Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Năng lượng Sinh học và Công nghệ Quá trình Thanh Đảo, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, phát triển vật liệu mang tên PhosCage. Cấu trúc của nó giống một miếng bọt biển ở cấp độ phân tử, chứa nhiều nhóm phosphate đóng vai trò như những "chiếc bẫy" hóa học để giữ uranium.
Trong thử nghiệm với mẫu nước biển tự nhiên, nhóm nghiên cứu thu được tối đa 50,4 mg uranium trên mỗi gram vật liệu hấp phụ. Con số này cao hơn hơn 8 lần so với mục tiêu 6 mg uranium trên mỗi gram mà Bộ Năng lượng Mỹ từng đặt ra cho các chương trình nghiên cứu trước đây.
Để thuận tiện hơn khi triển khai ngoài thực tế, nhóm tiếp tục chế tạo PhosCage thành những hạt có kích thước vài milimet. Phiên bản này có khả năng thu khoảng 22,55 mg uranium trên mỗi gram vật liệu và vẫn hoạt động sau bảy chu kỳ tái sử dụng.
Theo nhóm nghiên cứu, kết quả mở ra một hướng mới trong việc thu uranium từ nước biển, đồng thời đặt nền móng cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ có công suất lớn hơn và có thể sử dụng ở quy mô công nghiệp trong tương lai.
Kho uranium khổng lồ dưới đại dương
Công nghệ này đặc biệt đáng chú ý với Trung Quốc, nơi nhu cầu uranium tăng nhanh cùng tốc độ mở rộng điện hạt nhân.
Năm 2024, các mỏ trong nước chỉ sản xuất khoảng 1.600 tấn uranium, trong khi các lò phản ứng cần khoảng 13.000 tấn. Khoảng cách lớn khiến nước này phụ thuộc đáng kể vào nguồn uranium nhập khẩu.
Trong khi tài nguyên uranium đã biết trên đất liền của thế giới vào khoảng 7,9 triệu tấn, lượng uranium hòa tan trong các đại dương được ước tính lên tới khoảng 4,5 tỷ tấn.
Phần lớn lượng uranium này hình thành sau hàng triệu năm khi nước mưa làm xói mòn đá trên đất liền, cuốn các nguyên tố xuống sông rồi chảy ra biển.
Riêng Địa Trung Hải được ước tính chứa khoảng 12 triệu tấn uranium, đủ đáp ứng nhu cầu nhiên liệu hạt nhân hiện nay của thế giới trong khoảng 180 năm.
Vấn đề nằm ở chỗ uranium trong nước biển cực kỳ loãng.
Mỗi tấn nước biển chỉ chứa khoảng 3,3 mg uranium. Điều này có nghĩa muốn thu được một lượng uranium đáng kể, hệ thống phải xử lý khối lượng nước khổng lồ.
Uranium cũng không tồn tại đơn độc. Nước biển chứa rất nhiều nguyên tố hòa tan khác, trong đó một số có nồng độ cao hơn uranium hàng nghìn lần.
Vanadium là một trong những trở ngại lớn nhất, bởi nguyên tố này có thể bám vào cùng những vị trí hóa học vốn dùng để giữ uranium, khiến quá trình tách hai chất trở nên khó khăn.
Bài toán mà Mỹ từng theo đuổi nhiều năm
Trong nhiều năm, các phòng thí nghiệm quốc gia thuộc Bộ Năng lượng Mỹ đã nghiên cứu công nghệ thu uranium từ nước biển.
Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge từng phát triển những loại sợi đặc biệt có khả năng hấp phụ uranium, trong khi Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương thử nghiệm chúng với dòng nước biển tự nhiên tại vịnh Sequim, bang Washington.
Đến khoảng năm 2016, những vật liệu tốt nhất của Mỹ có thể thu khoảng 6 mg uranium trên mỗi gram sau thời gian dài ngâm trong nước biển.
Dù vậy, chi phí vẫn cao hơn nhiều so với khai thác uranium từ các mỏ trên đất liền. Chương trình nghiên cứu quy mô lớn của Bộ Năng lượng Mỹ sau đó kết thúc vào năm 2018.
Nhóm nghiên cứu của Trung Quốc cho biết PhosCage đã giải quyết được một phần những trở ngại kỹ thuật trước đây.
Trong các thử nghiệm chứa nhiều kim loại khác nhau, dạng hạt của vật liệu thể hiện khả năng ưu tiên giữ uranium tốt hơn các nguyên tố cạnh tranh, đặc biệt là vanadium.
Tuy nhiên, khoảng cách từ phòng thí nghiệm tới khai thác trên biển vẫn còn rất lớn.
Các nhà khoa học mới lấy nước biển ngoài khơi Thanh Đảo rồi đưa khoảng 25 lít nước qua hệ thống dòng chảy trong phòng thí nghiệm.
Vật liệu chưa được thả trực tiếp trong đại dương trong thời gian dài, nơi sóng, dòng chảy, sinh vật biển, bùn và các chất bám có thể làm giảm đáng kể hiệu suất.
Ngoài ra, 2 nghiên cứu cũng chưa đưa ra chi phí sản xuất mỗi kg uranium thu được.
Đây là yếu tố quyết định khả năng thương mại hóa, bởi một công nghệ có hiệu suất hấp phụ cao nhưng chi phí vật liệu, thu hồi và tái sử dụng quá lớn vẫn khó cạnh tranh với khai thác uranium truyền thống.
Nhóm nghiên cứu cho biết bước tiếp theo sẽ là tăng quy mô sản xuất vật liệu, thử nghiệm trong điều kiện biển thực tế và giảm tổng chi phí khai thác.
Theo SCMP
.png "2 cổ phiếu chứng khoán có thể bị loại khỏi FTSE Vietnam 30"){kind=avatar}
