Uranio del Agua de Mar Un Paso Más Cerca de Ser una Fuente de Energía Viable

La energía nuclear que utiliza combustibles como el uranio produce electricidad con bajas emisiones durante su ciclo de vida. Su historia incluye accidentes graves. Los sistemas modernos reducen los riesgos, pero siguen siendo necesarios la supervisión, la gestión de residuos y la protección ambiental. La transición desde los combustibles fósiles impulsa una nueva evaluación de su papel.

“La energía nuclear es una fuente de energía baja en carbono para desplazar los combustibles fósiles y brinda una garantía importante para el desarrollo verde de la economía y el medio ambiente.”

En 2023, un equipo presentó un método electroquímico para recuperar uranio del agua de mar. Su viabilidad sostenible a gran escala depende todavía de evaluar los costes, el consumo energético y los efectos ambientales.

Un avance en la investigación

El estudio publicado en ACS Central Science se titulaba «Electrodos autoportantes de estructura aromática porosa para la extracción electroquímica eficiente de uranio». Investigaba cómo captar iones de uranilo disueltos, no cómo producir electricidad o combustible nuclear listo para usar directamente del agua.

La cantidad total de uranio disuelto en los océanos se estima en «unos 4.500 millones de toneladas, casi 1.000 veces las reservas terrestres de uranio». La cantidad total disuelta no equivale a reservas recuperables económicamente. La concentración en el agua de mar es muy baja.

El equipo recubrió una tela de fibra de carbono con un polímero poroso que incorpora grupos amidoxima capaces de captar iones de uranilo. Utilizó la tela como cátodo y grafito como ánodo, aplicando corriente eléctrica para acumular precipitados con uranio. En agua natural del mar de Bohai recuperó 12,6 mg de uranio por gramo de material activo recubierto en 24 días, no por gramo de agua. El proceso electroquímico fue unas tres veces más rápido que la acumulación pasiva sobre la tela.

Según el equipo, su trabajo «proporcionó una estrategia eficaz para la extracción electroquímica de uranio del agua de mar». El resultado todavía no demuestra que la extracción comercial sea más barata o ambientalmente superior a la minería.

¿Qué es el uranio?

El uranio es un elemento metálico pesado que se encuentra en la naturaleza. Algunos de sus isótopos se utilizan en la fisión nuclear, que puede liberar mucha energía a partir de poca masa de combustible. No todos los isótopos de uranio tienen las mismas propiedades de fisión.

La extracción y el procesamiento afectan al suelo, al agua y a la gestión de residuos. La electricidad nuclear tiene bajas emisiones durante su ciclo de vida, pero no carece de impacto ambiental. La recuperación del mar debe evaluarse con los mismos criterios.

Fisión, reacción en cadena y desintegración radiactiva

Cuando un núcleo de uranio-235 absorbe un neutrón, puede dividirse en núcleos más ligeros y liberar energía y neutrones adicionales. Esta fisión inducida es diferente de la cadena natural de desintegración radiactiva del uranio.

Fuente: https://pubs.usgs.gov/of/2004/1050/uranium.htm — el diagrama muestra una cadena de desintegración radiactiva, no una reacción en cadena de fisión.

En el reactor se controla la reacción en cadena. Los neutrones de una fisión pueden causar otras fisiones. El calor se utiliza normalmente para producir vapor, que mueve turbinas conectadas a generadores eléctricos.

La generación nuclear de electricidad se basa en esta fisión controlada. Su energía no debe atribuirse simplemente a la cadena natural de desintegración radiactiva del diagrama.

Fusión nuclear: otra vía

La fisión produce productos de fisión y otros materiales radiactivos que requieren aislamiento y gestión adecuados. Los productos de fisión se generan al dividir núcleos, no simplemente por la desintegración natural habitual del uranio. Los científicos llevan décadas investigando la fusión como otra fuente de energía.

La fusión une núcleos ligeros. Una reacción importante en estudio combina deuterio y tritio para producir helio, un neutrón y energía. La fusión también alimenta al Sol, pero allí predominan cadenas de reacciones diferentes de la reacción deuterio-tritio estudiada en la Tierra. Entre las posibles ventajas figuran:

Gran energía por masa de combustible: La fusión puede proporcionar por kilogramo de combustible unas cuatro veces la energía de la fisión y casi cuatro millones de veces la de quemar carbón o petróleo. La comparación se refiere a la masa de combustible, no a una sola reacción ni al rendimiento eléctrico neto de una central.

