Американская компания Fluxnium собирается добывать уран не из руды, а прямо из морской воды с помощью многоразовых полимерных волокон. В Мировом океане растворено более 4 млрд тонн урана, и при нынешнем уровне потребления такого запаса теоретически хватило бы примерно на 50 000 лет работы мировой атомной энергетики. Главная нерешённая проблема заключается не в количестве сырья, а в цене его извлечения.
Fluxnium лицензировала разработанную при поддержке Министерства энергетики США технологию и пытается довести её до промышленного применения. Недавно компания привлекла $7 млн начального финансирования и заявила, что увеличенная площадь поверхности волокон позволила заметно снизить стоимость получения урана. Независимых данных о нынешней себестоимости Fluxnium пока не опубликовала, поэтому говорить о доказанной конкурентоспособности с обычными рудниками рано.
Уран присутствует в морской воде в ничтожной концентрации, примерно 3,3 мкг/л. Извлекать металл простым прокачиванием воды через фильтры слишком энергозатратно, поэтому исследователи много лет разрабатывают пассивные сорбенты. Морское течение само приносит растворённые соединения урана к материалу, и насосы для обработки гигантских объёмов воды не нужны.
В основе метода лежат полимерные волокна с химическими группами, способными связывать растворённый уран. Один из наиболее изученных вариантов использует амидоксимовые группы. Волокна сплетают в длинные линии, закрепляют на буях и оставляют в море. По плану Fluxnium материал будет находиться в воде от 30 до 60 дней, после чего линии поднимут на берег, накопленный уран снимут химическим раствором, а волокна отправят в море повторно.
Подобная схема уже проходила испытания задолго до появления Fluxnium. В экспериментах с настоящей морской водой один из полимерных сорбентов за 56 дней накапливал около 3,9 г урана на килограмм материала, а расчётная предельная ёмкость достигала 5,4 г/кг. Более поздний вариант на основе акрилового волокна показал расчётную ёмкость 7,73 г/кг при 20 °C.
После подъёма волокон уран отделяют от сорбента и очищают до уранового концентрата U3O8, который используют как исходное сырьё для дальнейших стадий ядерного топливного цикла. Лабораторные испытания показывали, что подходящие растворы позволяют извлечь из сорбента около 95% урана. В отличие от обычной переработки руды, морской метод не требует разработки месторождения и не создаёт отвалы измельчённой руды, однако производство сорбента, морское размещение, подъём конструкций и химическая обработка тоже требуют ресурсов.
Именно экономика десятилетиями мешала превратить такую технологию в источник топлива. По словам руководителя Fluxnium Джеффа Грина, ранняя версия процесса давала себестоимость выше $200 за фунт урана. Компания пытается уменьшить затраты за счёт большей площади поверхности волокон, чтобы каждый килограмм материала успевал связать больше урана за одно погружение. Точные показатели новой конструкции и результаты длительных морских испытаний Fluxnium публично не раскрыла.
Условия в океане дополнительно усложняют задачу. Амидоксимовые материалы захватывают не только уран, но и другие растворённые элементы, а повышенное содержание железа и органических веществ способно снижать эффективность сорбента. Температура тоже влияет на производительность: испытания показывали, что в более тёплой воде поглощение урана заметно возрастает.
Отдельный вопрос связан с воздействием крупных морских ферм на экосистемы. Предыдущие испытания десятков разновидностей сорбентов не выявили токсичности веществ, выделяемых материалами в воду, а накопившие металлы образцы также не показали заметного токсического действия. Авторы проверки при этом подчёркивали, что результаты дают лишь предварительную оценку, а для промышленного размещения огромного количества волокон потребуется отдельно изучать долговременное влияние на морскую среду.
Интерес к технологии растёт на фоне планов США расширить атомную энергетику. Министерство энергетики ранее обозначило ориентир на дополнительные 200 ГВт атомных мощностей к 2050 году, что потребует значительно больше топлива. При этом в 2025 году только 7% урана, поставленного американским операторам АЭС, имело происхождение из США, тогда как крупнейшими поставщиками стали Канада с долей 32%, Казахстан с 28% и Австралия с 15%.
Поэтому четыре с лишним миллиарда тонн урана в океане выглядят привлекательным стратегическим запасом, но цифра в 50 000 лет пока описывает физический объём ресурса, а не реально доступное топливо. Будущее морской добычи будет зависеть от того, сколько урана удастся собирать с каждого килограмма волокна, сколько циклов выдержит сорбент и сможет ли вся система работать дешевле традиционной добычи в промышленном масштабе.
