大海中的能源亟待開采

□ 張承祿

鈾，為一種銀白色金屬，是重要的天然放射性元素。人們熟知它，是因?yàn)樗蔀榱四壳白钪匾暮巳剂稀６綍r我們常說的天然鈾，指的是天然存在于自然界中的鈾。目前，全球核電站所使用的核燃料基本來源于對陸地上天然鈾礦的開采。

隨著世界核電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，全球每年所需的鈾資源量也在不斷增加。雖然根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，全球鈾資源量超過了1 500萬噸，但是，陸地已知常規(guī)天然鈾儲量，即開采成本低于每公斤130美元（通常指具有經(jīng)濟(jì)性的開采成本）的鈾礦儲量僅不超過500萬噸。有專家預(yù)計，低成本鈾礦只可供全世界現(xiàn)有規(guī)模核電站使用六七十年。

在未來的幾十年甚至更長時間后，陸地鈾資源能否充足供應(yīng)核電站運(yùn)營所需，核電站的核燃料能否從別處獲得？這成為不少核電專家一直思考和研究的問題。

隨著研究的深入，他們驚喜地發(fā)現(xiàn)，海水中存在著大量的鈾元素。因此，如何從海水中提取鈾化合物，且提取的成本能夠被各大核電運(yùn)營商所接受，便成了很多核電專家和化學(xué)家們的重要追求。

最早將目光聚焦在海水提鈾的國家之一為日本。其對鈾資源的渴望非常急迫，因?yàn)樗且粋€極其缺乏鈾資源的國家，陸地鈾資源儲量不足萬噸。

因此，從20世紀(jì)60年代起，日本就有大批的專家在研究海水提鈾的方法。隨后，美國、法國、德國、瑞典等國也有科學(xué)家加入研究隊(duì)伍中。對于海水提鈾的研究，最重要的是對吸附劑的研制、吸附裝置與工程的實(shí)施兩個方面。

海水提鈾的關(guān)鍵之處，是對吸附劑的研究。因?yàn)楹Ｋ泻櫇舛群艿停枰幚淼暮Ｋ亢艽蟆Ｈ绾翁岣咛崛〉男屎徒档吞崛〉某杀荆救Q于吸附劑的使用。因此，對吸附劑的開發(fā)，一直是海水提鈾的研究重點(diǎn)。

經(jīng)過多次試驗(yàn)，吸附劑的吸附效率不斷增加，吸附劑的種類也幾經(jīng)變遷和改變。之后，日本試驗(yàn)成功了一種新的吸附劑。此吸附劑中，除了氫氧化鈦等化學(xué)物質(zhì)外，還包括有活性碳。在實(shí)驗(yàn)研究中，這種吸附劑1克可以得到1毫克鈾，因而，這讓當(dāng)時不少日本科學(xué)家認(rèn)為，在不久的將來用它從海水中提取鈾完全可以跟從一般礦石提取鈾的成本相競爭。

1986年4月，日本在香川縣建成了年產(chǎn)10千克鈾的海水提取廠，并且制定了進(jìn)一步建造工業(yè)規(guī)模的海水提鈾工廠的計劃。

當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的海水提鈾技術(shù)就由日本研發(fā)而來。這種技術(shù)，可以將吸附劑裝入吸附柱中，把海水泵入吸附柱中，通過吸附劑和海水接觸而吸附鈾。

另一種方式則是利用辮形塑料纖維編成的墊子，墊子中放入用于捕獲鈾原子的吸附劑。將墊子掛在輪船下部，由其拖著漂浮于海面，或者使墊子懸浮在水下100多米深處。當(dāng)然，這些過程中，都要確保墊子中的吸附待吸附劑吸納了充足的鈾化物后，需要將吸附柱或者墊子從海水中取出，用溫酸溶液漂洗以獲取鈾，再經(jīng)過一次次的富集，慢慢提高鈾的濃度。

這是一個積少成多的緩慢過程，雖然吸附柱和墊子都可以重復(fù)使用多次，但不得不承認(rèn)的現(xiàn)實(shí)是，成本仍舊高于一般陸地上開發(fā)鈾礦的成本。

海水提鈾是目前最具挑戰(zhàn)性也是“回報”最高的核燃料資源研發(fā)項(xiàng)目。因?yàn)樗麄兠鎸Φ氖且粋€具有巨大鈾儲量的海洋。根據(jù)專家估計，約45億噸鈾資源分布在全世界的海洋中。

2012年8月份，美國核電科學(xué)界更是傳出消息稱，從海水中提取鈾距離具有經(jīng)濟(jì)可行性更近了一步。

當(dāng)年8月，美國費(fèi)城舉行了美國化學(xué)學(xué)會年度會議。根據(jù)此會議上公布的報告，科學(xué)家在海水提鈾方面已取得不小的進(jìn)步，目前的鈾提取技術(shù)，已經(jīng)能夠?qū)⒊杀窘档徒话耄刺崛?磅(約合0.45公斤)鈾的成本從大約560美元降至300美元。

2013年最新消息稱，華人化學(xué)家、美國北卡羅來納大學(xué)教授林文斌博士領(lǐng)導(dǎo)的研究人員設(shè)計出了一種新材料，稱“金屬有機(jī)骨架配位物”（MOF），能收集通常溶在海水中的含鈾離子。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證實(shí)，這種材料吸附人造海水中潛在的核燃料的能力至少是傳統(tǒng)纖維吸附劑的4倍。這種新奇的材料能提供更好的方法提取溶解在海洋內(nèi)巨量的鈾資源，使海水提鈾成為一種很有前景的非常規(guī)核燃料供應(yīng)來源。

種種跡象表明，美國、日本等發(fā)達(dá)國家一直未停止研究海水提鈾的步伐。更被核電科學(xué)家看重的是，從海水中提取鈾在環(huán)保方面具有很大優(yōu)勢。由于傳統(tǒng)的鈾礦開采中會產(chǎn)生具有污染的廢水，對環(huán)境產(chǎn)生破壞性等不利影響，且對礦工的健康構(gòu)成威脅。而從海水中提取鈾化物，則不存在這些問題。