Исследователи разработали материал, который, по их словам, открывает «новый подход» к извлечению ядерного топлива из мировых океанов

Китайские исследователи нашли способ извлекать уран из морской воды в несколько раз превышающей целевую скорость, установленную Министерством энергетики США, ставя Китай в авангард глобального стремления получить огромный источник ядерного топлива.

Команда из Китайской академии наук в Циндао сделала это, используя разработанный ими материал под названием PhosCage — молекулярную структуру, похожую на губку, наполненную фосфатными группами, которые действуют как химические ловушки. 

В заявлении исследователи сообщили, что получили до 50,4 мг урана на каждый грамм адсорбента из образцов естественной морской воды — более чем в восемь раз выше американской цели в 6 мг на грамм.

Затем они превратили PhosCage в миллиметровые бусины, которые легче развернуть и добыть в открытом океане. Бусины захватывали 22,55 мг на грамм и продолжали работать в течение семи циклов повторного использования.

«Эта работа открывает новый подход к извлечению урана из морской воды и закладывает основу для адсорбентов, которые могут захватывать больше урана и в конечном итоге использоваться в больших масштабах», — говорится в заявлении команда из Института биоэнергетики и биопроцессов Циндао при CAS в заявлении.

Эта технология может быть особенно важна для Китая, который обладает значительными запасами урана, но использует гораздо больше, чем производит, расширяя использование ядерной энергетики.

В 2024 году отечественные шахты произвели всего 1 600 тонн урана — это лишь часть от примерно 13 000 тонн, необходимых ядерным реакторам, согласно данным Всемирной ядерной ассоциации. Это сделало Китай сильно зависимым от импорта. 

В мире известно около 7,9 миллионов тонн известных ресурсов урана на суше. Однако океаны содержат примерно 4,5 миллиарда тонн, большая часть которых накопилась со временем, когда уран был смыт с пород дождём и уносился реками в море.

Только Средиземное море содержит примерно 12 миллионов тонн урана — этого достаточно, чтобы удовлетворить текущие потребности мира в ядерном топливе примерно на 180 лет.

Но добраться до этого крайне сложно. Тонна морской воды содержит всего около 3,3 мг урана, поэтому элемент необходимо просеивать из огромных объёмов воды.

И уран — не единственный. Морская вода — это суп из растворённых элементов, некоторые из которых гораздо более обильны, чем сам приз. Ванадий особенно проблематичен тем, что может прилипать к одним и тем же химическим ловушкам, что затрудняет их разлучение.

В течение многих лет учёные из национальных лабораторий Министерства энергетики США в Теннесси и Вашингтоне пытались разгадать эту проблему. Национальная лаборатория Оук-Ридж разработала специальные волокна, захватывающие уран, а Тихоокеанская Национальная лаборатория Северо-Запада тестировала их в естественной морской воде из залива Секим в штате Вашингтон. 

К 2016 году лучшие американские адсорбенты собирали около 6 мг на грамм после длительного воздействия морской воды. Однако этот метод оставался гораздо дороже, чем добыча полезных ископаемых на земле, и Министерство энергетики в значительной степени сократило деятельность после завершения программы в 2018 году.

Работа команды из Циндао преодолела некоторые из основных препятствий при добыче, согласно двум статьям, опубликованным в журнале Journal of Hazardous Materials and Separation and Purification Technology.

Например, в испытаниях с несколькими металлами материал, похожий на бусину, явно предпочитал урана, включая ванадий — один из самых сложных элементов для отделения.

Однако у экспериментов есть ограничения. Исследователи собрали морскую воду у побережья Циндао и пропустили 25 литров (6,6 галлона) через лабораторную систему потока, вместо того чтобы оставлять адсорбенты в открытом океане, где волны, течения и морская жизнь значительно усложнили бы задачу. 

Тем временем ни одно из исследований не установило цену на добытый уран. Исследователи заявили, что дальнейшая работа будет сосредоточена на масштабировании материалов и снижении общей стоимости добычи урана из морской воды.