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科技创新:从海洋中提取天然铀将使核能成为可再生能源

2024-06-25科学

核电站

美国、日本和中国正在争先恐后地通过从海水中提取铀来获得可再生核能。美国最初以能源部实验室的突破性进展引领了这项研究,但中国东北师范大学的研究人员取得了重大进展,目标‬是从海水中提取铀成为可能。

世界上有440座核反应堆,每年产生超过2500 TWh的电能,约占全球消耗量的10%,每年需‬使用约10万吨天然铀。据估计,海水中大约有40亿吨铀,如果完全提取,这种裂变材料将产生约1亿TWh。

如果全球电力消耗稳定在每年40000TWh(目前约为25000TWh),如果核能产生100%的电力,海水中的铀可以满足2500年的所有电力需求。

另外‬,我们还将使用风能、太阳能和水等可再生资源。

当前的第二代和第三代反应堆仅利用5%的燃料。正在‬研发的‬第四代反应堆能‬从燃料中提取20倍的能量‬,那么‬这个‬时间‬将‬延长‬至‬50000年。

但这还不是全部,海水中的铀通过与地壳的地球化学相互作用(淋‬滤‬)不断补充,主要是通过河流的流动。地球上约有1.4万亿吨海水,含有40亿吨铀,并且不断得到补充,从长远来看,核能的潜力是巨大的和可持续的。

自然铀

铀的提取是用吸附‬性材料进行的

例如带有酰胺‬肟‬的‬聚‬乙烯纤维,它们从海水中吸引二氧化铀。在水中放置一段时间后,将纤维收集起来并用酸处理以回收铀,纤维可‬重复‬使用‬。

中国创新了碳纤维电极,以电化学捕获铀离子,增加了捕获率‬并降低了成本。这种方法可以使从海水中提取的铀的成本具有竞争力,并且比陆上采矿更环保,因为它不需要淡水也不‬产生矿业‬废物。

目前对世界各地河流中铀平均浓度(0.3-0.6微克/升)的估计基本与代表海洋中铀浓度恒定的模型一致。

地壳的岩石含有100万亿吨铀。每次从海水中提取铀时,岩石中会‬淋‬滤‬出更多的铀来补充‬。因此,即使我们只使用核能,人类对铀的开采也不太可能在未来十亿年内显著降低海水中的总铀‬浓度。

地壳中的铀是有限的,太阳也是有限的,它将在大约50亿年内耗尽燃料。在太阳进入‬红巨星阶段,地球大气沸腾时,风也会停止。

太阳能、风能和水能‬都被视为可再生能源。一旦从海洋中提取铀具有竞争力,核能不仅应该被认为是环境可持续的,而且应该被认为是可再生的。

思考

一些解释和担忧……

为什么海水中有铀?

铀是通过从岩石中「淋‬滤」(指‬水‬通过‬土壤‬或‬岩石‬时‬,溶解‬并‬移除‬其中‬的可‬溶‬物质‬的过程‬)‬,尤其是通过河流的流动‬,进入‬海洋‬。事实上,它是目前最常见的铀提取形式,比露天开采或地下‬开采要多得多。

目前,大多数铀的提取不是在露天矿或地下矿井中进行的,而是通过淋‬滤‬,这是一种更环保的方法。

注入井将化学溶液(通常是与碳酸氢钠、过氧化氢和氧气混合的地下水)泵入含有铀矿石的土壤层中。

该溶液将地下沉积物中的铀溶解出来,然后通过生产井将其泵送回地表,并将其送到加工厂加工成黄色铀粉。

它会影响海洋动物吗?

我不这么认为。至少据我所知,铀不被用作任何海洋物种的食物。

在有地震历史的国家可以‬安装核电站吗‬?

至今为止‬世界上没‬有一座核电站因地震直接造成相当大的破坏。正因为如此,日本所有的核电站都经受住了2011年的‬大‬地震,没有出现大的问题,包括福岛核电站,它经受住了地震,但没抵御住‬随后出现‬的海啸。因此,在‬有‬地震‬记录‬的国家‬安装‬核电站‬是‬可行‬的。