Il grafene può semplificare la produzione di acqua pesante e aiutare a pulire le scorie nucleari filtrando diversi isotopi di idrogeno, Lo indica una ricerca dell'Università di Manchester.
Scrivere nella scienza, un team guidato da Sir Andre Geim ha dimostrato che l'uso di membrane fatte di grafene può fungere da setaccio, separando protoni – nuclei di idrogeno – da nuclei più pesanti di isotopo di idrogeno deuterio.
Il processo potrebbe significare che la produzione di acqua pesante per le centrali nucleari potrebbe essere dieci volte meno energivora, più semplice ed economico utilizzando il grafene.
Uno degli isotopi dell'idrogeno, deuterio, è ampiamente utilizzato nelle tecnologie di tracciabilità analitica e chimica e, anche, come acqua pesante richiesta in migliaia di tonnellate per il funzionamento delle centrali nucleari.
L'isotopo più pesante, trizio, è radioattivo e deve essere rimosso in sicurezza come sottoprodotto della generazione di elettricità negli impianti di fissione nucleare. La futura tecnologia nucleare si basa sulla fusione dei due isotopi pesanti.
Le attuali tecnologie di separazione per la produzione di acqua pesante sono estremamente energivore, e hanno presentato un importante problema scientifico e industriale. Ora le promesse del grafene lo fanno in modo efficiente.
I ricercatori hanno testato se i deuteroni, i nuclei di deuterio, possono passare attraverso il grafene e il suo materiale gemello, il nitruro di boro. Si aspettavano pienamente che i deuteroni passassero facilmente, poiché la teoria esistente non prevedeva alcuna differenza nella permeazione per entrambi gli isotopi.
I ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che i deuteroni non erano solo efficacemente setacciati dalle loro membrane spesse un atomo, ma ma sono stati setacciati con un'elevata efficienza di separazione.
La scoperta rende i monostrati di grafene e nitruro di boro attraenti come membrane di separazione per arricchire miscele di deuterio e trizio.
Per di più, i ricercatori hanno dimostrato che la separazione è completamente scalabile. Utilizzando il grafene depositato da vapore chimico (CVD), hanno costruito dispositivi di dimensioni centimetriche per pompare efficacemente l'idrogeno da una miscela di deuterio e idrogeno.
Dott. Marcelo Lozada-Hidalgo, Ricercatore post-dottorato dell'Università di Manchester e primo autore dell'articolo, ha detto:"Questa è davvero la prima membrana mostrata per distinguere tra particelle subatomiche, tutto a temperatura ambiente.
"Ora che abbiamo dimostrato che si tratta di una tecnologia completamente scalabile, speriamo che trovi rapidamente la sua strada verso applicazioni reali."
Professoressa Irina Grigorieva, chi ha co-autore della ricerca, ha dichiarato:"Siamo rimasti sbalorditi nel vedere che una membrana può essere utilizzata per separare le particelle subatomiche.
"Si tratta di una configurazione davvero semplice. Speriamo di vedere applicazioni di questi filtri non solo nelle tecnologie analitiche e di tracciamento chimico, ma anche nell'aiutare a pulire i rifiuti nucleari dal trizio radioattivo".
