中国真挖到“宝”了:海水里藏45亿吨铀

科学旅行号 · 经八阕原文

你知道中国最缺的战略资源是什么吗?

不是石油,不是天然气,也不是芯片,而是铀。

铀是什么?就是造原子弹、造核电站的那种放射性金属。中国的铀矿资源非常贫乏,已探明的铀储量只有几十万吨,而且品位低、开采难,远远不够用。

中国的核电站每年需要大量的铀,大部分都要靠进口,对外依存度超过70%。

这就意味着,中国的核能发展,被别人卡着脖子。如果人家不卖铀给我们,我们的核电站就得停转,我们的原子弹就没法造,国家安全就会受到威胁。

但是最近,中国科学家宣布了一个重大突破:我们掌握了从海水里提取铀的技术!海水里藏着多少铀呢?

说出来你可能不信,大约有45亿吨,是陆地铀储量的几千倍!如果这些铀都能提取出来,中国就再也不用怕被卡脖子了,核能发展就有了取之不尽的原料。

更厉害的是,海水提铀这个难题,美国研究了70年都没搞定,中国却率先突破了。今天我给你好好说说,海水提铀到底是怎么回事,中国是怎么突破的,这个突破对中国意味着什么。

先说说为什么要从海水里提铀。

刚才说了,中国的陆地铀矿资源非常贫乏。全世界的铀矿主要分布在澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯、纳米比亚这些国家,中国的铀储量只占全球的很小一部分,而且品位低,开采成本高。

随着中国核能的快速发展,对铀的需求越来越大。现在中国有几十座核电站在运行,每年需要消耗大约1万吨铀,而且这个数字还在快速增长。预计到2030年,中国每年需要的铀将超过2万吨,到2050年可能超过5万吨。

这么多铀,靠国内的铀矿根本不够,大部分都要进口。而铀这种东西,是战略物资,不是你想买就能买的。

国际铀市场被少数几个国家和公司控制着,价格波动大,供应不稳定,而且还可能受到政治因素的影响。如果哪天人家不卖了,或者涨价了,中国的核能发展就会受到严重影响。

所以,中国必须找到新的铀来源,摆脱对进口的依赖。而海水,就是一个巨大的铀库。

海水里有多少铀呢?根据科学家的测算,海水中铀的浓度大约是每升3微克,也就是每吨海水里有3毫克铀。看起来很少,但是海水太多了,全球海水总量大约是13.7亿立方千米,算下来,海水中的铀总量大约是45亿吨。

45亿吨是什么概念?现在全球每年消耗的铀大约是7万吨,45亿吨够用6万多年!就算中国每年用5万吨,也够用9万年!这简直就是取之不尽、用之不竭的铀矿。

而且,海水里的铀是可再生的。因为陆地上的铀会随着河流不断流入海洋,海水中的铀浓度保持着动态平衡。你从海水里提取了铀,河流又会带来新的铀,所以海水里的铀是永远提取不完的。

既然海水里有这么多铀,为什么以前不提取呢?因为太难了。海水提铀的难点在哪里?主要有三个。

第一个难点,浓度太低了。每吨海水里只有3毫克铀,也就是说,要提取1公斤铀,需要处理30多万吨海水!

30多万吨海水是什么概念?相当于一个标准游泳池的水量的100多倍。要处理这么多海水,需要巨大的设备和大量的能源,成本高得离谱。

打个比方,这就像在一个巨大的游泳池里,撒了一把盐,然后让你把这把盐从水里捞出来。盐已经溶解在水里了,跟水混在一起,你怎么捞?难度可想而知。

第二个难点,杂质太多了。海水里不只有铀,还有很多其他元素,比如钠、镁、钙、钾、氯等等,这些元素的浓度比铀高几百万倍甚至几亿倍。要从这么多杂质中,把含量极低的铀单独提取出来,就像大海捞针一样,非常困难。

