趕日超美！中國海水提鈾重大突破，45億噸鈾礦保障核能戰(zhàn)略資源

2月9日，中國核能領(lǐng)域傳來震撼世界的消息——中核集團(tuán)宣布在真實海洋環(huán)境下成功實現(xiàn)海水提鈾公斤級產(chǎn)品提取。這一突破不僅破解了長期制約我國核能發(fā)展的鈾資源供應(yīng)瓶頸，同時完成“趕日超美”，含金量直接拉滿。

眾所周知，鈾元素是核裂變發(fā)電的這個原料是清潔能源的一個上游關(guān)鍵礦產(chǎn)，而跟很多關(guān)鍵能源礦產(chǎn)一樣，中國本土鈾資源其實并不算豐富。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%，且以中低品位礦為主。

而與此形成鮮明對比的是，中國又是全球第二大鈾消費(fèi)國，消費(fèi)占比高達(dá)20%，在嚴(yán)重不對稱的供需關(guān)系下，導(dǎo)致中國長期依賴進(jìn)口鈾，對外依存度高達(dá)70%以上，而鈾在中國的主要用， 95%以上都是用于核燃料。

更重要的是，當(dāng)前中國正在大力發(fā)展核電，在建核電裝機(jī)容量已突破5000萬千瓦，位居世界第一。而根據(jù)國家原子能機(jī)構(gòu)此前預(yù)測，中國核電裝機(jī)容量在2035年有望達(dá)到1.5億千瓦，其中核能發(fā)電量在全國總發(fā)電量中的占比能占到10%左右。

那么問題就來了，未來10年，中國就需要大量的核燃料來支持核電項目，如果鈾依然依賴進(jìn)口的話，對于中國的核電建設(shè)來說，無疑一把達(dá)摩克利斯之劍懸在頭頂，所以說實現(xiàn)鈾資源自由，已迫在眉睫。

就在這時，中國科研人員把目光投向了廣袤大海——海水中蘊(yùn)藏著約45億噸鈾，是陸地鈾資源的數(shù)千倍，這些鈾本身也是因陸地巖石長期風(fēng)化后，被河流沖刷溶解匯入海洋。而中國擁有漫長的海岸線和廣袤的海洋疆域，無疑具備了承擔(dān)海水提鈾的先天優(yōu)勢，大海就成了中國鈾資源自由的“希望之地”。

很多人不知道的是，中國在海水提鈾領(lǐng)域的布局，早在上世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始，彼時上海成立了海水提鈾辦公室，1967年又組建了671課題組，專門針對海水提鈾的專項研究，并且在1970年就成功提取到了30克鈾，受到了周恩來總理的高度評價。

遺憾的是，進(jìn)入80年代后，海水提鈾研究被暫時擱置，直到進(jìn)入21世紀(jì)，隨著中國核電進(jìn)入高速發(fā)展期，科研經(jīng)費(fèi)逐步充足，這一被塵封的課題才重新被科研院所提上日程，開啟了全新的攻關(guān)之路。

從全球范圍來看，除了中國以外，日本和美國是另外兩個熱衷于海水提鈾的國家，而且三國的研究節(jié)奏有著驚人的相似之處。

美國在60年代也積極開展了一段時間的海水提鈾的研究，但隨著國際地緣局勢的變化，到了后期美國也就停滯了這個項目。直到2010年之后，才重新拾起相關(guān)研究，可以說，美國在節(jié)奏上幾乎跟中國是同步的。

其中日本因為陸地資源極度匱乏，所以對“海底撈資源熱情最高，作為一個不能擁核的國家，日本在該領(lǐng)域的投入純粹是為了滿足核電發(fā)展需求，積極投入海水提鈾研究，完全屬于“為愛發(fā)電”。

