Ảnh minh họa.
Đại dương bao phủ 70% diện tích bề mặt Trái đất, tổ chức rất nhiều quá trình địa chất, chịu trách nhiệm hình thành và tập trung tài nguyên khoáng sản, và là kho lưu trữ cuối cùng của nhiều vật chất bị xói mòn hoặc hòa tan khỏi bề mặt đất.
Bởi thế, đại dương chứa một lượng lớn các vật chất hiện nay được coi là nguồn tài nguyên chính cho con người. Theo tính toán của các nhà khoa học, đại dương chứa hơn 40 khoáng chất và kim loại quý hiếm (từng loại cụ thể sẽ có trong bài viết kỳ tới), trong khi đó con người chỉ mới khai thác hạn chế được muối; magiê; vàng sa khoáng (vàng cám), thiếc, titan, kim cương; và nước ngọt.
Không nhiều người biết rằng, trong nước biển có chứa hàng tỷ tấn uranium quý giá.
Uranium, một nguyên tố phóng xạ tự nhiên, hầu hết được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân. Khi nhu cầu điện hạt nhân tăng lên trên toàn cầu, nhu cầu về uranium cũng ngày càng tăng. Và biển thì có nó dồi dào.
Ước tính có khoảng 4 tỷ uranium trong tất cả đại dương thế giới. Dù dồi dào là thế nhưng thách thức lớn nhất đặt ra cho con người đó là làm thế nào để tách uranium từ nước biển ra một cách kinh tế và hiệu quả, bởi uranium được hòa tan trong nước biển với nồng độ cực kỳ thấp, chỉ khoảng 3 phần tỷ (3 microgam/lít).
Tuy nhiên, nếu khai thác được cả 4 tỷ uranium này thì sản lượng đó đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho toàn thế giới trong 10.000 năm tới, tạp chí Nghiên cứu Hóa học Kỹ thuật & Công nghiệp của Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS) cho biết - Và đó chắc chắn là 'kho báu' khổng lồ, siêu bền vững mà nhiều quốc gia theo đuổi chương trình điện hạt nhân thèm muốn.
Trước đó, Gary Gill, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ 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.
NỬA THẾ KỶ 'LAO ĐẦU' ĐI TÌM KHO BÁU DƯỚI BIỂN
Dù ngay từ những năm 1950, các nhà khoa học đã nhìn thấy tiềm năng sử dụng uranium ở đại dương để làm nhiên liệu cho năng lượng hạt nhân, nhưng phải đến những năm 1980 (sau 20 năm tìm tòi, nghiên cứu), các nhà nghiên cứu Nhật Bản mới phát triển cách chiết xuất nó - sử dụng một hợp chất hóa học gọi là amidoxime để liên kết với các hạt uranium trôi nổi trong nước biển.
Trong hơn nửa thế kỷ, các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đã cố gắng khai thác uranium từ các đại dương với thành công hạn chế.
Mặc dù Đức, Trung Quốc, Ấn Độ cũng nhanh chóng tìm cách nghiên cứu, tạo ra vật liệu 'vớt' uranium trong nước biển lên như Nhật Bản nhưng người Nhật lại đạt được thành công lớn nhất trong việc thu hồi uranium từ nước biển.
Vào những năm 1990, các nhà khoa học của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản (JAEA) đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu vật liệu bắt giữ uranium trong nước biển. Và đến năm 2009, bằng cách sử dụng sợi làm từ amidoxime, xếp thành những dải bện (như bím tóc) dài 60 mét neo lơ lửng dưới đáy biển, người Nhật đã thu được vài gram uranium.
Các nhà nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Mỹ) đã phát triển một loại sợi để hấp thụ uranium từ nước biển. Ảnh: PHÒNG THÍ NGHIỆM QUỐC GIA TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG, BỘ NĂNG LƯỢNG MỸ
Năm 2011, Mỹ không nằm ngoài cuộc đua khai thác uranium từ biển. Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đã khởi xướng một chương trình với sự tham gia của một nhóm đa ngành từ các phòng thí nghiệm, trường đại học và viện nghiên cứu quốc gia toàn liên bang nhằm giải quyết những thách thức cơ bản của việc khai thác uranium từ nước biển. Trong vòng 5 năm, nhóm nghiên cứu này đã phát triển chất hấp phụ mới giúp giảm chi phí chiết xuất uranium từ nước biển từ 3 đến 4 lần.
