圖說：膜組件生產(chǎn)線及批量生產(chǎn)的膜組件 采訪對(duì)象供圖（下同）

好消息是，國際歐亞科學(xué)院院士、中國科學(xué)院上海高等研究院綠色化學(xué)工程技術(shù)研究與發(fā)展中心姜標(biāo)研究員團(tuán)隊(duì)，通過創(chuàng)制功能型納米膜，成功開展了千克級(jí)海水提鈾試驗(yàn)。這是我國首次基于功能納米膜的最大規(guī)模海水提鈾試驗(yàn)，將有效推進(jìn)我國海水提鈾從“實(shí)驗(yàn)室”走向“海洋”，為海水提鈾的工程化應(yīng)用提供重要的技術(shù)支持。

向大海要鈾 很難

碳達(dá)峰、碳中和背景下，核電發(fā)展駛上了“快車道”。與此同時(shí)，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(chǎn)量僅千噸，對(duì)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(xù)發(fā)展。長久以來，世界各國一直致力于尋找可大規(guī)模實(shí)施的海水提鈾產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)。不過，我國迄今尚未建立海水提鈾工廠。

向大海要鈾，并不容易。盡管海水中含鈾總量巨大，但濃度卻極低。據(jù)介紹，鈾在海水中主要是以三碳酸鈾酰離子的結(jié)構(gòu)存在，濃度僅為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(zhì)的含量既濃且雜，還可能要面對(duì)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(biāo)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(jù)介紹，世界各國對(duì)于海水提鈾技術(shù)的研發(fā)，重點(diǎn)都集中在以吸附材料為核心的直接吸附提取方法的研究上。姜標(biāo)團(tuán)隊(duì)基于靜電紡絲技術(shù)成功制備了鈾吸附速率快、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(shí)驗(yàn)室膜片到工業(yè)膜組件的批量生產(chǎn)。

圖說：南海海域公斤級(jí)海試試驗(yàn)

記者了解到，美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了一種新型鈾吸附劑，在海水中吸附能力為3.94克/千克，是此前報(bào)道過的最好的吸附材料。姜標(biāo)團(tuán)隊(duì)研發(fā)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(yè)膜組件有效吸附面積相當(dāng)于一個(gè)足球場(chǎng)，實(shí)際海洋環(huán)境理想狀態(tài)下全生命周期可以提取近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(cuò)。團(tuán)隊(duì)成員將其比成“撒網(wǎng)捕魚”。“納米膜對(duì)鈾離子的選擇性特別高，對(duì)海水中其他的二十多種金屬離子則不予理睬。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)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(tuán)隊(duì)已建成年產(chǎn)8萬平方米的功能納米膜生產(chǎn)線。2018年首次在東海海域?qū)嵤┝撕Ｋ徕櫴痉叮@得了近20克的鈾黃餅。2019年11月，在南海海域建設(shè)了納米膜公斤級(jí)海水提鈾試驗(yàn)平臺(tái)以及配套洗脫平臺(tái)，完成了100余支膜組件的投放試驗(yàn)。

千克走向噸級(jí) 有望

中國海水提鈾技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)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(shí)現(xiàn)海水中提取公斤級(jí)鈾產(chǎn)品能力；第二階段（2026-2035年），建成海水提鈾噸級(jí)示范工程；第三階段（2036-2050年），實(shí)現(xiàn)海水中提取鈾產(chǎn)品連續(xù)生產(chǎn)能力。

記者獲悉，眼下制約海水提鈾發(fā)展的，是其遠(yuǎn)高于陸地采鈾的成本。四年前，團(tuán)隊(duì)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(jīng)接近國際上評(píng)價(jià)鈾礦經(jīng)濟(jì)性的130美元/千克。

姜標(biāo)介紹，研究團(tuán)隊(duì)正聯(lián)合中核集團(tuán)旗下核電運(yùn)行研究（上海）有限公司，完善海洋工程實(shí)施技術(shù)。“我們還在不斷提升吸附力，降低提取成本。相信再過五六年，有望與陸地采鈾的成本持平，屆時(shí)或達(dá)到‘噸級(jí)’水平。”姜標(biāo)說。