‘Tự chế’ 1 loại vật liệu lấy năng lượng hạt nhân dưới biển sâu, là chìa khoá mở ra nguồn năng lượng vô tận, giá rẻ

Trung Quốc đạt được bước tiến mới đối với việc chinh phục tham vọng đối với năng lượng hạt nhân của mình. Các nhà khoa học của nước này đã phát triển được một loại vật liệu mới có thể chiết xuất uranium – kim loại nặng chính được dùng làm nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân, từ nước biển.

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Năng lượng Sinh học và Công nghệ xử lý sinh học Thanh Đảo (QIBEBT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã chế tạo một loại vật liệu mới “hiệu quả về chi phí”. Họ cho biết vật liệu này có “khả năng hấp thụ uranium”.

Vật liệu này hoạt động bằng cách cho phép chất rắn, khí hoặc chất lỏng hoà tan bám vào bề mặt của chúng. Vật liệu mới có các hạt tròn, rỗng, rất nhỏ được gọi là “vi cầu hydrogel SA-DNA” với cấu trúc hữu cơ, có chiều ngang khoảng 2 mm và chứa nhiều lỗ nhỏ có kích thước đo bằng micromet.

Nhóm nghiên cứu với trưởng nhóm là kỹ sư Fa Yun và nhà nghiên cứu Liu Huizhou đã công bố dự án này trên Chemical Engineering Journal vào đầu tháng này.

Vật liệu này được tạo ra bằng cách kết hợp natri alginate – một sản phẩm sẵn có được chiết xuất từ tảo bẹ hoặc các nguồn khác, với các chuỗi DNA chức năng có thể nhận biết và liên kết với các ion uranium.

Uranium là nguyên tố thiết yếu đối với năng lượng hạt nhân. Theo cách truyền thống, kim loại này được khai thác từ đá. Nhưng vì uranium được coi là nguồn năng lượng không thể tái tạo nên các nhà khoa học đang tìm kiếm nguồn khai thác uranium vô tận ở các đại dương trên thế giới.

Cơ quan Năng lượng Hạt nhân (NEA) ước tính có khoảng 4,5 tỷ tấn uranium lơ lửng trong các đại dương trên thế giới dưới dạng các ion uranyl hoà tan. Con số này lớn gấp hơn 1.000 lần lượng uranium trên đất liền.

Tuy nhiên, việc chiết xuất các ion này lại gặp nhiều khó khăn vì nhiều lý do. Trong đó bao gồm các đại dương trên Trái đất có nồng độ uranium cực thấp, 1 tấn nước biển chỉ chứa 3,3 miligam uranium và nhiều loại ion khác cũng có trong nước biển. Khai thác uranium từ đại dương không khác gì tìm 1 gam muối trong 300.000 lít nước ngọt.

Theo các nhà nghiên cứu, trong số những phương pháp đang được phát triển, hấp thụ là kỹ thuật phổ biến nhất vì cách này đơn giản, tiết kiệm chi phí, hiệu quả và thân thiện với môi trường.

Vật liệu hấp thụ là sự kết hợp của các enzyme chứa DNA, một loại DNA cụ thể và các vi cầu tổng hợp – một vật liệu có nguồn gốc từ sự trao đổi ion giữa các ion natri alginate và canxi. Các enzyme sẽ hoạt động như “máy dò” vì chúng chỉ hoạt động khi có liên kết với các ion kim loại cụ thể. Sau đó, các vi cầu với chuyển động hấp phụ nhanh sẽ phát huy tác dụng.

Các nhà nghiên cứu cho biết, so với vật liệu hấp phụ tiềm năng nhất hiện có, thì chất hấp phụ của Trung Quốc cho thấy khả năng phát hiện “chưa từng có” đối với mức độ chọn lọc của ion uranium có hiệu quả cao hơn 43 lần so với ion vanadi.

Từ những năm 1950, các nước đã chạy đua để biến năng lượng hạt nhân trở thành loại năng lượng vô tận, bằng cách theo đuổi cả công nghệ khai thác uranium từ nước biển. Dù đạt được một số tiến bộ nhưng việc hiện thực hoá các dự án trong phòng thí nghiệm ra ngoài thực tế vẫn là một thách thức.

Hiện tại, Trung Quốc có 27 lò phản ứng hạt nhân đang được xây dựng, con số lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, quặng uranium của nước này có chất lượng thấp nên buộc phải nhập khẩu để vận hành các lò phản ứng.

Tham khảo SCMP