Kho báu 4 tỷ tấn ở biển khiến Mỹ-Trung-Nhật khao khát: Điên cuồng tìm cách 'vớt lên'
Biển khơi đang chứa kho báu khổng lồ cho tương lai. Mỹ, Trung, Nhật biết điều đó và họ đang nghiên cứu ngày đêm để tìm cách 'vớt' kho báu này lên.
Như đã trình bày ở bài trước, Mỹ - Trung Quốc - Nhật Bản đang chạy đua để trở thành quốc gia đầu tiên sản xuất năng lượng hạt nhân tái tạo - nguồn năng lượng cực kỳ hữu dụng cho tương lai.
Với việc phát hiện đại dương toàn cầu chứa 4 tỷ tấn uranium, 'tam cường' xác định uranium - nhiên liệu phổ biến nhất của các nhà máy điện hạt nhân - là nguồn năng lượng có thể tái tạo, giống như năng lượng Mặt Trời, gió, thủy điện.
Bài toán đặt ra là: Một tấn nước biển chỉ chứa 3,3 mg uranium! Để sản xuất đủ lượng uranium tiêu thụ hàng năm trên thế giới, người ta sẽ phải chiết xuất lượng uranium trong 2x1013 tấn nước biển - khối lượng tương đương với toàn bộ nước Biển Bắc (thuộc vùng biển ở đông bắc Đại Tây Dương).
Câu hỏi đặt ra dành cho các nhà khoa học 3 quốc gia này: Làm thế nào để chiết xuất uranium trong nước biển dễ dàng, kinh tế (rẻ) và hiệu quả hơn so với khai thác uranium từ quặng trên đất liền? Bởi, lượng uranium ở nước biển là 4 tỷ tấn - nhiều gấp 1.000 lần lượng uranium trên cạn.
Lợi thế của 4 tỷ tấn uranium ở biển đó là có thể cung cấp nhiên liệu cho hàng nghìn nhà máy điện hạt nhân công suất 1.000 Megawatt trong 100.000 năm! Quá khủng khiếp, quá dồi dào để theo đuổi.
Hãy xem các nhà khoa học 3 nước này làm việc 'điên cuồng' để tạo ra các màng lọc uranium từ biển như thế nào trong các năm qua.
1. TRUNG QUỐC
Trung Quốc đã cho tiến hành thử nghiệm chiết xuất uranium từ nước biển ngay từ những năm 1970.
Mới đây nhất, vào ngày 7/12/2021, Tân Hoa Xã đưa tin, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Vật lý và Hóa học Kỹ thuật, trực thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, đã phát triển một loại vật liệu mới được lấy cảm hứng từ tính chất fractal (phân dạng) của các mạch máu có thể hấp thụ lượng uranium từ nước biển nhiều hơn 20 lần so với các phương pháp tiếp cận trước đây.
Các thí nghiệm trước đây đã phát hiện ra rằng các tấm sợi nhựa acrylic có thể chiết xuất một lượng nhỏ uranium từ nước biển, nhưng vì uranium được hòa tan trong nước biển với nồng độ rất thấp, chỉ khoảng 3 phần tỷ (3 microgam/lít) nên rất khó để tinh chế, trong khi chi phí lại rất đắt đỏ.
Nhà nghiên cứu Linsen Yang tại Viện Khoa học Trung Quốc ở Bắc Kinh và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra một màng polyme có các rãnh nhỏ phân nhánh thành các đường nhỏ hơn chỉ với chiều ngang 300 đến 500 nanomet - bắt chước cách mà mạch máu chia đôi thành các đoạn nhỏ hơn bao giờ hết bên trong các cơ quan của động vật có vú và tứ chi. Màng polyme được ngâm tẩm với một hợp chất gọi là amidoxime có khả năng liên kết với các ion uranium.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã đưa nước biển chứa uranium qua màng polyme và sử dụng quang phổ quang điện tử tia X để phát hiện xem nguyên tố uranium có bị 'bắt giữ' hay không. Họ phát hiện ra rằng màng polyme này hấp thụ uranium nhiều gấp 20 lần so với các vật liệu được phát triển trước đó.
