Energía
Batería Nuclear Segura y Compacta que Podría Revolucionar el Almacenamiento de Energía
¿Energía Nuclear en Todo?
Cuando la generación de energía nuclear se convirtió en una tecnología práctica, dio esperanza de que la energía que hasta ahora solo se había usado para crear bombas capaces de acabar con el mundo también pudiera salvar a la misma civilización del agotamiento de recursos.
A medida que el cambio climático se convierte en una preocupación creciente, la energía nuclear está viviendo un renacimiento, ya que es una fuente de energía disponible, escalable y de bajo carbono que podría cerrar la brecha hasta que las energías renovables y las baterías estén listas para reemplazar los combustibles fósiles. Además, están surgiendo nuevos diseños de centrales nucleares que pueden hacerla más barata, segura y flexible, como explicamos en “Actualización sobre los SMR (Reactor Modular Pequeño) – Sigue siendo el futuro de la energía nuclear” y “La 4ª Generación de Energía Nuclear: Más Barata, Más Limpia, Más Segura”.
Sin embargo, estas grandes centrales no son lo que los escritores de ciencia ficción imaginaron inicialmente para la energía nuclear. Pensadores líderes como Isaac Asimov fueron mucho más ambiciosos e imaginaron generadores nucleares miniaturizados que podrían caber en trenes, automóviles e incluso dispositivos más pequeños, haciendo que la idea de recargar o reabastecerlos sea esencialmente obsoleta.
Un paso en esa dirección se está dando con la presentación de baterías nucleares lo suficientemente pequeñas como para alimentar dispositivos electrónicos pequeños. Y lo haría de forma segura.
Este trabajo de investigación fue presentado en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS) por Su-Il In, profesor del Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (Corea del Sur), bajo el título “Next generation battery: Highly efficient and stable C14 dye-sensitized betavoltaic cell”.
Fuente: Asia Research News
La Limitación de la Batería
La mayoría de los dispositivos electrónicos actuales están limitados en su capacidad por su batería, que normalmente utiliza tecnología de iones de litio. Esto es cierto para smartphones, drones, sensores, etc.
Además, la extracción de litio es un proceso ambientalmente destructivo, y el litio podría convertirse en un contaminante en el futuro.
Por ello, los científicos han considerado durante mucho tiempo la alternativa de usar la desintegración radiactiva, un proceso que lleva cientos o incluso decenas de miles de años, como una mejor opción, ya que no requeriría recargar los dispositivos en absoluto.
Sin embargo, dado que dichos dispositivos serían radiactivos, habría que cumplir con los estándares de seguridad más estrictos.
Beta-Radioactividad
Existen muchas formas diferentes de radiactividad. De ellas, la desintegración gamma es la más peligrosa, ya que emite rayos gamma muy potentes, que pueden causar cáncer y otros daños.
Fuente: Compound Chem
Las desintegraciones alfa y beta son mucho menos peligrosas, y las emisiones radiactivas pueden detenerse con una fina capa de aluminio o incluso solo con papel.
Fuente: Western Oregon University
Eligiendo el Isótopo Correcto
Qué actividad radiactiva ocurre depende del elemento radiactivo y sus isótopos, por lo que algunas fuentes de energía son mucho más seguras que otras. Por esta razón, materiales como el uranio no serían una buena opción para baterías nucleares pequeñas.
Sin embargo, el carbono‑14, un isótopo natural del carbono, usado frecuentemente en técnicas de datación, sería una buena opción.
Una ventaja adicional es que el carbono‑14 ya se produce en la flota existente de centrales nucleares, lo que lo hace barato, fácilmente disponible y sencillo de reciclar. Por último,
“Decidí usar un isótopo radiactivo de carbono porque solo genera rayos beta. Y dado que el radiocarbono se degrada muy lentamente, una batería alimentada por radiocarbono podría, teóricamente, durar milenios.”
Pr. Su-Il In – Profesor at Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology
Tecnología Betavoltaica
Aprovechar la desintegración beta para la generación de energía no es un concepto totalmente nuevo y se conoce como betavoltaica, con una partícula beta sustituyendo a los fotones usados en la fotovoltaica clásica.
En la betavoltaica, un electrón, en lugar de un fotón, impacta un semiconductor, lo que resulta en la producción de electricidad.
Este material semiconductor es la pieza clave, ya que su eficiencia determinará la tasa global de conversión de energía. Hasta ahora, los semiconductores betavoltaicos han tenido una eficiencia muy baja o son demasiado frágiles para durar tanto como el combustible nuclear.
Semiconductor de Dióxido de Titanio
El Prof. In y su equipo usaron un material comúnmente utilizado en células solares, dióxido de titanio, y añadieron un tinte a base de rutenio. Para que el enlace entre el tinte y el semiconductor fuera lo suficientemente sólido, emplearon un tratamiento con ácido cítrico.
