Nuevo método para extraer los elementos más tóxicos de los residuos nucleares

La eliminación de los residuos radiactivos es una tarea complicada y a menudo peligrosa, sobre todo cuando se trata de uranio. Para gestionar con seguridad este tipo de residuos es necesario conocer mejor la naturaleza de este elemento.

El proyecto financiado con fondos de la Unión Europea UNCLE, concluido en 2014, se dedicó a mejorar el proceso de limpieza mediante un estudio sobre los enlaces químicos del uranio y el efecto de estos en su reactividad. En sus resultados se concluyó que el nitruro de uranio y los complejos oxo son básicamente lo mismo y se diferencian tan solo en la sustitución de un átomo de nitrógeno en el nitruro por otro de oxígeno en los complejos oxo. Los investigadores al cargo se percataron de que la simetría de los complejos y el estado de oxidación de los iones de uranio los convierten en los sistemas ideales con los que desarrollar modelos cuantitativos.

Sin embargo, para pasar de un método cualitativo a otro cuantitativo es necesario contar con una amplia familia de moléculas. Para superar este obstáculo, se determinó un modo nuevo y fiable de crear complejos de nitruro de uranio que permita preparar una gran familia de moléculas.

De pesca con cebo de arsénico

Mediante el modelo cuantitativo desarrollado por UNCLE y sus conocimientos sobre la interacción de elementos como el uranio y el torio con elementos que poseen distintas masas atómicas, se descubrió que las moléculas de arsénico pueden utilizarse para «pescar» los elementos más tóxicos de los residuos nucleares radiactivos. En los resultados, que se publicarán en breve en la revista «Nature Communications», se exponen los primeros ejemplos de torio con enlaces múltiples con el arsénico en condiciones ambientales a escalas de varios gramos. Este hito solo se había logrado antes a escalas muy pequeñas y a temperaturas cercanas a las del espacio interestelar, esto es, de 3 a 10 grados Kelvin.

Esto implica que el desmantelamiento de las centrales nucleares podría resultar en un futuro más seguro y eficaz y la energía nuclear más respetuosa con el medio ambiente. «La energía nuclear es capaz de generar mucho menos dióxido de carbono que los combustibles fósiles, pero los residuos de vida larga que produce son radiactivos y han de gestionarse en consecuencia —declaró la investigadora Elizabeth Wildman—. Es necesario reducir el volumen de los residuos nucleares para facilitar su gestión y tratarlos para extraer los elementos inocuos o separar los residuos de alta actividad de los de baja actividad».

El potencial de los átomos donantes blandos

El objetivo último es utilizar moléculas orgánicas para extraer de forma selectiva iones metálicos de la «sopa» de residuos nucleares y separar los más tóxicos y radiactivos del resto. «Para lograrlo es necesario conocer el proceso de enlace químico y el modo en el que los extractos orgánicos se unen a distintos metales —explicó Stephen Liddle, coordinador del proyecto UNCLE y participante en las últimas investigaciones—. Con esta información es posible separarlos obligándolos a unirse a un tipo de metal concreto para retirarlos de dicha sopa».

Según Liddle, existen numerosos indicios de que la mejor forma de realizar este proceso es con moléculas que contienen un enlace de donante blando a metal. «El arsénico es un donante blando, así que hemos creado complejos modelo con él para desentrañar la naturaleza de la unión —explicó—. En este caso hemos creado moléculas en cantidades de varios gramos que son estables en condiciones ambientales y que nos permiten estudiar el proceso de un modo más directo».

Los conocimientos y la información que los investigadores confían en obtener mediante esta labor podrían desembocar en un sistema operativo generado a partir de los resultados de UNCLE.