Морская вода как источник урана

Добыча урана из океана — путь к энергетической свободе

Опубликовано 02.03.2017 · Обновлено 03.03.2017

Давно известно, что морская вода является источником многочисленных химических элементов, в том числе и урана, необходимого для ядерной энергетики. Однако имеющиеся технологии не позволяют экономически эффективно производить извлечение микроскопических долей ценного топлива из Мирового океана. Но уже скоро ситуация может изменится. Новейшие исследования ученых из Стэнфорда сделают получение урана из океана доступным и выгодным в ближайшей перспективе.

Учитывая огромные запасы морской воды, даже микроскопическое содержание положительных ионов урана представляет собой в сумме свыше 4.5 млрд тонн ценного энергетического топлива. На данный момент этого количества достаточно для работы всех АЭС Земли непрерывно в течение 6000 лет. Но, как отмечает специалист из Стэнфорда И Цуэй, концентрация урана в океане очень мала и её можно сравнить с растворенной крупинкой соли в литре воды.

Имеющаяся в данный момент технология добычи урна из морской воды основана на использовании полиэтиленовых плетеных волокон, покрытых особым материалом (амидоксидомом), поглощающем ионы урана. Стоимость добытого таким методом 1 кг урана колеблется около 300 долларов. Научные работники из Стэнфорда предложили использовать волокна из амидоксима и кремния, проводящие электрический ток. Применение электричества позволяет значительно (до 3 раз) увеличить добычу урана, при этом волокна можно использовать повторно.

Огромные запасы урана обеспечат топливом самую перспективную на сегодня отрасль энергетики. Особенно это актуально для развития малых атомных электростанций, строительство которых начнется в ближайшие десятилетия.

Источник

Ученые рассматривают возможность получения урана и других полезных элементов из морской воды

В приключенческих повестях пираты ведут беспрестанную охоту за легендарными затонувшими сокровищами, тщательно прочесывая дно морей и океанов. Интересно, но сегодня современные ученые занимаются поиском ценностей исключительно на поверхности. Вместе с тем, морская вода в малых концентрациях имеет уран в своем составе, причем потенциальные объемы его содержания просто поражают воображение.

Многие специалисты склоняются к тому, что добыча урана и других полезных ископаемых из вод океанов является перспективным способом удовлетворения потребностей человечества в ближайшем обозримом будущем. Добыча сырья для производства электрической энергии посредством применения атомных электрических станций, занимает особенное место среди этих прогнозов.

Долгое время занимающийся изучением данного вопроса химии Робин Роджерс отмечает, что в океанической воде уран содержится в чрезвычайно низких концентрациях, однако его суммарный объем в значительной степени превышает объем всех возможных залежей урана на суше. Таким образом, прекрасный источник ядерного сырья находится в прямой досягаемости человека, и единственным останавливающим фактором до этого была высокая стоимость добычи урана из океанической воды.

С соответствующим заявлением Робин Роджерс выступил на конференции по сбору урана из морской воды от Алабамского центра экологически чистого производства.

О том, что воды океана являются настоящим кладезем всевозможных полезных элементов ученым известно давно. Попытка получения урана из океанической воды была предпринята в начала тысяча девятьсот шестидесятых годов. Исследования несколько раз приостанавливались, после чего запускались вновь, пока ученые не пришли к выводу, что из-за низкого уровня развития технологий того времени выделенный из воды уран, будет дороже добытого традиционным способом минимум в десять раз. Наиболее существенными факторами столь высокой стоимости были очень низкое содержание урана в воде океана, а также высокая стоимость эксплуатации инфраструктуры и затраты на содержание персонала.

Современные ученые убеждены, что вышеописанные проблемы могут быть частично или полностью ликвидированы, благодаря существенному технологическому росту за последнее время. Группы ученых со всего мира проводили масштабные исследования в этой области, и им удалось добиться видимых результатов.

Добыча килограмма урана из морской воды

Значительных достижений в сфере получения урана из океанической воды удалось добиться специалистам из японского института исследований в сфере атомной энергетики. Еще в две тысячи третьем году исследователи института осуществили практический эксперимент, в ходе которого в течение одного месяца ими был получен один килограмм урана из воды, забор которой осуществлялся в открытом море. Для извлечения урана было использовано большое плетение из полимерных элементов со специальным веществом, обладающим способностью к притягиванию урана. По своей структуре, сооружение японцев для получения урана представляло собой подводный лес из пластиковых элементов с экстрагентом. Стоит ли говорить, что для того времени подобный результат был обнадеживающим.

