硬核科技：從海水中提取核原料——鈾

2020-09-05 小小不點不小小


說起核也許你第一反應會想到核武器，核武器是利用能自發進行的原子核裂變或聚變反應瞬時釋放的巨大能量，產生爆炸作用，並具有大規模毀傷破壞效應的武器。


原子彈就是依靠核裂變引起的爆炸，而氫彈則是依靠核聚變引起的爆炸。


但是核除了用於戰爭的武器使用外，還是一種相對清潔的能源。核能相對於傳統的化石能源相比，不會排放大量的溫室氣體和有毒有害氣體。同時，核能發電也逐漸成為了當今世界電能的主要結構之一。國際原子能機構預測，在2015-2030年期間，核電產量可能會增長56％。


鈾醯

現在核能發電的主要原料是鈾(U)，但是隨著核能使用的增加，在未來一個世紀內陸地上的鈾儲量就可能被耗盡。在地球上除了陸地上含有鈾資源意外，在海水中也存在著相當於陸地上儲量1000倍的鈾，這一事實促進了國內外科學家們在過去的半個世紀致力於研究從海水中提取鈾。但是，在海水中鈾的含量十分低，大約只有3.3mg/L，並且海水中也存在著其他的金屬離子，這些原因導致了從海水中提取鈾需要克服相當多的問題。


海水提鈾

從1960年起，就有科學家開始從事海水提鈾研究。在1900年到2010年間，日本研究人員在海水提鈾的研究中取得了長足的進步，他們在實際海洋中成功提取了1千克以上的鈾。美國能源部於2011年制定了一項研究計劃，旨在評估和開發海水提鈾的全部潛力，此後，海水提鈾方案逐漸得到了優化和發展。通過科學家們的研究發現，海水中的鈾基本上以二價鈾醯陽離子UO22+形式存在，鈾醯離子可以和一些化學基團形成螯合，從而附著在化學基團上。其中，偕胺肟基就是一種與鈾醯離子發生螯合性較好的基團，所以國內外的科學家們，都致力於開發一種具備偕胺肟基的吸附材料，以用來從海水中提取鈾。

微生物

雖然，海水提鈾技術經過了長達半個世紀的研究，但是現有的技術所提取的鈾成本還遠遠高於陸地上的鈾提取技術。同時在海水提鈾中還存在著一些其他困難，例如：將吸附材料放置於海水中的收回技術、海水中存在著大量的微生物容易在吸附材料上形成生物淤積導致吸附性能下降、吸附提取鈾後的脫附以及濃縮技術。這些難題都需要科學家們進一步解決。

雖然現在海水提鈾技術還不成熟，但是我相信在不久的將來一定會成為現實。你認為海水提鈾技術能夠實現麼？你認為還可以用什麼方式從海水中提取鈾呢？

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