محققان چینی ماده جدیدی را با الهام از شبکه‌های فراکتالی رگ‌های خونی ساخته‌اند که به گفته آنها می‌تواند ۲۰ برابر بیشتر از روش‌های دیگر اورانیوم از آب دریا استخراج کند.
اورانیوم، یک عنصر رادیواکتیو طبیعی، بیشتر برای سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود. با افزایش تقاضا برای انرژی هسته‌ای در سطح جهان، نیاز به اورانیوم نیز افزایش می‌یابد.
اورانیوم منبع محدودی است، اما از آنجایی که تخمین زده می‌شود اقیانوس‌ها بیش از ۴٫۵ میلیارد تن اورانیوم دارند – حدود ۱۰۰۰ برابر بیشتر از ذخایر موجود در خشکی – استخراج آن از آب دریا به طور بالقوه می‌تواند رویکرد پایدارتری برای انرژی هسته‌ای باشد.
با این حال، غلظت اورانیوم در آب دریا بسیار پایین است – که ۳٫۳ میکروگرم در لیتر تخمین زده می‌شود – و این مساله استخراج از اقیانوس‌ها را بسیار دشوارتر و گران‌تر از استخراج از زمین می‌کند.
دانشمندان در دهه ۱۹۵۰ پتانسیل استفاده از اورانیوم اقیانوسی را برای تامین انرژی هسته‌ای مشاهده کردند، اما تا دهه ۱۹۸۰ طول کشید تا محققان ژاپنی راهی برای استخراج آن ایجاد کنند – با استفاده از ترکیب شیمیایی به نام آمیدوکسیم برای اتصال به ذرات اورانیوم شناور.
تحقیقات جدید که توسط دانشمندان آکادمی علوم چین انجام شد، بر بهبود ظرفیت جذب این ترکیب متمرکز بود. یافته‌های آنها در مجله Nature Sustainability در اواخر نوامبر منتشر شد.
دانشمندان یک غشای متخلخل ایجاد کردند که از فراکتال‌های موجود در طبیعت، مانند رگ‌های خونی، الگوبرداری شده بود. آنها دریافتند که غشاء – که در آمیدوکسیم اشباع شده بود – به طور قابل توجهی در استخراج اورانیوم کارآمدتر از سایر مواد مورد استفاده قبلی است و ظرفیت جذب آن ۲۰ برابر بیشتر است.
فراکتال‌هایی مانند رگ‌های خونی در همه جا در سیستم‌های بیولوژیکی وجود دارند. آنها امکان تبادل و تبدیل بهینه مواد را فراهم می‌کنند. یانگ لینسن، نویسنده اصلی این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: این مساله الهام بخش ما در طراحی جاذب‌های جدید است.
در طی یک دوره چهار هفته‌ای، آنها دریافتند که یک گرم غشاء تا ۹٫۰۳ میلی گرم اورانیوم را از آب طبیعی دریا استخراج می‌کند که یکی از بالاترین بازدهی‌ها با استفاده از روش غشایی است.
این مطالعه اعلام می‌کند: “کار ما یک روش جهانی برای افزایش کاربرد پلیمرهای متخلخل به عنوان جاذب اورانیوم کارآمد مبتنی بر غشاء ارائه می‌دهد.”
بر اساس مقاله جداگانه‌ای در مورد مطالعه در همان مجله توسط الکساندر ویچرت و سوتیرا یاکومی از موسسه فناوری جورجیا و کوستاس تسوریس از اوک، مواد توسعه یافته توسط تیم چینی را می‌توان برابر یا برتر از بسیاری از جاذب‌های فعلی دانست.
اما آنها گفتند که این مطالعه به تأثیر رسوب زیستی – جایی که موجودات زنده روی سطوح غوطه‌ور شده تجمع می‌کنند – بر غشاء اشاره نکرده است. این مساله می‌تواند بر ظرفیت جذب اورانیوم ماده تأثیر بگذارد.
آنها همچنین خاطرنشان کردند که این غشاء تعدادی مولکول دیگر را از آب دریا جذب می‌کند – نه فقط اورانیوم – مانند وانادیوم، آهن، روی و مس، بنابراین روشی برای جداسازی آنها مورد نیاز است.
تغییرات اقلیمی توسعه انرژی هسته‌ای را در بسیاری از کشورها به ویژه در چین سرعت بخشیده است. این کشور در پایان سال گذشته حدود ۵۰ گیگاوات ظرفیت هسته‌ای نصب شده با ۱۸٫۵ گیگاوات در دست ساخت داشت. پکن قصد دارد تا سال ۲۰۳۰، ۱۲۰ گیگاوات ظرفیت هسته‌ای نصب شده داشته باشد – یا ۸ درصد از تولید برق چین، در مقایسه با ۵ درصد در سال گذشته.