Не так давно, руководство департамента энергетики США приняло решение осуществить объединение нескольких университетов и лабораторий, расположенных в различных регионах земного шара, с одной общей целью – провести тщательное исследование в области получения урана из морской воды и сделать обоснованный прогноз, возможно ли добиться значительно более высокой экономической и практической эффективности, чем это удалось японским специалистам. Американское химическое сообщество произвело публикацию одного из результатов подобных исследований, согласно которым в возможно осуществлять добычу урана из воды, стоимость в триста долларов за полкилограмма, в то время как японские ученые добились показателя в пятьсот шестьдесят долларов за полкило.

Тем не менее, даже триста долларов за половину килограмма урана превышают стоимость урана, добытого традиционным способом, более чем в пять раз. На основании проведенных исследований департамент энергетики пришел к выводу, что на сегодняшний день добыча урана из океанической воды является экономически нецелесообразной.

Панцири креветок как материал для сети, собирающей уран

Как бы то ни было, многие ученые, среди которых Роджерс, считают, что с развитием технологий исследователям удастся сделать добычу урана более благоприятной для окружающей среды. Так, в японском эксперименте были применены полимерные составы, которые не разлагаются в естественной среде, что, по мнению экологов, недопустимо, учитывая значительное ухудшение экологии в наше время и загрязнение океана пластиковыми отходами.

В то же время компании, занимающиеся промышленным ловом крабов и креветок в Мексиканском заливе, уплачивают значительные суммы за утилизацию их панцирей и прочего мусора. Специалистам под руководством Роджерса удалось сделать из небольшого объема этого мусора уникальный материал, способный притягивать пластик также, как и использованный японскими учеными полимер. Вместе с тем, в состав разработанного материала входят различные виды тяжелого хитина – биологического материала, из которого состоят панцири членистоногих.

Однако, технология еще далека до завершения, ученные должны тщательно протестировать новый материал, ведь он должен продержаться достаточно долго, чтобы собрать необходимое количество урана из воды океана. Очевидно, что материал, разлагаемый в естественной среде, по определение не может быть столь долговечен, как и полимерный состав, устойчивый к различного рода воздействиям. Вместе с тем, альтернативный материал значительно более дешев и экологически безопасен.

Источник

Акриловая пряжа помогает добывать уран из морской воды

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в штате Вашингтон разработали новый способ добычи урана из океана. Он заключается в том, чтобы взять акриловую пряжу, пропитать ее специальным адсорбентом и опустить на время в океан. Спустя определенное время с пряжи, покрытой полимером, можно экстрагировать закись-окись U308. Из этого соединения производят топливо для ядерных реакторов.

Согласно этой схеме, добыча урана при помощи пряжи — не такое уж и сложное занятие. Проблема возникла только с поиском подходящего для этих целей адсорбента, но исследовали решили и ее.

Что касается урана, то по данным Всемирной ядерной ассоциации, его в океане в 500 раз больше, чем золота в земной коре. Сложность в том, чтобы добыть этот элемент, поскольку концентрация урансодержащих ионов составляет всего 3 мг на кубометр морской воды.

Если же научиться делать это, то учитывая размеры Мирового океана, человечеству в ходе масштабной разработки «жидких месторождений» станет доступно 4,5 миллиарда тонн урана. Этого количества хватит на 6,5 тысяч лет при условии сохранения текущего уровня потребления электроэнергии.

На прошлой неделе исследователи рассказали подробнее об открытом ими адсорбенте, который является непременным условием для добычи урана из океана. Им стал органический полимер, который обходится относительно дешево, плюс имеет способность связывать уранил-ионы.

Командой специалистов был проведен опыт, в ходе которого акриловую пряжу, предварительно вымоченную в полимере, опускали в морскую воду с имитацией слабого течения. За один месяц удалось собрать 5 грамм закись-окись U308. Немаловажно, что органический полимер оказался безопасным для обитателей океана, и это значит, что добыча урана не повлияет на состояние окружающей среды. Кроме того, другая группа ученых утверждает, что снижение уровня концентрации урана в Мировом океане не окажет негативного влияния на экосистему.

В качестве пряжи можно использовать любую акриловую ткань или просто одежду из second-hand. Ткань или пряжу можно использовать много раз, но требуется после каждого “погружения сети” выделять уран из полимера. После этого процесс можно повторить.