Suministro de combustible: El deuterio puede extraerse del agua. El tritio no abunda en la naturaleza y tendría que producirse, por ejemplo, a partir de litio con neutrones de fusión. Producir y recuperar suficiente tritio sigue siendo un reto técnico.

Posibles ventajas ambientales: Al igual que en la fisión, la propia reacción de fusión no emite dióxido de carbono. La reacción deuterio-tritio produce helio y neutrones, que pueden volver radiactivos los materiales del reactor. Por ello siguen siendo necesarias la protección radiológica y la gestión de materiales. La reutilización al cabo de unos 100 años depende del material y el diseño; no es una garantía general.

Seguridad: La fusión exige condiciones estrictas y no mantiene una reacción en cadena de fisión. Si se pierden esas condiciones, la fusión del plasma se detiene rápidamente. El riesgo de fusión del núcleo es distinto del de una central de fisión, pero deben gestionarse el tritio, los neutrones, el calor y la seguridad de la instalación. No usar uranio o plutonio como combustible no elimina automáticamente todo riesgo de proliferación.

NIF logró ganancia de energía en el blanco en 2022 y 2023. Por ejemplo, en diciembre de 2022, 2,05 MJ de energía láser sobre el blanco produjeron 3,15 MJ de energía de fusión. No fue generación neta de electricidad ni un balance energético positivo de toda la instalación, que consumió más energía.

Las previsiones expresadas en 2023 sobre una central de demostración dentro de diez a veinte años eran estimaciones, no plazos establecidos. El desarrollo depende de la física del plasma, los materiales, la producción de combustible, la construcción y la explotación económica.

La generación estable y práctica de electricidad por fusión sigue requiriendo investigación y desarrollo técnico. Un experimento de ignición exitoso no implica automáticamente una central funcional ni un calendario garantizado.

Empresas de energía y tecnología nuclear

Los organismos públicos de investigación y las empresas privadas contribuyen a la energía y la tecnología nuclear. Las empresas siguientes tienen funciones distintas; no todas desarrollan extracción de uranio del mar o fusión.

Las tablas muestran datos históricos del artículo de 2023, no datos bursátiles actuales. Las cifras actuales deben comprobarse por separado.

1. Exelon Corporation

EXC Gráfico de precios

Exelon Corporation (EXC ), con sede en Chicago, separó su generación eléctrica en Constellation en febrero de 2022. Exelon se centró en transmisión y distribución. Por ello, la antigua descripción de 23 reactores y 14 centrales nucleares no corresponde a la operación actual de Exelon. La tabla y el gráfico EXC se refieren a Exelon, no a Constellation.

2. NextEra Energy, Inc.

NEE Gráfico de precios

NextEra Energy (NEE ) tenía centrales nucleares en Florida, Nuevo Hampshire y Wisconsin según su informe anual de 2023. La fisión en sí no emite dióxido de carbono, pero las instalaciones tienen impactos durante su ciclo de vida. Los más de 24 millones de toneladas anuales de emisiones evitadas citados originalmente eran una estimación comparativa, no una medición de emisiones totales nulas.

3. BWX Technologies, Inc.

BWXT Gráfico de precios

La estadounidense BWX Technologies (BWXT ) suministra componentes, tecnología y combustible nucleares. Sus actividades incluyen propulsión nuclear naval, medicina nuclear y reactores de investigación. En 2023 anunció un contrato de ingeniería con GE Hitachi para la vasija del reactor modular pequeño BWRX-300. Los planes de desarrollo en Europa, incluida Polonia, no equivalen a centrales ya operativas.

Conclusiones

La extracción electroquímica de uranio del agua de mar y la fusión nuclear son campos distintos. La primera podría ampliar las fuentes de combustible para la fisión si la recuperación a gran escala resulta adecuada económica y ambientalmente. La segunda investiga otra fuente de energía con importantes retos técnicos. Los resultados de 2023 son avances de investigación, no pruebas de electricidad ilimitada y sin impactos ya disponible.