Kể từ những năm 1960, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang một nơi không thể khai thác uranium: các đại dương trên thế giới. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu do Australia dẫn đầu đã đưa triển vọng khai thác uranium trên biển tiến thêm một bước nữa bằng vật liệu rẻ tiền và dễ chế tạo.
Khi hành tinh bắt đầu di chuyển chậm khỏi các nguồn nhiên liệu dựa trên carbon, các nguồn năng lượng thay thế đang dần xuất hiện. Trong khi các công nghệ năng lượng mặt trời, gió và thủy điện có xu hướng thu hút sự chú ý trong lĩnh vực này thì năng lượng hạt nhân vẫn là một đối thủ nặng ký. Trên thực tế, năm 2017, nó đóng góp vào khoảng 10% sản lượng năng lượng của thế giới và vào năm 2022, 8 GW điện hạt nhân mới đã hòa vào lưới điện toàn cầu .
Chìa khóa để sản xuất điện hạt nhân là uranium, một nguyên tố chỉ được tìm thấy trên đất liền ở một số quốc gia, nơi nguồn cung cấp dưới lòng đất sẽ tiếp tục giảm khi các nhà máy điện hạt nhân phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, không phải như vậy với nguồn cung cấp dưới nước . Người ta ước tính có khoảng 4,5 tỷ tấn nguyên tố này trong các đại dương trên thế giới, so với chỉ khoảng 6 triệu tấn trên đất liền. Lượng năng lượng đó đủ để tạo ra năng lượng trên toàn hành tinh trong hàng nghìn năm.
Tuy nhiên, việc thu hồi tất cả uranium đó tỏ ra khó khăn vì nó hiện diện trong nước biển với nồng độ cực kỳ nhỏ.
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã sớm đạt được thành công với các loại sợi được pha tạp các nhóm hóa học amidoxime , những chất có ái lực với uranium. Các nhà nghiên cứu tại Stanford sau đó đã bổ sung điện vào sợi và có thể thu được nhiều nguyên tố phóng xạ hơn . Gần đây hơn, Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương đã có thể kéo được 5 gram bánh vàng – một dạng uranium dạng bột – ra khỏi nước biển bằng một loại sợi acrylic chuyên dụng.
Quăng một tấm lưới hẹp
Tuy nhiên, những phương pháp này chưa thể thu hoạch uranium ở quy mô công nghiệp cần thiết để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy hạt nhân trên khắp thế giới. Và cố gắng tìm ra một loại vật liệu có thể lấy được uranium mà không cần kết hợp với các nguyên tố khác từ biển là một thách thức.
Để khắc phục những khó khăn này, các nhà nghiên cứu từ Tổ chức Khoa học và Công nghệ Hạt nhân Australia (ANSTO), Đại học New South Wales và các đồng nghiệp khác đã chuyển sang sử dụng hydroxit kép phân lớp (LDH). Những vật liệu tương đối dễ chế tạo này bao gồm các lớp ion tích điện dương và âm. Nhóm nghiên cứu đã pha tạp các LDH này bằng nhiều hóa chất khác nhau bao gồm neodymium, terbium và europium, ngâm chúng trong nước biển và phân tích kết quả bằng cách sử dụng hình ảnh chuyên sâu từ quang phổ hấp phụ tia X.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi neodymium được kết hợp với LDH, hợp chất thu được có thể thu được uranium từ nước biển hơn 10 nguyên tố phong phú khác. Chúng bao gồm natri, canxi, magiê và kali, hiện diện với số lượng lớn hơn khoảng 400 lần so với uranium. Theo các nhà nghiên cứu, tính chọn lọc này cùng với chi phí sản xuất vật liệu LDH pha tạp thấp sẽ giúp ích rất nhiều trong việc tạo ra khả năng thu hoạch uranium quy mô lớn từ nước biển.
Các nhà nghiên cứu viết trong nghiên cứu này: “Những phát hiện này chỉ ra rằng kỹ thuật pha tạp LDH cung cấp một phương pháp đơn giản, hiệu quả để kiểm soát tính chọn lọc và tạo ra các chất hấp phụ có khả năng thách thức sự phân tách như chiết uranium từ nước biển”. tạp chí Tiến bộ Năng lượng .