Китайские учёные создали самодвижущийся материал для добычи урана из морской воды
Китайские исследователи разработали новый тип материала, способного самостоятельно перемещаться в воде и извлекать уран, используя энергию света. Работа выполнена в Китайской академии наук, на базе Цинхайского института соляных озёр, и представляет собой важный шаг в развитии технологий добычи стратегических ресурсов из морской среды.
В основе разработки лежит металлоорганический каркас, или MOF-структура, которая преобразует свет в движение. Благодаря этому материал функционирует как микромотор, способный активно перемещаться в воде и захватывать ионы урана. В отличие от традиционных сорбентов, которые остаются неподвижными и зависят от случайного контакта с веществами, новая система действует автономно, повышая эффективность процесса.
Уран остаётся ключевым топливом для ядерной энергетики. Несмотря на то, что в мировом океане растворено около 4,5 миллиарда тонн этого элемента, его крайне низкая концентрация делает добычу технически сложной и экономически невыгодной. На фоне активного развития атомной энергетики Китай стремится снизить зависимость от импорта урана, что усиливает интерес к альтернативным методам его получения, включая извлечение из морской воды.
Руководитель исследования Юнцюань Чжоу отметил, что хотя сами светоуправляемые микромоторы уже изучались ранее, их применение именно для извлечения урана остаётся малоисследованным направлением. Команда создала микрочастицы диаметром около 2 микрометров — значительно тоньше человеческого волоса. Эти пористые структуры напоминают губку и обладают химической устойчивостью в водной среде, что позволяет им работать длительное время.
Движение микромоторов обеспечивается за счёт небольшой концентрации перекиси водорода, которая запускает реакцию и создаёт тягу. Скорость перемещения частиц достигает примерно 7 микрометров в секунду, что позволяет им активно перемещаться, а не просто пассивно дрейфовать. При воздействии света скорость почти удваивается, обеспечивая дополнительный «солнечный» импульс.
В лабораторных условиях система продемонстрировала высокую эффективность извлечения урана — до 406 миллиграммов на грамм материала. После захвата уран преобразуется в стабильную минерализованную форму, что упрощает его дальнейшее отделение и безопасное хранение.
Особый интерес вызвали наблюдаемые в экспериментах коллективные эффекты. При взаимодействии активных микромоторов с пассивными коллоидными частицами возникали поведенческие паттерны, напоминающие биологические процессы, такие как «охота», «побег» и координированное движение роя. Эти явления изменялись в зависимости от концентрации топлива, что указывает на сложную динамику системы.
Основную часть экспериментальной работы выполнил исследователь Икрам Мухаммад. По словам Чжоу, предложенная концепция может быть расширена для извлечения других стратегически важных элементов, включая рубидий и цезий. Однако технология находится на ранней стадии развития и сталкивается с серьёзными проблемами масштабирования.
Одним из ограничений остаётся высокая солёность среды, например в соляных озёрах, где эффективность микромоторов снижается. Учёные продолжают дорабатывать систему, подчёркивая, что для перехода к практическому применению потребуется длительная работа по оптимизации и инженерной адаптации технологии.