Công nghệ Trung Quốc khiến thế giới ngỡ ngàng: Lọc nước biển lấy nhiên liệu sản xuất điện sạch, hiệu suất cao gấp 40 lần, đặt mục tiêu phá kỷ lục của Nhật Bản

Trung Quốc đang đẩy mạnh khai thác uranium từ nước biển nhằm đáp ứng nhu cầu 40.000 tấn vào năm 2040.

Năm 2024, Trung Quốc nhập khẩu 13.000 tấn uranium tự nhiên, trong khi sản lượng khai thác trong nước chỉ đạt khoảng 1.700 tấn.

Do các mỏ uranium trong nước không đủ đáp ứng nhu cầu, các nhà khoa học Trung Quốc đã hướng sự chú ý đến đại dương. Họ ước tính nước biển chứa khoảng 4,5 tỷ tấn uranium, gấp 1.000 lần trữ lượng uranium trong lòng đất.

Tuy nhiên, nồng độ uranium trong nước biển rất thấp, chỉ khoảng 3,3 mg trên 1 tấn. Ngoài ra, nước biển còn chứa vanadi - một nguyên tố có tính chất hóa học tương tự uranium. Vanadi trở thành một thách thức vì hai chất này cần phải được phân loại, khiến quá trình tách chiết thêm phức tạp. 

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Tiên phong về Đồng vị Hiếm thuộc Đại học Lanzhou đã phát triển một công nghệ giúp tăng gấp đôi khả năng hấp phụ uranium và cải thiện hiệu suất tách uranium khỏi vanadi lên gấp 40 lần.

Nếu được ứng dụng ở quy mô lớn, công nghệ này có thể giúp Trung Quốc đảm bảo nguồn cung uranium bền vững trong tương lai.

Công trình nghiên cứu do Giáo sư Pan Duoqiang đứng đầu đã được công bố trên tạp chí quốc tế Nature Communications ngày 10/3. 

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng khung cơ kim (MOF), một phân lớp của polyme lai giữa vô cơ và hữu cơ có thể tùy chỉnh cấu trúc linh hoạt. So với các vật liệu hấp phụ truyền thống, MOF có diện tích bề mặt lớn, đa dạng về chức năng, giúp tối ưu hóa khả năng tách uranium.

Tuy nhiên, việc sử dụng MOF hiện có cũng có những nhược điểm. Thiết kế cấu trúc – hoạt động quá chính xác của MOF thường dẫn đến giảm diện tích bề mặt và mật độ các vị trí hấp phụ.

Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp phân tử diphenylethylene (DAE) vào vật liệu MOF, cho phép vật liệu này thay đổi kích thước lỗ rỗng dưới tác động của tia cực tím.

Khi thử nghiệm trong nước biển mô phỏng và nước biển thực tế, vật liệu mới này đạt khả năng hấp phụ uranium 588 mg/g và hệ số tách uranium – vanadi lên tới 215, vượt xa các phương pháp trước đây. 

Giáo sư Pan khẳng định công nghệ này mở ra một giải pháp thực tiễn cho việc khai thác uranium từ nước biển, đánh dấu bước tiến quan trọng của Trung Quốc trong lĩnh vực này.

Trước đây, Nhật Bản là quốc gia tiên phong trong khai thác uranium từ nước biển. Quốc gia này từng thu được 1 kg uranium cô đặc (yellowcake) trong các thí nghiệm từ thập niên 1980-1990, mức cao nhất từng được ghi nhận. 

Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), nhu cầu uranium của Trung Quốc dự kiến sẽ vượt 40.000 tấn vào năm 2040. Điều này khiến việc khai thác từ nước biển trở nên cần thiết hơn bao giờ hết.

Tháng 11/2019, Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc (CNNC) đã hợp tác với 14 viện nghiên cứu trong nước để thành lập Liên minh Đổi mới Công nghệ Khai thác Uranium từ Nước Biển.

Liên minh này đặt mục tiêu trong 30 năm tới sẽ đưa công nghệ vào khai thác quy mô công nghiệp. Giai đoạn 2021-2025, Trung Quốc đặt mục tiêu đạt sản lượng thử nghiệm 1 kg uranium, ngang bằng với kỷ lục của Nhật Bản.

Đến năm 2035, Trung Quốc sẽ tiến tới xây dựng nhà máy thử nghiệm quy mô hàng tấn. Đến năm 2050, liên minh sẽ triển khai sản xuất công nghiệp liên tục. Nếu kế hoạch thành công, Trung Quốc có thể giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhập khẩu uranium và đảm bảo nguồn năng lượng hạt nhân bền vững trong tương lai.

Theo SCMP