La ‘molécula trofeo’ que podría revolucionar la industria nuclear

En España las centrales nucleares no tienen limitado su periodo de funcionamiento. Y el debate en torno a las nucleares suele estar en torno a su seguridad y que sigan funcionando centrales como la de Santa María de Garoña, que ha recibido la aprobación para operar más allá de julio 2013, concretamente hasta 2019. ¿Decisión acertada? De una forma u otra, la industria nuclear camina hacia un futuro más ‘limpio’ puesto que tras décadas de intentos infructuosos por parte de la comunidad científica, un equipo de investigadores ha logrado finalmente crear una versión estable de una ‘molécula trofeo’ que podría llevar a la producción de energía nuclear más limpia. Toda una revolución para el sector.

En un artículo publicado en la revista Science, los miembros del equipo, formado por científicos de las universidades de Nottingham y Manchester (Reino Unido), anunciaron que pueden preparar un compuesto de nitruro de uranio terminal que es estable a temperatura ambiente. Por otra parte, demostraron que el compuesto puede almacenarse en frascos en forma cristalizada o en polvo.

Fin de los combustibles nucleares
Los investigadores argumentan que el avance podría tener implicaciones futuras para la industria de la energía nuclear, puesto que los materiales de nitruro de uranio podrían ofrecer una alternativa viable a los actuales combustibles nucleares de óxidos mixtos utilizados en los reactores nucleares, puesto que superan las prestaciones de estos en cuanto a alta densidad, punto de fusión y conductividad térmica. Además, el proceso empleado por los científicos para fabricar el compuesto podría facilitar una ruta más limpia y a menor temperatura que los métodos que se emplean actualmente.

Intentos anteriores para preparar compuestos de uranio y nitrógeno de triple enlace habían requerido temperaturas tan bajas como cinco grados Kelvin (-268 ºC), aproximadamente equivalente a la temperatura del espacio interestelar; por ello había sido difícil trabajar con ellos y manipularlos, puesto que requerían equipos y técnicas especializados.

Los nitruros de uranio se preparan habitualmente mezclando dinitrógeno o amoníaco con uranio en condiciones de altas temperaturas y presiones. Según los investigadores, el problema de dicho procedimiento radica en que las condiciones de reacción tan severas necesarias para la preparación del compuesto generan impurezas que luego son difíciles de eliminar. En los últimos años, por lo tanto, los científicos han centrado su atención en el uso de métodos moleculares a bajas temperaturas; pero todos los intentos anteriores obtuvieron como resultado complejos con ligandos puente, en lugar de los productos terminales deseados, es decir, nitruros.

Nitruro de uranio estable
El método utilizado en este estudio implica la utilización de un ligando (una molécula orgánica enlazada a un metal) nitrógeno muy voluminoso que envuelve el centro de uranio, creando así una bolsa de protección en la que puede asentarse el nitrógeno de nitruro. La estabilización del nitruro durante la síntesis pudo realizarse gracias a la presencia de un catión (ión con carga positiva) sodio débilmente enlazado que, al bloquear el nitruro, impide que éste reaccione con otros elementos. En la etapa final, el sodio se eliminaba suavemente, sacándolo de la estructura, lo que hizo posible obtener como producto final nitruro de uranio estable de triple enlace.

El doctor Stephen Liddle, de la Universidad de Nottingham, comenta que “la belleza de este trabajo reside en su simplicidad: al encapsular el nitruro de uranio con un ligando muy voluminoso de apoyo, estabilizar el nitruro durante la síntesis con sodio y, a continuación, secuestrar dicho sodio en condiciones suaves, por fin conseguimos aislar el enlace del nitruro de uranio terminal. Una gran motivación para hacer este trabajo radicó en que nos ayudaba a comprender la naturaleza y el alcance de la covalencia en el enlace químico del uranio. Esto es esencialmente interesante e importante porque podría ayudar en el trabajo de extraer y separar el 2-3 % del material altamente radiactivo de los residuos nucleares”.

El profesor Eric McInnes, de la Universidad de Manchester, agregó que la espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica (EPR), que fue la técnica utilizada por los miembros del equipo para estudiar los materiales con electrones no apareados, «puede facilitar información detallada sobre el entorno local de los electrones no apareados, lo que podría ayudar a entender la estructura electrónica de los iones de uranio en este nuevo nitruro. Resulta que el nuevo nitruro se comporta de manera diferente a algunos materiales que, por lo demás, son análogos; y esto podría tener implicaciones importantes en la química de los actínidos, que es de vital importancia tecnológica y ambiental para el ciclo del combustible nuclear”, concluyó.

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