美國“海水提鈾”研究進展一瞥

　　美國“海水提鈾”研究起始于上世紀60年代，曾因一些原因而時斷時續。1999年，根據總統科學與技術顧問委員會(PCAST)的提議再次啟動，該研究還與日本建立了“核能聯合行動計劃燃料循環技術工作組”。研究項目參加單位實行國家實驗室、大學和非贏利研究所“三結合”，從而實現設計、研發、實驗室試驗、生產、海洋試驗、評估“一條龍”。從2010年起，30多位科學家定期聚會，到2012年底召開信息交流會2次，工作組會議6次，開辦的“專題研討班”則更多。

　　“新設計材料”鈾吸附能力比傳統纖維高4倍

　　2013年，華人化學家、美國北卡羅來納大學教授林文斌領導的研究人員設計了一種新材料：“金屬有機骨架配位物”(MOF)，其能收集通常溶在海水中的含鈾離子。而尤其值得留意的是，實驗室試驗證實，這種材料吸附海水中潛在的核燃料的能力至少是傳統纖維吸附劑的4倍。

　　據美國《MIT技術評論》報道，這種新奇的材料能提供更好的方法提取溶解在海洋內巨量的鈾資源，使從海水提取鈾成為一種很有前景的非常規核燃料供應來源。

　　美國橡樹嶺國家實驗室研究這個系統的專家科斯塔斯?特索里斯(Costas Tsouris)說，此前最先進的鈾吸附材料可重復利用幾次，每次使用，每克塑料吸附的鈾在3～4毫克，而“林文斌的材料”在實驗室內沒有其他離子競爭的條件下，每克吸附劑收集的鈾高達200多毫克。盡管“在更真實的條件下這種材料的效能如何還有待分曉，但目前的這個結果非常令人振奮”。德克薩斯大學奧斯汀分校核與輻射工程教授埃利希?施耐德(Erich Schneider)說，這種新材料“前景無量”，只因這種材料優于在類似條件下最好的可用材料的效能。林文斌也堅信，他的實驗室能夠開發這種“雜化”材料的“可調性”，解決進一步試驗可能暴露的弱點。

　　據了解，全球海洋中含有的鈾比陸地鈾儲量高近千倍，研究人員花費幾十年嘗試開發高效的方法提取這些鈾。最重要的是開發某種提取材料和技術，以便在核反應堆鈾供應變得稀缺時保證供應。可以預期今后幾年，隨著美國和世界科學界對這一新成果的驗證和確認以及“海水提鈾”研發的進一步發展，還會有更加令人振奮的科研成果轉化為生產力，使“海水提鈾”成為核燃料供應的“無盡”源泉。

　　經濟成本或已“低于”陸地鈾開采

　　據了解，美國最新的上述“海水提鈾”研究，是美國能源部核能辦公室資助的科研項目，由橡樹嶺國家實驗室“主持”， 2010年6月首次“信息交流會”以來，項目取得許多共識：

　　1.“海水提鈾”最具挑戰性，也是“回報”最高的核燃料資源研發項目；項目本身是應用科學。

　　2.塑料纖維吸附劑基準技術的能源投資回報值(EROI)定義為：單位質量回收鈾生產的能源/海水提鈾消耗的能源。對于鈾的現代“一次通過”式燃料循環，EROI約為22。因此可以肯定，隨著新吸附劑的研發成功，“海水提鈾”的經濟合理性會更高。

　　3.塑料纖維吸附劑基準技術的鈾生產成本是1230美元/公斤鈾(置信度95%)，略高于日本的估算值(1000美元/公斤鈾)。

　　4.整個過程要檢測經濟效率和生態影響。

　　而在2012年的美國化學學會(ACS)第244屆會議和博覽會上，另一個科學家施耐德博士比較了海水提鈾與傳統的采礦方法的經濟分析。數據表明，相對1990年代日本開始的初始方法，美國能源部資助研究的新工藝技術和材料(HiCap吸附劑)現在能夠加倍地從海水中提取鈾。因而，相對日本技術的560美元/磅鈾(1230美元/公斤鈾)，生產成本下降到300美元/磅鈾(661美元/公斤鈾)。

　　而最新的“林文斌的材料”效能至少是傳統的塑料編織吸附劑的四倍，以此計算，其生產成本可降為150美元/磅鈾(330美元/公斤鈾)。這已與近25年來世界鈾市場上最高的現貨價格(137美元/磅鈾)出現“交集”，具有“里程碑”意義。

　　從一些分析數據來看，“林文斌的材料”經海洋試驗和整個流程評估與成本分析得到“證實”，“海水提鈾”的經濟成本或已“低于”陸地鈾經濟開采的限值，成為核燃料循環選擇的重大因素。

　　不是“終結”，而是新的起點

　　據資料表示，海水中含約45億噸鈾，美國最新的研究成果暗示，從海水提取鈾的成本已“低于”陸地開采鈾成本的上限，使“一次通過”式燃料循環更具經濟競爭力。這個選項的經濟可行性還有待某些實驗證實，以充分評價其商業可行性。如果高度相信“海水鈾經濟”，它會成為燃料循環選擇方面的重要因素。

　　綜上所述，可以得出一些“大膽的想法”：“海水提鈾”的能源投資回報值(EROI)和生態影響顯然優于陸地鈾開采，盡早把這種研究成果轉化為工程實踐有助于降低溫室氣體排放量，確保能源安全；“林文斌的材料”不是海水提鈾研究的“終結”，而是新的起點。“海水提鈾”材料和技術還有很大潛力，應當繼續開發、挖掘。

　　一直以來，日本科學家堅持“海水提鈾”研究與實驗，科學界對這種“堅守”非常崇敬，一直把他們的成果與實踐作為“臺階”。美國在海水提鈾上屢有斬獲，與美國的基礎科研雄厚、動員人才廣泛、科研手段先進和重視辦事的“程序性”有關。因此美國的科研成果轉化為生產力會比較順利，不會有很大“波折”。

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　　從20世紀60年代起，日本就有大批的專家在研究海水提鈾的方法，隨后，美國、法國、德國、瑞典等國也有科學家加入到海水提鈾的研究和試驗中。對于海水提鈾的研究，最重要的是在吸附劑的研制、吸附裝置與工程的實施兩個方面。日本是世界上第一個開發海水鈾資源的國家。據資料顯示，日本是一個貧鈾國，鈾埋藏量僅有8000噸，因此日本把目光瞄向海洋。從1960年起，日本加快研究從海水中提取鈾的方法。1971年，日本試驗成功了一種新的吸附劑。除了氫氧化鈦之外，這種吸附劑還包括有活性碳。這種新型吸附劑1克可以吸附1毫克鈾，因而用它從海水中提取鈾遠比從一般礦石中提取鈾的成本要低得多。為此，日本已于1986年在香川縣建成了年產10千克鈾的海水提取廠。

　　過去40年的時間里，面臨的技術難題和高昂的成本一直是阻擋在“海水提鈾”面前的巨大障礙，不過隨著科學家在海水提鈾方面不斷取得的進步，一些國家正快速朝著將海洋變成鈾庫的道路前進，從海水中提取鈾距離具有經濟可行性也近了一步。

　　美國、日本等發達國家一直未停止研究“海水提鈾”的步伐，另外一個原因則是從海水中提取鈾在環保方面具有很大優勢。