海水提铀从“实验室”走向“海洋”

■本报记者 杨珍莹

随着我国2030碳达峰、2060碳中和目标的确定，核电迎来了快速发展的历史机遇，对天然铀资源提出了重大需求。

6月16日，记者从中国科学院上海高等研究院了解到，国际欧亚科学院院士、中国科学院上海高等研究院绿色化学工程技术研究与发展中心研究员姜标和其研究团队在海水提铀研究领域取得重要进展，成功开展了我国首次基于纳米膜的最大规模的海水提铀海试试验。本次试验的实施将有效推进我国海水提铀从“实验室”走向“海洋”，为海水提铀的工程化应用提供重要的技术支持。

攻克海洋提铀卡脖子难题

与陆地开采铀矿不同的是，海水提铀的过程对于环境非常友好，可以实现经济发展与环境保护兼顾，这也使得国内外十分看好海水提铀的市场前景和社会价值。

“铀是核能事业发展的战略性原材料，而陆地铀的总储量仅够人类使用几十年，海水中赋存了约40亿吨铀，是陆地储量的近1000倍，或将成为人类取之不竭的铀资源。”姜标说。

长久以来，世界各国一直致力于寻找可大规模实施的海水提铀产业应用技术。我国核电的快速发展，使得铀年需求量将超过万吨，而我国铀年产量仅千吨，缺口很大，海水提铀的工程化实施或将为缓解我国的铀困境提供一条可选的新途径。

尽管海水中含铀总量巨大，但要提取并非易事。30万吨海水只含有1公斤的铀。姜标形容说“如同一滴眼泪掉在西湖里”。关键技术在于吸附材料的突破，以及海洋工程技术。

记者了解到，中国科学院上海高等研究院基于静电纺丝技术成功制备了铀吸附速率快、吸附容量高、离子选择性好的纳米纤维功能膜，近10年间完成了从实验室膜片到工业膜组件的批量生产。

“纳米纤维功能膜的厚度和穿透力很强，可反复使用，且使用寿命很长。”姜标研究团队组员李继香表示，“一根工业膜组件有效吸附面积相当于一个足球场，实际海洋环境理想状态下全生命周期可以提取近600克的铀。

有望15年后铀料来自大海

诸多业内专家的共识是，海水提铀是一个实际应用目的非常强的研究方向，必须在“实用+经济”的基本原则上进行科学创新和技术攻关。但由于海水中其他杂质的含量既浓且杂，相较于在实验室内试验，在实际海试操作中，把这一微弱比例的铀从海水中“捞”出来，难度远超沙里淘金。

2019年11月，姜标研究团队通过产学研合作在南海海域建设了纳米膜公斤级海水提铀海试试验平台以及配套改性和洗脱平台，完成了十余吨提铀膜组件及平台的装配和加固改造，近2年间在该海试平台上完成了100余支膜组件的海试投放和循环吸脱附试验。同时研究团队建立了完整的铀吸附/洗脱/活化技术体系，并进行了技术经济性评估。

“海试试验是海水提铀工业化的关键，也是海水提铀能否成功的试金石。”姜标说，“将来我们的技术还可以用在稀土上。”

该研究成果已获授权中国国防发明专利2项、发明专利1项，实审发明专利5项、实用新型专利2项。日前研究团队正联合中核集团旗下核电运行研究（上海）有限公司完善海洋工程实施技术。

在今年召开的中国海水提铀技术创新联盟理事会成立大会上，再次明确了我国海水提铀的战略地位，同时锁定了目标任务，规划出未来30年的海水提铀路线图，我国海水提铀将实施“三步走”战略路线：第一阶段（2021-2025），实现海水中提取公斤级铀产品能力；第二阶段（2026-2035），建成海水提铀吨级示范工程；第三阶段（2036-2050），实现海水中提取铀产品连续生产能力。

据姜标透露，联合中核集团，团队预计5-6年内有望完成海试提铀吨级试验，“我们还在不断提升吸附力，希望推动‘三步走’战略提前完成。”