EE.UU. desarrolla tecnología para reciclar residuos nucleares y convertirlos en combustible de hidrógeno

Actualmente, no existe ninguna central nuclear en el mundo que funcione según el principio de fusión nuclear (reacción de fusión nuclear). Todas las centrales nucleares funcionan según el principio de fisión del uranio para generar energía térmica.

La fusión nuclear es el proceso de combinar dos átomos para liberar calor, lo que hace girar un generador. Los generadores garantizan un gran suministro de electricidad con prácticamente ninguna emisión. Por lo tanto, en teoría, se considera una de las formas de energía más limpias.

Las centrales nucleares que funcionan hoy en día dependen de reacciones de fisión nuclear para generar energía, pero también se generan muchos residuos nucleares que permanecen radiactivos durante muchos años.

Los residuos nucleares de las centrales nucleares son difíciles de manejar y extremadamente costosos de almacenar.

En cambio, el proceso de fusión nuclear que alimenta las estrellas del universo produciría muy pocos residuos radiactivos en su etapa final. Este proceso requiere la fusión de deuterio y tritio.

La humanidad ha logrado avances significativos en el aprovechamiento del poder de la fusión, siendo la central nuclear de OpenAI en Ohio, EE. UU., uno de ellos. Sin embargo, lo que resulta aún más difícil es el combustible de tritio necesario para las reacciones de fusión.

Aunque el deuterio es fácilmente disponible, Estados Unidos padece actualmente una grave escasez de tritio. «Actualmente, el valor del tritio comercial ronda los 15 millones de dólares por libra [33 millones de dólares por kilogramo], y Estados Unidos no cuenta con la capacidad nacional para producirlo», declaró Terence Tarnowsky, físico del Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL) y autor principal del estudio.

Tritio para reactores de fusión nuclear El tritio se encuentra de forma natural en la atmósfera superior y los reactores de Canadá son sus principales productores comerciales.

En un comunicado de prensa, Tarnowsky dijo que el inventario total actual de tritio en el planeta es de aproximadamente 55 más o menos 31 libras [25 más o menos 14 kilogramos].

Según el cálculo de Tarnowsky, 25 kilogramos son suficientes para abastecer a más de 500.000 hogares durante seis meses. «Eso supera el número de hogares en Washington, D. C.».

Mientras tanto, Estados Unidos tiene miles de toneladas de residuos nucleares procedentes de centrales nucleares comerciales. Estos contienen materiales altamente radiactivos que requieren un almacenamiento costoso para su seguridad.

Por lo tanto, los científicos vieron la oportunidad de evaluar la viabilidad de utilizar residuos nucleares aún radiactivos para generar tritio valioso. Las simulaciones sugirieron que los residuos nucleares podrían ser una buena fuente, y Tarnowsky realizó numerosas simulaciones por computadora de posibles reactores de tritio para evaluar la producción y la eficiencia energética del diseño.

A medida que los átomos se dividieron durante la simulación, liberaron neutrones y finalmente crearon tritio después de una serie de otras transiciones nucleares, según el comunicado de prensa.

La función de refuerzo permitiría a los operadores activar o desactivar estas reacciones y se considera más segura que las reacciones en cadena que tienen lugar en una planta de energía nuclear convencional.

El acelerador bombardea componentes radiactivos de los residuos nucleares, liberando neutrones para crear tritio. Ilustración: GenAI

Estima que este sistema teórico, con una potencia de 1 GW, podría producir unos 2 kg de tritio al año. Predice que este diseño produciría más de 10 veces más tritio que un reactor de fusión con la misma potencia térmica.

El próximo plan del científico es calcular el costo de producción de tritio una vez que cuente con cálculos más detallados del rendimiento del reactor. Las simulaciones también se perfeccionarán para evaluar con precisión la eficiencia y la seguridad del diseño del reactor.

Tarnowsky también planea desarrollar un nuevo código para un modelo de residuos nucleares circundantes con sal de litio fundida, un diseño establecido para un reactor alimentado con uranio utilizado sólo para experimentos científicos.

“La transición energética es costosa, y siempre que podamos facilitarla, deberíamos intentarlo”, afirmó Tarnowsky, quien actualmente trabaja en la construcción de la primera planta comercial de energía de fusión en Estados Unidos y a nivel mundial.

Si se perfecciona, el diseño podría alimentar futuros reactores de fusión y garantizar una transición energética con menos emisiones.

La investigación fue financiada por el Laboratorio Nacional de Los Álamos y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de EE. UU. El científico presentará sus resultados en la reunión de otoño de la Sociedad Química, que tendrá lugar del 17 al 21 de agosto.