Новини
Видобуток урану з морської води дає невичерпне джерело атомної енергії
Навчання
Вчені всього світу напружено працюють над створенням різноманітних матеріалів і волокон, здатних економічно ефективно витягувати уран з морської води. Як було зазначено на конференції, присвяченій даній темі, вони досягли успіху. Дослідники з Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії піддали спеціальне сорбуюче уран волокно, розроблене в ORNL, впливу з боку флуоресціюючих псевдомонад (Pseudomonas fluorescens). Щоб вивчити мікроструктуру і ефекти, що виникають при взаємодії з організмами і морською водою, вчені за допомогою джерела синхротронного випромінювання Аргоннської національної лабораторії (Argonne National Laboratory) створили тривимірний рентгенівський мікротомограф. Фото - Тихоокеанська північно-західна національна лабораторія, США.
Америка, Японія і Китай борються за титул першої країни, яка зробила атомну енергію нескінченно відновлюваною. Проблема буде вирішена, як тільки стане економічно вигідним видобувати уран з морської води, бо там його запаси воістину невичерпні.
І Америка, схоже, попереду. Проривні технології, розроблені в Тихоокеанській північно-західній лабораторії (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL) і Національній лабораторії Ок-Рідж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) міністерства енергетики США, зробили виділення урану з морської води економічно ефективним, і залишилося лише одне питання: коли ми станемо використовувати морську воду, а не руду, щоб видобувати уран для атомних електростанцій?
Ядерне паливо, отримуване з урану, що міститься в світовому океані, - це невичерпне джерело атомної енергії. І справа не тільки в тому, що 4 мільярди тонн такого урану здатні протягом 100 000 років забезпечувати безперебійну роботу тисячі атомних електростанцій потужністю 1000 МВт кожна: морський уран постійно поповнюється, в силу чого атомна енергія стає такою ж нескінченною, як сонячна, водна і вітрова.
Ось новітня технологія, розроблена на основі досліджень, проведених в Японії: вкриті амідоксимом поліетиленові волокна, призначені для захоплення і зв'язування діоксиду урану з морської води (див. малюнок 1). У морській воді амідоксим притягує діоксид урану і пов'язує його з поверхнею волокнистих опліток, діаметр яких може досягати 15 сантиметрів, а довжина - декількох метрів, залежно від місця застосування (див. малюнок 2).
Потримавши приблизно місяць у морській воді, шматки оплітки піднімають на поверхню і збирають. Кислотна обробка відновлює уран у формі уранилового комплексу, регенеруючи при цьому волокна (вони здатні витримувати багаторазове використання). Щоб перетворити концентрований ураниловий комплекс на ядерне паливо, його збагачують.
Про цей технологічний процес, як і про зусилля, що робляться в усьому світі, було написано в журналі Industrial & Engineering Chemistry Research. У його спеціальному випуску, присвяченому синтезу і характеристиці уранових адсорбентів, а також їх морським випробуванням на таких об'єктах, як Лабораторія морських наук (Marine Sciences Laboratory, MSL) - підрозділ PNNL в Секімі (Sequim), штат Вашингтон, авторами більше половини з 30 статей є вчені з PNNL і ORNL.Учєні планують на місяць або близько того поміщати в море на якорях сотні відрізів екстрагуючих уран хвилювальних хвилювальників. Потім за допомогою бездротового сигналу оплітки повинні звільнятися від якорів і спливати на поверхню, де уран належить зібрати, а волокнисті оплітки знову опустити в море. Ці волокна можна розміщувати в будь-якому місці світового океану. Джерело: Енді Спроулз (Andy Sproles) з ORNL.
Гарі Гілл (Gary Gill), заступник директора Відділу прибережних наук (Coastal Sciences Division) PNNL, який координував морські випробування, зазначив: «Щоб точно оцінити, наскільки хороші матеріали, що адсорбують уран, необхідно з'ясувати, як ці адсорбенти працюють під водою на просторах морів». На додаток до морських випробувань фахівці PNNL провели оцінку довговічності адсорбента і токсичності його матеріалів, ефективності захоплення ним урану порівняно з іншими елементами, а також впливу на продуктивність адсорбенту скупчень морських організмів.
