Uranio: se la soluzione fosse l’estrazione dall’acqua di mare con la cattura elettrochimica

La maggior parte della superficie terrestre è coperta dagli oceani, ricchi di vari tipi di sali. È interessante notare che questi vasti corpi idrici contengono anche una distribuzione diluita di ioni di uranio. L’estrazione di questi ioni potrebbe potenzialmente offrire una fonte rinnovabile di combustibile per la produzione di energia nucleare senza la necessità di grandi miniere. Un recente studio pubblicato su ACS Central Science presenta un nuovo materiale progettato per l’estrazione elettrochimica. Questa innovazione è più efficace nel catturare gli elusivi ioni di uranio dall’acqua di mare rispetto alle tecniche precedenti.

L’uranio è il combustibile necessario per il funzionamento dei reattori a fissione nucleare e, pur essendo abbastanza distribuito sulla crosta terrestre, non è ovunque. Attualmente questo metallo viene estratto dalle rocce, ma i giacimenti di uranio sono limitati. Tuttavia, l’Agenzia per l’Energia Nucleare stima che 4,5 miliardi di tonnellate di uranio galleggiano nei nostri oceani sotto forma di ioni uranici disciolti. Questa riserva è oltre 1.000 volte superiore a quella presente sulla terraferma. Attualmente il prezzo dell’uranio è alle stelle.

Estrarre questi ioni, però, si è rivelato un’impresa ardua, poiché i materiali per farlo non hanno una superficie sufficiente per intrappolare gli ioni in modo efficace. Per questo motivo, Rui Zhao, Guangshan Zhu e colleghi hanno voluto sviluppare un materiale per elettrodi con una forma ricca di spigoli e fessure microscopiche che potesse essere utilizzato per la cattura elettrochimica degli ioni di uranio dall’acqua di mare.

Uranio estratto dall’acqua

Sviluppo di materiali innovativi per gli elettrodi

Per creare gli elettrodi, il team ha iniziato con un tessuto flessibile tessuto con fibre di carbonio. Hanno rivestito il tessuto con due monomeri particolari che sono stati poi polimerizzati. Successivamente, hanno trattato il tessuto con cloridrato di idrossilammina per aggiungere gruppi amidossici ai polimeri. La struttura naturale e porosa del tessuto ha creato molte piccole tasche in cui l’amidossima si è annidata e ha intrappolato facilmente gli ioni di uranile.

Negli esperimenti, i ricercatori hanno collocato il tessuto rivestito come catodo in acqua di mare di origine naturale o impregnata di uranio, hanno aggiunto un anodo di grafite e hanno fatto scorrere una corrente ciclica tra gli elettrodi. Nel corso del tempo, sul panno catodico si sono accumulati precipitati di colore giallo brillante a base di uranio. L’uranio è poi alla base del cosiddetto yellow cake, il mix di uranio usato 

Nei test condotti con l’acqua marina raccolta nel Mar di Bohai, gli elettrodi hanno estratto 12,6 milligrammi di uranio per grammo di materiale attivo rivestito nell’arco di 24 giorni. La capacità del materiale rivestito era superiore a quella della maggior parte degli altri materiali per l’estrazione dell’uranio testati dal team. Inoltre, l’utilizzo dell’elettrochimica per intrappolare gli ioni è stato tre volte più veloce rispetto al semplice accumulo naturale degli ioni sui tessuti. I ricercatori affermano che questo lavoro offre un metodo efficace per catturare l’uranio dall’acqua di mare, il che potrebbe aprire gli oceani come nuovi fornitori di combustibile nucleare.