鈾是核能事業發展的戰略性原材料，而陸地鈾的總儲量僅夠人類使用幾十年，海水中賦存了約40億噸鈾，是陸地儲量的近1000倍。向大海要鈾，似乎大“鈾”可爲，可現實卻是鈾來不易。

圖說：膜組件生產線及批量生產的膜組件 採訪對象供圖（下同）

好消息是，國際歐亞科學院院士、中國科學院上海高等研究院綠色化學工程技術研究與發展中心姜標研究員團隊，通過創制功能型納米膜，成功開展了千克級海水提鈾試驗。這是我國首次基於功能納米膜的最大規模海水提鈾試驗，將有效推進我國海水提鈾從“實驗室”走向“海洋”，爲海水提鈾的工程化應用提供重要的技術支持。

向大海要鈾 很難

碳達峯、碳中和背景下，核電發展駛上了“快車道”。與此同時，鈾的巨大缺口也暴露了出來——鈾年需求量將超過萬噸，而我國鈾年產量僅千噸，對外依存度很高。

海水中含有豐富的鈾資源，若能有效利用起來，足以保證核電的可持續發展。長久以來，世界各國一直致力於尋找可大規模實施的海水提鈾產業應用技術。不過，我國迄今尚未建立海水提鈾工廠。

向大海要鈾，並不容易。儘管海水中含鈾總量巨大，但濃度卻極低。據介紹，鈾在海水中主要是以三碳酸鈾酰離子的結構存在，濃度僅爲3.3微克/升。換算下來，1噸海水中只有3.3毫克鈾。再者海水中其他雜質的含量既濃且雜，還可能要面對海上的極端氣候，把這一微弱比例的鈾從海水中“撈”出來，更是難上加難。用姜標的話來說，“這就像一滴眼淚滴到了西湖，要把這滴眼淚提取出來。”

納米纖維功能膜 真棒

據介紹，世界各國對於海水提鈾技術的研發，重點都集中在以吸附材料爲核心的直接吸附提取方法的研究上。姜標團隊基於靜電紡絲技術成功製備了鈾吸附速率快、吸附容量高、離子選擇性好的納米纖維功能膜，近十年間完成了從實驗室膜片到工業膜組件的批量生產。

圖說：南海海域公斤級海試試驗

記者瞭解到，美國能源部橡樹嶺國家實驗室發展了一種新型鈾吸附劑，在海水中吸附能力爲3.94克/千克，是此前報道過的最好的吸附材料。姜標團隊研發的鈾吸附劑，模擬溶液中的吸附能力是美國這一材料的8.8倍。“一根工業膜組件有效吸附面積相當於一個足球場，實際海洋環境理想狀態下全生命週期可以提取近600克的鈾。”他介紹。

除了吸附性能好，這種納米膜的離子選擇性也不錯。團隊成員將其比成“撒網捕魚”。“納米膜對鈾離子的選擇性特別高，對海水中其他的二十多種金屬離子則不予理睬。”項目負責人之一、中科院上海研院副研究員李繼香說。

令人興奮的是，研究團隊已建成年產8萬平方米的功能納米膜生產線。2018年首次在東海海域實施了海水提鈾示範，獲得了近20克的鈾黃餅。2019年11月，在南海海域建設了納米膜公斤級海水提鈾試驗平臺以及配套洗脫平臺，完成了100餘支膜組件的投放試驗。

千克走向噸級 有望

中國海水提鈾技術創新聯盟在今年4月提出了我國海水提鈾的“成長路徑”：第一階段（2021-2025年），實現海水中提取公斤級鈾產品能力；第二階段（2026-2035年），建成海水提鈾噸級示範工程；第三階段（2036-2050年），實現海水中提取鈾產品連續生產能力。

記者獲悉，眼下制約海水提鈾發展的，是其遠高於陸地採鈾的成本。四年前，團隊從海水提鈾的成本約500美元/千克，目前可降到約150美元/千克，已經接近國際上評價鈾礦經濟性的130美元/千克。

姜標介紹，研究團隊正聯合中核集團旗下核電運行研究（上海）有限公司，完善海洋工程實施技術。“我們還在不斷提升吸附力，降低提取成本。相信再過五六年，有望與陸地採鈾的成本持平，屆時或達到‘噸級’水平。”姜標說。

新民晚報記者郜陽

來源：新民晚報