El Torio (Th) es un abundante y altamente energético elemento químico radiactivo; es un metal blando de color blanco que ocurre hasta en el agua. Esto significa que se encuentra de manera natural por todas partes en nuestro medio y a pesar de su origen -que implica ser producto de la descomposición por radiación nuclear a partir de otro elemento y, una vez formado, también se descompone en otro elemento y en otras partículas radiactivas-, el riesgo para la salud es muy bajo incluso al contacto físico y no se compara con minerales de uranio y otros elementos emisores de radiación peligrosos en estado natural.
Sin embargo, en razón de tener muy fuerte afinidad química con el uranio, su presencia práctica y únicamente se vuelve menos segura en ciertos minerales que en su estructura química incorporan a ambos elementos.
Se encuentra en los siguientes minerales: monacita (grupo de cuatro fosfatos de cesio, lantano, itrio y torio); torianita (óxido de torio puro, uraniotorianita, con cerio, con lantano y aldanita); toriogumita y torita. Ocurre como parte de rocas ígneas (pegmatitas y rocas volcánicas), vetas hidrotermales y en contacto con rocas metamórficas. Por esa razón el torio se asocia estrechamente también con el circón.
A consecuencia de los procesos erosivos y degradadores en la superficie terrestre, el retrabajo de este tipo de rocas llega a producir depósitos de placer de arenas ultrapesadas ricas en este metal junto con uranio y tierras raras.
El descubrimiento (en el mundo occidental) de la torianita se dió en 1903 y fue realizado por personal del Instituto Imperial (Reino Unido) a partir de una campaña exploratoria y de evaluación en regiones de la entonces Ceylán (Sri Lanka). El material de donde se extrajeron las primeras muestras de este mineral (cuya altísima densidad según sus reportes analíticos registró variaciones de 8 a 9.7) es conocido por los locales como “nampu” -gravas de gemas-, consistiendo en gravas de minerales pesados ricos en uranio, torio, circón y tierras raras con cerio, lantano e itrio.
Los trabajos exploratorios posteriores en el siglo XX llevaron a identificar que los principales depósitos de torio en cualquiera de sus formas (como mineral accesorio de rocas graníticas, pegmatitas o arenas pesadas), se localizan en E.U.A., Australia, India, Canadá, Egipto, Namibia, Sudáfrica, Rusia, Noruega, Brasil y Venezuela. Al respecto, con apoyo de la geología histórica y planetaria, se puede especular con cierta sólida certidumbre que estos minerales son parte importante de varios ricos e intocados depósitos en regiones de la Antártica y el Ártico.
Los especialistas consideran que la masa actual de mena de torio conocida y disponible para la explotación se ubica por arriba de los 12 millones de toneladas, de los cuales 8 millones ocurren en arenas pesadas (tipo nampu) ubicadas en costas de India. Desde 2018, las estadísticas de comercio de los países productores de concentrado de monacita (adicionales a los referidos antes: Madagascar, Malasia, Nigeria, Tailandia, China, Corea del Sur y Vietnam) reflejan cifras al alza en producción, ventas, exportaciones, importaciones, consumo, etc.
Esta incipiente efervescencia por este elemento radiactivo claramente se correlaciona con la búsqueda de alternativas energéticas que en un mediano a largo plazo, sustituyan a los hidrocarburos en la dinámica actual con la creciente demanda de energía global y que en lo posible sean amigables con el ambiente. Su importancia, además de su bien conocida condición energética intrínseca, se cimienta en los usos especiales en la creación de aleaciones que son indispensables para la fabricación de dispositivos de alta tecnología relacionados con la energía nuclear, resonancia magnética, comunicaciones, satélites, baterías, iluminación, celdas solares, como catalizador en reacciones químicas orgánicas, vidrio especial, cerámica de alta temperatura y electrodos de soldadura.
El torio es un subproducto de la descomposición del uranio (y por ello radiactivo, aunque debilmente) y comparativamente es más abundante debido al hecho de que la vida media radioactiva (lapso de tiempo de descomposición de los núcleos de una sustancia radioactiva a la mitad de su masa original) del torio es tres veces mayor a la del elemento fuente (en este caso uranio).
Como consecuencia de esta diferencia de vida media entre ellos, en la actualidad ya ha habido mayor descomposición (menor disponibilidad) de uranio que de torio a lo largo del tiempo geológico. Se tiene medido que el cociente de concentración torio/uranio en los sistemas estelares (galaxias, estrellas, meteoritos, planetas) no rebasa el rango de 0.1 a 10 (más abundancia del uranio), mientras que el promedio en la superficie terrestre es de 3 a 4 (más abundancia del torio).
Dentro de la tabla periódica de los elementos químicos el torio se ubica en el grupo de los actínidos, cuyos números atómicos se ubican en las posiciones 89 a 103. Junto con los lantánidos (las estratégicas tierras raras: http://localhost:8888/paralelo/2023/03/18/de-la-tierra-al-cielo-parte-ii-minerales-y-tecnologia/), conforman el grupo de transición interna en la tabla referida. El grupo que nos ocupa está formado por 15 metales: actinio, uranio, torio, plutonio, americio, bercquelio, californio, protactinio, neptunio, curio, einstenio, fermio, mendelevio, nobelio y laurencio.