Источник

Добыча урана из морской воды за почти 20 лет подешевела вдвое — ученые

МОСКВА, 21 авг — РИА Новости. Самые современные технологии добычи урана из морской воды позволяют снизить затраты на один фунт топлива до 300 долларов — это почти в два раза дешевле более старых аналогов, но в шесть раз дороже «традиционного» способа, сообщили ученые в докладе, который был представлен на конференции Американского химического общества (ACS).

По разным оценкам, воды Мирового океана содержат как минимум 4 миллиарда тонн урана, что значительно больше разведанных запасов в месторождениях на суше. Однако концентрация урана в воде настолько низка, что очень высокая стоимость делает его извлечение экономически нецелесообразным.

Первые попытки добывать уран из морской воды были разработаны в Японии в конце 1990-х годов. По предложенной тогда технологии многоразовые «коврики» из синтетического волокна с соединениями, улавливающими атомы урана, погружаются в воду на 100-200 метров, а после поднятия обрабатываются слабым кислотным раствором, «собирающим» с них уран.

Эрих Шнайдер (Erich Schneider) из университета штата Техас в Остине представил экономический анализ потенциала получения урана из морской воды по сравнению с «традиционным» подходом. Шнайдер выяснил, что при использовании технологий, разрабатываемых Министерством энергетики США, общие затраты на фунт урана составят около 300 долларов — тогда как при первых попытках 10 лет назад этот показатель достигал 560 долларов.

Вместе с тем, «морской» способ получения урана все еще в пять раз дороже разработки наземных месторождений. По словам ученых, перед ними не ставится задача сделать добычу урана из воды настолько же дешевой — запасы этого элемента в Мировом океане, по их замыслу, должны служить своеобразным «резервом на черный день», призванным гарантировать, что мировая атомная отрасль в долгосрочном периоде не останется без урана.

Кроме того, ряд исследователей считают, что добыча урана из морской воды может быть более экологически безопасной, чем разработка месторождений, в ходе которой, в частности, сильно загрязняются сточные воды.

Источник

Завод по извлечению урана из морской воды

Пекин планирует построить завод по извлечению урана из морской воды через 10 лет

Китай развивает атомные электростанции, но его запасов урана хватит только на пять лет.

Китай планирует создать полностью действующий завод по добыче урана из океана примерно через десять лет, по данным ядерных властей страны.

Строительные работы могут начаться уже в 2026 году, и после завершения завод будет иметь возможность извлекать тонны урана в год из морской воды, где запасы урана, как полагают, в 1000 раз больше, чем на суше.

Китайская академия инженерной физики, которая наблюдает за разработкой ядерного оружия, возглавит проект при поддержке гражданских исследовательских институтов, таких как Китайская академия наук, согласно исследователям, проинформированным о проекте.

«Атомная промышленность — это высокотехнологичная стратегическая отрасль, важный краеугольный камень национальной безопасности. Ресурсы урана играют важную роль в поддержке системы ядерного топливного цикла », — сказал Цао Шудун, генеральный директор Китайской национальной ядерной корпорации, в статье о проекте, опубликованной в официальной газете China Energy News в понедельник.

Китаю не хватает урана, его запасы составляют всего 170 000 тонн, что меньше, чем у Франции. При нынешних темпах строительства шести-восьми ядерных реакторов в год Китаю потребуется около 35000 тонн урана в год к 2035 году, согласно официальной оценке, а это означает, что его запасы будут исчерпаны менее чем за пять лет.

Если бы это произошло, Китай зависел бы от импорта топлива. Но глобальная цепочка поставок, которая контролируется в основном западными странами, стала менее надежной из-за политической напряженности между Пекином и Западом.

Эксперты заявляют, что безопасность урана ставит под угрозу план Китая стать крупнейшим в мире производителем ядерной энергии к 2030 году.

Цель Китая — нулевой выброс углерода — сможет ли он избавиться от угольной зависимости, чтобы достичь цели 2060 года?

Технические детали того, как Китай планирует построить экстракционный завод, не разглашаются, но исследователи во всем мире добились значительного прогресса в приближении идеи к реальности.

Например, эффективность урановых абсорбирующих материалов с 1960-х годов увеличилась более чем в 30 раз, согласно недавнему исследованию ученых из Университета Цинхуа.

«Ожидается, что развитие технологии извлечения урана из морской воды станет гарантией ресурсов урана для будущего развития ядерной энергетики», — заявили профессор Е Ганг и его коллеги из Института ядерных и новых энергетических технологий в исследовании, опубликованном в журнале Университета Цинхуа. в марте.

Но Це Вэйминь, генеральный секретарь Китайского альянса инновационных технологий по добыче урана из морской воды, сказал, что многие технологические проблемы остаются.

