中國海水提鈾重大突破，45億噸鈾礦保障能源自主

中國又在關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)重大突破，這次是海水提鈾，而且是公斤級規(guī)模，還是在真實海洋環(huán)境中完成的，含金量直接拉滿。

前不久，上海舉辦的海水提鈾學術(shù)交流會上，中核集團首次對外公布了這個消息，看上去輕描淡寫，其實是足以改變能源格局的大事件。今天就用通俗的話，給大家把這件事講明白。

首先大家要清楚，鈾這種元素，是核電發(fā)電的核心原料，也是清潔能源上游的關(guān)鍵礦產(chǎn)。和很多礦產(chǎn)一樣，中國本土的鈾資源并不豐富，目前已探明的儲量大概只有20萬噸，僅占全球總量的不到5%。

但與之相反的是，中國是全球第二大鈾消費國，消費占比高達20%。這種嚴重不對稱的供需關(guān)系，導致中國長期依賴進口鈾，對外依存度超過70%。

只不過鈾在中國的用途，95%以上都用于制造核燃料，只有少量用于科研、醫(yī)療同位素以及軍用。

這里就有個關(guān)鍵問題，根據(jù)國家原子能機構(gòu)此前的預測，2025年中國核電裝機容量要達到7000萬千瓦，到2035年有望突破1.5億千瓦，核能發(fā)電量將占到全國總發(fā)電量的10%左右。

這就意味著，未來十年，中國還會大規(guī)模建設核電站，以此推進雙碳目標，而這一切都需要大量核燃料支撐。如果鈾資源始終依賴進口，對中國核電發(fā)展來說，就像頭頂懸著一把達摩克利斯之劍，隨時可能受制于人。

所以，實現(xiàn)鈾資源自由，已經(jīng)迫在眉睫。

既然陸地鈾資源匱乏，我們就把目光投向了廣袤的大海。要知道，海水中蘊藏著大約45億噸鈾，是陸地已探明資源的數(shù)千倍，相當于全世界一萬年的核電用量。

這些鈾，是陸地巖石長期風化后，被河流沖刷溶解，最終匯入海洋形成的。而中國擁有漫長的海岸線和廣闊的海洋疆域，完全有條件依靠海水，解決鈾資源短缺的問題。

到了1970年，我們就成功從海水中提取出30克鈾，據(jù)說當時還得到了周恩來總理的高度評價。不過進入80年代后，這項研究被暫時擱置，直到21世紀隨著中國核電高速發(fā)展，研發(fā)經(jīng)費也逐步充足，海水提鈾這個課題，才被科研院所重新提上日程，開始全力攻關(guān)。

從全球范圍來看，除了中國，日本和美國也一直在研究海水提鈾。日本不用多說，本身核電發(fā)達，但陸地資源極度匱乏，只能“向大海要資源”。

美國則是在60年代就積極開展相關(guān)研究，后續(xù)一度停滯，直到2010年之后，才重新啟動相關(guān)研究，節(jié)奏和中國大致相同。

其中，日本在海水提鈾領(lǐng)域，曾經(jīng)一度領(lǐng)先。作為不能擁有核彈的國家，日本研究海水提鈾，純粹是為了支撐核電發(fā)展，投入了大量人力物力。

這里簡單說下，黃餅是核燃料產(chǎn)業(yè)鏈中的中間貯存形態(tài)，本質(zhì)就是八氧化三鈾。從這一點來說，日本是全球第一個實現(xiàn)公斤級海水提鈾的國家，我們在這個節(jié)點上，曾經(jīng)落后了40年。

不過，日本后續(xù)就很少有海水提鈾的相關(guān)報道，也沒有形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化部署，相當于暫停了腳步。

中國這次實現(xiàn)的公斤級海水提鈾，是按部就班完成的第一階段目標，后續(xù)還會逐步推進噸級、百噸級提取，有著明確的產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃，這也是我們敢說“趕日超美”的核心原因。

可能有人會問，海水提鈾既然研究了七十多年（從50年代開始），為什么一直沒實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化？核心難題有兩個：

