Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Zeewater zou een goudmijn zijn voor de splijtstof uranium. Dat is er goed uit te halen via een behandeld stukje stof, laten onderzoekers zien.
Hoewel de klimaattransitie in Nederland op volle toeren lijkt, gaan er ook steeds meer stemmen op om ook kerncentrales mee te nemen in de plannen. Anders zouden we de klimaatdoelen misschien niet bereiken. Maar de voorraad van uranium – nog altijd dé splijtstof bij uitstek – is niet oneindig. Zeewater daarentegen bevat maar liefst 4 miljard ton van het goedje, 1000 maal zo veel als op het land. Maar hoe haal je dat eruit? Een team van de Northeast Normal University in China heeft daar een idee voor, schrijven ze in ACS Central Science.
Lees ook:
- China vindt veel uranium op ‘onmogelijke’ diepte
- Ultralicht uranium blijkt mini-stralingslab
- Iran daagt Biden uit met uraniumverrijking
Paar opgeloste uraniumatomen
Kerncentrales halen energie uit atomen door de kernen ervan letterlijk uit elkaar te rijten. De favoriete splijtstof hiervoor is uranium. Dit metaal is onstabiel en radioactief en daarmee makkelijk te breken. Het wordt nu vooral gewonnen uit uraniumerts. Met de totale voorraad zouden we zo’n 250 jaar doorkunnen, schat het Nuclear Energy Agency.
In zeewater vind je véél meer; genoeg voor 65.000 jaar kernenergie. Het lastige is alleen dat er slechts een paar opgeloste uraniumatomen, uranyl-ionen genoemd, voorkomen per één miljard watermoleculen. Hoe krijg je het voor elkaar die naalden in een hooiberg te pakken te krijgen?
Gatenkaasstructuur
Rui Zhao en collega’s hebben een lapje stof gemaakt die de klus moet gaan klaren. Het stuk stof bestaat uit koolstofvezels die voorzien zijn van een laagje polymeren, verbindingen die bestaan uit opeenvolgende identieke bouwstenen.
De onderzoekers behandelden vervolgens de lap stof met het poeder hydroxylamine hydrochloride. In dit geval reageerde het poeder met de polymeren waardoor die een soort gatenkaasstructuur kregen.
Yellow cake
Die poriën bleken uitermate geschikt om uranyl-ionen in te vangen en vast te houden. Dat lukte al door gewoon het lapje stof in zeewater te hangen. Maar nog beter bleek het om de stof als positieve pool (kathode) te gebruiken in een zogenoemd elektrochemisch proces.
Bij dit proces loopt er stroom door het water tussen de kathode en de anode (negatieve pool), gemaakt van grafiet. Zhao en zijn team namen monsters uit de Bohai-zee, nabij Peking, en lieten daar de methode op los. Na verloop van tijd begon een felgele uranium-neerslag (zie foto boven dit artikel) te vormen op de lap stof. Deze uraniumneerslag, ook wel yellow cake genoemd, geldt als een tussenproduct in de uraniumproductie.
Het nut van de zee als bron
De nieuwe methode leverde de onderzoekers na 24 dagen 12,6 milligram uranium per gram zeewater op. Dat is een stuk meer dan de 7 milligram die de antimicrobiële gel van een concurrerend Chinees onderzoeksteam twee jaar geleden wist te bereiken.
Sowieso lijkt China volop in te gaan zetten op uraniumwinning uit zeewater. In mei dit jaar maakte het China National Nuclear Corporation bijvoorbeeld bekend een testplatform in gebruik te hebben genomen. Dat platform moet de basis vormen voor de ontwikkeling van efficiënte methoden voor uraniumextractie uit de wereldzeeën.
Toch kun je je afvragen hoe nuttig deze ontwikkeling is. Want ligt de toekomst van kerncentrales wel in de oceanen? Hoogleraar reactortechniek Jan Leen Kloosterman van de TU Delft vroeg zich dat twee jaar geleden ook al af. Hij stelde toen aan KIJK: “Veel van het huidige onderzoek richt zich op generatie-IV reactoren waarin je ook thorium of uranium-238 kunt gebruiken.” Die stabiele isotoop van uranium komt honderdvijftig keer vaker voor dan het splijtbare uranium-235. “Met nieuwe techniek kunnen we uit bestaande mijnbouw voor duizenden jaren voldoende uranium halen.”
Bronnen: ACS Central Science, American Chemical Society via EurekAlert!
Beeld: ACS Central Science, 2023, DOI: 10.1021/acscentsci.3c01291