让核能变成可再生能源

当今世界，在新能源发电的家族中，核能有风能或太阳能所不及的优点，因为风能和太阳能完全受制于天气，而核反应堆根据用电的高峰期和低谷期，可以随时开启和关闭，完全受人类的控制。

但是，核能也有一个很大的短板，即它是不可再生的：风能和太阳能取之不尽，用之不竭;而核电站最常见的燃料铀，在地球上是一种有限的资源。陆地上的铀矿资源有限，已知的铀矿物有170多种，但具有工业开采价值的铀矿只有二三十种，而且分布极不均匀。以目前的铀资源消耗速率，陆地上的铀矿储量仅能满足人类数十年的需求。

海水中的铀取之不尽

不过，出乎大多数人意料的是，其实我们也可以让核能变成取之不尽的可再生能源，因为海水中含有大量的铀。据估算，海洋中的铀矿储量在45亿吨以上，大约是陆地储量的500倍，这么多铀如果全部利用起来，足可为1000个1000兆瓦的核电站提供10万年的燃料。更重要的是，海水中的铀被提取之后，还会从地壳中得到源源不断的补充。据估计，地壳中含有100万亿吨的铀。哪怕人类在地球上存在10亿年，也用不完。

如果能从海水中方便地提取铀，那么即使是一些贫铀国家，也可以建立自己的核电站，用核能发电，减少对煤炭的依赖。

然而，也正是因为海洋过于广阔，这样“一大把”铀矿撒到海洋里，不过就像撒到大水缸里的几粒盐粒，一入水就消失得无影无踪。海水中铀的浓度很低，估计为每升3.3微克，这使得从海洋中提取铀比从地面开采铀要困难和昂贵得多。

从海水中提取铀

剩下的问题是，如何从海水中以较低的成本提取铀?

最早研究这项技术的是日本科学家。1990年代，他们使用涂有酰胺肟的聚乙烯纤维绳子来吸附海水中的铀酰离子。这些绳子的直径达15厘米，长度可达数米。

在海水中浸泡一个月之后，通过远程自动控制，这些绳子被拉出海面。通过酸处理，铀酰化合物被回收。绳子清理干净后，可以多次重复使用。然后，铀酰化合物被浓缩，制成核燃料。测试表明，每千克绳子50天能吸附6克铀。不过，其成本仍然是陆地开采铀矿的两倍。

2000年代，美国斯坦福大学的研究人员对这项技术进行了改进。他们制造了一种结合了碳和酰胺肟的导电混合纤维。通过向纤维发送电脉冲，他们改变了绳子的特性，从而可以收集更多的铀离子。

过去，当绳上的铀酰离子吸附到一定程度就会饱和，此后绳子就不再让海水中的铀酰离子吸附。而研究人员用这种混合导电纤维在饱和之前，吸附了9倍的铀，而且其寿命是标准酰胺肟纤维的3倍。

最近，我国的研究人员又发现了一个新窍门。他们模仿哺乳动物器官中血管分叉的模式，制造了一种聚合物膜，让它上面布满小通道，这些小通道又通向更细的分支，直到直径只有300纳米~500纳米的毛细通道为止。这种材料用酰胺肟浸泡后，就能吸附铀离子，其吸收能力是之前材料的20倍。

这种带铀的膜能提取水中98%的铀，并且可以多次重复使用。这进一步降低了从海水中提取铀的成本。

中国是个乏铀国家，陆地已探明的铀储量只有17万吨，如果未来我们希望以核能作为主要能源，每年建造6至8座的核反应堆，到2035年每年将需要约3.5万吨铀，陆地铀储量完全无法满足这一需求。为了满足核能源的需求，中国正在计划建造一座能够从海洋中提取铀的核电站。希望到那时，科学家能找到更加高效的海洋采铀法。