Mantener operativos determinados equipos durante años sin sustituir sus baterías continúa siendo un desafío para la industria aeroespacial y los sistemas de vigilancia instalados en zonas remotas. Los paneles solares no siempre resultan viables y las baterías químicas tienen una capacidad limitada, especialmente en dispositivos que deben funcionar de manera ininterrumpida. Para resolver este problema, Estados Unidos está investigando una tecnología capaz de producir electricidad durante décadas a partir de un material que habitualmente requiere un almacenamiento controlado.
La iniciativa cuenta con una financiación de 3,37 millones de dólares de DARPA, la agencia de investigación del Departamento de Defensa estadounidense, y está dirigida por la Universidad Estatal Morgan. Bajo el nombre SYMPHONEE, el proyecto pretende desarrollar una batería nuclear que aproveche la radiación del estroncio-90 para alimentar dispositivos electrónicos de forma prolongada. Su principal particularidad es que no necesita recargarse para seguir generando electricidad, aunque su desarrollo todavía debe superar importantes desafíos técnicos y de seguridad.
El estroncio-90 permite generar electricidad sin depender de una fuente de energía externa
La tecnología que investiga el consorcio estadounidense se conoce como betavoltaica y utiliza semiconductores para transformar la energía de determinadas emisiones radiactivas en corriente eléctrica. Cuando las partículas beta atraviesan estos materiales, transfieren parte de su energía y generan cargas eléctricas que pueden aprovecharse mediante un circuito. El funcionamiento se asemeja al de una célula fotovoltaica, con la diferencia de que no necesita recibir luz solar, ya que la energía procede de la propia desintegración del material radiactivo.
El estroncio-90 resulta especialmente interesante para esta aplicación porque su periodo de semidesintegración se sitúa alrededor de los 29 años, un intervalo durante el que su actividad radiactiva se reduce a la mitad. Además, su transformación en itrio-90 genera un segundo elemento radiactivo que también emite partículas beta antes de convertirse en circonio estable. Esta cadena de desintegración permite disponer de una fuente energética prolongada, aunque la producción eléctrica disminuye gradualmente con el paso del tiempo y no garantiza una potencia constante durante toda la vida útil del dispositivo.
Las posibles aplicaciones de esta tecnología se concentran en equipos que necesitan una alimentación eléctrica reducida, pero sostenida durante periodos especialmente largos. Entre ellos se encuentran los instrumentos científicos instalados en lugares inaccesibles, los sensores de vigilancia, determinados sistemas submarinos y los dispositivos utilizados en misiones espaciales. Sin embargo, aumentar la electricidad disponible continúa siendo una de las principales limitaciones de las baterías betavoltaicas, cuya potencia en aplicaciones comerciales suele situarse en el rango de los nanovatios o microvatios.
Estados Unidos quiere multiplicar la potencia de estas baterías, pero todavía quedan obstáculos importantes
El programa Rads to Watts de DARPA establece como uno de sus objetivos conseguir una densidad de potencia superior a los 10 vatios por kilogramo, una referencia que permitiría ampliar las aplicaciones de estos dispositivos. Las investigaciones previas ya han demostrado que es posible aumentar la producción eléctrica mediante la combinación de materiales radiactivos y semiconductores. De hecho, un estudio publicado en Scientific Reports planteó una batería de un vatio formada por 35 módulos, con capas de estroncio-90 de 45 micrómetros intercaladas con diodos de silicio para aprovechar la energía de las partículas emitidas.
Los ensayos de aquella investigación registraron eficiencias de conversión de entre el 16% y el 19%, aunque las pruebas utilizaron un acelerador de electrones para simular las emisiones radiactivas. Por tanto, estos resultados no demuestran que ya exista una batería de estroncio-90 capaz de mantener ese rendimiento durante décadas.
La seguridad también condicionará cualquier aplicación comercial o militar de esta tecnología, ya que el estroncio-90 presenta riesgos para la salud si se incorpora al organismo y puede acumularse en los huesos debido a su comportamiento químico similar al del calcio. Su recuperación a partir de residuos nucleares exige procesos de separación y purificación, además de sistemas de encapsulado y protección adecuados para evitar la exposición y la liberación accidental del material.