Năm 2018, 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 - 'Bánh vàng' 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.
Sau 68 năm kể từ khi phát hiện tiềm năng uranium dưới biển, các nhà khoa học Mỹ cũng chỉ lấy được 5gram, điều này cho thấy uranium rất sẵn ở biển nhưng cái khó là cách 'vớt' nó lên.
CUỘC ĐUA MỚI Ở THẾ KỶ 21
Bước sang thế kỷ 21, cuộc đua mới trong việc tách uranium của nhiều quốc gia không còn là việc tạo ra vật liệu tách uranium ra khỏi nước biển, mà là phải tạo được vật liệu có khả năng tách uranium nhiều và rẻ.
Cuối tháng 11/2021, Trung Quốc làm được điều đó!
Bước đầu, các nhà khoa học của quốc gia này đã tiến được một bước thành công khi tạo ra loại vật liệu mới để chiết xuất uranium từ nước biển hiệu quả gấp 20 lần so với các phương pháp tiếp cận khác.
Nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại Học viện Khoa học Trung Quốc đứng đầu thực hiện. Họ tập trung vào việc cải thiện khả năng hấp phụ của hợp chất này.
Nhóm nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ tính chất fractal (phân dạng) của các mạch máu để tạo vật liệu hấp phụ uranium. Ảnh: Shutterstock
Các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra một lớp màng xốp lấy cảm hứng từ tính chất fractal (phân dạng) của các mạch máu để tạo vật liệu hấp phụ uranium. Họ phát hiện ra rằng màng xốp - được bão hòa trong amidoxime - chiết xuất uranium hiệu quả hơn đáng kể so với các vật liệu khác được sử dụng trước đây, với khả năng hấp phụ cao hơn 20 lần.
Sau thành quả của Trung Quốc đăng trên tạp chí Nature Sustainability, các nhà khoa học thế giới đã đưa ra nhiều nhận định khác nhau:
Theo một bài báo riêng đăng trên cùng một tạp chí Nature Sustainability của các nhà nghiên cứu Alexander Wiechert và Sotira Yiacoumi từ Viện Công nghệ Georgia (Mỹ), và nhà nghiên cứu Costas Tsouris từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Mỹ) thì màng hấp phụ mới của Trung Quốc đã hấp thụ một số phân tử tạp chất khác từ nước biển - không chỉ uranium - như vanadi, sắt, kẽm và đồng, vì vậy cần phải có một phương pháp để tách chúng ra.
"Tuy nhiên, với tiến bộ hiện tại của Trung Quốc, cùng với nỗ lực của các nhà nghiên cứu khác trên toàn cầu đang ngày đêm làm việc để tạo nên kỳ tích mới trong chiết xuất uranium từ biển thì nó đã giúp chúng ta ngày càng tiến gần hơn đến sự 'tiến hóa' của một chất hấp phụ uranium khả thi" - South China Morning Post trích dẫn lời các nhà khoa học Mỹ cho biết.
Biến đổi khí hậu đã thúc đẩy sự phát triển điện hạt nhân ở nhiều nước, đặc biệt là ở Trung Quốc. Quốc gia này có khoảng 50 Gigawatt (GW) công suất hạt nhân được lắp đặt vào cuối năm 2020, với 18,5GW đang được xây dựng. Bắc Kinh có kế hoạch lắp đặt nhà máy điện hạt nhân công suất 120GW công suất hạt nhân vào năm 2030 - tương đương 8% sản lượng điện của Trung Quốc, tăng so với 5% của năm 2020, tờ South China Morning Post cho hay.
Bài viết sử dụng nguồn: South China Morning Post, Miningweekly, Sciencedaily
