El hidrógeno es el elemento químico más ligero de la naturaleza. Se caracteriza por tener un único protón en su núcleo y un único electrón orbitando en torno a él, aunque coexisten tres isótopos diferentes. El más abundante en el universo es el protio, y se desmarca debido a que no tiene ningún neutrón en su núcleo. El deuterio, sin embargo, tiene un neutrón. Y el tritio tiene dos neutrones en el núcleo. Los dos primeros, el protio y el deuterio, son estables, mientras que el tritio es un elemento químico ligeramente radiactivo.
Además, este último es muy escaso. Escasísimo. Se produce de forma natural en las capas superiores de la atmósfera debido a la interacción de los rayos cósmicos y los núcleos de los gases atmosféricos, pero su producción es muy modesta. De hecho, en la atmósfera de la Tierra solo se producen anualmente unos pocos kilogramos. Tan pocos, de hecho, que los científicos estiman que podemos contarlos con nuestros dedos.
Curiosamente, no todo el tritio que está disponible en nuestro planeta tiene un origen natural. Las pruebas nucleares atmosféricas que tuvieron lugar entre el final de la Segunda Guerra Mundial y los años 80 han arrojado unas pocas decenas de kilogramos de este isótopo a los océanos, y, además, los reactores nucleares de tipo CANDU, que son dispositivos de agua pesada sometida a presión desarrollados en Canadá, también lo producen. Cada reactor de 600 MW genera anualmente unos 100 g de tritio, por lo que su producción global anual es de unos 20 kg.
Una buena noticia para la energía de fusión
Sigamos adelante con el tritio antes de pasar al protio y el deuterio. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), el reactor experimental de fusión nuclear que un consorcio internacional liderado por la Unión Europea está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, utilizará como combustible dos isótopos del hidrógeno: deuterio y tritio. Lo más interesante es que los ingenieros de este reactor de fusión han diseñado un sistema que le va a permitir autoabastecerse de tritio, que, como acabamos de ver, es el elemento más escaso.
El deuterio puede extraerse del agua del mar, aunque hasta ahora el procedimiento que permite aislarlo es complejo y caro
Su solución es muy ingeniosa: el tritio se regenerará en las paredes del reactor debido a que el manto estará recubierto con litio. Y este último elemento químico al interaccionar con el neutrón de alta energía que libera la reacción de fusión deuterio-tritio genera un núcleo de tritio. Los físicos y los ingenieros de ITER aún están trabajando en el sistema de realimentación de tritio del reactor, pero la estrategia que tienen en mente a priori resulta convincente.
Afortunadamente, el deuterio es mucho más abundante. De hecho, puede extraerse del agua del mar, aunque hasta ahora el procedimiento que permite aislarlo es complejo y caro debido a que, entre otros motivos, requiere trabajar a una temperatura aproximada de -200 grados Celsius. Como podemos intuir llevar a cabo esta operación a una temperatura tan baja complica mucho trasladar este proceso al dominio industrial. La buena noticia es que Knut Asmis, profesor de química en la Universidad de Leipzig (Alemania), y varios investigadores con los que colabora han elaborado un método mucho más eficiente.
Su receta propone utilizar, en vez de iones de cobre puro, una forma no pura y porosa de este elemento químico que al ligarse con las moléculas de agua tiene la capacidad de aislar el deuterio que contiene. En realidad se trata de un refinamiento del sistema utilizado hasta ahora que tiene dos grandes ventajas: puede llevarse a cabo a temperatura ambiental, y, por tanto, requiere invertir mucha menos energía. Suena muy bien. Si esta tecnología demuestra su validez fuera del laboratorio y consigue desarrollarse a escala industrial el combustible que es necesario poner a punto para hacer viable la energía de fusión comercial dejará de ser un problema. Crucemos los dedos.
Imagen | ITER
Más información | Chemical Science
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