當(dāng)今世界，在新能源發(fā)電的家族中，核能有風(fēng)能或太陽能所不及的優(yōu)點，因為風(fēng)能和太陽能完全受制于天氣，而核反應(yīng)堆根據(jù)用電的高峰期和低谷期，可以隨時開啟和關(guān)閉，完全受人類的控制。
但是，核能也有一個很大的短板，即它是不可再生的：風(fēng)能和太陽能取之不盡，用之不竭;而核電站最常見的燃料鈾，在地球上是一種有限的資源。陸地上的鈾礦資源有限，已知的鈾礦物有170多種，但具有工業(yè)開采價值的鈾礦只有二三十種，而且分布極不均勻。以目前的鈾資源消耗速率，陸地上的鈾礦儲量僅能滿足人類數(shù)十年的需求。
海水中的鈾取之不盡
不過，出乎大多數(shù)人意料的是，其實我們也可以讓核能變成取之不盡的可再生能源，因為海水中含有大量的鈾。據(jù)估算，海洋中的鈾礦儲量在45億噸以上，大約是陸地儲量的500倍，這么多鈾如果全部利用起來，足可為1000個1000兆瓦的核電站提供10萬年的燃料。更重要的是，海水中的鈾被提取之后，還會從地殼中得到源源不斷的補充。據(jù)估計，地殼中含有100萬億噸的鈾。哪怕人類在地球上存在10億年，也用不完。
如果能從海水中方便地提取鈾，那么即使是一些貧鈾國家，也可以建立自己的核電站，用核能發(fā)電，減少對煤炭的依賴。
然而，也正是因為海洋過于廣闊，這樣“一大把”鈾礦撒到海洋里，不過就像撒到大水缸里的幾粒鹽粒，一入水就消失得無影無蹤。海水中鈾的濃度很低，估計為每升3.3微克，這使得從海洋中提取鈾比從地面開采鈾要困難和昂貴得多。
從海水中提取鈾
剩下的問題是，如何從海水中以較低的成本提取鈾?
最早研究這項技術(shù)的是日本科學(xué)家。1990年代，他們使用涂有酰胺肟的聚乙烯纖維繩子來吸附海水中的鈾酰離子。這些繩子的直徑達(dá)15厘米，長度可達(dá)數(shù)米。
在海水中浸泡一個月之后，通過遠(yuǎn)程自動控制，這些繩子被拉出海面。通過酸處理，鈾酰化合物被回收。繩子清理干凈后，可以多次重復(fù)使用。然后，鈾酰化合物被濃縮，制成核燃料。測試表明，每千克繩子50天能吸附6克鈾。不過，其成本仍然是陸地開采鈾礦的兩倍。
2000年代，美國斯坦福大學(xué)的研究人員對這項技術(shù)進行了改進。他們制造了一種結(jié)合了碳和酰胺肟的導(dǎo)電混合纖維。通過向纖維發(fā)送電脈沖，他們改變了繩子的特性，從而可以收集更多的鈾離子。
過去，當(dāng)繩上的鈾酰離子吸附到一定程度就會飽和，此后繩子就不再讓海水中的鈾酰離子吸附。而研究人員用這種混合導(dǎo)電纖維在飽和之前，吸附了9倍的鈾，而且其壽命是標(biāo)準(zhǔn)酰胺肟纖維的3倍。
最近，我國的研究人員又發(fā)現(xiàn)了一個新竅門。他們模仿哺乳動物器官中血管分叉的模式，制造了一種聚合物膜，讓它上面布滿小通道，這些小通道又通向更細(xì)的分支，直到直徑只有300納米~500納米的毛細(xì)通道為止。這種材料用酰胺肟浸泡后，就能吸附鈾離子，其吸收能力是之前材料的20倍。
這種帶鈾的膜能提取水中98%的鈾，并且可以多次重復(fù)使用。這進一步降低了從海水中提取鈾的成本。
中國是個乏鈾國家，陸地已探明的鈾儲量只有17萬噸，如果未來我們希望以核能作為主要能源，每年建造6至8座的核反應(yīng)堆，到2035年每年將需要約3.5萬噸鈾，陸地鈾儲量完全無法滿足這一需求。為了滿足核能源的需求，中國正在計劃建造一座能夠從海洋中提取鈾的核電站。希望到那時，科學(xué)家能找到更加高效的海洋采鈾法。