而且,海水中的铀是以络合物的形式存在的,化学性质很稳定,不容易跟其他物质反应,要把它从海水中分离出来,需要特殊的材料和技术。

第三个难点,成本太高了。因为浓度低、杂质多,提取铀需要处理大量的海水,需要特殊的吸附材料,需要复杂的工艺流程,所以成本非常高。

早期的海水提铀技术,提取1公斤铀的成本是陆地铀的几十倍甚至上百倍,根本没有商业价值。

就是因为这三个难点,海水提铀一直是一个世界性难题。美国从上个世纪50年代就开始研究海水提铀,研究了70年,投入了大量的人力物力,但是一直没有取得实质性突破,成本始终降不下来,离商业化应用还差得远。

日本、英国、法国等国家也研究了几十年,同样没有突破。海水提铀,似乎成了一个不可能完成的任务。

但是,中国科学家不信这个邪。经过多年的艰苦攻关,中国终于在海水提铀技术上取得了重大突破,而且是世界领先的突破。

中国是怎么突破的呢?关键在于一种新型的吸附材料。

海水提铀的主流方法是吸附法,就是用一种特殊的材料,放到海水里,让这种材料把海水中的铀吸附到自己身上,然后再把铀从材料上洗脱下来,就得到了铀。这种吸附材料的性能,直接决定了海水提铀的效率和成本。

以前的吸附材料,吸附能力弱,选择性差,用不了几次就失效了,所以成本很高。

中国科学家研发出了一种新型的吸附材料,叫"偕胺肟基功能化纤维"。这个名字听起来很专业,你不用记,你只要知道,这种材料的吸附能力特别强,选择性特别好,使用寿命特别长就行了。

具体来说,这种新型材料的吸附能力,是传统材料的好几倍;它能在大量杂质中,专门吸附铀,不吸附其他元素;而且它能反复使用,用几十次都不失效。这样一来,提取铀的效率大大提高,成本大大降低。

除了吸附材料,中国科学家还研发了一整套海水提铀的工艺流程,包括吸附材料的制备、海水吸附、铀的洗脱、浓缩纯化等等,每一个环节都进行了优化,大大提高了效率,降低了成本。

中国的海水提铀技术,现在达到了什么水平呢?

根据公开的信息,中国已经在南海进行了海水提铀的海上试验,成功地从海水中提取到了铀,而且提取成本已经大幅下降,虽然还比陆地铀高,但是已经降到了可以接受的范围,离商业化应用不远了。

而且,中国的海水提铀技术还在快速进步,吸附材料的性能还在不断提高,成本还在不断下降。预计在不久的将来,中国的海水提铀成本就能降到跟陆地铀相当的水平,到那时候,海水提铀就可以大规模商业化应用了。

这个突破对中国意味着什么?意义太重大了。

第一,保障国家能源安全。中国的核能发展,最大的瓶颈就是铀资源。

如果海水提铀技术成熟了,中国就有了取之不尽的铀来源,再也不用靠进口,再也不怕被卡脖子了。中国的核能就能放心大胆地发展,核电站想建多少建多少,能源安全就有了坚实的保障。

第二,助力实现碳中和。中国要在2060年实现碳中和,核能是必不可少的清洁能源。

核能不排放二氧化碳,发电效率高,供电稳定,是替代煤炭、石油等化石能源的重要选择。有了海水提铀技术,中国的核能就能大规模发展,就能更快地实现碳中和目标。

第三,提升国际话语权。现在全球的铀资源和铀市场,被少数几个国家控制着。

如果中国掌握了海水提铀技术,就打破了这种垄断,中国在国际铀市场上的话语权就会大大增强。而且,中国还可以把海水提铀技术出口到其他缺铀的国家,赚取外汇,提升国际影响力。

第四,带动相关产业发展。海水提铀是一个高技术产业,涉及材料、化工、海洋工程、自动化等多个领域。

来源:科学旅行号(经八阕转载) · 查看原文
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