據(jù)悉，日本早在80年代就完成了海水提鈾的規(guī)模化驗證，始終持續(xù)推進(jìn)相關(guān)技術(shù)研發(fā)，2000年前后更是開展了為期兩年的規(guī)模化海試，期間累計提取出約1公斤黃餅。所謂黃餅，是核燃料產(chǎn)業(yè)鏈中的核心中間貯存產(chǎn)物，本質(zhì)就是八氧化三鈾，換句話說，日本其實是真正意義上全球第一個實現(xiàn)公斤級海水提鈾的國家。

相比之下，中國在公斤級海水提鈾的節(jié)點(diǎn)上比日本落后了40年，但差距并不意味著落后，反而暗藏后發(fā)優(yōu)勢。中國實現(xiàn)的公斤級提鈾，只是按部就班達(dá)成的第一階段目標(biāo)，后續(xù)還規(guī)劃了噸級、百噸級的產(chǎn)業(yè)化路線，布局清晰、目標(biāo)明確，真正朝著“趕日超美”的方向穩(wěn)步推進(jìn)。

不過，海水提鈾絕非易事。從日本的研究道路就能看出。日本雖然率先實現(xiàn)公斤級提鈾，但幾十年來也沒有形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化部署，一方面有政策原因，但更關(guān)鍵的地方在于技術(shù)難度大。

跟很多其他元素一樣，鈾在海水中的濃度極低，僅為3.3微克每升，相當(dāng)于在1000噸海水中才能提取出約3.3克鈾，再加上海水中存在大量鈉、鎂、鈣等競爭離子，會嚴(yán)重干擾鈾的提取，進(jìn)一步增加了技術(shù)難度。

在我國集團(tuán)宣布實現(xiàn)真實海洋環(huán)境提鈾之前，全球相關(guān)研究大多局限于實驗室，主要通過模擬海水開展技術(shù)驗證。但這些模擬海水的鈾濃度大多在毫克級，遠(yuǎn)高于真實海水，無法反映技術(shù)的實際提取效能。直到近些年，基于純天然、無添加的真實海水提鈾研究，才成為全球行業(yè)共識。

中國這次走出了一條“協(xié)同攻關(guān)”的道路，牽頭成立海水提鈾技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，搭建起“強(qiáng)核心、大協(xié)作”的攻關(guān)體系，圍繞吸附材料、提取工藝、工程化應(yīng)用等核心難題持續(xù)發(fā)力，成功實現(xiàn)了這一領(lǐng)域的突破。

海水提鈾的方法有很多，類似吸附、溶劑萃取、膜分離、離子交換、化學(xué)沉淀等方法，而目前業(yè)界公認(rèn)最可行、最高效的方法，唯有吸附法。

而吸附法的關(guān)鍵就在于吸附劑的配方設(shè)計。行業(yè)內(nèi)從效率角度來看，主要就是采用化學(xué)吸附。但是傳統(tǒng)材料吸附容量低、選擇性差、循環(huán)穩(wěn)定性不足，幾大科研團(tuán)隊通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新，分別開發(fā)出共價有機(jī)框架、電化學(xué)雙極材料、生物基吸附劑等新型材料，顯著提升了鈾吸附容量和抗干擾能力。

例如，濰坊大學(xué)與華北電力大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的共價有機(jī)框架材料，通過結(jié)構(gòu)幾何與功能活性位點(diǎn)修飾，實現(xiàn)了對海水中鈾的超高提取效率。

海水提鈾需實現(xiàn)“吸附 - 解吸 - 富集 - 純化”全流程連續(xù)化運(yùn)行，同時控制成本。中國團(tuán)隊通過優(yōu)化工藝流程、開發(fā)高效解吸劑、集成自動化設(shè)備，不僅攻克了規(guī)模化吸附材料的研制難題，讓吸附材料能在復(fù)雜海洋環(huán)境中穩(wěn)定“捕獲”鈾離子，還優(yōu)化了提取工藝，解決了鈾的富集、純化等關(guān)鍵問題，最終生產(chǎn)出黃餅（八氧化三鈾），再以此為基礎(chǔ)，逐步完成整個核燃料產(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(biāo)邁進(jìn)。

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(yuǎn)。