Der größte Teil der Erdoberfläche ist von Ozeanen bedeckt, die allen Arten von Leben beherbergen. Interessanterweise enthalten diese riesigen Gewässer auch verdünnte Verteilungen von Uranionen. Die Extraktion dieser Ionen könnte möglicherweise eine erneuerbare Brennstoffquelle für die Kernenergieerzeugung darstellen. Eine neue Studie in ACSCentralScience stellt ein neues Material vor, das speziell für die elektrochemische Extraktion entwickelt wurde. Diese innovative Technologie fängt schwer fassbare Uranionen im Meerwasser effektiver ein als frühere Techniken.
Kernreaktoren setzen die natürlicherweise in den Atomen gespeicherte Energie frei und wandeln sie in Wärme und Elektrizität um, indem sie die Atome buchstäblich in Stücke brechen – ein Prozess, der Spaltung genannt wird. Uran ist das beliebteste Element für diesen Prozess, da es in all seinen Formen instabil und radioaktiv ist und leicht zerfallen kann.
Derzeit wird das Metall aus Gesteinen gewonnen, die Uranerzreserven sind jedoch begrenzt. Allerdings schätzt die Nuclear Energy Agency, dass 4,5 Milliarden Tonnen Uran in Form gelöster Uranylionen in unseren Ozeanen schwimmen. Diese Reserve ist mehr als 1.000-mal so groß wie an Land. Die Extraktion dieser Ionen hat sich jedoch als schwierig erwiesen, da das Extraktionsmaterial nicht über genügend Oberfläche verfügt, um die Ionen effektiv einzufangen. Deshalb wollten Rui Zhao, Guangshan Zhu und Kollegen von der School of Chemistry der Northeast Normal University ein Elektrodenmaterial mit einer großen Anzahl mikroskopischer Ecken und Winkel für die elektrochemische Einfangung von Uranionen im Meerwasser entwickeln.
Um die Elektroden herzustellen, verwendete das Team zunächst ein flexibles, aus Kohlefaser gewebtes Tuch. Sie beschichteten den Stoff mit zwei speziellen Monomeren und polymerisierten sie anschließend. Anschließend behandelten sie den Stoff mit Hydroxylaminhydrochlorid und fügten dem Polymer Amidinoximgruppen hinzu. Die natürliche poröse Struktur des Stoffes schafft viele kleine Taschen, in denen sich das Amidinoxim einnisten kann und so leicht Uranionen einfängt.
In dem Experiment platzierten die Forscher das beschichtete Tuch als Kathode in natürlichem Meerwasser oder mit Uran versetztem Meerwasser, koppelten es mit einer Graphitanode und ließen einen zirkulierenden Strom zwischen den Elektroden laufen. Im Laufe der Zeit sammelten sich auf dem Kathodengewebe leuchtend gelbe Niederschläge auf Uranbasis.
In Tests mit Meerwasser aus dem Bohai-Meer wurden über 24 Tage 12,6 mg Uran pro Gramm beschichtetes aktives Material extrahiert. Die Extraktionsfähigkeiten des beschichteten Materials waren höher als die der meisten anderen vom Team getesteten Uranextraktionsmaterialien. Darüber hinaus ist die Verwendung elektrochemischer Methoden zum Einfangen von Ionen etwa dreimal schneller, als wenn man die Ionen auf natürliche Weise auf dem Stoff ansammeln lässt. Die Forscher sagen, dass die Arbeit eine effiziente Möglichkeit bietet, Uran aus Meerwasser zu gewinnen, was den Ozean zu einer neuen Quelle für Kernbrennstoff machen könnte.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily