Trung Quốc: Đột phá công nghệ khai thác uranium từ nước biển

Trung tâm Khoa học Biên giới về Đồng vị Hiếm của Đại học Lan Châu đã phát triển công nghệ giúp tăng hiệu suất tách uranium và vanadi lên gấp 40 lần. Công nghệ mới có thể chọn lọc thu giữ ion uranium hiệu quả hơn nhiều so với trước đây.

Vật liệu chủ chốt được phát triển là cấu trúc khung kim loại - hữu cơ (MOFs), nổi bật nhờ diện tích bề mặt lớn và khả năng điều chỉnh linh hoạt. Tuy nhiên, MOFs truyền thống gặp khó khăn trong việc duy trì mật độ hoạt tính cao. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã tích hợp phân tử diphenylethylene (DAE), giúp điều chỉnh kích thước lỗ hấp thụ dưới tia cực tím.

Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu mới có khả năng hấp thụ uranium lên tới 588 mg/g và tỷ lệ phân tách uranium/vanadi đạt 215, vượt xa các vật liệu trước đó.

Khi Trung Quốc mở rộng hạ tầng năng lượng hạt nhân và tăng công suất điện, nhu cầu về uranium cũng gia tăng. Năm 2024, Trung Quốc nhập khẩu khoảng 13.000 tấn uranium tự nhiên, trong khi sản lượng khai thác trong nước chỉ khoảng 1.700 tấn. Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) ước tính, nhu cầu uranium của Trung Quốc có thể vượt 40.000 tấn vào năm 2040.

Khi tham vọng hạt nhân của Trung Quốc tăng vọt, quốc gia này đối mặt với tình trạng thiếu hụt uranium nghiêm trọng. (Ảnh minh họa)

Trước thực trạng nguồn khai thác trong nước không đáp ứng được nhu cầu, các nhà khoa học Trung Quốc chuyển hướng nghiên cứu khai thác uranium từ đại dương. Theo ước tính, đại dương chứa lượng uranium nhiều gấp 1.000 lần so với đất liền — tương đương khoảng 4,5 tỷ tấn.

Tuy nhiên, việc khai thác không hề dễ dàng. Nồng độ kim loại nặng trong nước biển rất thấp — chỉ khoảng 3,3 mg mỗi tấn nước biển. Ngoài ra, sự hiện diện của nguyên tố vanadi trong nước biển, có đặc tính hóa học tương tự uranium, càng làm cho quá trình tách chiết trở nên phức tạp.

Bởi vậy, nghiên cứu của Trung tâm Khoa học Biên giới về Đồng vị Hiếm của Đại học Lan Châu nếu được áp dụng rộng rãi, công nghệ này có thể giúp Trung Quốc bảo đảm nguồn cung uranium bền vững và độc lập.

Từ thập niên 1980-1990, Nhật Bản là nước đi đầu trong công nghệ khai thác uranium từ biển, khi chiết xuất được 1 kg uranium từ các thử nghiệm thực địa quy mô lớn.

Năm 2019, Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc thành lập Liên minh Đổi mới Công nghệ Khai thác Uranium từ nước biển với 14 viện nghiên cứu trong nước. Trung Quốc cũng đặt mục tiêu giai đoạn 2021–2025 tái lập thành tựu của Nhật Bản; đến năm 2035 xây dựng nhà máy trình diễn quy mô lớn và tiến tới sản xuất công nghiệp liên tục vào năm 2050.

Thanh Trà (Nguồn: Interesting Engineering)