澎湃新闻6月23日讯：目前全球核电站所使用的核燃料，均来源于陆地天然铀矿的开采。以当前消耗速度，陆地铀已探明资源仅够人类使用100年左右，而海水中赋存了约45亿吨铀资源，这一数值是陆地储量的近1000倍。数十年以来，世界各国一直致力于寻找可大规模实施的海水提铀产业应用技术。
澎湃新闻了解到，近日，国际欧亚科学院院士、中国科学院上海高等研究院绿色化学工程技术研究与发展中心姜标研究团队在海水提铀研究领域取得重要进展，成功开展纳米膜公斤级海水提铀海试试验，推动我国海水提铀从“实验室”走向“海洋”，为海水提铀的工程化应用提供了重要技术支持。海水提铀的工程化实施，或将为缓解中国的铀困境提供一条可选的新途径，保障核工业发展“无限”续航。
南海海域公斤级海试平台航拍照片。本文图片均由中科院上海高研院提供
今年4月底，由中核集团牵头发起、联合国内23家高校和科研院所成立的中国海水提铀技术创新联盟确立了海水提铀“三步走”战略：第一阶段（2021-2025年），实现海水中提取公斤级铀产品能力；第二阶段（2026-2035），建成海水提铀吨级示范工程；第三阶段（2036-2050），实现海水中提取铀产品连续生产能力。姜标院士对澎湃新闻表示，按照目前的材料攻关进度，其团队预计5至6年内有望完成海水提铀海试吨级实验。这意味着，上述“三步走”时间表的关键节点有望提前达成。
海水提铀技术的关键所在——吸附材料，一旦走出实验室投入真实海试，极易受到海洋污染、气候、洋流等影响，理论上的吸附容量会立马“打折”。
膜组件生产线及批量生产的膜组件吸附材料和海洋工程造价，直接决定了海水提铀的经济性。基于静电纺丝技术，姜标院士团队制备了铀吸附速率快、吸附容量高、离子选择性好的纳米纤维功能膜，近10年间完成了从实验室膜片到工业膜组件的批量生产，开展了近百次的模拟循环吸附/脱附工艺验证。此项研究工作前期得到了中国科学院重点部署项目、中国科学院青年创新促进会项目（2017353）的支持。
“纳米纤维功能膜的强度大、制备厚度可控且穿透力很强，可反复使用，使用寿命很长。由于海水中铀浓度很低，材料的表面积足够大才能将其精准吸附‘拦截’下来。”该研究团队成员之一，中国科学院上海高等研究院副研究员、中国科学院青年创新促进会会员李继香表示，“一根1米高的圆柱体工业膜组件的有效吸附面积相当于一个足球场，理想的海洋环境状态下，全生命周期可以提取近600克的铀。”
东海海域小规模海试试验
2019年11月，通过产学研合作，该研究团队在南海海域建设了纳米膜公斤级海水提铀海试试验平台以及配套改性和洗脱平台，完成了10余吨提铀膜组件及平台的装配和加固改造，近2年间在该海试平台上完成了100余支膜组件的海试投放和循环吸脱附试验。
南海海域公斤级海试试验平台，取放膜组件
同时，研究团队建立了完整的铀吸附/洗脱/活化技术体系，并进行了技术经济性评估。研究成果已获授权中国国防发明专利2项、发明专利1项，实审发明专利5项、实用新型专利2项。
姜标院士表示，日前，该团队正联合中核集团旗下核电运行研究（上海）有限公司，完善海洋工程实施技术。
2017年，该团队从海水提铀的成本是500美元/公斤，现在降到了约150美元/公斤，不断接近于目前国际上评价铀矿经济性的130美元/公斤标准。“如果功能纳米膜使用次数再增加、海洋污染可以减少、全生命周期铀提取量增加，那么届时海水提铀成本有望追平陆地铀矿采铀。”姜标院士说道。
