Togliere la radioattività dai rifiuti nucleari

Ripulire i rifiuti radioattivi è difficile e spesso pericoloso, soprattutto quando si tratta di uranio. Per risolvere il problema della gestione sicura dei rifiuti nucleari, è necessario conoscere meglio l’uranio.

Il progetto UNCLE, finanziato dall’UE, che si è concluso nel 2014, si è occupato in particolare di migliorare il processo di pulizia con uno studio su come l’uranio si lega chimicamente e l’effetto che questo ha sulla sua reattività. Le conclusioni che i ricercatori di UNCLE hanno tratto da questo lavoro sono che il nitruro di urano e gli osso-complessi sono essenzialmente la stessa cosa, l’unica differenza è lo scambio di un singolo atomo di azoto nel nitruro con uno di ossigeno negli osso-complessi. I ricercatori si sono resi conto che la simmetria dei complessi e dello stato di ossidazione degli ioni di uranio li rendeva sistemi ideali a partire dai quali sviluppare modelli quantitativi.

Il problema però è che per passare da approcci qualitativi ad approcci quantitativi è necessaria una grande famiglia di molecole. Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno identificato un nuovo modo affidabile per fare complessi di nitruro di uranio che permette la preparazione di una grande famiglia di molecole.

A pesca con un’esca di arsenico

Usando il modello quantitativo sviluppato da UNCLE, e la sua conoscenza di come gli elementi come torio e uranio interagiscono con gli elementi della tavola periodica, i ricercatori hanno scoperto che le molecole di arsenico si possono usare per “pescare” gli elementi più tossici dai rifiuti nucleari radioattivi. Nei risultati, che saranno pubblicati presto su “Nature Communications”, i ricercatori riferiscono i primi esempi di torio con legami multipli all’arsenico in condizioni d’ambiente su scale multi-grammo. Prima di questa ricerca, questo era stato ottenuto solo su scale molto piccole e a temperature vicine a quelle dello spazio interstellare (cioè 3-10 Kelvin).

Questo significa che lo smantellamento di impianti di energia nucleare potrebbe presto diventare più sicuro e più efficace, il che fa sperare in un’energia più pulita. “L’energia nucleare ha le potenzialità per produrre molto meno biossido di carbonio rispetto ai carburanti fossili, ma i rifiuti a lunga durata che produce sono radioattivi e devono essere trattati adeguatamente,” dice la ricercatrice Elizabeth Wildman. “Dobbiamo ridurre il volume dei rifiuti nucleari in modo da renderne più facile il trattamento e la lavorazione necessaria per rimuovere gli elementi innocui o separare i rifiuti di alto livello da quelli di basso livello.”

Potenziale negli atomi donatori soffici

Il fine ultimo è l’uso di molecole organiche per estrarre selettivamente gli ioni di metallo dalla “zuppa” di rifiuti nucleari e pescare quelli più radioattivi e tossici, lasciando il resto. “Per fare ciò è necessario capire i legami chimici e come gli estratti organici si legano a diversi metalli,” ha detto il coordinatore del progetto UNCLE, Stephen Liddle che ha partecipato anche a questa recente ricerca. “Poi possiamo sfruttare queste conoscenze per ottenere la separazione facendoli legare selettivamente a un tipo di metallo per poi toglierli dalla miscela.”

Secondo Liddle, ci sono sempre più prove che il modo migliore di farlo è con molecole che contengono un legame da donatore soffice a metallo. “L’arsenico è un donatore soffice, quindi abbiamo preparato complessi modello con questo elemento per capire la natura del legame,” spiega. “Abbiamo fatto molecole in quantità multi-grammo, che sono stabili in condizioni d’ambiente e quindi ci permettono di studiarle in modo più semplice.”

Con le nuove conoscenze che i ricercatori sperano di ottenere da questo recente lavoro, i risultati di UNCLE potrebbero essere presto applicati a un sistema operativo.

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