美国“海水提铀”研究进展一瞥

　　美国“海水提铀”研究起始于上世纪60年代，曾因一些原因而时断时续。1999年，根据总统科学与技术顾问委员会(PCAST)的提议再次启动，该研究还与日本建立了“核能联合行动计划燃料循环技术工作组”。研究项目参加单位实行国家实验室、大学和非赢利研究所“三结合”，从而实现设计、研发、实验室试验、生产、海洋试验、评估“一条龙”。从2010年起，30多位科学家定期聚会，到2012年底召开信息交流会2次，工作组会议6次，开办的“专题研讨班”则更多。

　　“新设计材料”铀吸附能力比传统纤维高4倍

　　2013年，华人化学家、美国北卡罗来纳大学教授林文斌领导的研究人员设计了一种新材料：“金属有机骨架配位物”(MOF)，其能收集通常溶在海水中的含铀离子。而尤其值得留意的是，实验室试验证实，这种材料吸附海水中潜在的核燃料的能力至少是传统纤维吸附剂的4倍。

　　据美国《MIT技术评论》报道，这种新奇的材料能提供更好的方法提取溶解在海洋内巨量的铀资源，使从海水提取铀成为一种很有前景的非常规核燃料供应来源。

　　美国橡树岭国家实验室研究这个系统的专家科斯塔斯•特索里斯(Costas Tsouris)说，此前最先进的铀吸附材料可重复利用几次，每次使用，每克塑料吸附的铀在3～4毫克，而“林文斌的材料”在实验室内没有其他离子竞争的条件下，每克吸附剂收集的铀高达200多毫克。尽管“在更真实的条件下这种材料的效能如何还有待分晓，但目前的这个结果非常令人振奋”。德克萨斯大学奥斯汀分校核与辐射工程教授埃利希•施耐德(Erich Schneider)说，这种新材料“前景无量”，只因这种材料优于在类似条件下最好的可用材料的效能。林文斌也坚信，他的实验室能够开发这种“杂化”材料的“可调性”，解决进一步试验可能暴露的弱点。

　　据了解，全球海洋中含有的铀比陆地铀储量高近千倍，研究人员花费几十年尝试开发高效的方法提取这些铀。最重要的是开发某种提取材料和技术，以便在核反应堆铀供应变得稀缺时保证供应。可以预期今后几年，随着美国和世界科学界对这一新成果的验证和确认以及“海水提铀”研发的进一步发展，还会有更加令人振奋的科研成果转化为生产力，使“海水提铀”成为核燃料供应的“无尽”源泉。

　　经济成本或已“低于”陆地铀开采

　　据了解，美国最新的上述“海水提铀”研究，是美国能源部核能办公室资助的科研项目，由橡树岭国家实验室“主持”， 2010年6月首次“信息交流会”以来，项目取得许多共识：

　　1.“海水提铀”最具挑战性，也是“回报”最高的核燃料资源研发项目；项目本身是应用科学。

　　2.塑料纤维吸附剂基准技术的能源投资回报值(EROI)定义为：单位质量回收铀生产的能源/海水提铀消耗的能源。对于铀的现代“一次通过”式燃料循环，EROI约为22。因此可以肯定，随着新吸附剂的研发成功，“海水提铀”的经济合理性会更高。

　　3.塑料纤维吸附剂基准技术的铀生产成本是1230美元/公斤铀(置信度95%)，略高于日本的估算值(1000美元/公斤铀)。

　　4.整个过程要检测经济效率和生态影响。

　　而在2012年的美国化学学会(ACS)第244届会议和博览会上，另一个科学家施耐德博士比较了海水提铀与传统的采矿方法的经济分析。数据表明，相对1990年代日本开始的初始方法，美国能源部资助研究的新工艺技术和材料(HiCap吸附剂)现在能够加倍地从海水中提取铀。因而，相对日本技术的560美元/磅铀(1230美元/公斤铀)，生产成本下降到300美元/磅铀(661美元/公斤铀)。

　　而最新的“林文斌的材料”效能至少是传统的塑料编织吸附剂的四倍，以此计算，其生产成本可降为150美元/磅铀(330美元/公斤铀)。这已与近25年来世界铀市场上最高的现货价格(137美元/磅铀)出现“交集”，具有“里程碑”意义。

　　从一些分析数据来看，“林文斌的材料”经海洋试验和整个流程评估与成本分析得到“证实”，“海水提铀”的经济成本或已“低于”陆地铀经济开采的限值，成为核燃料循环选择的重大因素。

　　不是“终结”，而是新的起点

　　据资料表示，海水中含约45亿吨铀，美国最新的研究成果暗示，从海水提取铀的成本已“低于”陆地开采铀成本的上限，使“一次通过”式燃料循环更具经济竞争力。这个选项的经济可行性还有待某些实验证实，以充分评价其商业可行性。如果高度相信“海水铀经济”，它会成为燃料循环选择方面的重要因素。

　　综上所述，可以得出一些“大胆的想法”：“海水提铀”的能源投资回报值(EROI)和生态影响显然优于陆地铀开采，尽早把这种研究成果转化为工程实践有助于降低温室气体排放量，确保能源安全；“林文斌的材料”不是海水提铀研究的“终结”，而是新的起点。“海水提铀”材料和技术还有很大潜力，应当继续开发、挖掘。

　　一直以来，日本科学家坚持“海水提铀”研究与实验，科学界对这种“坚守”非常崇敬，一直把他们的成果与实践作为“台阶”。美国在海水提铀上屡有斩获，与美国的基础科研雄厚、动员人才广泛、科研手段先进和重视办事的“程序性”有关。因此美国的科研成果转化为生产力会比较顺利，不会有很大“波折”。

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　　从20世纪60年代起，日本就有大批的专家在研究海水提铀的方法，随后，美国、法国、德国、瑞典等国也有科学家加入到海水提铀的研究和试验中。对于海水提铀的研究，最重要的是在吸附剂的研制、吸附装置与工程的实施两个方面。日本是世界上第一个开发海水铀资源的国家。据资料显示，日本是一个贫铀国，铀埋藏量仅有8000吨，因此日本把目光瞄向海洋。从1960年起，日本加快研究从海水中提取铀的方法。1971年，日本试验成功了一种新的吸附剂。除了氢氧化钛之外，这种吸附剂还包括有活性碳。这种新型吸附剂1克可以吸附1毫克铀，因而用它从海水中提取铀远比从一般矿石中提取铀的成本要低得多。为此，日本已于1986年在香川县建成了年产10千克铀的海水提取厂。

　　过去40年的时间里，面临的技术难题和高昂的成本一直是阻挡在“海水提铀”面前的巨大障碍，不过随着科学家在海水提铀方面不断取得的进步，一些国家正快速朝着将海洋变成铀库的道路前进，从海水中提取铀距离具有经济可行性也近了一步。

　　美国、日本等发达国家一直未停止研究“海水提铀”的步伐，另外一个原因则是从海水中提取铀在环保方面具有很大优势。