Từ những năm 1960, các nhà nghiên cứu đã hướng tầm nhìn đến một nơi không thể thu hoạch uranium: đại dương. Giờ đây, một nhóm do Australia dẫn đầu đã đưa triển vọng thu hoạch uranium trên biển tiến thêm một bước gần hơn bằng cách sử dụng các vật liệu rẻ tiền và dễ chế tạo.


Khi hành tinh bắt đầu dần rời xa các nguồn nhiên liệu gốc carbon, các nguồn năng lượng thay thế cũng bắt đầu xuất hiện. Trong khi các công nghệ năng lượng mặt trời, gió và thủy điện có xu hướng thu hút sự chú ý trong lĩnh vực này thì năng lượng hạt nhân vẫn là một đối thủ nặng ký. Trên thực tế, năm 2017, nó đóng góp khoảng 10% sản lượng năng lượng của thế giới và vào năm 2022, 8 GW điện hạt nhân mới đã được tích hợp vào lưới điện toàn cầu.

Chìa khóa để sản xuất điện hạt nhân là uranium, một nguyên tố chỉ được tìm thấy trên đất liền ở một số quốc gia có nguồn cung cấp dưới lòng đất sẽ tiếp tục suy giảm khi các nhà máy điện hạt nhân phát triển. Tuy nhiên, đây không phải là trường hợp bổ sung dưới nước. Người ta ước tính lượng nguyên tố trong các đại dương trên thế giới vào khoảng 4,5 tỷ tấn, trong khi lượng trên đất liền chỉ khoảng 6 triệu tấn. Điều này đủ để tạo ra điện trên toàn thế giới trong hàng ngàn năm.

Tuy nhiên, việc thu hồi toàn bộ uranium tỏ ra khó khăn vì nồng độ cực thấp của nó trong nước biển.

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã sớm thành công với các sợi được pha tạp các nhóm hóa học amidoxime có ái lực với uranium. Các nhà nghiên cứu của Stanford sau đó đã điện khí hóa các sợi, thu được nhiều nguyên tố phóng xạ hơn. Gần đây, Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương đã có thể chiết xuất 5 gam bánh vàng (một loại bột uranium) từ nước biển bằng cách sử dụng một loại sợi acrylic đặc biệt.

Tuy nhiên, những phương pháp này vẫn chưa đủ để thu hoạch uranium ở quy mô công nghiệp, điều cần thiết cho các nhà máy điện hạt nhân trên khắp thế giới. Cố gắng tìm ra một loại vật liệu có thể thu giữ uranium mà không giữ lại các nguyên tố có nguồn gốc từ biển khác là một thách thức.

Để khắc phục những khó khăn này, các nhà nghiên cứu từ Tổ chức Khoa học và Công nghệ Hạt nhân Australia (ANSTO), Đại học New South Wales và các đồng nghiệp khác đã chuyển sang sử dụng hydroxit kép lớp (LDH). Những vật liệu tương đối dễ chế tạo này bao gồm các lớp ion tích điện dương và âm. Nhóm nghiên cứu đã pha tạp các LDH này bằng nhiều hóa chất khác nhau, bao gồm neodymium, terbium và europium, ngâm chúng trong nước biển và phân tích kết quả bằng cách sử dụng hình ảnh nâng cao bằng quang phổ hấp thụ tia X.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi kết hợp neodymium với LDH, hợp chất thu được có thể thu được uranium từ nước biển cũng như hơn 10 nguyên tố phong phú khác. Chúng bao gồm natri, canxi, magiê và kali, và có lượng dồi dào gấp khoảng 400 lần so với uranium. Các nhà nghiên cứu cho biết, tính chọn lọc này, cùng với chi phí sản xuất vật liệu pha tạp LDH thấp, góp phần rất lớn vào khả năng thu hoạch uranium từ nước biển trên quy mô lớn.

"Những phát hiện này chứng minh rằng kỹ thuật doping của LDH cung cấp một cách đơn giản, hiệu quả để kiểm soát tính chọn lọc và tạo ra các chất hấp phụ có khả năng phân tách thách thức, chẳng hạn như tách uranium từ nước biển", các nhà nghiên cứu viết trong nghiên cứu và được xuất bản dưới dạng câu chuyện trang bìa trên Tạp chí Tiến bộ Năng lượng.