Các nhà khoa học ước tính rằng trữ lượng uranium trên đất liền - kim loại nặng được dùng làm nhiên liệu trong các lò phản ứng hạt nhân, chỉ có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng hạt nhân trong 1 thế kỷ. Trong khi đó, trữ lượng uranium dưới đại dương có thể cung cấp năng lượng cho cả thế giới trong hơn 1 thiên niên kỷ.
Phương pháp “đúc sáp” được nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý hoá học Đại Liên thực hiện. Công nghệ mới này sử dụng các hạt hydrogel xốp, sau đó được chế tạo thành các hạt tổng hợp với vật liệu polyme có khả năng hấp thụ để tách các ion uranium khỏi nước biển.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Toàn bộ quy trình chuẩn bị vật liệu rất đơn giản và dễ vận hành, giúp tiết kiệm chi phí và dễ mở rộng quy mô.”
Trong quá trình thực hiện, nhóm phát hiện ra rằng, khi thử nghiệm công nghệ với nước biển ven bờ trong hơn 15 ngày, họ chiết xuất được 4,79 miligram uranium trên mỗi gram giọt nước biển được sử dụng. Đối với nước biển mô phỏng, nhóm thu được 8,23 mg uranium trên 1 gram nước biển. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm với nước có pha uranium và sau 10 ngày đạt hiệu quả chiết xuất từ 95,9 đến 99,5%.
Việc khử carbon cho lưới điện toàn cầu là quá trình quan trọng để đạt được các mục tiêu giảm phát thải. Một lộ trình để thực hiện điều đó là tăng cường sử dụng năng lượng hạt nhân.
Hiện tại, Trung Quốc đang xây dựng nhiều nhà máy điện hạt nhân hơn bất kỳ quốc gia nào khác. Tuy nhiên, quặng uranium của nước này lại có chất lượng thấp và phải phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu.
Trước đây, việc chiết xuất uranium từ nước biển là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu vì loại khoáng sản này có độ phân tán cao nên nồng độ rất thấp.
Trữ lượng uranium trên cạn trên toàn cầu là 7,6 triệu tấn và có thể sẽ cạn kiệt chỉ sau hơn 1 thế kỷ. Song, trữ lượng uranium trong đại dương có khoảng 4,5 tỷ tấn, nhiều hơn khoảng 1.000 lần so với trên đất liền. Theo đó, nhóm nghiên cứu của Trung Quốc chỉ ra rằng việc khai thác các nguồn uranium phi truyền thống sẽ giúp ích rất nhiều cho sản xuất điện bền vững.
Nhóm nghiên cứu cho biết, trong những năm gần đây, việc sử dụng các vật liệu có khả năng hấp thụ cao đã trở nên phổ biến hơn nhờ hiệu quả cao, chi phí thấp và dễ sản xuất. Polyamidoxime là một vật liệu có thuộc tính ái lực cao với kim loại, đã chứng minh được “tiềm năng đặc biệt trong việc thu giữ uranium từ nước biển tự nhiên”.
Trong quá trình phát triển cách thức đơn giản để chế tạo polyamidoxime thành vật liệu xốp, có khả năng hấp thụ cao, nhóm nghiên cứu ban đầu đã sử dụng phương pháp đúc sáp để tạo ra các hạt hydrogel. Polyamidoxime được hòa tan trong nước, sau đó đổ sáp nến nóng chảy vào và trộn lên. Sau khi nguội, nước được tách khỏi sáp đông đặc và sau đó sáp cũng được chiết xuất.
Vật liệu còn lại được nghiền thành các hạt nhỏ, tạo thành các hạt hydrogel có "hình dạng như miếng phô mai" do có nhiều lỗ rỗng lớn. Sau đó, nhóm nghiên cứu phủ các hạt trong axit alginate-polyacrylic – một loại polyme tổng hợp với đặc tính hấp thụ nước tốt – tạo thành các quả cầu hấp thụ với đường kính khoảng 3 mm. Các hạt thu được có khả năng hấp thụ cao, ái lực và mức độ chọn lọc “xuất sắc” đối với các ion urani, có độ bền cơ học và được tái sử dụng. Các hạt này có khả năng hấp thụ uranium chỉ giảm 31,2% sau 5 lần sử dụng liên tiếp.
Theo các nhà nghiên cứu, kết quả trên đã xác minh “tiềm năng lớn” của các hạt mà họ chế tạo trong việc chiết xuất uranium từ nước biển tự nhiên.
Vu Lam
