Đã từ lâu, các đại dương mênh mông mang lại cho loài người biết bao là nguồn lợi cũng như lợi ích từ việc khai thác đánh bắt thủy hải sản, các mỏ dầu khí, là con đường thông thương xuyên khắp thế giới… Đối với nền công nghiệp hạt nhân, các đại dương là nguồn cung cấp nước và là nguồn tải nhiệt vô cùng quan trọng cho các nhà máy điện hạt nhân. Không dừng ở đó, các đại dương còn là một mỏ urani với trữ lượng nhiều không kém so với tổng trữ lượng urani trong lòng đất. Theo ước tính, trữ lượng urani lơ lửng trong tất cả các đại dương khoảng 4.5 tỷ tấn đủ để đáp ứng năng lượng toàn cầu trong 10000 năm tới.
Trong một thông báo gần đây, các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Northwest Paciffic (PNNL), Hoa Kỳ đã thành công trong việc sử dụng các sợi acrylic để tách được 5 gram bột urani được sử dụng để sản xuất nhiên liệu cho máy điện hạt nhân, trong một lần thử nghiệm – thành tựu này có thể mở ra nhiều cách thức để sản xuất nhiên liệu hạt nhân. Loại vật liệu này được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Idaho – dựa vào các kỹ thuật siêu tới hạn của công ty năng lượng sạch LCW với sự hỗ trợ ban đầu tới từ PNNL thông qua Văn phòng năng lượng thuộc Bộ năng lượng Hoa Kỳ. Urani trong nước biển được hấp thụ vào một phân tử mà về mặt hóa học bị giam giữ trên bề mặt của sợi polymer. Các đặc trưng của chất hấp thụ có tính thuận nghịch, có nghĩa là urani có thể được giải phóng dễ dàng và được xử lý thành loại bánh vàng, và loại vật liệu polymer này có độ bền và có thể tái sử dụng.
Năm 2011 Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã xây dựng một chương trình, với sự tham gia của nhiều trường đại học, các phòng thí nghiệm và các Viện nghiên cứu của Hoa Kỳ, để giải quyết các thách thức cơ bản về vấn đề kinh tế trong việc tách urani ra khỏi nước biển. Và chỉ 5 năm sau, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công một loại vật liệu hấp thụ mà có thể giảm giá thành của việc tách urani ra khỏi nước biển. Loại vật liệu khi đó có tên là polyethylene có khả năng giữ 5.2-6 kg urani trong 1 kg với thời gian hấp thụ từ 49 tới 56 ngày. Nhưng với loại vật liệu mới phát mình này – các sợi acrylic cho phép hấp thụ urani nhanh hơn, ba cuộc thử nghiệm riêng biệt kéo dài 1 tháng được tiến hành với nước biển lấy từ vịnh Sequim, ngay canh phòng thí nghiệm hải dương học của PNNL. Nước biển được bơm xuyên qua khoảng 1kg sợi polymer trong các điều kiện giống như ở trong môi trường đại dương. Tổng khối lượng urani thu được từ mỗi lần thử nghiệm là 5gram.
5 gram bánh vàng urani được sản xuất từ urani tách được từ nước biển (nguồn LCW)
Nhà nghiên cứu Gary Gill thuộc phòng thí nghiệm PNNL miêu tả thành tựu này như một dấu mốc quan trọng chứng tỏ rằng phương pháp này cuối cùng có thể mang lại một lựa chọn hứa hẹn về mặt kinh tế. Và ông cho rằng “Khối lượng urani thu được có vẻ không nhiều, nhưng nó thực sự có thể tăng lên.”
Chien Wai, chủ tich của LCW, cho biết loại vật liệu hấp thụ này không hề đắt và thậm chí có thể được sản xuất từ sợi rác thải. Các sợi lọc này có khả năng được sử dụng trong việc làm sạch môi trường và có thể tách các kim loại khác ra khỏi nước biển như vanadium – một kim loại đắt tiền được sử dụng trong các loại pin quy mô lớn, từ các đại dương thay vì khai thác nó từ mặt đất. Hiện nay, LCW đang tìm kiếm nguồn tài trợ cho việc tách urani, được dẫn dắt bởi PNNL, trong Vịnh Mexico. Loại vật liệu này có hiệu suất tốt hơn trong môi trường nước biển ấm hơn và tốc độ tách được kỳ vọng tăng từ 3 đến 5 lần, thậm chí có thể cải thiện tốt hơn về vấn đề kinh tế.
Video quá trình thử nghiệm vật liệu acrylic để tách urani trong nước biển (nguồn PNNL)
Nước biển trong tự nhiên có chứa urani với nồng độ khoảng 0.003 phần triệu. Mặc dù nồng độ này là khá thấp – độ phổ biến trung bình của urani trong vỏ trái đất khoảng 2.7 phần triệu và giá trị này trong các loại quặng lớn gấp nhiều. Tổng lượng urani trong các quặng có thể khai thác với chi phí lên tới 130 US/kg là khoảng 3.7 triệu tấn, trong khi đó tất cả các đại dương trên thế giới có chứa khoảng 4 tỷ tấn uraini vì thế các đại dương có thể là một nguồn urani quan trọng nếu nó được bù lại về mặt kinh tế. Hơn nữa, việc tách urani từ nước biển sẽ không gặp phải các thách thức về môi trường như việc khai thác urani từ lòng đất.
Hiện nay, các nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc và Nhật Bản cũng đang tích cực nghiên cứu các phương pháp chiết xuất urani từ nước biển. Viện Nghiên cứu Bắc Kinh, Viện Kỹ thuật Hóa chất và Luyện kim năm 2017 đã ký thỏa thuận với Bộ Khoa học và Công nghệ King Abdulaziz của Saudi Arabia để hợp tác nghiên cứu chiết xuất urani từ nước biển, với các nhà nghiên cứu Ảrập và Trung Quốc để tiến hành một cuộc điều tra kéo dài hai năm.
Đoàn Mạnh Long, Phòng Giáo vụ và Đào tạo
Biên dịch từ: http://www.world-nuclear-news.org/UF-First-yellowcake-from-seawater-for-US-team-1406187.html