Китай активно развивает ядерную энергетику и увеличивает производство электроэнергии, что приводит к росту спроса на уран. В 2024 году Китай закупил 13 000 тонн урана, в то время как его собственное производство составило лишь 1700 тонн, согласно данным SCMP. Прогнозируется, что к 2040 году Китай будет нуждаться уже в более чем 40 000 тонн урана, согласно Международному агентству по атомной энергии.
Китай столкнулся с дефицитом урана из-за недостаточного производства на своих урановых рудниках, поэтому китайские ученые начали исследовать возможности его добычи из морской воды. Считается, что в Мировом океане запасов урановой руды в 1000 раз больше, чем на суше, что составляет около 4,5 миллиардов тонн урана.
Новаторские исследования в области морской добычи урана привели к разработке технологии научным центром Frontiers по редким изотопам Университета Ланьчжоу. Эта технология увеличивает эффективность процесса разделения урана и ванадия в 40 раз, позволяя селективно захватывать ионы урана вместо ионов ванадия. Тем не менее, проблему представляет наличие в морской воде переходного металла ванадия, который необходимо разделить от урана с использованием сложной процедуры экстракции. Концентрация тяжелых металлов в морской воде крайне низка - всего 3,3 миллиграмма на тонну.
Недавно опубликованное исследование в журнале Nature Communications, проведенное под руководством профессора Пань Дуоцяна из Центра передовых научных исследований, отмечает, что Китай может обеспечить себя устойчивым и независимым источником урана через адаптацию к массовому использованию.
Уникальный класс соединений, известных как металлоорганические каркасы (MOF), был выделен как важный элемент в исследовании. В MOF сочетаются органические и неорганические элементы, что приводит к формированию координационного полимера с высоко настраиваемой структурой, разнообразными функциями и обширной поверхностью. Благодаря этим свойствам MOF являются эффективным инструментом для селективного извлечения урана.
Профессор Пан в интервью Science and Technology Daily отметил, что использование существующих MOF сопряжено с определенными трудностями, так как чрезмерная точность соотношений между структурой и активностью может привести к уменьшению удельной площади поверхности материалов и снижению плотности активных центров.
Для решения этой проблемы исследователи внедрили в материалы MOF углеводородные молекулы дифенилэтилена (DAE), что позволяет MOF регулировать размер своих пор под воздействием ультрафиолетового света.
Превзойдя Японию, а затем и весь мир, материал DAE-MOF был протестирован в искусственной и реальной морской воде, содержащей металлы, аналогичные урану. Испытания показали, что материал DAE-MOF обладает способностью адсорбировать уран в количестве 588 мг на грамм и коэффициентом разделения урана и ванадия 215, что значительно превосходит все предыдущие материалы, протестированные как в искусственных, так и в естественных условиях морской воды.
В ходе обширных морских испытаний в 1980-х и 1990-х годах Япония вышла на лидирующие позиции в разработке технологии извлечения урана из морской воды, достигнув выделения 1 кг (2,2 фунта) жёлтого кека, или уранового концентрата, что является самым высоким показателем на сегодняшний день.
Альянс по инновационным технологиям добычи урана из морской воды с участием 14 отечественных научно-исследовательских институтов был сформирован в ноябре 2019 года государственной Китайской национальной ядерной корпорацией, которая руководит всеми аспектами отрасли.