一是鈾在海水中的濃度極低，只有大約3.3微克每升；二是海水中有大量其他金屬離子，會嚴重干擾鈾的提取，增加提取難度。

在中核集團宣布實現(xiàn)真實海洋環(huán)境提鈾之前，全球相關(guān)研究基本都停留在實驗室階段，大多用模擬海水開展實驗。

比如在去離子水中添加氯化鈉、碳酸氫鈉，或者在天然海水中額外添加鈾，盡量模擬真實海水環(huán)境，但這種模擬海水中的鈾濃度，遠比真實海水高，大多在毫克級，只能用來做技術(shù)驗證，根本反映不出真實的提取效能。

直到近些年，用純天然、無添加的真實海水開展提鈾研究，才成為行業(yè)共識，中國這次就是實現(xiàn)了這一領(lǐng)域的突破。

接下來給大家講下核心原理，海水提鈾的方法有很多，比如吸附法、溶劑萃取法、膜分離法、離子交換法、化學沉淀法等，但目前業(yè)界公認最可行、最高效的，只有吸附法。

大家要知道，鈾在海水中并不是孤立存在的，主要以碳酸鈾酰這種化合物的形態(tài)存在，這種形態(tài)非常穩(wěn)定。吸附法就是通過物理或化學手段，將其中的鈾酰離子剝離、收集起來，從而完成鈾的提取。

既然核心是吸附法，那么吸附劑的配方設計，就成了關(guān)鍵。目前行業(yè)內(nèi)的吸附材料，主要分為有機材料、無機材料、有機無機結(jié)合材料三大類。

有機材料以高分子聚合物為基體，在骨架上嫁接特定功能基團，這些基團能與鈾酰離子結(jié)合，從而將其從復雜的海水環(huán)境中分離出來。

其中，偕胺肟基團是目前海水提鈾領(lǐng)域最具代表性的設計，最早由德國在80年代發(fā)現(xiàn)，至今仍發(fā)揮著重要作用。不過有機材料也有短板，它需要抵抗海水中微生物的侵蝕，這也是目前需要攻克的難點之一。

無機材料是早期海水提鈾研究的重點，典型的有氫氧化鈦、二氧化硅基材料、碳材料、氮化碳、水滑石材料等，近些年也有不少研究成果。但無機材料選擇性差，且多為粉末狀，在海水中容易流失，所以目前已經(jīng)不是主流選擇。

有機無機結(jié)合材料，比如金屬有機框架（MOF），就是在無機框架上嫁接有機基團，同時兼顧無機材料的高孔隙率和有機材料的親和力，目前還處于優(yōu)化探索階段，暫未大規(guī)模應用。

除此之外，中國在吸附劑領(lǐng)域還有獨特突破，比如海南大學團隊研發(fā)的、與蜘蛛絲蛋白基因融合的超級優(yōu)先結(jié)合蛋白。

這種蛋白由北大早年開發(fā)的人工蛋白質(zhì)改良而來，親和力和選擇性極強，再結(jié)合蜘蛛絲蛋白的高強度優(yōu)勢，解決了原有蛋白強度差、無法在海水中穩(wěn)定存在的問題。

吸附劑收集到鈾酰離子后，還要經(jīng)過洗脫、純化、轉(zhuǎn)化等步驟，生產(chǎn)出黃餅，再進一步還原為二氧化鈾，與氫氟酸反應生成六氟化鈾。

六氟化鈾作為氣體，可通過離心操作提純，將鈾235濃度從天然鈾的0.72%提升到3%-5%，再還原成二氧化鈾粉末，添加潤滑劑后壓制成圓柱、燒結(jié)，就能得到核燃料。

最后經(jīng)過包覆、密封、焊接，制成核燃料棒，完成整個核燃料產(chǎn)業(yè)鏈的閉環(huán)。

總的來說，中國這次海水提鈾的公斤級海試成功，不是偶然，而是幾十年技術(shù)積累的結(jié)果。雖然曾經(jīng)落后日本40年，但我們一步一個腳印，不僅實現(xiàn)了突破，還制定了明確的產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃，真正朝著趕日超美、實現(xiàn)鈾資源自由的目標邁進。

未來，隨著技術(shù)不斷成熟，核電發(fā)展再也不用看別人臉色，中國的清潔能源之路，也會走得更穩(wěn)、更遠。