Las centrales nucleares, que generan alrededor del 20% de toda la electricidad producida en Estados Unidos, (también en España) no producen emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, estos sistemas generan residuos radiactivos, que pueden ser peligrosos para la salud humana y el medio ambiente. La eliminación segura de estos residuos puede ser un desafío.
Utilizando una combinación de cristales centelleadores, materiales de alta densidad que emiten luz cuando absorben radiación y células solares , el equipo, dirigido por investigadores de la Universidad Estatal de Ohio, demostró que la radiación gamma ambiental podría aprovecharse para producir una salida eléctrica lo suficientemente fuerte como para alimentar la microelectrónica , como los microchips.
Diminuta batería
Para probar esta batería, que es un prototipo de unos 4 centímetros cúbicos de tamaño, los investigadores utilizaron dos fuentes radiactivas diferentes, cesio-137 y cobalto-60, dos de los productos de fisión más importantes que provienen del combustible nuclear gastado. La batería se probó en el Laboratorio de Reactores Nucleares de la Universidad Estatal de Ohio.
Los resultados mostraron que, cuando se utilizó cesio-137, la batería generó 288 nanovatios, mientras que con el isótopo cobalto-60, mucho más potente, la batería produjo 1,5 microvatios de energía, aproximadamente la suficiente para encender un sensor diminuto.
Aunque la mayoría de las salidas de energía para hogares y dispositivos electrónicos se miden en kilovatios, esto sugiere que con la fuente de energía adecuada, dichos dispositivos podrían ampliarse para aplicaciones específicas en el nivel de vatios o más allá, dijo Raymond Cao, autor principal del estudio y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en Ohio State.
El estudio fue publicado recientemente en la revista Optical Materials: X.
Batería segura
Los investigadores afirmaron que estas baterías se utilizarían cerca de donde se producen los residuos nucleares, como en piscinas de almacenamiento de residuos nucleares o sistemas nucleares para la exploración espacial y de aguas profundas; no están diseñadas para uso público. Afortunadamente, aunque la radiación gamma utilizada en este trabajo es unas cien veces más penetrante que una radiografía o una tomografía computarizada normal, la batería en sí no incorpora materiales radiactivos, lo que significa que sigue siendo segura al tacto.
“Estamos recolectando algo que la naturaleza considera un residuo y tratando de convertirlo en un tesoro”, dijo Cao, quien también se desempeña como director del Laboratorio de Reactores Nucleares de la Universidad Estatal de Ohio.
Según el estudio, la batería del equipo también puede haber experimentado un aumento de potencia debido a la composición del prototipo de cristal centelleador que el equipo optó por utilizar. Descubrieron que incluso la forma y el tamaño de los cristales pueden afectar la salida eléctrica final, ya que un mayor volumen le permite absorber más radiación y convertir esa energía adicional en más luz. Una mayor superficie también ayuda a la célula solar a generar energía.
“Estos son resultados revolucionarios en términos de potencia de salida”, dijo Ibrahim Oksuz , coautor del estudio e investigador asociado en ingeniería mecánica y aeroespacial en Ohio State. “Este proceso de dos pasos todavía está en sus etapas preliminares, pero el siguiente paso implica generar mayores vatios con construcciones a mayor escala”.
Sin contaminar el entorno
Dado que las baterías de este tipo probablemente acabarían en entornos donde ya existen altos niveles de radiación y no son de fácil acceso para el público, estos dispositivos de larga duración no contaminarían su entorno. Y lo que es más importante, podrían funcionar sin necesidad de mantenimiento rutinario.
Según Cao, ampliar la escala de esta tecnología resultaría costoso a menos que estas baterías pudieran fabricarse de manera confiable. Se necesitan más investigaciones para evaluar la utilidad y las limitaciones de las baterías, incluido cuánto tiempo podrían durar una vez que se implementen de manera segura, dijo Oksuz.
“El concepto de batería nuclear es muy prometedor”, afirmó. “Aún hay mucho margen de mejora, pero creo que en el futuro este enfoque se abrirá un espacio importante tanto en la producción de energía como en la industria de sensores”.
Este trabajo recibió el apoyo de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía de los Estados Unidos y de la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Otros coautores incluyen a Sabin Neupane y Yanfa Yan de la Universidad de Toledo.
Jonny Melavo
26/02/2025