Điều quan trọng là, vật liệu sau khi bắt giữ uranium cũng có thể được làm sạch bằng axit clohydric, chất này chiết xuất 98% uranium và được tái sử dụng nhiều lần. Điều này sẽ cho phép màng polyme mới này được sử dụng trong thời gian dài và giảm chi phí khai thác uranium từ nước biển hơn nữa.
Nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc tin rằng, với vật liệu lọc uranium từ nước biển mới này, họ sẽ sớm có được nguồn nhiên liệu hạt nhân dồi dào, phục vụ cho các nhà máy điện hạt nhân đồng thời đáp ứng được nhu cầu hiện tại của con người.
2. MỸ
Tiến sĩ Reid Peterson tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương ở Richland, Washington, Mỹ cho biết thách thức lớn nhất khi 'thu hoạch' uranium từ các đại dương là nồng độ của nó quá thấp (3 microgam/lít) nên gây ra thách thức lớn về mặt kinh tế.
Tuy nhiên, đứng trước thách thức từ Trung Quốc, Nhật Bản, các nhà khoa học Mỹ cũng phải 'điên cuồng' làm việc để không bị thụt lùi trong cuộc đua trở thành quốc gia đầu tiên sản xuất năng lượng hạt nhân tái tạo.
Ngay từ năm 2018, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ và Công nghệ Siêu tới hạn LCW (Mỹ) đã tạo ra 5 gram Yellowcake - một dạng uranium dạng bột được sử dụng để sản xuất nhiên liệu cho sản xuất điện hạt nhân - bằng cách sử dụng sợi acrylic để chiết xuất uranium từ nước biển, website của PNNL thông tin.
Gary Gill, nhà nghiên cứu tại PNNL đã gọi uranium là nhiên liệu hạt nhân hấp dẫn nhất thế giới và nó có nguồn gốc từ đại dương - nguồn uranium lớn nhất trên Trái Đất.
Chien Wai, chủ tịch LCW cho biết: “Chúng tôi đã biến đổi hóa học sợi thông thường, rẻ tiền, để biến nó thành chất hấp phụ chọn lọc uranium, hiệu quả và có thể tái sử dụng”.
Chen Wai là cựu giáo sư Đại học Idaho (Mỹ). Cùng với đồng nghiệp, ông đã tìm ra một phương pháp mới để hấp phụ uranium từ nước biển vào một phân tử hoặc phối tử liên kết hóa học với sợi acrylic. Kết quả là vật liệu hấp phụ polyme trông có dạng gợn sóng có thể được triển khai trong môi trường biển, bền và có thể tái sử dụng.
Theo Chen Wai, vật liệu hấp phụ không đắt. Trên thực tế, ông cho biết, ngay cả sợi phế thải cũng có thể được sử dụng để tạo ra sợi polyme. Các đặc tính hấp phụ của vật liệu là có thể đảo ngược, và uranium bị thu giữ dễ dàng được giải phóng để chế biến thành bánh vàng. Một phân tích về công nghệ cho thấy rằng nó có thể cạnh tranh với chi phí của uranium được sản xuất thông qua khai thác trên đất liền.
Các nhà nghiên cứu của PNNL đã tiến hành ba thử nghiệm riêng biệt về tính năng của chất hấp phụ cho đến nay bằng cách cho nó tiếp xúc với một lượng lớn nước biển từ Vịnh Sequim (bang Washington, Mỹ) bên cạnh Phòng thí nghiệm Khoa học Biển của nó. Nước được bơm vào một bồn chứa có kích thước bằng một bồn nước nóng lớn.
Ông Chen Gill cho biết: "Đối với mỗi lần thử nghiệm, chúng tôi đặt khoảng 1kg vật liệu hấp phụ polyme vào bể trong khoảng một tháng và bơm nước biển qua nhanh để bắt chước các điều kiện ngoài biển khơi. LCW sau đó chiết xuất uranium từ chất hấp phụ. Từ 3 lần thử nghiệm đầu tiên này, chúng tôi thu được khoảng 5 gram uranium. Nghe có vẻ không nhiều, nhưng số lượng thực sự có thể tăng lên".
