黨的二十大報告指出,要“積極安全有序發展核電”。隨著國家“雙碳”戰略的實施,天然鈾作為清潔核能的物質基礎,其需求量大幅增加。海洋作為地球上最大的資源寶庫,鈾資源總量高達45億噸,是陸地已探明鈾礦儲量的近兩千倍。面對體量如此巨大的非常規鈾資源,若能實現經濟利用,將為核能發展提供不竭的基礎保障。

海水中鈾濃度極低、賦存條件及環境極其復雜,提取難度極大,技術研發面臨巨大挑戰。海水提鈾研究始于 20世紀 50年代,英國“牡蠣計劃”開展了海水提鈾相關研究。之后,世界上各核大國包括中國、德國、日本、美國、印度等陸續開展了海水提鈾相關研究。歷經多年發展,國外在海水提鈾材料與現場試驗方面進行了大量研究工作。最具有代表性的是日本,其在 2000年前后進行了高分子功能纖維的規模化海水提鈾現場試驗,累積獲得了約 1千克“黃餅”。而其他國家仍致力于海水提鈾吸附材料的研究。
20世紀60年代,我國在上海組建了“671”課題組進行海水提鈾相關研究,并獲得了 30克鈾產品,得到了周恩來總理的高度評價。進入 21世紀之后,國內海水提鈾研究逐漸興起,多家單位開展了海水提鈾相關機理研究,研制出了性能良好、形式多樣的吸附材料,部分單位開展了海試。近十年來,得益于材料科學、化學與化工、仿生學、機械工程等多學科交叉融合,國內海水提鈾研究發展方興未艾,但目前尚未找到有效提升海水提鈾經濟可行的方法,實現海水提鈾工程化依舊任務艱巨。中核鈾業是國內最早開展海水提鈾技術研究的單位之一,致力于解決制約海水提鈾的關鍵問題,在中核集團的堅強領導和大力支持下,近年來在海水提鈾研究領域取得了一系列突破性進展。
一是協同開放的科技攻關體系已建成。海水提鈾屬世界性難題,需打造最優質資源“聚合磁場”,發揮各自優勢集智攻關,逐一擊破制約工程化的核心技術難題。2019年11月,中核集團作為工程化主體和用戶方牽頭發起成立了海水提鈾技術創新聯盟,依托中核鈾業組織實施,其下屬科研單位中核礦業科技集團有限公司作為聯盟秘書單位,聯合多家高校和科研院所協同推動海水提鈾工程化進程。聯盟成立三年多來,制定了《聯盟章程》等一系列頂層制度文件,組建了聯盟理事會與學術委員會,規范運行機制,成員單位已發展至23家。2021年4月,聯盟理事會成立大會正式啟動海水提鈾創新基金,支持聯盟單位協同開展關鍵共性技術研發、成果應用推廣與創新,截至目前投入研發經費近億元。

二是確立了“三步走”發展戰略。海水提鈾任重而道遠,需系統梳理現階段研究成果,統籌做好頂層謀劃,以實現我國核能可持續發展對鈾資源的長遠需求為戰略出發點,以開展海水提鈾材料和設備研制、實現海水提鈾工業化為目標任務,倒排節點分階段開展研究工作。2021年 4月,在中核集團的指導下,中核鈾業強力推動,由聯盟理事會審議發布了《海水提鈾技術創新中長期發展規劃》,確立了近、中、遠期“三步走”的技術發展路線:到2025年,建立多功能海水提鈾技術創新示范平臺,研發、篩選并優化海水提鈾吸附材料,開展海水提鈾現場臺架試驗研究并獲得相應鈾產品,初步構建海水提鈾評價標準;到 2035年,開展海水提鈾材料性能增強研究并實現材料工業化制備,建立完善的海水提鈾技術經濟評價標準,建成從海水中提取鈾產品的示范工程;在此基礎上,通過進一步科研攻關,突破制約海水提鈾工業化關鍵技術瓶頸,逐步實現從海水中連續穩定生產鈾產品的能力。
三是科研平臺建設持續推進。中核鈾業積極推動海水提鈾科研能力建設,打造海水提鈾技術研究創新高地,為加快實現工業化提供充足的“硬實力”支撐。2021年9月獲批中核集團“海水提鈾技術重點實驗室”,成為我國第一個專門從事海水提鈾基礎、關鍵技術與應用一體化研究的高層次研發平臺。2022年3月同海南核電簽署戰略合作框架協議,協同推動海水提鈾科技創新、基地建設與產業化應用發展,秉承“中核牽頭、共同參與、開放共享”的理念,將建設形成國內一流、功能全面、開放融合的海水提鈾試驗基地。目前,海上試驗平臺已完成海域選址與平臺設計,進入了實質性建設階段,建成后將為聯盟成員單位開展規模化現場試驗提供有力保障。

四是社會影響力持續擴大。為爭取國家政策與項目支持,中核鈾業精心策劃,全力推動海水提鈾發展建議納入國家部委科技規劃。2022年 6月,在中核鈾業的謀劃與推動下,海水提鈾成功入選中國科協年度十大前沿科學問題。2023年2月,與海南核電聯合申報的“海水提鈾技術在海南的應用示范”成功入選海南首批科技創新應用場景。在爭取國家政策支持的同時,為加快實現海水提鈾工程化,中核鈾業聚焦核心問題,提出將開發新型高效吸附材料與開展中試驗證作為前沿先導技術納入中核集團重點支持內容,率先啟動規模化研發與標準化工作。
五是科技攻關成效顯著。近些年依托聯盟和中核集團重點實驗室,中核鈾業聚焦核心問題,通過實施中核集團集中研發等重點項目,從功能基與鈾作用機理、高效提鈾材料制備、海試關鍵環節技術、海洋資源綜合利用、標準制定等方面開展了系統性、規模化的研究工作,取得了一系列重要成果,加快了海水提鈾研究向工程化邁進的步伐。在基礎理論研究方面,已基本明確海水中鈾的三碳酸鈾酰主要賦存狀態,成功揭示了海水中鈾的運移與吸附機理,為高效提鈾材料研發提供了理論依據。在吸附材料研發方面,創造性提出抗生物附著提鈾材料概念,開發了“海草式”新型高效吸附材料,室內試驗結果表明其性能優于目前已報道的材料,已經投入海試。在海試實驗方面,海水提鈾創新聯盟從東海、南海提取了鈾初級產品,創新提出在核電站溫排水中間接提取鈾的方法,效率比天然海水中提高 3~5 倍,展現了良好的應用前景。同時,發布了海水提鈾吸附材料評價標準,規范了吸附材料性能衡量方法。道阻且長,行則將至。中核鈾業將在中核集團的堅強領導下,積極聯合社會各界力量,充分發揮聯盟“小核心、大協作”的作用,攜手聯盟大家庭的每位成員,加快推動海水提鈾技術進步和產業化進程,加快攻克海水提鈾這一改變世界的前沿科學問題,早日實現核能發展“無限續航”。
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