Seit den 1960er Jahren haben Forscher einen unwahrscheinlichen Ort für die Urangewinnung im Visier: den Ozean. Jetzt ist ein von Australien geführtes Team der Aussicht auf eine meeresbasierte Urangewinnung mithilfe von Materialien, die billig und einfach herzustellen sind, einen Schritt näher gekommen.
Während der Planet beginnt, sich langsam von kohlenstoffbasierten Kraftstoffquellen zu entfernen, rücken alternative Energiequellen in den Vordergrund. Während Solar-, Wind- und Wasserkrafttechnologien in diesem Bereich tendenziell im Rampenlicht stehen, bleibt die Kernenergie ein starker Konkurrent. Tatsächlich trug es im Jahr 2017 etwa 10 % zur weltweiten Energieproduktion bei, und im Jahr 2022 wurden 8 GW neue Kernenergie in das globale Netz integriert.
Der Schlüssel zur Kernenergieerzeugung ist Uran, ein Element, das nur in einer Handvoll Ländern an Land vorkommt und deren unterirdische Vorräte mit der Verbreitung von Kernkraftwerken weiter schwinden werden. Bei der Unterwasserauffüllung ist dies jedoch nicht der Fall. Man schätzt, dass die Menge an Elementen in den Weltmeeren etwa 4,5 Milliarden Tonnen beträgt, während die Menge an Land nur etwa 6 Millionen Tonnen beträgt. Dies reicht aus, um über Tausende von Jahren weltweit Strom zu erzeugen.
Allerdings erwies sich die Rückgewinnung des gesamten Urans als schwierig, da seine Konzentration im Meerwasser äußerst gering ist.
Wissenschaftler am Oak Ridge National Laboratory hatten schon früh Erfolg mit Fasern, die mit chemischen Amidoximgruppen dotiert waren, die eine Affinität zu Uran haben. Später elektrisierten Stanford-Forscher die Fasern und fingen so mehr radioaktive Elemente ein. Kürzlich gelang es dem Pacific Northwest National Laboratory, mithilfe einer speziellen Art von Acrylgarn 5 Gramm Yellowcake (ein Uranpulver) aus Meerwasser zu extrahieren.
Dennoch reichen diese Methoden nicht aus, um Uran im industriellen Maßstab zu gewinnen, was für Kernkraftwerke auf der ganzen Welt notwendig ist. Der Versuch, ein Material zu finden, das Uran einfangen kann, ohne andere Meereselemente einzufangen, war eine Herausforderung.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wandten sich Forscher der Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO), der University of New South Wales und anderer Kollegen schichtweisen Doppelhydroxiden (LDH) zu. Diese relativ einfach herzustellenden Materialien bestehen aus Schichten positiv und negativ geladener Ionen. Das Team dotierte diese LDHs mit verschiedenen Chemikalien, darunter Neodym, Terbium und Europium, tränkte sie in Meerwasser und analysierte die Ergebnisse mithilfe verbesserter Bildgebung mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie.
Die Forscher fanden heraus, dass die resultierende Verbindung bei Kombination von Neodym mit LDH in der Lage war, Uran aus Meerwasser sowie mehr als zehn andere, häufiger vorkommende Elemente einzufangen. Dazu gehören Natrium, Kalzium, Magnesium und Kalium und kommen etwa 400-mal häufiger vor als Uran. Diese Selektivität trägt zusammen mit den geringen Kosten für die Herstellung von LDH-dotierten Materialien wesentlich zur Möglichkeit einer groß angelegten Gewinnung von Uran aus Meerwasser bei, sagen die Forscher.
„Diese Ergebnisse zeigen, dass die Dotierungstechnik von LDH eine einfache und effiziente Möglichkeit bietet, die Selektivität zu steuern und Adsorbentien herzustellen, die anspruchsvolle Trennungen wie die Extraktion von Uran aus Meerwasser bewältigen können“, schreiben die Forscher in der Studie, die als Titelgeschichte in der Zeitschrift Energy Advances veröffentlicht wurde.