Hiện tại, dựa trên thử nghiệm nhân rộng thành công ở Vịnh Sequim và sản lượng bánh vàng đáng kể, LCW đang xin tài trợ thêm cho một cuộc thử nghiệm khai thác uranium từ nước biển khác, do PNNL dẫn đầu, ở Vịnh Mexico, nơi có nhiều nước ấm hơn.
Theo các nhà nghiên cữu, vật liệu hấp phụ polyme này hoạt động tốt hơn nhiều trong môi trường nước ấm hơn và tỷ lệ khai thác ở vùng Vịnh Mexico dự kiến sẽ cao hơn từ 3 đến 5 lần, do đó, việc thu được uranium từ nước biển trở nên kinh tế hơn.
3. NHẬT BẢN
Trong bản báo cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử (IAEA), Nhật Bản là một trong số ít quốc gia có cam kết khai thác uranium từ nước biển và duy trì cho đến nay những nỗ lực nghiên cứu lớn nhất của mình.
Việc chiết xuất uranium từ nước biển được nghiên cứu đầu tiên bởi Tổng công ty Thuốc lá và Muối của Nhật Bản năm 1960. Sau đó, nhiều trường đại học và học viện đã thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Năm 1974, Chính phủ Nhật Bản bắt đầu chương trình nghiên cứu chiết xuất uranium từ nước biển.
Bắc Kinh bí mật chế tạo lò hạt nhân 'khủng': Công suất gấp 100 lần NASA - Mỹ sợ!
Nhật Bản phá vỡ kỷ lục sau 43 năm: Khoan hố đại dương sâu nhất lịch sử, lấy được thứ dài 37,7 mét 'vô cùng quý hiếm'
Lò than cháy suốt 300 năm, mỗi năm 'đốt nhẹ' 1 tỷ NDT của Trung Quốc: Lực bất tòng tâm!
Sự im lặng đáng sợ của Trung Quốc: Đua 'song mã' với Mỹ, ngấm ngầm mà có thể giết voi!
Các nghiên cứu gần đây do Cơ quan năng lượng nguyên tử Nhật Bản (JAEA) thực hiện. JAEA đã chuẩn bị một chất hấp phụ gốc amidoxime dạng sợi được chiếu xạ trước để khai thác uranium từ nước biển.
Vật liệu hấp phụ uranium có độ bền cơ học cao đã được tổng hợp thành công. Chất hấp phụ uranium này đã được thử nghiệm ở vùng biển Aomori và Okinawa, Nhật Bản. Tại Aomori, người ta thu được 1 kg uranium ở dạng bánh màu vàng bằng cách ngâm vật liệu hấp phụ xuống biển.
Vật liệu hấp phụ tại Nhật Bản được thiết kế theo dạng bím tóc. Các sợi polyetylen được xử lý bằng quá trình bức xạ để tạo ra vật liệu hấp phụ bện, dài đến 60 mét.
Các chất hấp phụ bện được neo vào đáy biển với một thiết bị điều khiển từ xa và chúng đứng / lơ lửng trong dòng hải lưu. Trong thiết kế mới này, lượng uranium được chiết xuất từ biển đã tăng lên. Cụ thể đạt 1,5 gram uranium/1 kg vật liệu hấp phụ - Nhiều hơn so với phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ dạng ngăn xếp (chỉ đạt 0,5 gram uranium/1kg vật liệu).
Theo các nhà khoa học Nhật Bản, nếu ngâm vật liệu hấp phụ ở nơi có dòng hải lưu lớn thì một kg chất hấp phụ, sau một tháng ngâm nước, sẽ thu được khoảng 2 gram uranium.
Tuy nhiên, thách thức đặt ra là việc lắp đặt vật liệu hấp phụ rất tốn kém. Để thu được lượng uranium nhất định, buộ phải lắp đặt trên vùng biển rộng hơn 1000 km vuông với rất nhiều tàu thuyền để vận chuyển và bảo dưỡng. Chưa hết, việc quản lý sinh thái của hệ thống lắp đặt khổng lồ này sẽ đặt ra những thách thức đáng kể.
Các nhà khoa học Nhật Bản đang tiếp tục cố gắng để tăng hiệu quả của các chất hấp phụ này nhằm thu được lượng uranium từ nước biển với chi phí hợp lý hơn.
