Οι χώρες που σχεδιάζουν μακροπρόθεσμες στρατηγικές καθαρής ενέργειας βλέπουν όλο και περισσότερο την πυρηνική ενέργεια ως σταθερή άγκυρα για ηλεκτρική ενέργεια χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Ωστόσο, η βιομηχανία αντιμετωπίζει ένα θεμελιώδες πρόβλημα πόρων.
Οι δυσκολίες στην εξόριξη
Τα εύκολα στην εξόρυξη αποθέματα ουρανίου συρρικνώνονται και το κόστος νέων εξερευνήσεων συνεχίζει να αυξάνεται. Αυτή η πίεση έχει αναζωπυρώσει το επιστημονικό ενδιαφέρον για την απευθείας εξαγωγή ουρανίου από το θαλασσινό νερό.
Οι ωκεανοί του κόσμου περιέχουν τεράστιες ποσότητες του στοιχείου, αλλά η αποτελεσματική εξόρυξή του παραμένει μια από τις πιο επίμονες τεχνικές προκλήσεις του τομέα. Μια νέα μελέτη επιχειρεί τώρα να σπάσει αυτό το φράγμα.
Το ουράνιο-235 τροφοδοτεί τους περισσότερους πυρηνικούς αντιδραστήρες και βρίσκεται στον πυρήνα των σχεδίων ενεργειακής μετάβασης. Ωστόσο, τα τρέχοντα χερσαία αποθέματα μπορεί να υποστηρίξουν μόνο μερικές ακόμη δεκαετίες κατανάλωσης.
Τι κρύβεται στους ωκεανούς;
Οι ωκεανοί, ωστόσο, περιέχουν σχεδόν 4,5 δισεκατομμύρια τόνους ουρανίου. Το πρόβλημα είναι ότι το ουράνιο υπάρχει στο θαλασσινό νερό σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις και ανταγωνίζεται ιόντα, μικρόβια και οργανική ύλη που προσκολλώνται σχεδόν σε όλα όσα τοποθετούνται στο νερό.
Οι ερευνητές Δρ. Xishi Tai του Πανεπιστημίου Weifang και Δρ. Zhenli Sun του Πανεπιστημίου Ηλεκτρικής Ενέργειας της Βόρειας Κίνας ξεκίνησαν να αντιμετωπίζουν αυτό το εμπόδιο. Ανέπτυξαν μια νέα οικογένεια σουλφονικών ομοιοπολικών οργανικών πλαισίων ή S-COF. Η εστίασή τους δεν ήταν μόνο στη χημεία αλλά και στο πώς τα εσωτερικά στρώματα του υλικού κάθονται μεταξύ τους.
Το κύριο σημείο είναι η ακρίβεια με την οποία διατάχθηκαν τα εσωτερικά στρώματα. Η ομάδα επικεντρώθηκε σε έναν τρόπο στοίβαξης AB. Σε αυτή τη διάταξη, οι σουλφονικές ομάδες σχηματίζουν μια τσέπη που συγκρατεί ιόντα ουρανίου μέσω συντονισμού τεσσάρων σημείων. Αυτή η δομή έρχεται σε αντίθεση με τον παραδοσιακό τρόπο στοίβαξης AA, ο οποίος προσφέρει ασθενέστερη έλξη και λιγότερο επιλεκτική σύνδεση.
Αποτελέσματα εκχύλισης που θέτουν ρεκόρ
Τα αποτελέσματα δείχνουν ένα σημαντικό άλμα απόδοσης. Τα S-COF με στοίβαξη AB εμφάνισαν συγγένεια σύνδεσης περίπου 1.000 φορές υψηλότερη από την έκδοση AA.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές δοκίμασαν το υλικό σε φυσικό θαλασσινό νερό. Σε μόλις μία ημέρα, εξήγαγαν 31,5 χιλιοστόγραμμα ουρανίου ανά γραμμάριο προσροφητικού. Κανένα προηγούμενο σύστημα δεν έχει φτάσει σε αυτό το επίπεδο. Ο Δρ. Sun τόνισε το επίτευγμα. «Αυτή είναι η υψηλότερη απόδοση που έχει αναφερθεί ποτέ για την εξόρυξη ουρανίου από φυσικό θαλασσινό νερό», είπε. Επίσης, επεσήμανε την ικανότητα του υλικού να αγνοεί ιόντα όπως το βανάδιο, τα οποία κανονικά παρεμβαίνουν στη δέσμευση ουρανίου.
Η ομάδα πιστεύει ότι αυτό το επίπεδο επιλεκτικότητας θα μπορούσε να καθοδηγήσει νέες προσεγγίσεις για την απομόνωση άλλων ιόντων σε σύνθετα περιβάλλοντα.
Πορεία προς χρήση στον πραγματικό κόσμο
Οι ερευνητές τονίζουν ότι η τεχνολογία παραμένει σε πρώιμο στάδιο. Οποιοδήποτε υλικό που χρησιμοποιείται σε πραγματικές θαλάσσιες συνθήκες πρέπει να αντέχει σε συνεχή κίνηση, έκθεση σε αλάτι και βιολογική ανάπτυξη.
Πρέπει να αναγεννάται πολλές φορές χωρίς να χάνει τη δομή του. Πρέπει επίσης να κλιμακώνεται με κόστος ανταγωνιστικό της εξόρυξης. Αυτά τα εμπόδια παραμένουν σημαντικά, αλλά η ομάδα θεωρεί την πρόοδό του ως ένα ουσιαστικό βήμα.
Ο Δρ. Tai είπε ότι οι συνεχείς βελτιώσεις είναι πιθανές. «Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, αναμένουμε να δούμε ευρύτερη χρήση έξυπνων υλικών όπως αυτά σε βιώσιμα ενεργειακά συστήματα», πρόσθεσε.
