles son poco frecuentes en la atmósfera, pero algunos, como el radón, vienen en formas radiactivas y pueden contribuir al cáncer. Otros, como el xenón son gases industriales útiles en la iluminación comercial, la imagen médica y la anestesia.
La forma convencional para eliminar el xenón del aire o recuperarlo a partir de combustible nuclear implica enfriar el aire muy por debajo de donde el agua se congela. Tales separaciones criogénica necesitan energía intensiva y costosa. Los investigadores han estado explorando materiales llamados marcos de metal orgánicos, también conocidos como MOF, que podrían potencialmente servir de trampa del xenón y kriptón sin tener que utilizar la criogenia. Aunque un MOF podíaa trapar el xenón en concentraciones muy bajas y temperaturas medioambientales admirablemente, los investigadores querían encontrar un material mejor.
El colaborador de Thallapally Andrew Cooper, de la Universidad de Liverpool, y otros habían estado investigando materiales llamados jaulas orgánicas porosas, cuyas estructuras moleculares están formadas por unidades que forman jaulas en 3-D repetidas. Las jaulas construidas a partir de una molécula llamada CC3 son del tamaño adecuado para contener cerca de tres átomos de xenón, kriptón o radón.
Para probar si CC3 podría ser útil aquí, el equipo simuló en un ordenador al CC3 interactuando con átomos de xenón y otros gases nobles. La estructura molecular del CC3 expande y se contrae de forma natural. Los investigadores encontraron que esta respiración creó un agujero en la jaula que creció a 4,5 angstroms de ancho y se redujo a 3,6 angstroms. Un átomo de xenón es de 4,1 angstroms de ancho, lo que sugiere que podría caber dentro de la ventana si la jaula se abre el tiempo suficiente. (El criptón y radón tienen 3,69 angstroms y 4,17 angstroms de ancho, respectivamente, y se necesita 10 millones de angstroms para abarcar un milímetro.)
Las simulaciones por ordenador revelaron que CC3 abre sus ventanas lo suficiente para el xenón alrededor del 7 por ciento de las veces, pero eso es suficiente. El equipo entonces probó si CC3 podría tirar de bajas concentraciones de xenón y criptón sin aire, una mezcla de gases que incluye oxígeno, argón, dióxido de carbono y nitrógeno. Con xenón a 400 partes por millón y el criptón a 40 partes por millón, los investigadores enviaron la mezcla a través de una muestra de CC3 y midieron cuánto tiempo tardó en que los gases salieran por el otro lado.
El oxígeno, nitrógeno, argón y dióxido de carbono - componentes abundantes de aire - viajaron a través del CC3 y continuaron siendo medidos durante los 45 minutos del experimento. Sin embargo el xenón se mantuvo dentro del CC3 durante 15 minutos, lo que demuestra que CC3 podría separar el xenón de aire.
Para explorar si las jaulas orgánicas porosas ofrecen ventajas económicas, los investigadores estimaron el costo en comparación con las separaciones criogénicas y determinaron que probablemente sería menos costoso. "Debido a que estos materiales funcionan bien a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente, los procesos basados en ellos son menos intensivos en energía", dijo el científico del PNNL Denis Strachan.