Bài viết sử dụng nguồn: IAEA, CAS.cn, Newscientist, PNNL.gov
https://soha.vn/kho-bau-4-ty-tan-o-bien-khien-my-trung-nhat-khao-khat-dien-cuong-tim-cach-vot-len-20211211075546973.htm?fbclid=IwAR2b6YjUrZ2Nwze1orBhASqHYzZ11O-jEZlSPIY8BWIiqNDZmWjFGnHPNBc
Kho báu khủng khiếp 4 tỷ tấn ở biển: Trung Quốc vừa tạo xong 'màng lọc', chuẩn bị hút lên
Trung Quốc đang tỏ rõ lợi thế trong cuộc đua dưới biển?
Uranium là nhiên liệu phổ biến nhất cho các nhà máy điện hạt nhân nhưng nó là một nguồn tài nguyên hữu hạn trên đất liền. Ước tính, các vùng biển trên Trái Đất chứa khoảng 4 tỷ tấn uranium, gấp 1000 lần khối lượng trên đất liền của nó (khai thác từ quặng). Trên đất liền, uranium là thứ hiếm!
Tuy nhiên, khai thác uranium từ nước thì đắt đỏ hơn khai thác từ các mỏ quặng. Bài toán này giải quyết ra sao?
CUỘC ĐUA SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN TÁI TẠO
Mỹ, Nhật Bản và Trung Quốc đang chạy đua để trở thành quốc gia đầu tiên sản xuất năng lượng hạt nhân hoàn toàn có thể tái tạo. Hay thay, nhiên liệu hạt nhân làm bằng uranium chiết xuất từ nước biển khiến cho năng lượng hạt nhân có thể tái tạo hoàn toàn.
Forbes trích dẫn nghiên cứu của các nhà khoa học cho hay, uranium được hòa tan trong nước biển với nồng độ rất thấp, chỉ khoảng 3 phần tỷ (3 microgam/lít). Nhưng Trái Đất lại có 3/4 diện tích là đại dương nên có rất nhiều nước biển - khoảng 350 tỷ tỷ gallons. Vì vậy, có khoảng 4 tỷ tấn uranium trong nước biển cùng một lúc.
Tuy nhiên, nồng độ uranium trong nước biển được kiểm soát bởi các phản ứng hóa học ở trạng thái ổn định (hoặc cân bằng giả) giữa nước và đá trên lớp vỏ Trái đất, cả trong đại dương và trên đất liền. Và ở đó có chứa tổng 100 nghìn tỷ tấn uranium. Vì vậy, bất cứ khi nào uranium được chiết xuất từ nước biển, thì sẽ có nhiều uranium bị rửa trôi từ đá để thay thế nó, với cùng một nồng độ.
Lượng này lớn đến nỗi con người không thể khai thác đủ uranium trong một tỷ năm tới để giảm nồng độ uranium tổng thể trong nước biển, ngay cả khi hạt nhân cung cấp 100% năng lượng cho chúng ta và loài người chúng ta tồn tại một tỷ năm.
Nói cách khác, uranium trong nước biển thực sự có thể tái tạo hoàn toàn. Có thể tái tạo như năng lượng Mặt trời.
Thực chất, uranium trong lớp vỏ của Trái Đất, nói đúng ra là hữu hạn. Mặt trời cũng vậy - con người vốn cho rằng ngôi sao khổng lồ này là nguồn năng lượng vô hạn - cuối cùng sẽ bị cháy hết nhưng điều đó sẽ không bắt đầu xảy ra trong 5 tỷ năm nữa. Ngay cả gió trên Trái đất cũng sẽ dừng lại vào khoảng thời gian đó khi bầu khí quyển của chúng ta sôi lên trong lúc Mặt trời chết ban đầu ở dạng Người khổng lồ Đỏ.
Vì thế, sự hữu hạn đó lớn đến mức nó gần như vô hạn theo chuẩn mực của con người!
