L’energia nucleare comporta quasi zero emissioni di gas serra, ma presenta problemi legati ai rifiuti radioattivi. Un nuovo studio propone un modo per riutilizzare questi rifiuti: alimentare batterie per microelettronica. Ricercatori negli Stati Uniti hanno utilizzato la radiazione gamma ambientale emessa dai rifiuti nucleari per generare abbastanza energia da far funzionare microchip. Questo tipo di energia è attualmente limitato a piccoli sensori, ma il team crede che potrebbe essere ampliato.
“Stiamo raccogliendo qualcosa considerato come rifiuto e, per natura, cercando di trasformarlo in un tesoro,” dice l’ingegnere nucleare Raymond Cao della Ohio State University. Circa il 10 percento delle esigenze energetiche mondiali è attualmente soddisfatto dall’energia nucleare, un’alternativa ai combustibili fossili su cui ci siamo tradizionalmente affidati. Se gli scienziati riuscissero a utilizzare i suoi rifiuti, potrebbe diventare un’opzione più attraente.
Le batterie nucleari – dispositivi che trasformano il decadimento radioattivo in elettricità – sono in fase di sviluppo da decenni, ma la tecnologia non è ancora stata resa praticamente fattibile. Qui, l’energia è stata generata attraverso due fasi: prima, i cristalli scintillatori hanno convertito la radiazione in luce, e poi le celle solari hanno trasformato questa luce in elettricità. Il prototipo di batteria misurava circa 4 centimetri cubici (0,24 pollici cubici).
Quando testata con due fonti radioattive, cesio-137 e cobalto-60 – entrambi comuni prodotti di scarto della fissione nucleare – la batteria ha generato rispettivamente 288 nanowatt e 1,5 microwatt. La batteria sperimentale combinava cristalli scintillatori con celle solari. “Questi sono risultati rivoluzionari in termini di output di potenza,” dice Ibrahim Oksuz, un ingegnere aerospaziale della Ohio State University. “Questo processo in due fasi è ancora nelle sue fasi preliminari, ma il prossimo passo prevede la generazione di watt maggiori con costrutti su scala più ampia.”
Queste batterie sarebbero utilizzate vicino a strutture dove vengono prodotti rifiuti nucleari, non dal pubblico, ma c’è il potenziale per sensori e monitor che richiederebbero pochissima manutenzione. I ricercatori affermano che la batteria stessa sarebbe sicura da toccare e non inquinerebbe l’ambiente circostante, anche se ci sono ancora domande in sospeso su quanto a lungo potrebbe durare la fonte di energia una volta installata.
“I requisiti di resistenza alle radiazioni sia per lo scintillatore che per la cella fotovoltaica sono significativi e dovrebbero essere un punto focale di indagine per i ricercatori che lavorano su questo argomento,” scrive il team. È possibile che la tecnologia possa essere utilizzata in altri luoghi dove si trova la radiazione gamma, come nello spazio. Saranno necessari aggiornamenti significativi a questo prototipo, ma i ricercatori sono fiduciosi che l’idea di base funzioni.
Durante lo studio, il team ha anche fatto importanti scoperte su come la configurazione dei cristalli e delle celle solari possa influenzare i tassi di conversione e l’output – che possono essere portate avanti nella ricerca futura. “Il concetto di batteria nucleare è molto promettente,” dice Oksuz. “C’è ancora molto margine di miglioramento, ma credo che in futuro questo approccio ritaglierà uno spazio importante sia nell’industria della produzione di energia che in quella dei sensori.” La ricerca è stata pubblicata su Optical Materials: X.