Peneira de deutério produz o combustível da nave estelar Enterprise

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/04/2022

Apenas o deutério consegue abrir os poros do material, enquanto o hidrogênio comum deixa a estrutura fechada. Esta detecção altamente seletiva leva a uma separação muito eficiente do deutério.
[Imagem: Volodymyr Bon]

Extração do deutério

A nave espacial Enterprise, de Jornada nas Estrelas, voou por onde ninguém nunca havia ido antes usando deutério como combustível.

Mesmo que isso seja apenas na ficção científica, pesquisas sobre aplicações reais do isótopo de hidrogênio para geração de energia continuam de vento em popa.

O principal desafio na vida real é a separação do isótopo. O deutério (D, ou hidrogênio pesado) é um dos três isótopos naturais do hidrogênio, junto com o prótio (H, hidrogênio leve) e o trítio (T, hidrogênio superpesado). Tanto o deutério quanto o prótio são isótopos estáveis de hidrogênio.

A água comum e a água pesada, formada por oxigênio e deutério, são igualmente estáveis. O trítio é extremamente promissor do ponto de vista técnico, mas ele não está isento de preocupações de segurança devido à sua radioatividade.

O deutério é extraído justamente da água pesada, que vem misturada numa proporção de 0,15 por mil nos recursos hídricos naturais da Terra. Para fazer essa extração, a água pesada é primeiro isolada usando processos químicos e físicos e, em seguida, extrai-se o gás deutério. Esses processos são tão complexos e consomem tanta energia que um grama de deutério é mais caro que um grama de ouro, embora sua ocorrência natural seja muitas vezes maior.

Peneira de deutério

Agora, pesquisadores alemães desenvolveram um novo mecanismo de separação dos isótopos de hidrogênio que é uma autêntica "peneira de deutério".

A peneira consiste em uma estrutura metal-orgânica, ou MOF, uma família de materiais funcionais nanoestruturados com uma porosidade extrema, o que os torna adequados para armazenamento e conversão de energia, entre várias outras aplicações. O MOF criado pela equipe, chamado DUT-8, tem outra vantagem inusitada para uma cerâmica: O fato de ser flexível.

"Nosso material permite a separação do deutério gasoso do hidrogênio. A estrutura metal-orgânica exclusiva DUT-8 é altamente flexível e pode adaptar dinamicamente o tamanho dos seus poros. Mas esta resposta estrutural se mostrou altamente seletiva: Somente o deutério consegue abrir os poros, enquanto o hidrogênio deixa a estrutura fechada. Esse reconhecimento altamente seletivo leva a uma alta seletividade de separação, combinada com alta absorção de deutério," explicou o professor Stefan Kaskel, da Universidade Técnica de Dresden, cuja equipe recentemente criou o material mais poroso do mundo.

Peneira com os poros fechados para o hidrogênio comum (esquerda) e aberta para o deutério (direita).
[Imagem: Linda Bondorf et al. - 10.1126/sciadv.abn7035]

Usos do deutério

A equipe acredita que irá licenciar rapidamente a tecnologia de extração de deutério porque a demanda pelo isótopo puro continua a crescer: Quando usado em medicamentos, por exemplo, o deutério já demonstrou ter um efeito de prolongamento da vida, embora inicialmente apenas para o ingrediente ativo em si. Os medicamentos contendo deutério também podem ter dosagens mais baixas, reduzindo os efeitos colaterais.

Nos reatores nucleares, o deutério desempenha um papel importante como moderador. Além disso, uma mistura de deutério e trítio ou hélio-3 será usada como combustível em futuros reatores de fusão, inclusive em um reator que promete a fusão nuclear já em 2024. Outros campos de aplicação do deutério incluem medicina, ciências da vida e até telas de TV mais eficientes.

E, mais no futuro, eventualmente como combustível de uma nave espacial para explorar além do Sistema Solar.

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