El grafeno podría ayudar a reducir el costo energético de producir agua pesada y descontaminación en plantas de energía nuclear en más de 100 veces en comparación con las tecnologías actuales, indica la investigación de la Universidad de Manchester.
Crédito: Universidad de Manchester
El nuevo desarrollo podría conducir a la reducción de las emisiones de CO2 asociadas a la producción de agua pesada en hasta un millón de toneladas cada año.
Escribiendo en Nature Communications, un equipo de la Universidad de Manchester liderado por el Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo demostró prototipos totalmente escalables de membranas de grafeno capaces de producir agua pesada.
La investigación muestra que las membranas basadas en el grafeno pueden hacer que la producción de agua pesada sea más eficiente, lo que conduce a una energía nuclear más ecológica y económica.
La producción de agua pesada que necesita la industria nuclear para generar energía limpia es un proceso costoso. Debido a las propiedades materiales únicas del grafeno, tiene el potencial de separar eficazmente las partículas subatómicas, lo que hace que este proceso sea más eficiente y rentable.
Separar los isótopos de hidrógeno es una gran tarea para la fisión nuclear y futuras plantas de fusión. Cada año se procesan miles de toneladas de mezclas isotópicas. Sin embargo, producir sólo 1 kg de agua pesada consume suficiente energía para alimentar a un hogar americano promedio durante todo un año.
El Dr. Lozada-Hidalgo, investigador de la Universidad de Manchester, dijo: "este es un hito crucial en el camino para llevar esta tecnología revolucionaria a la aplicación industrial."
"Las ganancias potenciales son lo suficientemente altas como para justificar su introducción incluso en la industria nuclear altamente conservadora".
El año pasado, el mismo grupo de investigadores encontró que el grafeno puede tamizar eficientemente isótopos de hidrógeno. Pero las oportunidades industriales de este descubrimiento no se analizaron porque no había membranas ni métodos de fabricación adecuados para la fabricación escalable en ese momento.
Ahora, el grupo de Manchester desarrolló membranas prototipo totalmente escalables y demostró la separación de isótopos en estudios de escala piloto. Encontraron que la eficacia alta de la separación permitiría una reducción significativa de la cantidad de entrada de mezclas de isótopos crudos que necesitan ser procesadas. Esto reduce tanto los costos de capital como los requerimientos energéticos.
Se estima que más de 100 veces menos energía para producir agua pesada se requeriría en comparación con las tecnologías competidoras – incluso se prevé un mayor ahorro de energía para la descontaminación del tritio.
Sir Andre Geim, agregó: "el tritio descargado de las centrales nucleares y como resultado de desastres ambientales es una preocupación global importante."
"Creemos que esta tecnología puede transformar económicamente la huella ambiental de las futuras plantas nucleares".