По его словам, хотя демонстрационный завод начнет производство не позднее 2035 года, производимый на нем уран, вероятно, будет дороже, чем могут позволить себе атомные электростанции.

Официальный график устанавливает дату начала коммерческого производства в 2050 году, когда появится соответствующая термоядерная технология. Это проиходит потому, что «технология может быть такой же сложной, как искусственное солнце», — сказал Цюэ в статье, опубликованной на прошлой неделе журналом China Nuclear Industry .

Пекин поставил перед собой цель быть углеродно-нейтральный к 2060 году , а в последние месяцы ускорился процесс утверждения строительства новых атомных электростанций. Китай возвращается к ядерной энергетике на фоне роста обеспокоенности по поводу энергетической безопасности

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, нестабильны, поэтому атомные станции помогут стабилизировать национальную электросеть.

Более 70 процентов поставок урана в Китай поступает из зарубежных рудников, некоторые из крупнейших из которых находятся в Канаде а также в Австралии . Оба являются близкими союзниками США, и их дипломатические отношения с Китаем находятся в упадке.

Пекин обратился к своим соседям в Центральной Азии за природным ураном, но еще неизвестно, смогут ли эти относительно небольшие шахты способствовать росту его атомных электростанций.

Уран в морской воде существует только в следовых количествах. Радиоактивный элемент также связывается с кислородом и углеродом в довольно стабильной форме, которая не взаимодействует легко с другими химическими веществами, что чрезвычайно затрудняет извлечение урана.

Ученые Китая и других стран придумали различные решения. В настоящее время наиболее перспективным абсорбирующим материалом является амидоксим, химическое соединение, способное улавливать плавающие частицы урана. Чтобы повысить его эффективность, ученые использовали амидоксим с другими материалами, от редкоземельных элементов до белков, которые могут усилить связь.

Но стоимость технологии остается высокой. В полевых экспериментах хрупкие материалы могут быть загрязнены другими минералами морской воды, такими как ванадий.

Стоимость извлечения 1 кг (2,2 фунта) урана из океана стоит более 1000 долларов США, что более чем в 10 раз превышает цену извлечения его на суше, согласно одной оценке в статье Цинхуа.

Исследователь из Шанхайского института прикладной физики Китайской академии наук сказал, что ставка Китая на разработку технологии добычи не ограничивается ураном. Исследования также могут быть применены в других областях, таких как медицина и оборона.

«Это материаловедение на высшем уровне», — сказал исследователь, участвовавший в проекте, но попросил не называть его имени, поскольку он не уполномочен общаться со СМИ.

«Это может привести к развитию прорывных технологий, которые могут выйти далеко за рамки применения в ядерном секторе», — сказал он.

Сейчас развитие атомной энергетики в мире во многом еще сдерживается боязнью аварий, связанных с выбросами радиоактивных веществ. А различные комплексы безопасности, которыми оснащены современные энергоблоки, значительно повышают стоимость АЭС. И противоречивые требования экономики и безопасности гармонично удовлетворить было бы невозможно, если бы не реакторы на быстрых нейтронах с их уникальными ядерно-физическими свойствами (сейчас вся мировая атомная энергетика построена на реакторах на так называемых тепловых нейтронах, и только в России на Белоярской АЭС эксплуатируются два «быстрых» энергетических реактора).

Российским специалистам удалось показать, что можно так спроектировать ядерные реакторы на быстрых нейтронах, что их безопасность будет основываться на законах природы, а не на создании дополнительных инженерных барьеров и увеличении персонала. Это и есть принцип естественной безопасности, который лег в основу концепции БРЕСТа. Его конструкция исключает так называемый разгон на мгновенных нейтронах, ставший причиной аварии в Чернобыле. На БРЕСТе невозможен и фукусимский сценарий с потерей теплоносителя.

Что касается решения сырьевых задач атомной энергетики, то здесь не используется уран-235, которого в природном менее одного процента. А сочетание свойств плотного нитридного уран-плутониевого ядерного топлива и свинцового теплоносителя дает возможность работать БРЕСТу в так называемом равновесном топливном режиме: когда ядерного «горючего», плутония, нарабатывается столько, сколько «сгорает». Он в составе отработавшего ядерного топлива идет для изготовления новых партий свежего топлива для БРЕСТа, извне подпитываемых только отвальным (обедненным) ураном-238, и так по кругу. Цикл замыкается.

Российская наука продолжает традиции советской науки — в области атомной энергетики мы впереди планеты всей!

Источник