Moment UH : libérer la puissance des cristaux moléculaires comme solution possible aux déchets nucléaires

"C'est un type de molécule simple qui peut faire toutes sortes de choses différentes"

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Dans un monde de plus en plus préoccupé par les implications environnementales et géopolitiques de l’utilisation des combustibles fossiles, l’énergie nucléaire a refait surface comme un sujet de grand intérêt. Sa capacité à produire de l'électricité à grande échelle sans émissions de gaz à effet de serre est prometteuse en tant que source d'énergie propre et durable qui pourrait faciliter la transition de la société des combustibles fossiles vers un avenir carboneutre. Cependant, la production d’énergie nucléaire produit des déchets radioactifs. La gestion sûre des déchets nucléaires reste un défi crucial qui doit être relevé pour gagner la confiance du public dans cette solution énergétique transformatrice.

Aujourd'hui, une équipe de chercheurs de l'Université de Houston a mis au point une solution innovante pour la gestion des déchets nucléaires : des cristaux moléculaires à base d'hydrazones de cyclotétrabenzil. Ces cristaux, basés sur une découverte révolutionnaire faite par l'équipe en 2015, sont capables de capturer l'iode – l'un des produits de fission radioactifs les plus courants – dans des solutions aqueuses et organiques, ainsi qu'à l'interface entre les deux.

"Ce dernier point est particulièrement important car la capture de l'iode sur les interfaces pourrait empêcher l'iode d'atteindre et d'endommager les revêtements de peinture spécialisés utilisés dans les réacteurs nucléaires et les cuves de confinement des déchets", a déclaré Ognjen Miljanic, professeur de chimie et auteur correspondant de l'article détaillant cette avancée. dans Cell Reports Sciences physiques. Ce travail a été financé par la National Science Foundation.

Ces cristaux présentent une étonnante capacité d’absorption de l’iode, rivalisant avec celle des structures organométalliques (MOF) poreuses et des structures organiques covalentes (COF), qui étaient auparavant considérées comme le summum des matériaux de capture de l’iode.

Alexandra Robles, la première auteure de l'étude et ancienne doctorante qui a basé sa thèse sur cette recherche, travaillait avec les cristaux dans le laboratoire de Miljanic lorsqu'elle a fait la découverte. Son intérêt pour la recherche d'une solution aux déchets nucléaires a conduit Robles à étudier l'utilisation de cristaux pour capturer l'iode.

"Elle a fini par capturer l'iode à l'interface entre les couches organiques et aqueuses, ce qui est un phénomène peu étudié", a déclaré Miljanic, qui a ajouté que cette caractéristique exceptionnelle offre un avantage crucial. "Lorsque le matériau est déposé entre la couche organique et la couche aqueuse, il arrête essentiellement le transfert d'iode d'une couche à l'autre."

Non seulement ce processus préserve l’intégrité des revêtements des réacteurs et améliore le confinement, mais l’iode capturé pourrait également être déplacé d’une zone à une autre. "L'idée ici est de le capturer à un endroit où il est difficile à gérer, puis de le diffuser à un endroit où il est facile à gérer", a déclaré Miljanic.

L’autre avantage de cette technologie de capture et de libération est que les cristaux peuvent être réutilisés. "Si le polluant adhère au régent, il faut tout jeter", a-t-il déclaré. "Et cela augmente le gaspillage et les pertes économiques."

Bien entendu, tous ces grands potentiels doivent encore être testés dans des applications pratiques, ce qui amène Miljanic à réfléchir aux prochaines étapes.

Molécules, cristaux et poulpes, oh mon Dieu !

L'équipe de Miljanic crée ces minuscules molécules organiques contenant uniquement des atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène à l'aide de produits chimiques disponibles dans le commerce.

Chaque cristal est une structure en forme d'anneau d'où émanent huit pièces linéaires, ce qui a conduit l'équipe de recherche à le surnommer « la pieuvre ».

"Ils sont assez faciles à fabriquer et peuvent être produits à grande échelle à partir de matériaux relativement peu coûteux, sans atmosphère protectrice particulière", a expliqué Miljanic.

Il estime qu'il peut actuellement produire ces cristaux au prix d'environ 1 $ le gramme dans un laboratoire universitaire. Dans un environnement industriel, Miljanic estime que le coût diminuerait considérablement.

Ces petits cristaux affamés sont très polyvalents et peuvent capturer bien plus que l’iode. Miljanic et son équipe en ont utilisé certains pour capter le dioxyde de carbone, ce qui constituerait un autre grand pas vers un monde plus propre et plus durable. De plus, les molécules « The Octopus » sont étroitement liées à celles présentes dans les matériaux utilisés pour fabriquer les batteries lithium-ion, ce qui ouvre la porte à d’autres opportunités énergétiques.