Investigadores desarrollan un método seguro para producir combustible de fusión sin mercurio

El litio-6 es un isótopo clave en la producción de combustible de fusión nuclear, pero su separación del litio-7 ha sido históricamente un desafío debido a los métodos contaminantes empleados. Hasta ahora, el procedimiento más eficiente, el proceso COLEX, utilizaba mercurio líquido, prohibido en EE.UU. desde 1963 por sus efectos tóxicos.

Un equipo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich y la Universidad Texas A&M ha desarrollado un método electroquímico sin mercurio para aislar litio-6 con una eficacia comparable al proceso convencional. "Este es un avance clave para la energía nuclear", explica Sarbajit Banerjee, autor principal del estudio.

El método se basa en una membrana de óxido de zeta-vanadio (ζ-V₂O₅), un material que captura litio de manera selectiva. Inicialmente diseñado para purificar agua contaminada por la extracción de petróleo y gas, los investigadores descubrieron que también podía diferenciar entre los isótopos de litio-6 y litio-7.

"Nos dimos cuenta de que podíamos extraer litio de manera altamente selectiva", comenta Banerjee. "Entonces surgió la pregunta de si este material podría diferenciar entre litio-6 y litio-7". Gracias a su estructura única, el material captura preferentemente litio-6, permitiendo su aislamiento sin necesidad de agentes tóxicos.

El equipo utilizó una celda electroquímica con un cátodo de ζ-V₂O₅, aplicando un voltaje que dirigía los iones de litio hacia la membrana. Como los iones de litio-6 y litio-7 se comportan de manera diferente, el material atrapa principalmente el litio-6, mientras que el litio-7, más móvil, escapa a la captura.

"El litio-6 se adhiere con más fuerza a los túneles del material", explica Andrew Ezazi, coautor del estudio. "Si imaginamos el enlace químico como un resorte, el litio-7, al ser más pesado, tiende a romperlo con mayor facilidad, mientras que el litio-6 permanece atrapado".

Un solo ciclo de este método logró un enriquecimiento del litio-6 en un 5,7 %. Para alcanzar la pureza requerida en la fusión nuclear (30 % de litio-6), el proceso debe repetirse 25 veces. Con 45 ciclos, es posible alcanzar un 90 % de pureza, un resultado altamente competitivo frente al proceso COLEX.

"Este nivel de eficiencia es sorprendente y demuestra que podemos obtener litio-6 sin recurrir a procesos contaminantes", añade Ezazi. "Aunque aún no hemos alcanzado la producción industrial, este método abre nuevas oportunidades para la energía nuclear segura y sostenible".

Los investigadores también creen que esta tecnología podría aplicarse a otros procesos industriales, como la separación de isótopos radiactivos y la purificación de materiales avanzados. Actualmente, el equipo trabaja en escalar el método a nivel industrial para facilitar su implementación en el sector energético.

"La fusión nuclear es vista como la solución definitiva para la energía limpia", concluye Banerjee. "Esperamos que este avance nos acerque a una producción segura y eficiente de combustible de fusión".