Theo Giáo sư Jason Donev từ Đại học Calgary (Canada): "Có thể tái tạo theo nghĩa đen là 'làm mới một lần nữa'. Bất kỳ nguồn tài nguyên nào được bổ sung một cách tự nhiên theo thời gian, như việc tạo ra gió hoặc sự phát triển của các sinh vật sinh học để lấy sinh khối hoặc nhiên liệu sinh học, chắc chắn có thể tái tạo được. Năng lượng tái tạo có nghĩa là năng lượng mà con người khai thác từ thiên nhiên nói chung sẽ được thay thế/bù đắp liên tục bằng chính nó. Và bây giờ uranium là nhiên liệu đáp ứng định nghĩa này".
Vì vậy, theo bất kỳ định nghĩa nào, năng lượng Mặt trời, gió, thủy điện và hạt nhân đều có thể tái tạo. Và đó là lúc, Mỹ-Nhật-Trung bắt tay vào cuộc đua sản xuất năng lượng hạt nhân tái tạo (cụ thể là chiết xuất uranium từ nước biển).
TRUNG QUỐC NUNG NẤU ĐÁNH THỨC 'KHO BÁU KHỔNG LỒ'
Theo tính toán, 4 tỷ tấn uranium trong nước biển nhiều gấp khoảng 1.000 lần uranium lắng đọng trên đất liền (ở dạng quặng), Tân Hoa Xã thông tin.
Và lượng 4 tỷ tấn uranium đó có thể cung cấp nhiên liệu cho hàng nghìn nhà máy điện hạt nhân công suất 1.000 MW trong 100.000 năm.
Tuy sẵn là thế nhưng các quy trình hiện tại để khai thác uranium từ nước biển không hiệu quả về mặt kinh tế cũng như không đủ hiệu quả để cạnh tranh với việc khai thác quặng uranium trên đất liền.
Đó là lý do các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã và đang làm việc điên cuồng để phát triển một loạt các vật liệu và sợi có khả năng chiết xuất uranium từ nước biển một cách tiết kiệm, hiệu quả nhất.
Mới đây nhất, nhóm nghiên cứu từ Viện Vật lý và Hóa học Kỹ thuật, trực thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, đã phát triển một loại vật liệu mới được lấy cảm hứng từ tính chất dạng fractal của các mạch máu có thể hấp thụ lượng uranium từ nước biển nhiều hơn 20 lần so với các phương pháp tiếp cận trước đây.
Vật liệu đó là màng xốp phân cấp với các lỗ cực nhỏ để chiết xuất uranium từ nước biển một cách hiệu quả hơn, China Science Daily đưa tin.
Màng xốp phân cấp này lấy cảm hứng từ cấu trúc phân dạng (fractal) trong sinh học, chúng có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên, chẳng hạn như các ống phân nhánh của mạch máu động vật và thực vật. Các cấu trúc như vậy có thể nhận ra sự truyền khối lượng và chất lỏng thuận lợi với mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu.
Theo các nhà nghiên cứu từ Viện Vật lý và Hóa học Kỹ thuật, màng ống sinh học này cho phép khuếch tán nhanh chóng và hấp phụ đủ các ion uranyl thông qua cấu trúc xốp phân cấp, so với màng xốp thông thường. Các thử nghiệm cho thấy, loại màng mới này có thể tăng khả năng hấp phụ lên đến 20 lần.
Trong nước biển tự nhiên, một gram màng như vậy có thể chiết xuất 9,03 miligam uranium - đây là kết quả có được sau 4 tuần thử nghiệm của các nhà khoa học Trung Quốc.
[Hấp phụ là quá trình xảy ra khi một chất khí/chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác].
Nhóm nghiên cứu đằng sau phương pháp này tin rằng nó có thể cung cấp một nguồn năng lượng đáng tin cậy (uranium từ nước biển) có thể tồn tại hàng nghìn năm với tốc độ tiêu thụ hiện tại.
Trung Quốc đã có trong tay màng ống sinh học này để chiết xuất uranium trong nước biển, vậy Mỹ và Nhật Bản đã có gì? Mời độc giả đón đọc kỳ tới.
Bài viết sử dụng nguồn: Tân Hoa Xã, Forbes, Newscientist
https://soha.vn/kho-phong-xa-khung-khiep-4-ty-tan-o-bien-trung-quoc-tao-xong-mang-loc-chuan-bi-hut-len-20211209103548037.htm
Geen opmerkingen:
Een reactie posten