Energie-innovatie: nieuw materiaal zou voorraad uranium op lange termijn kunnen verzekeren

In de oceanen zit een enorme onaangeboorde voorraad uranium, dat van vitaal belang is voor kernenergie. Een bepaalde techniek met een nieuw materiaal zou de voorraad van de brandstof op lange termijn kunnen verzekeren.

Waarom is dit belangrijk?

Willen we door met koolstofarme kernenergie, dan hebben we voorlopig uranium nodig als splijtstof. De zeeën op aarde bevatten naar schatting zo'n 4,5 miljard ton uranium, 500 keer zoveel als de hoeveelheid die zich op het land bevindt. Maar het winnen van uranium uit water is duurder dan delven naar het erts in mijnen.

Wereldwijd is in mijnen nog zo’n negen miljoen ton uranium ter beschikking. Vergeet echter dat wroeten in de aarde, schreven een tijdje geleden de Chinese onderzoeker Yihui Yuan en zijn collega’s in het wetenschapsblad Nature: in de toekomst halen we splijtstoffen uit zeewater.

Welnu, de laatste ontwikkeling op dat vlak: een materiaal dat is geïnspireerd door de fractale structuur van bloedvaten kan 20 keer meer uranium uit zeewater absorberen dan bij eerdere experimenten, met andere materialen, het geval was. Het team achter deze vondst gelooft dat het een betrouwbare energiebron kan opleveren die duizenden jaren mee kan gaan bij het huidige verbruikstempo.

Bloedvaten

Experimenten hebben eerder uitgewezen dat platen acrylvezel kleine hoeveelheden uranium uit water kunnen halen. Maar omdat zeewater slechts ongeveer drie deeltjes uranium (uraniumoxide is de vorm waarin de splijtstof in zee voorkomt, red.) per miljard bevat, was het moeilijk om het proces te verfijnen en de kosten van de mijnbouw te benaderen.

Linsen Yang van de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking en zijn collega’s hebben een polymeren membraan gemaakt, met kleine kanaaltjes die vertakken in nog kleinere tunnels met een doorsnede van slechts 300 tot 500 nanometer. Het ontwerp heeft als voorbeeld de manier waarop bloedvaten zich splitsen in steeds kleinere doorgangen binnen organen en ledematen van zoogdieren. Het materiaal werd geïmpregneerd met een verbinding genaamd amidoxime, die zich bindt aan uraniumionen.

Het team liet uraniumhoudend water door het materiaal stromen en gebruikte een speciale techniek (röntgenfoto-elektronen spectroscopie) om te zien of het element werd gevangen. Zij ontdekten dat het materiaal tot 20 keer meer absorbeerde dan eerder ontwikkelde materialen.

Gereinigd met zoutzuur

Van cruciaal belang is dat het met uranium beladen materiaal ook kan worden gereinigd met zoutzuur, waardoor 98% van het uranium wordt verwijderd, en meerdere malen kan worden hergebruikt. Dit moet het mogelijk maken het materiaal gedurende lange perioden te gebruiken en de kosten van winning uit zeewater nog verder te verlagen.

Reid Peterson van het Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Washington, zegt dat de grootste uitdaging bij het oogsten van uranium uit de oceanen is dat de lage concentraties het een economische beproeving maken. “Dit werk biedt een kans om die rendabiliteit aanzienlijk te verbeteren”, zegt hij tegen het tijdschrift New Scientist. “Uranium zou dan in de oceanen niet in een noemenswaardig tempo worden heraangevuld, maar dat is niet echt (…) zorgwekkend, omdat er zo’n groot reservoir is.”

Slimme gel

Bij een ander Chinees experiment gebruikte het team van wetenschapper Yihui Yuan “een slimme gel” om uranium uit water te halen. De onderzoekers vonden voor die klus een eiwitmolecuul dat makkelijk bindt aan uraniumoxide. Dat molecuul heeft ook nog eens een antimicrobiële werking, schrijft het populairwetenschappelijk tijdschrift KIJK Magazine. Daardoor zouden er nauwelijks algen en ander leven op de Chinese uraniumfilters groeien, en gaan die langer mee.

Zijn die technieken op korte termijn rendabel? Hoogleraar reactortechniek Jan Lee Kloosterman (Technische Universiteit Delft) is niet bijster enthousiast. “Uranium winnen uit zeewater is alleen voor de écht lange termijn relevant”, stelt hij. “Met nieuwe technieken kunnen we uit bestaande mijnbouw voor duizenden jaren voldoende uranium halen.”

(NS)

Meer
Markten
Mijn Volglijst
Markten
BEL20