1960 年代以来、研究者たちはウランを採取できる可能性が低い場所である海洋に目を向けてきました。現在、オーストラリア主導のチームは、安価で製造が簡単な材料を使用して、海洋でのウラン採取の見通しに一歩近づいています。
地球が炭素ベースの燃料源から徐々に離れ始めているため、代替エネルギー源が注目を集め始めています。この分野では太陽光、風力、水力発電の技術が脚光を浴びる傾向にありますが、原子力は依然として有力な候補です。実際、2017 年には世界のエネルギー生産の約 10% に貢献し、2022 年には 8 GW の新しい原子力発電が世界の送電網に統合されました。
原子力発電の鍵となるウランは、陸上に存在する元素はほんの一握りの国にしか存在しないが、原子力発電所の普及に伴い、その地下供給は今後も減少し続けるだろう。ただし、水中補給の場合はこの限りではない。世界中の海洋中の元素の量は約 45 億トンであると推定されていますが、陸上の元素の量はわずか約 600 万トンです。これは世界中で何千年にもわたって発電するのに十分な量です。
しかし、海水中のウランの濃度は非常に低いため、すべてのウランを回収することは困難であることが判明しています。
オークリッジ国立研究所の科学者たちは、ウランと親和性のあるアミドキシム化学基をドープした繊維で初期に成功しました。スタンフォード大学の研究者らはその後、繊維に電気を流し、より多くの放射性元素を捕捉した。最近、太平洋岸北西部国立研究所は、特殊なタイプのアクリル糸を使用して、海水から 5 グラムのイエローケーキ (ウラン粉末) を抽出することに成功しました。
それでも、これらの方法は、世界中の原子力発電所に必要な工業規模でウランを採取するには十分ではありません。他の海洋元素を捕らえずにウランを捕捉できる材料を見つけることは困難でした。
これらの困難を克服するために、オーストラリア原子力科学技術機関 (ANSTO)、ニューサウスウェールズ大学の研究者らは、層状複水酸化物 (LDH) に注目しました。これらの比較的簡単に作成できる材料は、正および負に帯電したイオンの層で構成されています。研究チームは、これらのLDHにネオジム、テルビウム、ユウロピウムなどのさまざまな化学物質をドープし、海水に浸し、X線吸収分光法による強化されたイメージングを使用して結果を分析した。
研究者らは、ネオジムをLDHと組み合わせると、得られた化合物が海水からウランだけでなく、他の10種類以上の豊富な元素を捕捉できることを発見した。これらにはナトリウム、カルシウム、マグネシウム、カリウムが含まれており、ウランの約 400 倍豊富に含まれています。この選択性と、LDHドープ材料の製造コストの低さは、海水からのウランの大規模採取の可能性に大きく貢献すると研究者らは述べている。
「これらの発見は、LDHのドーピング工学が、選択性を制御し、海水からのウランの抽出などの難しい分離が可能な吸着剤を製造するための簡単で効率的な方法を提供することを示している」と研究者らは研究論文で述べており、この研究はジャーナルEnergy Advancesのカバーストーリーとして掲載された。