1960년대부터 연구자들은 우라늄을 채취할 가능성이 희박한 곳인 바다로 시선을 돌려왔습니다. 이제 호주가 주도하는 팀은 저렴하고 만들기 쉬운 재료를 사용하여 해상 우라늄 수확에 대한 전망을 한 단계 더 가까이 가져갔습니다.
지구가 탄소 기반 연료원에서 서서히 멀어지기 시작하면서 대체 에너지원이 주목받기 시작했습니다. 태양광, 풍력, 수력 발전 기술이 이 분야에서 주목을 받는 경향이 있지만 원자력은 여전히 강력한 경쟁자입니다. 실제로 2017년에는 전 세계 에너지 생산량의 약 10%를 기여했으며, 2022년에는 8GW의 신규 원자력 발전이 글로벌 전력망에 통합되었습니다.
원자력 발전의 핵심은 우라늄입니다. 우라늄은 소수의 국가에서만 육지에서 발견되는 원소이며, 원자력 발전소가 확산됨에 따라 지하 공급량이 계속 줄어들 것입니다. 그러나 수중보충의 경우에는 그러하지 아니하다. 전 세계 해양의 원소 양은 약 45억 톤인 반면 육지의 양은 약 600만 톤에 불과한 것으로 추산됩니다. 이는 전 세계에서 수천 년 동안 전기를 생산할 수 있는 양입니다.
그러나 우라늄의 바닷물 농도가 매우 낮기 때문에 모든 우라늄을 회수하는 것은 까다로운 것으로 입증되었습니다.
Oak Ridge National Laboratory의 과학자들은 우라늄과 친화력이 있는 아미드옥심 화학 그룹을 도핑한 섬유로 초기 성공을 거두었습니다. 스탠포드 연구원들은 나중에 섬유에 전기를 공급하여 더 많은 방사성 원소를 포착했습니다. 최근 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소(Pacific Northwest National Laboratory)는 특수한 유형의 아크릴 원사를 사용하여 해수에서 5g의 옐로우케이크(우라늄 분말)를 추출할 수 있었습니다.
그러나 이러한 방법은 전 세계 원자력 발전소에 필요한 산업 규모로 우라늄을 수확하기에는 충분하지 않습니다. 다른 바다 기반 원소를 가두지 않고 우라늄을 포획할 수 있는 물질을 찾는 것은 어려운 일이었습니다.
이러한 어려움을 극복하기 위해 ANSTO(Australian Nuclear Science and Technology Organization), 뉴사우스웨일스 대학교 및 기타 동료 연구원들은 층상 이중 수산화물(LDH)로 전환했습니다. 상대적으로 만들기 쉬운 이 물질은 양이온과 음이온으로 하전된 이온층으로 구성됩니다. 연구팀은 이러한 LDH에 네오디뮴, 테르븀, 유로듐 등 다양한 화학물질을 도핑하고 해수에 담근 후 X선 흡수 분광법을 사용한 향상된 이미징을 사용하여 결과를 분석했습니다.
연구진은 네오디뮴이 LDH와 결합되면 결과 화합물이 바닷물뿐만 아니라 10가지 이상의 풍부한 원소에서 우라늄을 포착할 수 있다는 것을 발견했습니다. 여기에는 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 칼륨이 포함되며 우라늄보다 약 400배 더 풍부합니다. 이러한 선택성은 LDH가 도핑된 물질을 생산하는 데 드는 저렴한 비용과 함께 해수에서 대규모로 우라늄을 채취할 수 있는 가능성에 크게 기여한다고 연구원들은 말합니다.
"이러한 발견은 LDH의 도핑 엔지니어링이 선택성을 제어하고 해수에서 우라늄을 추출하는 것과 같은 분리에 도전할 수 있는 흡착제를 생산하는 간단하고 효율적인 방법을 제공한다는 것을 보여줍니다."라고 연구원은 Energy Advances 저널에 표지 기사로 게재된 연구에서 썼습니다.