Trung Quốc vừa công bố thành tựu quan trọng trong việc khai thác uranium từ nước biển, mở ra một kỷ nguyên mới cho an ninh năng lượng và ngành điện hạt nhân.

Với công nghệ mới, Trung Quốc đã đạt được hiệu suất khai thác uranium từ nước biển cao gấp 40 lần so với các phương pháp trước, tạo ra bước đột phá đáng kể trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân.

Trung tâm Khoa học Biên giới về Đồng vị Hiếm tại Đại học Lan Châu đã phát triển một công nghệ tiên tiến giúp tăng hiệu suất tách uranium và vanadi lên gấp 40 lần so với trước, với khả năng thu giữ ion uranium cực kỳ hiệu quả.

Vật liệu then chốt được nghiên cứu là cấu trúc khung kim loại - hữu cơ (MOFs), nổi bật với diện tích bề mặt rộng lớn và khả năng tùy chỉnh linh hoạt. Tuy nhiên, MOFs truyền thống gặp vấn đề trong việc duy trì mật độ hoạt tính cao. Nhóm nghiên cứu đã bổ sung phân tử diphenylethylene (DAE) để cải thiện khả năng điều chỉnh kích thước lỗ hấp thụ dưới ánh sáng tia cực tím.

Các thử nghiệm đã chứng minh rằng vật liệu mới có khả năng hấp thụ uranium lên đến 588 mg/g, trong khi tỷ lệ phân tách uranium/vanadi đạt mức 215, vượt qua mọi chất liệu trước đây.

Khi Trung Quốc phát triển mạnh mẽ hạ tầng điện hạt nhân và gia tăng công suất, nhu cầu về uranium càng trở nên cấp thiết. Vào năm 2024, Trung Quốc sẽ nhập khẩu khoảng 13.000 tấn uranium tự nhiên, trong khi sản lượng trong nước chỉ đạt 1.700 tấn. Theo ước tính từ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), nhu cầu uranium của Trung Quốc có thể vượt quá 40.000 tấn vào năm 2040.

Để đối phó với tình trạng nguồn uranium trong nước không đủ cung cấp, các nhà khoa học Trung Quốc đã chuyển sang nghiên cứu khai thác uranium từ đại dương, nơi có chứa lượng uranium gấp 1.000 lần so với đất liền, tương đương khoảng 4,5 tỷ tấn.

Tuy nhiên, việc khai thác từ biển gặp phải thách thức lớn khi nồng độ kim loại nặng trong nước biển rất thấp — chỉ khoảng 3,3 mg mỗi tấn nước biển. Thêm vào đó, sự hiện diện của vanadi, nguyên tố có đặc tính hóa học tương tự uranium, khiến cho quá trình tách chiết càng trở nên khó khăn.

Vì vậy, nếu công nghệ khai thác uranium từ đại dương của Trung tâm Khoa học Biên giới về Đồng vị Hiếm của Đại học Lan Châu được áp dụng rộng rãi, nó sẽ giúp Trung Quốc đảm bảo một nguồn cung uranium bền vững và độc lập.

Nhật Bản là quốc gia tiên phong trong việc nghiên cứu khai thác uranium từ biển từ thập niên 1980-1990, khi họ chiết xuất thành công 1 kg uranium trong các thử nghiệm thực địa quy mô lớn.

Năm 2019, Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc đã thành lập Liên minh Đổi mới Công nghệ Khai thác Uranium từ nước biển, hợp tác với 14 viện nghiên cứu trong nước. Trung Quốc đặt mục tiêu trong giai đoạn 2021-2025 tái tạo thành tựu của Nhật Bản, xây dựng nhà máy trình diễn quy mô lớn vào năm 2035 và tiến tới sản xuất công nghiệp liên tục vào năm 2050.

Uranium là một kim loại nặng, tự nhiên có mặt trong vỏ Trái Đất, nổi bật với khả năng phóng xạ mạnh mẽ. Đặc biệt, uranium-235 có khả năng phân hạch, tức là khi bị neutron tấn công, nó sẽ tách thành hai hạt nhân nhỏ hơn và giải phóng một lượng lớn năng lượng. Chính đặc tính này làm cho uranium trở thành nhiên liệu chủ yếu trong các lò phản ứng hạt nhân để sản xuất điện.

So với nhiên liệu hóa thạch, điện hạt nhân sử dụng uranium gần như không phát thải CO₂, giúp giảm thiểu tác động đến biến đổi khí hậu. Bên cạnh đó, năng lượng từ một lượng uranium nhỏ gấp hàng triệu lần so với than hay dầu, mang lại hiệu suất cao và ổn định cho lưới điện.