استخراج اورانیوم از آب دریا؛ آمریکا به دنبال ساخت سیستم فراساحلی در مقیاس صنعتی
اقیانوسها یکی از بزرگترین منابع بالقوه اورانیوم در جهان محسوب میشوند، اما استخراج این عنصر از آب دریا به دلیل غلظت بسیار پایین آن، چالشهای فنی و اقتصادی قابل توجهی دارد. اکنون یک همکاری تحقیقاتی میان شرکت SuperCritical Materials و دانشگاه میشیگان تلاش میکند یکی از مهمترین موانع این فناوری را برطرف کند: چگونه میتوان مواد جاذب اورانیوم را در مقیاس بزرگ در محیط دریا مستقر، جمعآوری و دوباره وارد چرخه استخراج کرد؟
به گزارش تجارت نیوز، این پروژه میتواند گام مهمی برای ارزیابی امکان استفاده صنعتی از اورانیوم موجود در آب دریا باشد؛ منبعی که بر اساس برآوردهای مطرحشده در این پروژه، حدود ۴.۵ میلیارد تن اورانیوم محلول در خود دارد.
چالش اصلی استخراج اورانیوم از آب دریا چیست؟
شرکت SuperCritical Materials مجوز انحصاری یک فناوری جاذب ثبتشده را در اختیار دارد که برای جذب اورانیوم محلول هنگام عبور آب دریا از سطح این ماده طراحی شده است. پس از مدتی قرار گرفتن جاذب در معرض آب دریا، ماده مورد نظر جمعآوری میشود و اورانیوم جذبشده از آن استخراج خواهد شد.
اما توسعه یک فرآیند تجاری تنها به عملکرد شیمیایی جاذب وابسته نیست. برای استفاده در مقیاس صنعتی، مقدار بسیار زیادی از این ماده باید به صورت مکرر وارد آب دریا شده، برای مدتی در معرض جریان آب قرار گیرد، سپس بازیابی و برای چرخه بعدی آماده شود.
همین مسئله اکنون به محور اصلی همکاری SuperCritical Materials و دانشگاه میشیگان تبدیل شده است. پژوهشگران میخواهند سیستمهای مکانیکی لازم برای جابهجایی و بازیابی این مواد را طراحی کنند تا فناوری استخراج بتواند در شرایط واقعی اقیانوس نیز به شکل قابل اعتماد کار کند.
طراحی تجهیزات برای فعالیت در محیط دریایی
این پروژه توسط ماها حاجی، استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه میشیگان و مدیر آزمایشگاه مهندسی و تحلیل همزیستی این دانشگاه، هدایت میشود. تمرکز تحقیقات او بر طراحی سیستمهای فراساحلی برای بازیابی منابع حیاتی از اقیانوس است.
پژوهشگران ابتدا ویژگیهای مکانیکی جاذب مورد استفاده SuperCritical را بررسی میکنند و واکنش آن را در برابر تنشهای مختلف، از زمان بستهبندی و استقرار گرفته تا قرار گرفتن در معرض آب دریا و مرحله بازیابی، مورد ارزیابی قرار میدهند.
پس از این مرحله، روشهای مختلف بستهبندی جاذبها در سیستمهای نزدیک ساحل بررسی خواهد شد و نمونههای اولیه تجهیزات مورد نیاز برای استقرار و بازیابی آنها ساخته و آزمایش میشود.
به گفته الکساندر کانون برایان، رئیس و مدیرعامل SuperCritical Materials، چالش اصلی دیگر صرفاً اثبات امکان جذب اورانیوم از آب دریا نیست، بلکه مسئله مهم این است که بتوان این جاذب را در مقیاس صنعتی به شکل مؤثر و مکرر در آب دریا مستقر و سپس بازیابی کرد.
آزمایش شرایط دریا پیش از ورود به آبهای آزاد
بخش قابل توجهی از آزمایشهای اولیه قرار است در آزمایشگاه هیدرودینامیک دریایی آرون فریدمن دانشگاه میشیگان انجام شود. این مرکز به تجهیزات و مخازنی مجهز است که میتوانند شرایط مختلف دریایی از جمله امواج و جریانهای آب را در محیطی کنترلشده شبیهسازی کنند.
