中国又在关键技术上实现重大突破，这次是海水提铀，而且是公斤级规模，还是在真实海洋环境中完成的，含金量直接拉满。
前不久，上海举办的海水提铀学术交流会上，中核集团首次对外公布了这个消息，看上去轻描淡写，其实是足以改变能源格局的大事件。今天就用通俗的话，给大家把这件事讲明白。
首先大家要清楚，铀这种元素，是核电发电的核心原料，也是清洁能源上游的关键矿产。和很多矿产一样，中国本土的铀资源并不丰富，目前已探明的储量大概只有20万吨，仅占全球总量的不到5%。
但与之相反的是，中国是全球第二大铀消费国，消费占比高达20%。这种严重不对称的供需关系，导致中国长期依赖进口铀，对外依存度超过70%。
只不过铀在中国的用途，95%以上都用于制造核燃料，只有少量用于科研、医疗同位素以及军用。
这里就有个关键问题，根据国家原子能机构此前的预测，2025年中国核电装机容量要达到7000万千瓦，到2035年有望突破1.5亿千瓦，核能发电量将占到全国总发电量的10%左右。
这就意味着，未来十年，中国还会大规模建设核电站，以此推进双碳目标，而这一切都需要大量核燃料支撑。如果铀资源始终依赖进口，对中国核电发展来说，就像头顶悬着一把达摩克利斯之剑，随时可能受制于人。
所以，实现铀资源自由，已经迫在眉睫。
既然陆地铀资源匮乏，我们就把目光投向了广袤的大海。要知道，海水中蕴藏着大约45亿吨铀，是陆地已探明资源的数千倍，相当于全世界一万年的核电用量。
这些铀，是陆地岩石长期风化后，被河流冲刷溶解，最终汇入海洋形成的。而中国拥有漫长的海岸线和广阔的海洋疆域，完全有条件依靠海水，解决铀资源短缺的问题。
可能很多人不知道，中国研究海水提铀，其实早有布局。根据专业论文记载，上世纪60年代，我们就在上海成立了海水提铀办公室，1967年又组建了671课题组，这是中国最早专门研究海水提铀的专项计划。
到了1970年，我们就成功从海水中提取出30克铀，据说当时还得到了周恩来总理的高度评价。不过进入80年代后，这项研究被暂时搁置，直到21世纪随着中国核电高速发展，研发经费也逐步充足，海水提铀这个课题，才被科研院所重新提上日程，开始全力攻关。
从全球范围来看，除了中国，日本和美国也一直在研究海水提铀。日本不用多说，本身核电发达，但陆地资源极度匮乏，只能“向大海要资源”。
美国则是在60年代就积极开展相关研究，后续一度停滞，直到2010年之后，才重新启动相关研究，节奏和中国大致相同。
其中，日本在海水提铀领域，曾经一度领先。作为不能拥有核弹的国家，日本研究海水提铀，纯粹是为了支撑核电发展，投入了大量人力物力。
论文显示，日本在80年代就完成了规模化技术验证，2000年前后，开展了规模化海试，在两年时间里，总计提取出大约1公斤黄饼。
这里简单说下，黄饼是核燃料产业链中的中间贮存形态，本质就是八氧化三铀。从这一点来说，日本是全球第一个实现公斤级海水提铀的国家，我们在这个节点上，曾经落后了40年。
不过，日本后续就很少有海水提铀的相关报道，也没有形成大规模产业化部署，相当于暂停了脚步。
中国这次实现的公斤级海水提铀，是按部就班完成的第一阶段目标，后续还会逐步推进吨级、百吨级提取，有着明确的产业化规划，这也是我们敢说“赶日超美”的核心原因。
可能有人会问，海水提铀既然研究了七十多年（从50年代开始），为什么一直没实现产业化？核心难题有两个：
一是铀在海水中的浓度极低，只有大约3.3微克每升；二是海水中有大量其他金属离子，会严重干扰铀的提取，增加提取难度。
在中核集团宣布实现真实海洋环境提铀之前，全球相关研究基本都停留在实验室阶段，大多用模拟海水开展实验。
比如在去离子水中添加氯化钠、碳酸氢钠，或者在天然海水中额外添加铀，尽量模拟真实海水环境，但这种模拟海水中的铀浓度，远比真实海水高，大多在毫克级，只能用来做技术验证，根本反映不出真实的提取效能。
直到近些年，用纯天然、无添加的真实海水开展提铀研究，才成为行业共识，中国这次就是实现了这一领域的突破。
接下来给大家讲下核心原理，海水提铀的方法有很多，比如吸附法、溶剂萃取法、膜分离法、离子交换法、化学沉淀法等，但目前业界公认最可行、最高效的，只有吸附法。
大家要知道，铀在海水中并不是孤立存在的，主要以碳酸铀酰这种化合物的形态存在，这种形态非常稳定。吸附法就是通过物理或化学手段，将其中的铀酰离子剥离、收集起来，从而完成铀的提取。
既然核心是吸附法，那么吸附剂的配方设计，就成了关键。目前行业内的吸附材料，主要分为有机材料、无机材料、有机无机结合材料三大类。
有机材料以高分子聚合物为基体，在骨架上嫁接特定功能基团，这些基团能与铀酰离子结合，从而将其从复杂的海水环境中分离出来。
其中，偕胺肟基团是目前海水提铀领域最具代表性的设计，最早由德国在80年代发现，至今仍发挥着重要作用。不过有机材料也有短板，它需要抵抗海水中微生物的侵蚀，这也是目前需要攻克的难点之一。
无机材料是早期海水提铀研究的重点，典型的有氢氧化钛、二氧化硅基材料、碳材料、氮化碳、水滑石材料等，近些年也有不少研究成果。但无机材料选择性差，且多为粉末状，在海水中容易流失，所以目前已经不是主流选择。
有机无机结合材料，比如金属有机框架（MOF），就是在无机框架上嫁接有机基团，同时兼顾无机材料的高孔隙率和有机材料的亲和力，目前还处于优化探索阶段，暂未大规模应用。
除此之外，中国在吸附剂领域还有独特突破，比如海南大学团队研发的、与蜘蛛丝蛋白基因融合的超级优先结合蛋白。
这种蛋白由北大早年开发的人工蛋白质改良而来，亲和力和选择性极强，再结合蜘蛛丝蛋白的高强度优势，解决了原有蛋白强度差、无法在海水中稳定存在的问题。
吸附剂收集到铀酰离子后，还要经过洗脱、纯化、转化等步骤，生产出黄饼，再进一步还原为二氧化铀，与氢氟酸反应生成六氟化铀。
六氟化铀作为气体，可通过离心操作提纯，将铀235浓度从天然铀的0.72%提升到3%-5%，再还原成二氧化铀粉末，添加润滑剂后压制成圆柱、烧结，就能得到核燃料。
最后经过包覆、密封、焊接，制成核燃料棒，完成整个核燃料产业链的闭环。
总的来说，中国这次海水提铀的公斤级海试成功，不是偶然，而是几十年技术积累的结果。虽然曾经落后日本40年，但我们一步一个脚印，不仅实现了突破，还制定了明确的产业化规划，真正朝着赶日超美、实现铀资源自由的目标迈进。
未来，随着技术不断成熟，核电发展再也不用看别人脸色，中国的清洁能源之路，也会走得更稳、更远。
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