Морські випробування показали, що в природній морській воді нові волокна всього за 50 днів здатні утримати 6 грамів урану на кілограм адсорбенту. На веб-сайті Університету Теннессі, Ноксвілл, (University of Tennessee Knoxville) можна подивитися прекрасний відеоролик про видобуток урану з морської води.
Пізніше, з 19 по 22 липня, в Мерілендському університеті в Коледж-Парку (University of Maryland, College Park) відбудеться Перша міжнародна конференція з вилучення урану з морської води, де зустрінуться фахівці з усього світу.
Стівен Кунг (Stephen Kung) з Управління ядерної енергетики міністерства енергетики США (DOE's Office of Nuclear Energy) вважає, що «пошук альтернатив видобутку уранової руди є необхідним кроком у плануванні майбутнього ядерної енергетики». І технологічні досягнення PNNL і ORNL дозволили всього за п'ять років скоротити витрати на видобуток урану в чотири рази. Однак морський уран все ще коштує понад 200 доларів США за фунт U3O8, тобто вдвічі більше, ніж необхідно для того, щоб він зміг замінити уранову руду.
На щастя, вартість урану становить малу частку від вартості ядерного палива, яка, в свою чергу, становить малу частку від вартості ядерної енергії. За останні двадцять років спотові ціни на уран варіювали від 10 до 120 доларів США за фунт U3O8, в основному через зміни у сфері виробництва ядерного палива шляхом збіднення збройового урану.
Коли вартість видобутку урану з морської води впаде нижче 100 доларів за фунт, такий видобуток стане комерційно життєздатною альтернативою освоєнню нових родовищ уранової руди. Але навіть при 200 доларах США за фунт U3O8 частка морського урану у вартості 1 кВт год ядерної енергії буде незначною.
Втім, головне не це, а те, що видобуток урану з морської води робить атомну енергію нескінченно відновлюваною.
Концентрація урану в морській воді дуже низька: всього лише близько 3 частин на мільярд (3 мікрограма на літр або 0,00000045 унції на галон). Але у світовому океані дуже багато води: 300 мільйонів кубічних миль або близько 350 мільйонів трильйонів галонів (350 квінтильйонів галонів, 1324 квінтильйони літрів). Таким чином, у будь-який момент часу океан містить близько 4 мільярдів тонн урану.
Однак концентрація урану в морській воді контролюється шляхом метастабільних, або псевдорівноважних, хімічних реакцій між водою і гірськими породами Землі, що знаходяться як в океані, так і на суші. А в цих породах міститься 100 трильйонів тонн урану. Таким чином, варто витягти з морської води якусь кількість урану, як з гірських порід виклацується така ж кількість натомість, в результаті чого концентрація урану залишається колишньою. Мине мільярд років, але і за цей величезний термін людство не зможе добути стільки урану, щоб його концентрація в морській воді зменшилася, навіть якщо наш рід зуміє вижити і 100% спожитої нам енергії будуть забезпечувати атомні електростанції.
Іншими словами, морський уран практично нескінченно відновлюємо. Так само, як і сонячна енергія. Так, уран, що міститься в земній корі, строго кажучи, колись закінчиться. Але колись зникне і Сонце: зрештою воно згорить. Однак це станеться не раніше, ніж через 5 мільярдів років. Приблизно в цей же час на Землі не буде навіть вітру, бо, коли Сонце стане перетворюватися на червоний гігант, наша атмосфера випарується.
"Слово" відновлюваний ", - зазначає професор Джейсон Донєв (Jason Donev) з Університету Калгарі (University of Calgary), - в буквальному сенсі означає" новий ". Будь-який ресурс, який з часом природним чином відтворюється, наприклад, вітер або зростання біологічних організмів для біомаси або біопалива, безумовно, є відновлюваним. Відновлювана енергія означає, що енергія, яка витягується людством з природи, знову сама собою з'являється. І в даний час уран як паливо повністю відповідає даному визначенню ".
Отже, яке визначення не використовуй, сонячна, вітрова, водна та атомна енергія - все це відновимо. Пора б суспільству усвідомити даний факт і додати атомну енергію в своє портфоліо відновлюваних ресурсів.