این قابلیت به محققان اجازه میدهد طرحهای مختلف تجهیزات را پیش از انجام آزمایشهای فراساحلی بررسی کنند. به این ترتیب، رفتار هیدرودینامیکی سیستمها در برابر شرایط مختلف دریا مشخص خواهد شد و نقاط ضعف احتمالی تجهیزات پیش از ورود به مرحله آزمایش در محیط واقعی شناسایی میشود.
ماها حاجی نیز پیش از این روی فناوریهای مربوط به استقرار و بازیابی جاذبهای اورانیوم کار کرده است. او در جریان تحقیقات دکترای خود در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) در توسعه مفاهیم مربوط به استقرار و بازیابی این جاذبها مشارکت داشت و در ساخت و آزمایش سیستمهای بازیابی در محیط اقیانوس نیز تجربه دارد.
ساخت یک چرخه تکرارپذیر برای استخراج اورانیوم
فناوری مورد استفاده SuperCritical بر پایه یک ماده جاذب عمل میکند. این ماده هنگامی که آب دریا از سطح آن عبور میکند، اورانیوم محلول موجود در آب را جذب میکند. پس از سپری شدن زمان مشخص، جاذب از محیط دریایی خارج میشود و برای بازیابی اورانیوم جذبشده تحت فرآیندهای بعدی قرار میگیرد.
هدف پروژه جدید تغییر این فرآیند شیمیایی نیست، بلکه تمرکز اصلی بر بخش مکانیکی و عملیاتی آن است. پژوهشگران باید راهی پیدا کنند که مقادیر زیادی از جاذب به صورت قابل اعتماد در محیط دریایی جابهجا شود و بتوان آن را بارها وارد چرخه استخراج و بازیابی کرد.
ماها حاجی در توضیح اهمیت این موضوع گفته است که استخراج مواد حیاتی از اقیانوس تنها به یک جاذب با عملکرد بالا نیاز ندارد و یک سیستم فراساحلی نیز باید بتواند در شرایط سخت دریایی، کارآمد، قابل اعتماد و با ملاحظات زیستمحیطی فعالیت کند.
آیا استخراج اورانیوم از آب دریا اقتصادی میشود؟
یکی از اهداف اصلی این همکاری، جمعآوری دادههایی است که بتواند برای طراحی پروژههای آزمایشی آینده مورد استفاده قرار گیرد. نتایج آزمایشها قرار است در ارزیابی امکانپذیری مهندسی، مدلسازی هزینههای سرمایهای و عملیاتی و طراحی سیستمهای نمایشی آینده به کار گرفته شود.
در صورت موفقیت مراحل آزمایشی، SuperCritical Materials قصد دارد فناوری خود را به سمت آزمایشهای فراساحلی در مقیاس بزرگتر هدایت کند. مسئله اصلی در این مرحله، مشخص کردن این موضوع خواهد بود که آیا استخراج اورانیوم از آب دریا میتواند از نظر اقتصادی با منابع متداول اورانیوم رقابت کند یا خیر.
اهمیت این موضوع برای آمریکا نیز قابل توجه است؛ زیرا در صورت امکانپذیر شدن استخراج اقتصادی اورانیوم از آب دریا، این فناوری میتواند در بلندمدت به ایجاد یک منبع بالقوه جدید برای تأمین مواد مورد نیاز صنعت سوخت هستهای کمک کند.
تلاش مشترک SuperCritical Materials و دانشگاه میشیگان نشان میدهد مسیر استخراج اورانیوم از آب دریا اکنون از مرحله بررسی صرف قابلیت جذب، به سمت حل چالشهای مهندسی و عملیاتی حرکت کرده است. وجود حدود ۴.۵ میلیارد تن اورانیوم محلول در اقیانوسها این منبع را از نظر تئوری بسیار قابل توجه میکند، اما غلظت پایین اورانیوم و دشواری جابهجایی حجم زیادی از جاذبها همچنان موانع اصلی تجاریسازی این فناوری هستند.
آزمایش نمونههای اولیه در شرایط شبیهسازیشده دریا میتواند اطلاعات مهمی درباره دوام، عملکرد و هزینه این سیستمها ارائه کند. در نهایت، موفقیت فناوری به این بستگی خواهد داشت که آیا میتوان فرآیند استقرار و بازیابی جاذبها را به اندازهای کارآمد و کمهزینه کرد که استخراج اورانیوم از آب دریا در مقیاس صنعتی توجیه اقتصادی پیدا کند یا خیر.