Trung Quốc đột phá công nghệ tách uranium từ nước biển: Hiệu suất gấp 40 lần 

Trung Quốc  mới đây đã công bố một bước tiến lớn trong cuộc đua làm chủ nguồn cung uranium – nguyên liệu then chốt cho ngành năng lượng hạt nhân. Bằng việc phát triển công nghệ khai thác uranium từ nước biển với hiệu suất vượt trội, quốc gia đông dân nhất thế giới đang mở ra hướng đi mới nhằm đảm bảo an ninh năng lượng dài hạn, giữa bối cảnh nhu cầu sử dụng năng lượng sạch ngày càng tăng cao. 

Công nghệ MOF cải tiến giúp tăng hiệu suất gấp 40 lần 

Đột phá lần này đến từ Trung tâm Khoa học Biên giới về Đồng vị Hiếm trực thuộc Đại học Lan Châu. Nhóm nghiên cứu tại đây đã phát triển một loại vật liệu khung kim loại-hữu cơ (MOFs) thế hệ mới, có khả năng hấp thụ ion uranium trong nước biển với độ chọn lọc và hiệu quả cực cao. 

Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu này có khả năng hấp thụ tới 588 mg uranium trên mỗi gam vật liệu, vượt xa các công nghệ trước đây. Đặc biệt, tỷ lệ phân tách giữa uranium và vanadi – hai nguyên tố có tính chất hóa học gần giống nhau – đạt tới 215, cho thấy khả năng tách chiết chính xác và hiệu quả đáng kể. Đây là một bước tiến mang tính cách mạng, khi các phương pháp trước đó thường gặp khó khăn lớn trong việc xử lý đồng thời nhiều nguyên tố kim loại trong nước biển. 

Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu này có khả năng hấp thụ tới 588 mg uranium trên mỗi gam vật liệu. Ảnh: Internet

Bài toán thiếu hụt uranium và áp lực từ tham vọng hạt nhân 

Trung Quốc hiện đang đối mặt với bài toán thiếu hụt nghiêm trọng nguồn cung uranium. Trong năm 2024, nước này phải nhập khẩu tới 13.000 tấn uranium tự nhiên, trong khi sản lượng khai thác nội địa chỉ đạt khoảng 1.700 tấn – một con số chênh lệch lớn cho thấy sự phụ thuộc đáng kể vào thị trường quốc tế. 

Theo ước tính từ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), nhu cầu uranium của Trung Quốc có thể tăng vọt lên hơn 40.000 tấn vào năm 2040, khi quốc gia này tiếp tục mở rộng quy mô các nhà máy điện hạt nhân nhằm cắt giảm phát thải carbon và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. 

Trong bối cảnh đó, việc tự chủ nguồn uranium từ nước biển – vốn có trữ lượng lên tới 4,5 tỷ tấn trên toàn cầu, gấp hơn 1.000 lần so với nguồn tài nguyên trên đất liền – trở thành một hướng đi đầy hứa hẹn. 

Những thách thức trong khai thác uranium từ đại dương 

Mặc dù đại dương là "mỏ uranium khổng lồ", việc khai thác kim loại quý này từ nước biển không hề đơn giản. Hàm lượng uranium trong nước biển chỉ ở mức cực thấp, khoảng 3,3 mg trên mỗi tấn nước. Bên cạnh đó, sự hiện diện của các nguyên tố có tính chất tương tự, đặc biệt là vanadi, khiến quá trình chiết xuất gặp nhiều trở ngại về mặt kỹ thuật và chi phí. 

Trước đây, Nhật Bản là quốc gia tiên phong trong lĩnh vực này. Từ những năm 1980 đến 1990, Nhật Bản đã tiến hành nhiều thử nghiệm thực địa quy mô lớn và từng chiết xuất thành công 1 kg uranium từ nước biển. Tuy nhiên, chi phí cao và tốc độ thu hồi chậm khiến công nghệ này không được áp dụng rộng rãi vào thời điểm đó. 

Trung Quốc và cuộc đua làm chủ nguồn uranium biển 

Không chỉ dừng lại ở một nhóm nghiên cứu đơn lẻ, Trung Quốc đã có những bước đi mang tính chiến lược. Năm 2019, Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc đã thành lập Liên minh Đổi mới Công nghệ Khai thác Uranium từ nước biển, quy tụ 14 viện nghiên cứu đầu ngành. Mục tiêu của liên minh này là xây dựng một nhà máy trình diễn công nghệ vào năm 2035 và tiến tới khai thác uranium từ nước biển ở quy mô công nghiệp vào năm 2050. 

Song song với hướng đi sử dụng vật liệu MOFs, một nhóm nghiên cứu khác từ Đại học Sư phạm Đông Bắc Trung Quốc cũng đạt được kết quả ấn tượng. Họ ứng dụng công nghệ điện hóa học với điện cực phủ vật liệu khung bọt xốp (PAF), giúp tăng tốc độ chiết xuất uranium nhanh gấp 3 lần so với các phương pháp hiện nay. Hướng tiếp cận này đang mở ra thêm một lối đi đầy tiềm năng trong cuộc đua làm chủ uranium từ biển cả. 

Triển vọng đảm bảo an ninh năng lượng dài hạn 

Nếu công nghệ này có thể thương mại hóa thành công, Trung Quốc sẽ không chỉ giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu uranium mà còn chiếm thế chủ động trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân – một trong những trụ cột chính trong chiến lược trung hòa carbon của nước này. 

Đột phá trong khai thác uranium từ nước biển không chỉ là câu chuyện của khoa học vật liệu, mà còn là lời khẳng định về tầm nhìn dài hạn trong chiến lược an ninh năng lượng quốc gia. Trong bối cảnh toàn cầu đang tìm kiếm những giải pháp năng lượng bền vững, Trung Quốc đã cho thấy họ không muốn đứng ngoài cuộc đua mà đang dốc toàn lực để dẫn đầu. 

>> Pin hạt nhân siêu nhỏ của Trung Quốc: 50 năm không cần sạc, sẵn sàng sản xuất hàng loạt