El tinte de rutenio, al ser golpeado por una partícula beta (un electrón potente), crea una cascada de reacciones de transferencia de electrones, llamada avalancha de electrones. El dióxido de titanio entonces recoge los electrones generados y los convierte en electricidad utilizable.
Tratando Ambos Electrodos
Los investigadores descubrieron que se podía aumentar radicalmente la eficiencia del proceso colocando el tinte de rutenio tanto en el cátodo como en el ánodo de la batería nuclear.
En comparación con un diseño anterior que tenía radiocarbono solo en el cátodo, esto condujo a una eficiencia de conversión de energía mucho mayor, pasando del 0,48 % al 2,86 %.
Aplicaciones
Dado que este sistema probablemente sea por ahora más caro que una batería convencional, encontrará sus primeras aplicaciones donde no reemplazar o recargar la fuente de energía sea lo más útil.
Por ejemplo, los marcapasos y otros implantes médicos podrían alimentarse durante toda la vida con baterías betavoltaicas de este tipo.
Los sensores en entornos sensibles o hostiles, como reactores nucleares, fábricas, el fondo marino o el espacio profundo, también podrían beneficiarse enormemente de este concepto.
Mejora Adicional
Esta tecnología y el impresionante aumento en eficiencia se unen a otras investigaciones que buscan utilizar la desintegración radiactiva para la producción de energía sin un reactor nuclear. Por ejemplo, recientemente discutimos la idea de usar desechos nucleares para producir otro tipo de batería nuclear.
El Prof. In sugiere que esfuerzos adicionales para optimizar la forma del emisor de rayos beta y desarrollar absorbentes de rayos beta más eficientes podrían mejorar el rendimiento de la batería y aumentar la generación de energía.
En conjunto, es probable que esta tecnología siga mejorando a medida que avanza nuestra comprensión de los semiconductores y los metales raros.
Invertir en Nuclear
Cameco – Westinghouse Electric Company
(CCJ )
En 2022, Cameco tomó la decisión de adquirir el 49 % del control de Westinghouse, el principal constructor de centrales nucleares en EE. UU, junto con una gran firma de inversión, Brookfield (control del 51 %).
La compañía cuenta con una enorme división de generación de energía renovable/baja en carbono bajo la forma de $19 B Brookfield Renewable Partners (BEP ). Brookfield Corporation en su conjunto es una enorme gestora de activos con casi un billón de dólares bajo gestión.
Esto significa que Westinghouse ahora podrá acceder a un fondo de capital muy profundo, algo que a menudo es un problema para los constructores de reactores nucleares, ya que los nuevos proyectos requieren años de inversión antes de generar ingresos.
Aunque tarda más en materializarse en ingresos, una vez en construcción, un nuevo reactor genera ingresos para Westinghouse a partir del 6º año después de los estudios de diseño e ingeniería y seguirá haciéndolo durante todo el proyecto de construcción por un período superior a 10 años.
Fuente: Cameco
El caballo de batalla de Westinghouse es el probado diseño de reactor AP1000 (6 en operación y 6 en construcción), que utiliza el estándar CANDU de la compañía, uno de los más comunes del mundo.
También está trabajando en el reactor modular pequeño AP300, que probablemente se desplegará en Eslovaquia, Finlandia y Suecia, y el microreactor e-Vinci, ilustrando las continuas innovaciones de la compañía y cómo se mantiene al día con las últimas tendencias de la industria.
Fuente: Westinghouse
Westinghouse es fundamental en gran parte de la cadena de suministro nuclear. Debido a regulaciones estrictas, esas piezas y equipos serán requeridos para cualquier nueva planta de energía, ya sea tradicional o SMR.
En conjunto, incluso si se resuelve el problema de suministro de uranio y los precios del uranio se desploman, la propiedad de Westinghouse debería permitir a Cameco beneficiarse del renacimiento nuclear en curso durante varias décadas al menos.
El resto de la compañía Cameco es una minera de uranio, que probablemente también se beneficie del renacimiento continuo de la energía nuclear. Sus principales activos mineros están en Canadá y Kazajistán.
Históricamente, las empresas de uranio y de reactores nucleares han sufrido por el miedo a un desastre nuclear y por las preocupaciones relacionadas con los desechos nucleares.
A medida que los diseños más nuevos y seguros maduran, y los desechos nucleares se convierten en un recurso valioso en lugar de un problema, esto ya no debería ser un inconveniente. Esto incluye la producción de carbono‑14 para betavoltaicos, que podría convertirse en una producción adicional de las plantas de energía Westinghouse.
Además, el impulso hacia fuentes de energía más bajas en carbono, mientras las renovables aún deben resolver completamente el problema de la producción intermitente, especialmente en invierno, debería ayudar a que la energía nuclear tenga un regreso poderoso.
(Si estás más interesado en el potencial de la demanda de los elementos utilizados en este estudio, también puedes consultar nuestro informe sobre la inversión en titanio)
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