El uranio y el torio son los dos únicos actínidos de ocurrencia natural, y este es un factor que en mucho permite determinar que la disponiblidad de torio está fuertemente ligada a la del uranio aunque con algunas singularidades que no pueden pasarse por alto. Por ejemplo, a pesar de que el uranio es mucho menos abundante en relación con las mucho más altas concentraciones de torio (4 a 1) en la corteza (y en la superficie) de la tierra, sí existen menas de uranio (depósitos de óxidos de uranio en la naturaleza), mientras que los óxidos de torio son virtualmente inexistentes; en el medio marino, a pesar de su abundancia, la ocurrencia del torio soluble en agua de mar es extremadamente baja en comparación con la de uranio.
El origen de estos elementos se asocia a procesos estelares formativos de supernovas (y por ellas, los sistemas solares) que involucran superlativas cantidades de energía que facilitan la captura de neutrones en su génesis y que corresponden necesariamente a las etapas primigenias de la expansión explosiva del origen del universo. La ubicación en el tiempo de su origen es la misma o ligeramente anterior a las etapas iniciales de la formación de la tierra (al menos 4 mil seiciento millones de años atrás).
Como referencia a los isótopos, y sin entrar en detalles al respecto en esta nota sobre el torio, pero que siempre están presentes en mayor o menor cantidad de la original en la conformación de un elemento, y aquí, además debido a su naturaleza radiactiva, se puede mencionar que: para la mayoría de los elementos químicos existen los isótopos que son átomos del mismo elemento pero más “gordos o pesados” debido a que cuentan con más neutrones en el núcleo que los átomos normales o “estándar”, de ahí que su masa sea mayor. La mayoría de los elementos puede tener más de un isótopo en cantidades (número) y proporciones conocidas que componen el total de un elemento específico.
En el caso de los elementos radiactivos, debido a su inestabilidad química intrínseca, al decaer o descomponerse radiactivamente algunos isótopos con el tiempo varían en número y proporción del total del elemento que forma parte de un mineral, de modo que esos elementos pasan a ser otros elementos que igualmente pueden ser inestables y seguir decayendo nuclearmente con variaciones en los isótopos que los componían de una etapa de descomposición a otra.
Con respecto a algunas de las cualidades físicas más relevantes de los elementos químicos, la densidad -definida como el peso de una sustancia con respecto a otra para un mismo volumen de comparación en similares condiciones (misma presión y temperatura)-, aquella del torio presenta un valor más alto (11.72 g/cm3 ) si se mide con la de plomo (11.34 g/cm3), metal que es muy común y está al alcance de cualquiera. Comparada con la superior del uranio (18.95 g/cm3), cuya densidad es ligeramente inferior a la del oro (19.32 g/cm3), el torio es 60 por ciento menos denso.
Pareciera árido exponer someramente estos datos técnicos pero las singulares cualidades químicas de los átomos radiactivos del torio permiten entender la cantidad de energía interna que almacena, así como sus aplicaciones en tecnología de vanguardia. Un dato ilustrativo: en lo referente al punto de fusión de elementos (como compuestos óxidos), que afecta el desempeño, la rigidez e integridad de los materiales a altas temperaturas, el torio tiene el más alto de todos los metales (3,300 grados centígrados). Tomando en cuenta esa propiedad, al combinarlo con otros metales como el magnesio, finalmente se ha logra mejorar su desempeño y usarlo en aplicaciones tecnológicas extremas con altísima eficiencia que antes solo eran imaginables.
Aún con lo anterior, es pertinente adelantar que con frecuencia se mencionan las ventajas del torio (entre ellas su baja capacidad de contaminación radiactiva) para incorporarlo al mercado mundial como fuente de energía barata y amigable, además de lo que representa su abundancia. Sin embargo, es importante señalar que existen documentos científicos relativamente recientes (2015), que respaldan resultados de investigaciones sobre los efectos negativos de la inhalación del polvo de torio en la salud humana, siendo particularmente riesgosa para los pulmones y el páncreas. En defensa del torio se puede mencionar que su proceso de descomposición es tan débil que su radiactividad sólo emite radiación alfa. Esta energía emitida es tan baja que no tiene la capacidad de penetrar la piel.
En cuanto a la cantidad de energía que almacena en su interior, desde los inicios de la segunda querra mundial, en parte por su mayor abundancia que el uranio, se comenzó a investigar al torio como combustible o energético base, en una de varias pistas para desarrollar la bomba atómica durante la segunda guerra mundial. Las otras ventanas de exploración y experimentación correspondieron al uranio, plutonio e hidrógeno con el propósito de concretar su uso extensivo como fuente de energía nuclear.
A manera de ejemplo lo siguiente: se conoce que la energía de un gramo de torio (que recordemos, es limpio en comparación con los otros elementos radiactivos afines a él) convertida a electricidad equivale a la energía contenida en 28 mil litros de gasolina. Expresado de otra manera, un solo gramo de este elemento daría a un coche la capacidad de rodamiento por más de 200 mil kilómetros, lo que equivale a circular 5 veces alrededor de la tierra.
