首页 > 科技动态 > 科技资讯 >内容详情

美国“海水提铀”研究进展一瞥

来源:《中核工业报》    发布时间:2014-06-03

  美国“海水提铀”研究起始于上世纪60年代,曾因一些原因而时断时续。1999年,根据总统科学与技术顾问委员会(PCAST)的提议再次启动,该研究还与日本建立了“核能联合行动计划燃料循环技术工作组”。研究项目参加单位实行国家实验室、大学和非赢利研究所“三结合”,从而实现设计、研发、实验室试验、生产、海洋试验、评估“一条龙”。

“新设计材料”铀吸附能力比传统纤维高4倍

  2013年,华人化学家、美国北卡罗来纳大学教授林文斌领导的研究人员设计了一种新材料:“金属有机骨架配位物”(MOF),其能收集通常溶在海水中的含铀离子。而尤其值得留意的是,实验室试验证实,这种材料吸附海水中潜在的核燃料的能力至少是传统纤维吸附剂的4倍。

  据美国《MIT技术评论》报道,这种新奇的材料能提供更好的方法提取溶解在海洋内巨量的铀资源,使从海水提取铀成为一种很有前景的非常规核燃料供应来源。

  据了解,全球海洋中含有的铀比陆地铀储量高近千倍,研究人员花费几十年尝试开发高效的方法提取这些铀。最重要的是开发某种提取材料和技术,以便在核反应堆铀供应变得稀缺时保证供应。可以预期今后几年,随着美国和世界科学界对这一新成果的验证和确认以及“海水提铀”研发的进一步发展,还会有更加令人振奋的科研成果转化为生产力,使“海水提铀”成为核燃料供应的“无尽”源泉。

经济成本或已“低于”陆地铀开采

  美国最新的 “海水提铀”项目取得许多共识:

  1.“海水提铀”最具挑战性,也是“回报”最高的核燃料资源研发项目;项目本身是应用科学。

  2.塑料纤维吸附剂基准技术的能源投资回报值(EROI)定义为:单位质量回收铀生产的能源/海水提铀消耗的能源。对于铀的现代“一次通过”式燃料循环,EROI约为22。因此可以肯定,随着新吸附剂的研发成功,“海水提铀”的经济合理性会更高。

  3.塑料纤维吸附剂基准技术的铀生产成本是1230美元/公斤铀(置信度95%),略高于日本的估算值(1000美元/公斤铀)。

  4.整个过程要检测经济效率和生态影响。从一些分析数据来看,“林文斌的材料”经海洋试验和整个流程评估与成本分析得到“证实”,“海水提铀”的经济成本或已“低于”陆地铀经济开采的限值,成为核燃料循环选择的重大因素。

  不是“终结”,而是新的起点

  据资料表示,海水中含约45亿吨铀,美国最新的研究成果暗示,从海水提取铀的成本已“低于”陆地开采铀成本的上限,使“一次通过”式燃料循环更具经济竞争力。这个选项的经济可行性还有待某些实验证实,以充分评价其商业可行性。如果高度相信“海水铀经济”,它会成为燃料循环选择方面的重要因素。

  综上所述,可以得出一些“大胆的想法”:“海水提铀”的能源投资回报值(EROI)和生态影响显然优于陆地铀开采,尽早把这种研究成果转化为工程实践有助于降低温室气体排放量,确保能源安全;“林文斌的材料”不是海水提铀研究的“终结”,而是新的起点。“海水提铀”材料和技术还有很大潜力,应当继续开发、挖掘。

  一直以来,日本科学家坚持“海水提铀”研究与实验,科学界对这种“坚守”非常崇敬,一直把他们的成果与实践作为“台阶”。美国在海水提铀上屡有斩获,与美国的基础科研雄厚、动员人才广泛、科研手段先进和重视办事的“程序性”有关。因此美国的科研成果转化为生产力会比较顺利,不会有很大“波折”。(作者为核电秦山联营公司退休核工程师杜铭海)

   链接:日本“海水提铀”情况

  从20世纪60年代起,日本就有大批的专家在研究海水提铀的方法,随后,美国、法国、德国、瑞典等国也有科学家加入到海水提铀的研究和试验中。对于海水提铀的研究,最重要的是在吸附剂的研制、吸附装置与工程的实施两个方面。日本是世界上第一个开发海水铀资源的国家。据资料显示,日本是一个贫铀国,铀埋藏量仅有8000吨,因此日本把目光瞄向海洋。从1960年起,日本加快研究从海水中提取铀的方法。1971年,日本试验成功了一种新的吸附剂。除了氢氧化钛之外,这种吸附剂还包括有活性碳。这种新型吸附剂1克可以吸附1毫克铀,因而用它从海水中提取铀远比从一般矿石中提取铀的成本要低得多。为此,日本已于1986年在香川县建成了年产10千克铀的海水提取厂。

   过去40年的时间里,面临的技术难题和高昂的成本一直是阻挡在“海水提铀”面前的巨大障碍,不过随着科学家在海水提铀方面不断取得的进步,一些国家正快速朝着将海洋变成铀库的道路前进,从海水中提取铀距离具有经济可行性也近了一步。

   美国、日本等发达国家一直未停止研究“海水提铀”的步伐,另外一个原因则是从海水中提取铀在环保方面具有很大优势。