Nowe źródło uranu do elektrowni jądrowych. Można pozyskać go z wody morskiej

Morza i oceany pokrywają 71 procent powierzchni naszej planety. Ich wody skrywają oszałamiająco dużą liczbę różnych stworzeń, w tym tak niezwykłe, że trudno uwierzyć, że istnieją naprawdę. Ale w samej wodzie jest wiele pierwiastków, o których w ogóle byśmy nie pomyśleli. Zawierają m.in. złoto. Jednak jego pozyskanie wiąże się z kosztami przewyższającymi uzyskany materiał.

Jest tam również uran, na co dzień wykorzystywany w elektrowniach jądrowych. Nie chodzi o niewielkie ilości, mowa o 4,5 miliardach ton. To ponad 1 tysiąc razy więcej, niż w złożach dostępnych na lądzie. Występują tam w postaci rozpuszczonej, jonów uranylowych. Jeśli uda się nam usunąć te jony z wody, mogą stać się zrównoważonym źródłem paliwa w energetyce jądrowej.

Reaktory jądrowe w elektrowniach jądrowych uwalniają energię naturalnie zmagazynowaną wewnątrz atomu i zamieniają ją w ciepło, dosłownie rozbijając atom. To proces znany jako rozszczepienie. Uran stał się preferowanym pierwiastkiem w tym procesie, ponieważ wszystkie jego formy są niestabilne i radioaktywne, co ułatwia rozkład. Obecnie metal ten wydobywa się ze skał, jednak złoża rud uranu są ograniczone.

Zastanawiać może, jak wychwycić z wody na tyle dużą ilość drobin, aby nadawała się do użytku. Ekstrakcja tych jonów okazała się jednak trudna, ponieważ materiały do tego celu nie mają wystarczającej powierzchni, aby skutecznie wychwytywać jony. Dlatego Rui Zhao, Guangshan Zhu i współpracownicy chcieli opracować materiał elektrodowy z wieloma mikroskopijnymi zakamarkami i szczelinami, który można by wykorzystać do elektrochemicznego wychwytywania jonów uranu z wody morskiej.

Zespół zaczął od elastycznej tkaniny utkanej z włókien węglowych. Pokryli tkaninę dwoma wyspecjalizowanymi monomerami, które następnie spolimeryzowano. Następnie potraktowali tkaninę chlorowodorkiem hydroksyloaminy, aby dodać do polimerów grupy amidoksymowe. Naturalna, porowata struktura tkaniny stworzyła wiele maleńkich kieszeni, w których amidoksym mógł się wcisnąć i łatwo wyłapać jony uranylu. 

W ramach eksperymentu powlekana tkanina została umieszczona jako katoda w wodzie morskiej lub wzbogaconej uranem. Dodana została anoda grafitowa, puszczono prąd pomiędzy elektrodami i zaczęła się magia elektrochemii. Na tkaninie katody gromadziły się (po pewnym czasie, nie od razu) jasnożółte osady na bazie uranu.

W testach wykorzystujących morską wodę z Morza Bohai (zatoka Morza Żółtego u wybrzeży Chin, w pobliżu Korei Północnej) opracowaną metodą udało się pozyskać 12,6 miligrama uranu na gram wody w ciągu 24 dni. Wydajność powlekanego materiału była wyższa niż większości innych materiałów testowanych przez zespół. Co więcej, zastosowanie elektrochemii do wychwytywania jonów było około trzech razy szybsze niż zwykłe umożliwienie im naturalnego gromadzenia się na tkaninach. 

Według naukowców ich eksperymenty mogą być skuteczną metodą wychwytywania uranu z wody morskiej. W przyszłości oceany mogą stać się nowym miejscem eksploatacji paliwa jądrowego, z mniejszą szkodliwością dla środowiska, niż pozyskiwanie go metodami górniczymi. Wyniki badań opublikowane zostały w czasopiśmie ACS Central Science.