بهره‌برداری از نیروی پنهان اقیانوس سوخت جدید نیروگاه‌ هسته‌ای/ استخراج اورانیوم از آب دریا

بیشتر سطح کره زمین از اقیانوس‌ها پوشیده شده و البته موجودات و گونه‌های گیاهی و جانوری فراوانی هم در آب اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند. جالب اینجاست که توده عظیم آب اقیانوس‌ها، حاوی میزان قابل توجهی یون اورانیوم نیز هست. استخراج این یون‌ها به شکل بالقوه منبع سوخت تجدید پذیری برای تولید انرژی هسته‌ای را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

در مطالعه اخیری که نتایج آن در ACS Central منتشر شده، ماده جدیدی معرفی شده که برای استخراج الکتروشیمیایی طراحی شده است. این نوآوری در جذب یون‌های اورانیوم گریزان از آب دریا در مقایسه با تکنیک‌های قبلی، موثرتر است.

راکتورهای انرژی هسته‌ای، انرژی ذخیره شده طبیعی موجود در داخل اتم را آزاد کرده و با شکافتن اتم، این انرژی را به حرارت تبدیل می‌کنند. این پروسه‌ای است که شکافت نامیده می‌شود. از همین رو اورانیوم تبدیل به عنصر مورد علاقه این پروسه شده است؛ چرا اورانیوم به هر شکلی ناپایدار و رادیواکتیو است و همین کار تفکیک و شکستن آن را آسان می‌کند.

در حال حاضر، اورانیوم از صخره‌ها و سنگ‌ها استخراج می‌شود؛ ولی ذخایر سنگ اورانیوم به شدت محدود است. در این میان، آژانس انرژی هسته‌ای تخمین زده که حدود ۴.۵ میلیارد تن اورانیوم در اقیانوس‌ها به شکل یون‌های اورانیل حل شده شناور هستند. این منابع هزار برابر بیشتر از منابع اورانیوم روی خشکی هاست.

با این وجود ثابت شده که استخراج این یون‌ها چالش برانگیز است؛ چرا که این مواد برای انجام این کار، سطح کافی برای به دام انداختن یون‌ها را ندارد. از همین رو روی ژائو، گوانگشان ژو و همکارانش به فکر ساخت یک ماده الکترود با تعداد زیادی سوراخ‌های میکروسکوپیک افتادند که از آن در جذب الکتروشیمیایی یون‌های اورانیوم از آب دریا بهره ببرند.

توسعه نوآورانه مواد الکترود

اعضای این تیم برای تولید این الکترودها، کار را با پارچه‌های انعطاف‌پذیر بافته شده از الیاف کربن آغاز کردند. آنها روی پارچه را با دو مونومر تخصی که بعد آنها را پلیمریزه کردند، پوشاندند. سپس این پارچه را به هیدروکسی آمین هیدروکلراید آغشته کردند تا گروه‌های آمیدوکسیم را به پلیمرها اضافه کنند. ساختار طبیعی و متخلخل پارچه، حفره‌های بسیار کوچکی را برای لانه کردن آمیدوکسیم‌ها ایجاد کرد و بدین‌ترتیب یون‌های اورانیل راحت‌تر به دام می‌افتند.

در جریان تحقیقات، محققان پارچه‌های پوشش داده شده را به‌عنوان کاتد در آب دریا با منابع طبیعی و یا آب دریای اورانیوم‌دار قرار دادند و اندکی آند گرافیت به آن اضافه کرده و یک جریان چرخه‌ای بین الکترودها ایجاد نمودند. با گذر زمان، رسوبات زرد روشن مبتنی بر اورانیوم روی پارچه کاتد انباشته شدند.

در این آزمایش‌ها، دانشمندان از آب دریای جمع‌آوری شده از دریای بوهای در چین استفاده کردند و الکترودها در طول ۲۴ روز، ۱۲.۶ میلی‌گرم اورانیوم به ازای هر گرم ماده فعال پوشش داده شده استخراج کردند. ظرفیت مواد پوشش داده شده، بیشتر ازسایر مواد استخراج اورانیوم آزمایش شده توسط اعضای این تیم بود. به علاوه بهره‌گیری از الکتروشیمی برای به دام انداختن یون‌ها، تقریبا سه برابر سریع‌تر از انباشته شدن آنها برروی پارچه بود.

محققان معتقدند که این اقدام، یک روش موثر برای جذب اورانیوم از آب دریاست که می‌تواند اقیانوس‌ها را به عنوان تامین کنندگان جدید سوخت هسته‌ای به دنیا معرفی کند.