當今世界，科技發展一日千里，每3到5年就會有一次大的技術更新。而一直被業界贊譽擁有廣闊前景的海水提鈾技術，計劃中卻要到30年之后才能實現工程化應用，問題究竟“卡”在哪里?本篇文章帶領你一探究竟。

▲秦山核電站

“我國海水提鈾技術研發分‘三步走’，目標是到2035年達到國際先進水平，2050年實現海水鈾資源工程化開發與利用，建成規模化海水提鈾工廠，在這一領域領跑世界。”4月29日，海水提鈾技術創新聯盟(以下簡稱“聯盟”)理事會成立大會上，首次明確提出我國海水提鈾“成長路徑”。

碳達峰、碳中和背景下，今年全國“兩會”報告首次用“積極”這一字眼形容核電發展，與此同時，也對天然鈾提出了重大需求。“我國陸地鈾資源雖潛在資源量比較大，但探明量不大，而且鈾礦資源開采呈‘規模小、品位低、較分散’的特點，目前天然鈾對外依存度超過70%。按照目前規劃的每年開工6~8臺核電機組，預計到2035年，我國天然鈾需求量為3~3.5萬噸，鈾資源供需矛盾將更加凸顯。”中國鈾業黨委書記、董事長，聯盟副理事長陳軍利在接受記者采訪時表示。

未來，如能將海水中的鈾資源經濟回收，將可以保障核電發展“無限”續航，然而其現實困境卻不是一朝可以解決的。

01 — 在大海里“撈金”，難度堪比“人造太陽”的實現 —

采訪中，多位專家表示，海水中含有豐富的鈾資源，儲量約為45億噸，這一數值相當于陸地鈾礦儲量的1000倍。若能夠將海水中“取之不盡”的鈾資源有效利用起來，足以保證核電的可持續發展，滿足人類對能源的需求。這使得國內外眾多專家都將目標鎖定在了海洋這一巨大的鈾資源上。

然而理想很豐滿，現實卻有些骨感。

盡管海水中含鈾總量巨大，但濃度卻極低。鈾在海水中主要是以三碳酸鈾酰離子的結構存在，濃度僅為3.3μg/L，也就是說，1噸海水中只有3.3毫克鈾，由于海水中其他雜質的含量既濃且雜，把這一微弱比例的鈾從海水中“撈”出來，難度遠超沙里淘金。“海水中有大量與鈾酰離子共存、且含量大大高于鈾酰離子的其它金屬離子，海水中組成復雜的生物系統，這些都會對提鈾造成很大干擾。”中國工程院院士、聯盟學術委員會副主任石碧解釋道。

另外，海水提鈾需要處理大量海水，實施周期長，還可能要面對海上的極端氣候，這些因素都導致了海水提鈾在具體實施上是一個巨大的挑戰。“海水提鈾是世界性難題，堪比人類能源的終極解決方案——‘人造太陽’的實現。”中核礦業科技總工程師、聯盟秘書長闕為民表示。

鑒于此，2014年中國工程院以重點咨詢項目“開展從海水和鹽湖中提取鈾資源的戰略研究”，建議將海水等非常規鈾資源開發關鍵技術納入國家科技規劃、計劃并給予必要支持。中國核工業集團有限公司將海水提鈾研究作為先導技術研究納入“創新2030”工程方案，明確在前瞻性、戰略性領域打好主動仗，搶占事關長遠和全局的科技戰略制高點。

▲海水提鈾現場材料放置

02 — 幾十年，依然在材料這個“瓶頸”里“打轉” —

世界各國對于海水提鈾技術的研發，重點都集中在以吸附材料為核心的直接吸附提取方法的研究上。從上世紀60年代開始，我國對此同樣投入了大量的人力、物力，不斷提升、突破吸附材料的吸附能力。目前國內材料的吸附能力已獲得很大改善，普遍達到3 mgU/g以上的工作容量。

“但情況并不容樂觀，總體來說我們依然還在材料的‘瓶頸’里‘打轉’。”石碧告訴記者。

“吸附材料是否優異主要取決于吸附容量，目前，在實驗室里，我國研發出的海水提鈾材料吸附容量高達幾十mgU/g以上，但一旦到了真實的海水中進行實驗，普遍會‘斷崖式’下跌到3～7 mgU/g之間，國際上也差不多是這個水平。”中科院上海高等研究院副院長、聯盟副理事長姜標告訴記者。

