Uran z wody. Nowy filtr znacząco zwiększa wydajność wydobycia i czeka na praktyczne testy

Jakiś czas temu informowaliśmy o porowatej membranie, która jest w stanie wchłaniać uran występujący w wodzie morskiej. Teraz nadszedł czas na praktyczne testy takiego rozwiązania.

Na terenie Unii Europejskiej udział energii jądrowej w sektorze energetycznym ma spadać, jednak Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej przewiduje, że ogólnoświatowy trend będzie odmienny. Do 2050 roku jej użycie ma wzrosnąć aż o 82 procent. Niestety, pokłady uranu nie są nieskończone, ale jest też dobra wiadomość: można go znaleźć w ogromnych ilościach gdzieś, gdzie mało kto by go szukał.

Czytaj też: Chiny chcą być pierwszym krajem, który ujarzmi fuzję jądrową

Chodzi o morza i oceany, w których ten pierwiastek występuje w niezwykłym rozcieńczeniu. Zdaniem ekspertów jest to około 3,3 części na miliard, a łączna ilość uranu rozpuszczonego w wodach całego świata może być nawet 500-krotnie wyższa niż w przypadku lądowych rezerw. Przeliczając to na konkretne wartości, można oszacować, iż na przefiltrowanie z wody czeka ponad 4,5 miliarda ton tego pierwiastka.

Jak do tej pory testowano różne rozwiązania mające na celu wydobywanie uranu rozpuszczonego w wodzie morskiej. Nawet jeśli działały, to nie cechowały się szczególnie wysoką wydajnością. Nowa, porowata membrana, jest pod tym względem znacznie lepsza. Nie tylko wykazuje około 20-krotnie wyższą skuteczność w zakresie pochłaniania uranu, lecz również robi to średnio dwukrotnie szybciej niż konkurencyjne metody. Po czterech tygodniach używania udało się zebrać ponad 9 miligramów uranu na gram membrany.

Uran występuje w bardzo niewielkich ilościach w wodzie morskiej

Costas Tsouris z Oak Ridge National Laboratory, który odpowiada za ten projekt, pracuje nad nim od 2011 roku. Jednym z kluczowych elementów okazał się tzw. adsorbent w postaci amidoksymu. Ma on zdolność do chemicznego wiązania się z jonami uranu, które naturalnie występują w wodzie morskiej, pomijając przy tym inne jony, takie jak żelazo, miedź i wapń.

Na pierwszym etapie testów udało się zebrać 8 miligramów uranu na miligram materiału, do czego było potrzeba ośmiu tygodni. Wtedy przyszła pora na usprawnienia, dla których inspirację stanowiła struktura naczyń krwionośnych. Naukowcy zaimplementowali więc pory o różnych rozmiarach, dzięki czemu woda morska, która zostaje przez nie przepuszczona, najpierw przechodzi przez kanały o średnicy około 20 mikrometrów, by później trafić do znacznie mniejszych, mających około 300-500 nanometrów. W ich przypadku prędkość przepływu jest niższa, a jony uranu mogą skuteczniej wiązać się z amidoksymem.

Czytaj też: Europejskie elektrownie jądrowe potrzebują miliardów euro. Pojawiły się konkretne kwoty

W warunkach laboratoryjnych tak zmodyfikowana membrana zebrała 20-krotnie więcej uranu. Po tygodniu wyekstrahowała z wody 6,63 mg uranu na gram materiału, a po czterech: 9,03 mg. Co ważne, membrana może być wykorzystywana pięciokrotnie, zanim zacznie tracić zdolność do pochłaniania uranu. Teraz ma przyjść pora na testy w terenie, czyli w środowisku naturalnym. Dzięki temu naukowcy przekonają się, czy ich materiał jest odporny na mikrobiologiczne zanieczyszczenia. Poza tym, będzie można ocenić, czy przepływ wody będzie odpowiedni do prowadzenia filtracji – jeśli pojawi się konieczność mechanicznego pompowania tej wody, to może się okazać, że ilość potrzebnej do tego energii przewyższa tę produkowaną z zebranego uranu.