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      美國“海水提鈾”研究進展一瞥

      來源:《中核工業報》    發布時間:2014-06-03

        美國“海水提鈾”研究起始于上世紀60年代,曾因一些原因而時斷時續。1999年,根據總統科學與技術顧問委員會(PCAST)的提議再次啟動,該研究還與日本建立了“核能聯合行動計劃燃料循環技術工作組”。研究項目參加單位實行國家實驗室、大學和非贏利研究所“三結合”,從而實現設計、研發、實驗室試驗、生產、海洋試驗、評估“一條龍”。

      “新設計材料”鈾吸附能力比傳統纖維高4倍

        2013年,華人化學家、美國北卡羅來納大學教授林文斌領導的研究人員設計了一種新材料:“金屬有機骨架配位物”(MOF),其能收集通常溶在海水中的含鈾離子。而尤其值得留意的是,實驗室試驗證實,這種材料吸附海水中潛在的核燃料的能力至少是傳統纖維吸附劑的4倍。

        據美國《MIT技術評論》報道,這種新奇的材料能提供更好的方法提取溶解在海洋內巨量的鈾資源,使從海水提取鈾成為一種很有前景的非常規核燃料供應來源。

        據了解,全球海洋中含有的鈾比陸地鈾儲量高近千倍,研究人員花費幾十年嘗試開發高效的方法提取這些鈾。最重要的是開發某種提取材料和技術,以便在核反應堆鈾供應變得稀缺時保證供應??梢灶A期今后幾年,隨著美國和世界科學界對這一新成果的驗證和確認以及“海水提鈾”研發的進一步發展,還會有更加令人振奮的科研成果轉化為生產力,使“海水提鈾”成為核燃料供應的“無盡”源泉。

      經濟成本或已“低于”陸地鈾開采

        美國最新的 “海水提鈾”項目取得許多共識:

        1.“海水提鈾”最具挑戰性,也是“回報”最高的核燃料資源研發項目;項目本身是應用科學。

        2.塑料纖維吸附劑基準技術的能源投資回報值(EROI)定義為:單位質量回收鈾生產的能源/海水提鈾消耗的能源。對于鈾的現代“一次通過”式燃料循環,EROI約為22。因此可以肯定,隨著新吸附劑的研發成功,“海水提鈾”的經濟合理性會更高。

        3.塑料纖維吸附劑基準技術的鈾生產成本是1230美元/公斤鈾(置信度95%),略高于日本的估算值(1000美元/公斤鈾)。

        4.整個過程要檢測經濟效率和生態影響。從一些分析數據來看,“林文斌的材料”經海洋試驗和整個流程評估與成本分析得到“證實”,“海水提鈾”的經濟成本或已“低于”陸地鈾經濟開采的限值,成為核燃料循環選擇的重大因素。

        不是“終結”,而是新的起點

        據資料表示,海水中含約45億噸鈾,美國最新的研究成果暗示,從海水提取鈾的成本已“低于”陸地開采鈾成本的上限,使“一次通過”式燃料循環更具經濟競爭力。這個選項的經濟可行性還有待某些實驗證實,以充分評價其商業可行性。如果高度相信“海水鈾經濟”,它會成為燃料循環選擇方面的重要因素。

        綜上所述,可以得出一些“大膽的想法”:“海水提鈾”的能源投資回報值(EROI)和生態影響顯然優于陸地鈾開采,盡早把這種研究成果轉化為工程實踐有助于降低溫室氣體排放量,確保能源安全;“林文斌的材料”不是海水提鈾研究的“終結”,而是新的起點?!?a href="/Search.aspx?PageId=47140ee7-0220-4848-88b2-ab62f0e41fd8&text=%e6%b5%b7%e6%b0%b4%e6%8f%90%e9%93%80" target="_blank">海水提鈾”材料和技術還有很大潛力,應當繼續開發、挖掘。

        一直以來,日本科學家堅持“海水提鈾”研究與實驗,科學界對這種“堅守”非常崇敬,一直把他們的成果與實踐作為“臺階”。美國在海水提鈾上屢有斬獲,與美國的基礎科研雄厚、動員人才廣泛、科研手段先進和重視辦事的“程序性”有關。因此美國的科研成果轉化為生產力會比較順利,不會有很大“波折”。(作者為核電秦山聯營公司退休核工程師杜銘海)

         鏈接:日本“海水提鈾”情況

        從20世紀60年代起,日本就有大批的專家在研究海水提鈾的方法,隨后,美國、法國、德國、瑞典等國也有科學家加入到海水提鈾的研究和試驗中。對于海水提鈾的研究,最重要的是在吸附劑的研制、吸附裝置與工程的實施兩個方面。日本是世界上第一個開發海水鈾資源的國家。據資料顯示,日本是一個貧鈾國,鈾埋藏量僅有8000噸,因此日本把目光瞄向海洋。從1960年起,日本加快研究從海水中提取鈾的方法。1971年,日本試驗成功了一種新的吸附劑。除了氫氧化鈦之外,這種吸附劑還包括有活性碳。這種新型吸附劑1克可以吸附1毫克鈾,因而用它從海水中提取鈾遠比從一般礦石中提取鈾的成本要低得多。為此,日本已于1986年在香川縣建成了年產10千克鈾的海水提取廠。

         過去40年的時間里,面臨的技術難題和高昂的成本一直是阻擋在“海水提鈾”面前的巨大障礙,不過隨著科學家在海水提鈾方面不斷取得的進步,一些國家正快速朝著將海洋變成鈾庫的道路前進,從海水中提取鈾距離具有經濟可行性也近了一步。

         美國、日本等發達國家一直未停止研究“海水提鈾”的步伐,另外一個原因則是從海水中提取鈾在環保方面具有很大優勢。

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