Trung Quốc nhắm 'mỏ' 4,5 tỷ tấn uranium dưới biển bằng công nghệ mới, vượt mục tiêu của Mỹ hơn 8 lần

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Trung Quốc tại Thanh Đảo sử dụng một loại vật liệu mới có tên PhosCage. Đây là cấu trúc phân tử dạng xốp, chứa các nhóm phosphate có khả năng hoạt động như những “bẫy” hóa học để giữ lại uranium trong nước biển.

Theo nhóm nghiên cứu, khi thử nghiệm với các mẫu nước biển tự nhiên, vật liệu này có thể thu hồi tới 50,4 mg uranium trên mỗi g vật liệu hấp phụ. Con số này cao hơn 8 lần mục tiêu 6 mg/g mà Bộ Năng lượng Mỹ từng đặt ra.

Các nhà khoa học sau đó chế tạo PhosCage thành những hạt có kích thước khoảng vài mm, giúp vật liệu dễ triển khai và thu hồi hơn khi sử dụng ngoài đại dương. Ở dạng hạt, PhosCage thu được 22,55 mg uranium/g vật liệu và vẫn duy trì khả năng hấp phụ sau 7 chu kỳ tái sử dụng.

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Sinh học Năng lượng và Quy trình Sinh học Thanh Đảo cho biết phương pháp này mở ra một hướng mới để khai thác uranium từ nước biển, đồng thời đặt nền móng cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ có khả năng thu giữ nhiều uranium hơn và có thể được triển khai ở quy mô lớn.

Công nghệ này đặc biệt đáng chú ý đối với Trung Quốc, quốc gia đang mở rộng mạnh mẽ điện hạt nhân nhưng sản lượng uranium trong nước vẫn thấp hơn nhiều so với nhu cầu.

Theo Hiệp hội Hạt nhân Thế giới, các mỏ uranium của Trung Quốc chỉ sản xuất khoảng 1.600 tấn trong năm 2024, trong khi các lò phản ứng hạt nhân của nước này cần khoảng 13.000 tấn. Khoảng cách lớn giữa sản xuất và nhu cầu khiến Trung Quốc phụ thuộc đáng kể vào nguồn uranium nhập khẩu.

Trong khi nguồn tài nguyên uranium được biết đến trên đất liền của thế giới vào khoảng 7,9 triệu tấn, các đại dương được ước tính chứa tới 4,5 tỷ tấn. Phần lớn lượng uranium này tích tụ theo thời gian khi nước mưa cuốn uranium từ đá vào sông rồi đưa ra biển.

Riêng Địa Trung Hải được ước tính chứa khoảng 12 triệu tấn uranium, đủ đáp ứng nhu cầu nhiên liệu hạt nhân hiện tại của toàn thế giới trong khoảng 180 năm.

Tuy nhiên, biến nguồn tài nguyên khổng lồ này thành nhiên liệu thực tế là bài toán rất khó. Mỗi tấn nước biển chỉ chứa khoảng 3,3 mg uranium, đồng nghĩa cần xử lý một lượng nước khổng lồ để thu được lượng uranium đáng kể.

Hơn nữa, uranium không phải nguyên tố duy nhất tồn tại trong nước biển. Đại dương chứa hỗn hợp nhiều nguyên tố hòa tan, trong đó một số có hàm lượng cao hơn uranium rất nhiều. Đáng chú ý là vanadium, nguyên tố có thể bám vào cùng những “bẫy” hóa học với uranium, khiến quá trình phân tách trở nên phức tạp.

Các nhà khoa học Mỹ đã nghiên cứu bài toán này trong nhiều năm. Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge thuộc Bộ Năng lượng Mỹ từng phát triển các loại sợi đặc biệt có khả năng giữ uranium, trong khi Phòng thí nghiệm Quốc gia Pacific Northwest thử nghiệm chúng với dòng nước biển tự nhiên tại vịnh Sequim, bang Washington.

Đến năm 2016, những vật liệu hấp phụ tốt nhất của Mỹ có thể thu được khoảng 6 mg uranium/g vật liệu sau thời gian dài tiếp xúc với nước biển. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn có chi phí cao hơn đáng kể so với khai thác uranium trên đất liền. Sau khi chương trình kết thúc vào năm 2018, Bộ Năng lượng Mỹ phần lớn đã rút khỏi hướng nghiên cứu này.

Theo 2 nghiên cứu được công bố trên Journal of Hazardous Materials và Separation and Purification Technology, nhóm Thanh Đảo đã giải quyết được một số trở ngại quan trọng trong quá trình thu hồi uranium.

Trong các thử nghiệm có nhiều kim loại cùng tồn tại, vật liệu dạng hạt cho thấy khả năng ưu tiên hấp phụ uranium, kể cả khi so sánh với vanadium, một trong những nguyên tố khó tách khỏi uranium nhất.

Dù vậy, nghiên cứu vẫn còn những hạn chế đáng kể. Nhóm khoa học lấy nước biển ngoài khơi Thanh Đảo rồi đưa 25 lít nước qua một hệ thống dòng chảy trong phòng thí nghiệm, thay vì triển khai vật liệu trực tiếp ngoài đại dương.

Trong môi trường thực tế, sóng, dòng chảy và sinh vật biển có thể khiến quá trình thu hồi uranium trở nên khó khăn hơn nhiều.

Ngoài ra, 2 nghiên cứu chưa đưa ra mức chi phí cho lượng uranium thu hồi được. Nhóm nghiên cứu cho biết các bước tiếp theo sẽ tập trung vào mở rộng quy mô sản xuất vật liệu và giảm tổng chi phí khai thác uranium từ nước biển.

Theo SCMP