一种实用的提炼铀的方法,可以在更短的时间内产生更多的铀,可以帮助使核能成为追求无碳能源未来的可行部分。
材料科学家、《自然能源》(The Nature Energy)上一篇论文的合著者王义翠(音译)说:“浓度很小,大约相当于一升水中溶解的一粒盐。”“但海洋如此广阔,如果我们能以经济高效的方式提取这些痕量,供应将是无穷无尽的。”
风能或太阳能等替代能源对于减少世界碳排放至关重要。虽然风能和太阳能的成本正在暴跌,但一些专家认为,核能仍然很重要,因为它可以在没有碳排放的情况下,根据需求的高峰期和低谷进行开启和关闭。
诺贝尔奖获得者、美国自然能源杂志(The Nature Energy)文章的合著者、诺贝尔奖获得者朱教授(John Steven Chu)表示:“我们需要核能作为通向后化石燃料时代未来的桥梁。”“海水开采给那些没有陆基铀的国家带来了安全感,因为他们知道自己会有满足能源需求的原材料。”
朱是美国前能源部长,在离开能源部(DOE)回到斯坦福大学之前,他鼓励海水提取研究。他观察到,核电目前占美国发电量的20%,占全球发电量的13%。尽管研究人员正在努力提高反应堆安全和解决废物处理问题,但他认为,需要一种从海水中提取铀的实用方法,以减少依赖核能的国家的能源不安全……。
斯坦福大学的发现建立在日本和中国多年来的研究基础上,以及美国能源部科学家在橡树岭国家实验室和太平洋西北国家实验室的研究成果。
科学家们早就知道,溶解在海水中的铀与氧化学结合,形成带正电荷的铀酰离子。提取这些铀酰离子需要将含有一种名为胺肟的化合物的塑料纤维浸入海水中。铀酰离子基本上附着在胺肟上。当线束饱和时,塑料经过化学处理以释放铀酰,然后必须进行提炼,以便在反应堆中使用,就像从矿山开采的矿石一样。
这种方法的实用性取决于三个主要变量:多少铀酰粘在纤维上;离子被捕获的速度有多快;纤维可以重复使用多少次。
在最近的工作中,斯坦福大学的研究人员在所有三个变量上都有所改进:容量、速率和重复使用。他们的关键进展是创造了一种含有碳和胺肟的导电混杂纤维。通过沿纤维向下发送电流脉冲,他们改变了混杂纤维的性质,从而可以收集更多的铀酰离子。
博士后学者刘冲负责实验室测试,将斯坦福的胺肟-碳混杂纤维与当今的胺肟纤维进行比较。首先,她测试了每种类型的纤维在达到饱和之前可以容纳多少铀酰。在这些测试中,她发现当标准的胺肟纤维已经饱和时,斯坦福的胺肟-碳混杂纤维已经吸附了9倍的铀酰,仍然没有饱和。更重要的是,带电的光纤捕捉到了..。
崔天凯说:“我们还有很多工作要做,但这些都是迈向实用化的一大步。”
朱强调,海水提取的研究必须与反应堆安全和废物处理挑战并行进行。“在本世纪的大部分时间里,我们电力的一小部分将需要来自我们可以开启和关闭的电源。我认为核能应该是这一组合的一部分,确保获得铀是无碳能源解决方案的一部分,“他说。
其他合著者包括斯坦福大学材料科学与工程系的徐宝春、金谢、赵杰、吴彤、刘伟和张劲松,以及前斯坦福大学应用物理系、现供职于哈佛大学罗兰研究所的王浩田。这项研究的资金部分来自能源部核能办公室。