▲上海大學研發的納米纖維膜

“這一數據，即便是在真實的海洋環境下測試得出的，有可能也進行了一定的人工干預，比如海水的純度等，完全無干預的試驗下數據會更低，只能達到1～2 mgU/g。”闕為民對此問題做了進一步補充。

在聯盟制定的海水提鈾“三步走”戰略里，對于吸附材料的研發進展進行了前瞻性的規劃：第一階段(到2025年)，海水提鈾材料樣品，材料在海水中的有效吸附容量為6～10 mgU/g 材料;第二階段(到2035年)，批量生產海水提鈾材料，材料在海水中的有效吸附容量為20～25mgU/g材料;第三階段(到2050年)，突破制約海水提鈾工業化關鍵技術瓶頸，實現海水中提取鈾產品連續生產能力。

“此外，海水提鈾材料的吸附速率和洗脫速率也至關重要，也就是不僅要飯量大，還要吃得快、消化得快。對此，要從材料的化學性能入手進行創新研發，對上述制約因素做進一步突破。”石碧解釋道。

▲中科院上海高等研究院將靜電紡絲膜做成膜組件進行海域試驗

針對突破材料“瓶頸”，會上，石碧還給出了一個大膽的建議：“材料受限于本身化學性能的一些‘天花板’，吸附能力是有上限的。我們應該勇于另辟新徑，在吸附提取方法之外找出一條新路，只有顛覆性創新才是真正意義上的創新。”

03 — 建立規模化的海水提鈾廠，卡在“經濟”二字上 —

目前，國內不止一個研發團隊從海水中提取出鈾并純化制備成黃餅，比如，中核礦業科技于2019年設計并合成出了多種功能高分子提鈾材料，該材料在西藏達則措鹽湖(鹽湖通常可看作古海水)中的吸附容量達到7.1mgU/g材料，并在鹽湖現場試驗獲得了300g“黃餅”。這充分證明了海水提鈾相關技術的可行性。

▲中核礦業科技利用從鹽湖中提取的鈾制成的黃餅

但迄今為止沒有一個國家真正建立起規模化的海水提鈾工廠，關鍵就卡在了“經濟”二字上。“盡管不同研發團隊采用的吸附材料不盡相同，但普遍存在提鈾成本居高不下的現象，平均不低于200美元/磅，這一數字遠遠高于陸地采鈾的成本，海水提鈾要想實現工業化，只有真正做到經濟回收才行。”陳軍利表示。

為此，海水提鈾技術要想從實驗室走向工業化，需要最大限度吸引、容納和聚集優勢創新資源，取長補短、集思廣益、優勢互補。這也是聯盟當初成立所秉承的宗旨和意義所在。

海水提鈾技術創新聯盟由中核集團牽頭發起、中國鈾業組織實施、中核礦業科技作為秘書單位，聯合國內23家高校和科研院所于2019年11月成立。自成立以來，聯盟正充分發揮自身“鵲橋”的作用，加快推動海水提鈾工程化進程：整合科技資源，減少重復研究，在技術、設備、人才、資金等重要創新要素方面進行有效配置，針對創新中的關鍵共性問題組織集體攻關，引領產業技術進步。此外，積極研究制定和完善海水提鈾技術經濟標準，明確材料在海水中的吸附性能測試方法和要求，使數據具有可比性;立足國內外海水提鈾“先導性”研究基礎，推動在南海建立集合海上材料吸附試驗研究、材料批量生產、材料淋洗-再生、國家交流中心等綜合試驗研究的海水提鈾科研基地，以推動海水提鈾技術的高質量發展。

▲擬在南海建的海上試驗平臺(圖片來源于網絡)

“聯盟還提供了創新基金項目以便于大家開展聯合攻關，此外，中核集團也提供了核技術創新聯合基金和葉企孫這兩個基金供研發單位申請項目經費。”會上，中核集團科信部主任、聯盟副理事長錢天林說。