Đại dương có 4,5 tỷ tấn “vàng biển” nhưng chưa ai vớt nổi, Trung Quốc có đột phá, sắp kéo lên sử dụng?

Cuộc đua khai thác uranium – nhiên liệu quan trọng cho các lò phản ứng hạt nhân – từ nước biển vẫn tiếp tục. Và Trung Quốc không nằm ngoài cuộc đua đó.

Khi thế giới đang tìm kiếm các giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, năng lượng hạt nhân đang nổi lên như một phương pháp đáng tin cậy để hỗ trợ lưới điện, đặc biệt trong thời kỳ các nguồn tái tạo như gió và Mặt trời không đủ. Trong khi phản ứng tổng hợp hạt nhân vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, phản ứng phân hạch hạt nhân vẫn là một phương pháp tiếp cận ổn định và có thể mở rộng để sản xuất điện.

Phản ứng phân hạch hạt nhân liên quan đến việc giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt khi một nguyên tử nặng hơn bị tách thành những nguyên tử nhỏ hơn. Quá trình này có thể được chuyển đổi thành điện năng, cung cấp giải pháp xử lý tình trạng thiếu hụt năng lượng tái tạo.

Uranium, một nguyên tố tự nhiên không ổn định, là lựa chọn ưu tiên làm nhiên liệu cho các nhà máy phân hạch hạt nhân và thường được chiết xuất từ nhiều mỏ quặng (trên cạn) khác nhau trên toàn thế giới.

Việc phát hiện uranium có rất nhiều trong nước biển đang trở thành tâm điểm nghiên cứu của giới khoa học toàn cầu nhằm chiết xuất uranium nhanh chóng, hiệu quả.

Mới đây nhất, Cosmos Magazine thông tin, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Sư phạm Đông Bắc ở Trung Quốc đã đạt được bước đột phá quan trọng trong việc tách uranium ra khỏi nước biển.

Phương pháp của họ, sử dụng điện cực, mất 24 ngày để chiết xuất được 12,6 miligam chất chứa uranium trên mỗi gam nước biển tự nhiên.

Theo nghiên cứu mô tả trong một bài báo đăng trên ACS Central Science của các nhà khoa học thuộc Đại học Sư phạm Đông Bắc, trữ lượng uranium trong nước biển trên toàn thế giới ước tính là 4,5 tỷ tấn, gấp gần 1.000 lần so với trữ lượng uranium trên mặt đất.

Tuy nhiên, uranium trong nước biển hiện diện ở nồng độ cực kỳ thấp – khoảng 3 phần tỷ. Chưa kể, bên cạnh uranium, nước biển còn có sự hiện diện của hàng chục nguyên tố khác, như natri và magie, khiến việc phân tách rất khó khăn.

Dẫu vậy, tiềm năng khai thác uranium trong nước biển hứa hẹn đến mức nhiều nhà khoa học, nghiên cứu trên toàn thế giới đang ngày đêm tìm ra cách để chiết xuất nó.

Hai tháng trước, các nhà nghiên cứu Úc tuyên bố họ đã tìm thấy một chất có thể phản ứng và bám vào uranium trong nước biển.

Nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học Trung Quốc sử dụng một kỹ thuật khác: Điện hóa học. 

Các nhà khoa học Trung Quốc đã làm như thế nào?

Các nhà nghiên cứu, Rui Zhao và Guanshan Zhu, đã giải quyết thách thức trong việc chiết xuất các ion uranyl, dạng uranium hòa tan trong nước biển. 

Họ đã phát triển một loại vải dẻo dệt từ sợi carbon được xử lý bằng hydroxylamine hydrochloride để tạo điều kiện bổ sung các nhóm amidoxime. 

Các nhóm amidoxime này trên vải giữ lại các ion uranyl một cách hiệu quả trong quá trình chiết xuất điện hóa.

Trong thí nghiệm của họ, một tấm vải tráng phủ được dùng làm cực âm, cực dương than chì hoàn thiện mạch điện và một dòng điện chạy giữa chúng. 

Trong vài ngày, họ nhận thấy uranium màu vàng sáng hình thành trên tấm vải. Họ phát hiện ra rằng việc sử dụng điện khiến phương pháp này nhanh hơn gấp 3 lần so với việc chỉ tích lũy uranium một cách thụ động.

Sau các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm là các thử nghiệm trong nước biển từ vịnh Bột Hải, nơi các điện cực đã chiết xuất thành công 12,6 miligam uranium trên mỗi gram nước trong 24 ngày.

Trong bài báo của mình, các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho biết công trình của họ “cung cấp một chiến lược hiệu quả để khai thác uranium từ nước biển thông qua quá trình điện hóa”.

Sự thành công của phương pháp này mở ra cơ hội lớn cho thế giới khi các đại dương có thể trở thành nguồn cung cấp nhiên liệu hạt nhân đáng kể. 

Bước tiếp theo của các nhà nghiên cứu liên quan đến việc mở rộng quy mô tiếp cận của họ, có khả năng mở đường cho nguồn uranium bền vững và dồi dào hơn để sản xuất điện hạt nhân.

Nguồn: Cosmosmagazine, Wonderfulengineering