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Il nuovo materiale mostra la promessa di estrarre l'uranio dall'acqua di mare
Un nuovo materiale potrebbe essere potenzialmente utilizzato per estrarre l'uranio dall'acqua di mare in modo più efficiente, suggerisce una nuova ricerca.
Gli oceani del mondo contengono quasi mille volte più uranio delle riserve convenzionali e i ricercatori hanno passato decenni a cercare di sviluppare un modo efficiente per estrarlo. Gli esperti affermano che è importante sviluppare tale tecnologia perché potrebbe servire da assicurazione nel caso in cui le forniture di uranio per i reattori nucleari diventino scarse.
Il sistema più avanzato oggi impiega fibre plastiche con gruppi chimici che legano l'uranio innestati sulla loro superficie. Ora, i ricercatori guidati da Wenbin Lin , professore di chimica presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, hanno progettato una struttura metallo-organica (MOF) per raccogliere i comuni ioni contenenti uranio disciolti nell'acqua di mare. Nei test di laboratorio, il materiale era almeno quattro volte migliore dell'adsorbente plastico convenzionale nel prelevare il potenziale combustibile nucleare dall'acqua di mare artificiale.
Le strutture metallo-organiche sono considerate molto promettenti per alcune applicazioni tecnologiche, tra cui lo stoccaggio del gas e la separazione chimica. La loro struttura può essere sintonizzata per scopi diversi. Ciò consente loro di essere resi estremamente porosi, risultando in aree superficiali molto elevate, un ordine di grandezza maggiore di quello delle zeoliti, un materiale poroso già utilizzato in molti adsorbenti commerciali. E come i polimeri organici, le strutture metallo-organiche hanno superfici che possono essere modificate in modo da legarsi a molecole specifiche.
Uno dei motivi per cui è difficile estrarre ioni contenenti uranio dall'acqua di mare in modo efficiente è che si trovano a una concentrazione estremamente bassa di tre parti per miliardo. Il metodo stabilito, che è stato dimostrato su una scala abbastanza ampia, prevede di far cadere grandi quantità di adsorbente plastico nell'oceano e lasciarlo per diverse settimane prima di recuperarlo e rimuovere l'uranio. Ma l'oceano contiene molti altri ioni che possono legarsi all'adsorbente e impedire all'uranio di attaccarsi.
I materiali più avanzati, che possono essere riutilizzati più volte, possono assorbire da tre a quattro milligrammi di uranio per grammo di plastica ogni volta che vengono utilizzati, afferma Costas Tsouris , un ricercatore dell'Oak Ridge National Laboratory che sta lavorando a quel sistema.
In laboratorio, senza la concorrenza di altri ioni, il materiale di Lin ha raccolto oltre 200 milligrammi di uranio per grammo di adsorbente. Questa affinità per l'uranio, dice Lin, è dovuta al preciso disegno della struttura tridimensionale del materiale. I gruppi chimici organici che si aggrappano all'uranio sono disposti all'interno dei pori della struttura metallo-organica per formare sacche di legame, dice. La ricerca è stata pubblicata il mese scorso sulla rivista della Royal Chemical Society Scienze chimiche .
Tsouris definisce i risultati molto incoraggianti, ma avverte che resta da vedere come si comporterà il materiale in condizioni più realistiche. Nell'acqua di mare reale, dove altri ioni farebbero a gara per attaccarsi, il materiale probabilmente non funzionerebbe così bene come nella dimostrazione di laboratorio, afferma Erich Schneider , professore di ingegneria nucleare e delle radiazioni presso l'Università del Texas ad Austin, anch'egli non coinvolto nella nuova ricerca.
Tuttavia, il nuovo materiale è molto promettente, afferma Schneider, semplicemente perché ha funzionato meglio dei migliori materiali disponibili in condizioni simili.
L'uranio ottenuto utilizzando il processo tradizionale oggi costerebbe tra $ 1.000 e $ 2.000 per chilogrammo, circa da 10 a 20 volte l'attuale prezzo di mercato, afferma Schneider. (Il prezzo dell'uranio è salito a circa $ 300 per chilogrammo di recente, nel 2007, tuttavia.) Il nuovo processo potrebbe ridurre significativamente tale costo.
Lin pensa che alla fine potrebbe essere possibile sviluppare una struttura metallo-organica che sia almeno diverse volte migliore del sistema odierno. È fiducioso che il suo laboratorio possa sfruttare la sintonizzabilità di questi materiali ibridi per migliorare la loro affinità per gli ioni contenenti uranio e per affrontare i punti deboli che ulteriori test potrebbero esporre.