Varios factores han frenado el avance de la experimentación y puesta a punto de la tecnología nuclear del torio, uno de ellos es la robustez y conveniencia del mercado directo de los hidrocarburos y la casi permanente accesibilidad de su precio. Lo mismo, el malogrado protagonismo que le arrebató el uranio en los laboratorios donde se desarrollaron las bombas de fisión que terminó la guerra mundial en septiembre de 1945 en el Pacífico. De esto, su consecuente rezago y abandono como fuente energética hasta treinta años después cuando EE.UU.AA., RU, Alemania, India, Japón y la URSS, experimentaron la generación de energía nuclear con el torio como combustible.
Recientemente, han vuelto a reactivarse las investigaciones para su uso como combustible en plantas nucleares en India y, tanto para automóviles como para barcos de la armada, en EE.UU.AA. Su uso, a diferencia del uranio o plutonio, implica necesariamente la utilización de un elemento fisionable (por ejemplo el plutonio) para que lleve a convertir al torio en combustible nuclear.
A pesar de ello, una ventaja del torio sobre los demás elementos generadores de energía nuclear es que se consume por completo mientras que el uranio únicamente es utilizable en menos del 1 por ciento de la masa incorporada a la reacción. En otras palabras, la cantidad de energía disponible de torio es 40 veces mayor por unidad de masa comparado con el uranio en ciertos tipos de reactores nucleares.
De las diferentes rutas de experimentación con torio como energético emergente la más prometedora es a través de reactores de sal fundida (MSR). En India se tiene la intención de eliminar la dependencia en el uso excesivo del carbón mediante esa tecnología sin importar el tiempo o las dificultades hasta el éxito del proceso MSR. Estos reactores aún en fase de diseño hacen uso de sales de fluoruro de torio y uranio fundidas en un rango de 400 a 700 grados centígrados.
Los detractores del caso han argumentado que no se obtendrán resultados positivos en varias décadas y que involucrarse en esas tareas resultaría en un gran error de gasto de tiempo y recursos. Sin embargo, en los últimos tiempos cuatro hechos clave que involucran a este elemento hacen pensar sobre qué tan acertadas son las opiniones en contra:
i) El reciente y renovado interés de más de cinco países, algunos participando por primera vez con este elemento, reconocidos como líderes en tecnología científica y nuclear (E.U.A., Alemania, Francia, Rusia y China entre los más importantes) luego de que India decidió apostar firmemente por el desarrollo nuclear al dinamizar ensayos de generación de energía a partir del torio;
ii) El brusco salto en el precio mundial del torio a partir de 2018, y sobre todo, la tendencia al alza en el precio y que se ha mantenido desde ese año;
iii) La revisión de las concentraciones de este elemento en los jales (material de rezago y sin valor económico en la actividad minera que resulta de la explotación de los minerales de interés y se acumula en zonas adyacentes a las minas), así como de los minerales asociados a la explotación de metales estratégicos que contienen torio y han sido descartados una vez que se extrajo el material de interés (tierras raras), y
iv) La apresurada y reciente segunda mirada con manos a la obra que está realizando el cuerpo científico-tecnológico de China, encargado en la materia sobre la recuperación de torio en los mayores yacimientos de tierras raras del mundo, de los que se puede vanagloriar de ser poseedor ese país, y a los que está directamente asociado este elemento y los minerales que lo contienen.
En resumen, el torio tiene cuantiosas cantidades energéticas potencialmente explotables y a pesar de ser radiactivo es medioambientales bastante noble. Sus potenciales aplicaciones como fuente energética, de ser óptimas, podrían llevar a sustituir las fuentes energéticas tradicionales -los hidrocarburos- que hasta ahora han sido perniciosas ecológicamente.
Las cantidades y volúmenes de depósitos de torio en sus principales minerales de mena existentes aseguran material para satisfacer globalmente los requerimientos de energía continua y constante por centurias. Alemania, Reino Unido, Rusia, E.U.A., Noruega e India, en algún momento han experimentado la generación de energía nuclear con este elemento.
Los dos últimos países lo están haciendo de manera reciente y nuestro vecino de frontera ya tiene un recorrido previo de experimentación con torio desde los años de la última guerra mundial, mientras que los restantes europeos lo hicieron por un tiempo durante los años 70s del siglo pasado. Actualmente, todos ellos, y a los que se agregan China, Canadá, Japón, Países Bajos y Brasil, están dando hoy pasos importantes en la consecución de generadores nucleares de torio y para su uso en fuentes de propulsión de automóviles.
Finalmente, en un futuro próximo, esperemos ver agradables sorpresas relativas a las nuevas formas de generación de energía con el torio, y la disponibilidad de ésta con menos carga negativa o de daño al medio ambiente en comparación con las formas y productos tradicionales equivalentes vigentes hasta ahora. Hay trabajo por hacer al respecto, y mucho.
