Momento UH: sbloccare il potere dei cristalli molecolari come possibile soluzione alle scorie nucleari

“Questo è un tipo di molecola semplice che può fare ogni sorta di cose diverse”

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In un mondo sempre più preoccupato per le implicazioni ambientali e geopolitiche dell’uso dei combustibili fossili, l’energia nucleare è riemersa come argomento di grande interesse. La sua capacità di generare elettricità su larga scala senza emissioni di gas serra è promettente come fonte di energia pulita e sostenibile che potrebbe colmare la transizione della società dai combustibili fossili a un futuro a zero emissioni nette. Tuttavia, la produzione di energia nucleare produce scorie radioattive. La gestione sicura dei rifiuti nucleari rimane una sfida cruciale che deve essere affrontata per ottenere la fiducia del pubblico in questa soluzione energetica trasformativa.

Ora, un team di ricercatori dell’Università di Houston ha trovato una soluzione innovativa per la gestione dei rifiuti nucleari: cristalli molecolari a base di ciclotetrabenzil idrazoni. Questi cristalli, basati su una scoperta rivoluzionaria fatta dal team nel 2015, sono in grado di catturare lo iodio – uno dei prodotti di fissione radioattivi più comuni – in soluzioni acquose e organiche e nell’interfaccia tra i due.

"Quest'ultimo punto è particolarmente importante perché la cattura dello iodio sulle interfacce potrebbe impedire allo iodio di raggiungere e danneggiare i rivestimenti di vernice specializzati utilizzati nei reattori nucleari e nei contenitori di contenimento dei rifiuti", ha affermato Ognjen Miljanic, professore di chimica e autore corrispondente dell'articolo che descrive in dettaglio la svolta. in Cell Reports Scienze fisiche. Questo lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation.

Questi cristalli mostrano una sorprendente capacità di assorbimento dello iodio, rivaleggiando con quella delle strutture porose metallo-organiche (MOF) e delle strutture organiche covalenti (COF), che in precedenza erano considerate l'apice dei materiali di cattura dello iodio.

Alexandra Robles, la prima autrice dello studio ed ex studentessa di dottorato che ha basato la sua tesi su questa ricerca, stava lavorando con i cristalli nel laboratorio di Miljanic quando ha fatto la scoperta. Il suo interesse nel trovare una soluzione per le scorie nucleari ha portato Robles a indagare sull'utilizzo dei cristalli per catturare lo iodio.

"Ha finito per catturare lo iodio sull'interfaccia tra gli strati organici e quelli acquosi, che è un fenomeno poco studiato", ha detto Miljanic, che ha aggiunto che questa caratteristica eccezionale fornisce un vantaggio cruciale. "Quando il materiale viene depositato tra lo strato organico e quello acquoso, sostanzialmente interrompe il trasferimento di iodio da uno strato all'altro."

Questo processo non solo preserva l'integrità dei rivestimenti del reattore e migliora il contenimento, ma lo iodio catturato può anche essere spostato da un'area all'altra. "L'idea qui è quella di catturarlo in un luogo dove è difficile da gestire, e poi rilasciarlo in un luogo dove è facile da gestire", ha detto Miljanic.

L'altro vantaggio di questa tecnologia catch-and-release è che i cristalli possono essere riutilizzati. "Se l'inquinante si attacca solo al reggente, tutto deve essere buttato via", ha detto. "E questo aumenta gli sprechi e le perdite economiche."

Naturalmente, tutti questi grandi potenziali devono ancora essere testati nelle applicazioni pratiche, cosa che spinge Miljanic a pensare ai prossimi passi.

Molecole, cristalli e polpi, oh mio!

Il team di Miljanic crea queste minuscole molecole organiche contenenti solo atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno utilizzando sostanze chimiche disponibili in commercio.

Ogni cristallo è una struttura a forma di anello da cui emanano otto pezzi lineari, cosa che ha portato il gruppo di ricerca a soprannominarlo "Il Polpo".

"Sono abbastanza facili da realizzare e possono essere prodotti su larga scala con materiali relativamente economici senza alcuna atmosfera protettiva speciale", ha detto Miljanic.

Ha stimato che attualmente può produrre questi cristalli al costo di circa 1 dollaro al grammo in un laboratorio accademico. In un contesto industriale, Miljanic ritiene che i costi diminuirebbero in modo significativo.

Questi piccoli cristalli affamati sono molto versatili e possono catturare più dello iodio. Miljanic e il suo team ne hanno utilizzati alcuni per catturare l’anidride carbonica, il che rappresenterebbe un altro grande passo verso un mondo più pulito e sostenibile. Inoltre, le molecole “The Octopus” sono strettamente correlate a quelle presenti nei materiali utilizzati per realizzare le batterie agli ioni di litio, il che apre le porte ad altre opportunità energetiche.