真的從海水中獲取了鈾！成本每公斤21萬日元

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【日經BP社報導】海水中含有77種元素，還存在許多稀有金屬，比如鈦、鋰、鈷、釩等。據推測其中鈾的資源量竟相當於鈾礦儲量的1000倍。

各國開發核電站的熱潮仍在繼續，而礦山鈾出現枯竭危機，在這種形勢下，日本原子能研究開發機構（JAEA）高崎量子應用研究所從大約30年前起，就開始致力於研發海水鈾捕獲術。

45億噸。這是地球上所有海水中鈾的推測儲量。竟相當於今後可開採的礦山鈾儲量的1000倍。鈾主要被用做核電站的燃料，據計算海水中的鈾大約相當於全球核電站一年消耗的鈾的6萬倍。

日本原子能研究開發機構（JAEA）高崎量子應用研究所研究主任瀬古典明

除了鈾之外，海水中還含有77種元素，相當於所有元素7成左右，雖然濃度較低，但還存在許多稀有金屬，比如鈦、鋰、鈷、釩等。  

在這裡，我們能夠看到希望之光。日本許多資源依賴進口，被稱為「資源小國」，但四面環海，擁有位居全球第6位、面積達200海裏的廣闊專屬經濟區（EEZ）。在全球各國都在強化資源戰略的形勢下，如果能從自己的領海中獲取此前一直依賴進口的部分資源，便可降低對海外的依賴程度。  

黑潮每年為日本近海帶來520萬噸鈾

實際上，日本原子能研究開發機構高崎量子應用研究所從大約30年前起，就開始致力於研發海水鈾捕獲技術。  

該研究所研究主任瀬古典明說：「據推算，黑潮每年會將520萬噸的鈾運至日本近海。如果能捕集其中僅佔0.2％的1萬噸左右，便可滿足日本每年8000噸的需求量。從技術上來說，還足以捕獲更多的鈾。」

而且，據稱存在於海底岩盤表面的鈾相當於海水中的1000倍以上，即使毎年都從海水中捕獲鈾，海水中的鈾含量也能夠因岩盤中滲出的鈾而保持一定的濃度。

瀬古等多年來一直在進行摸索的，是開發可低成本高效率捕集海水鈾的捕獲材料料和捕獲系統。


使用放射線的製造方法是重點

捕獲材料是以聚乙烯為基材製成的。聚乙烯是一種由兩個碳和四個氫構成的乙烯呈鏈狀連接在一起形成的纖維材料。如果向碳的部分照射放射線，碳便會易於與其他分子相結合。在其中加入某種化學藥品，便會形成具有吸附海水鈾性質的「偕胺肟基」，等於裝上了「手」。

高崎量子應用研究所首次成功開發出海水鈾捕獲材料，是在1981年。並將該捕獲材料放入青森縣陸奧市海域30天時間，成功實現了每公斤捕獲材料回收1克鈾。  

從1999年到2001年，約以三年時間，利用設置於陸奧市海域的總重量為350公斤的捕獲材料總共捕獲了1公斤的鈾。  

使用放射線的製造方法是重點

實際上，偕胺肟基可捕獲的並不僅僅是鈾。目前鈾的捕獲比例大約為1％。剩餘的99％中，含有鐵、鋁以及稀有金屬鎳、鈷和釩等。因此還可用做這些金屬的捕獲材料。

這項技術的重點在於使用放射線。在聚乙烯上加偕胺肟基也可以使用觸媒轉換器，但觸媒轉換器中含有害物質。因此，聚乙烯中總是會殘留有害物質，放入海水中之後，有害物質可能溶入海水中。放射線則不會存在這種問題，而且與使用觸媒轉換器的方法相比，還具備可給予更多偕胺肟基的優點。

不過，還存在一個課題。那就是捕獲成本上升。  

固定於青森縣陸奧市海域的捕集材料。約以3年時間捕集了1公斤鈾，不過成本成為亟需解決的巨大課題。（點擊放大）

該試驗是層疊120片邊長為30釐米的正方形布狀捕獲材料，放入有孔的箱中，然後將此箱安裝于8米見方的裝置中，總共可放入432個。再將該裝置固定於水面下約30米處。

但為了不被颱風等導致的大浪破壞，固定裝置建造得非常堅固，因此雖然捕獲材料僅為350公斤，但整個裝置的重量卻達4噸左右。而且，總成本的8成以上花費在了用於固定的裝置上。   

因此，瀬古等為了削減固定裝置的費用，新設計了使用「浮子」的方式。辮狀的捕獲材料下側配備有重錘，另一側帶有浮子。將重錘設置於海底之後，便會像海帶芽一樣立起來。重量削減到了原先的10分之1左右，此外還縮小了設置所需的面積。也不會妨礙船舶的航行。

使用該方式在沖繩縣恩納村海域3公里處進行了實驗。

根據電腦模擬結果，決定每根捕獲材料的長度為60米，固定間距為8米。因捕獲材料與海水的接觸面積增加、海水溫度高於陸奧市海域，鈾獲集量提高到了3倍左右。   

浮游生物等海洋生物在海水溫度越低的情況下越豐富。因此，與沖繩海域相比，在青森海域，浮游生物等微生物更易於附著在捕集材料上，在其妨礙下捕獲功能下降。  

瀬古雄心勃勃地說道：「在海水溫度為27～30度時可發揮最大捕獲能力。今後希望在沖繩海域確保捕獲材料的設置場所。」  

據瀬古的推算，一根捕獲材料的長度為60米，一次捕獲時間為60天，每年捕獲5次，假設每公斤捕獲材料的鈾回收量為2克，在深100米的海底，至少可固定173萬根捕獲材料，這樣一來每年便可捕集1200噸鈾。


今後的課題是提高耐久性

今後的課題是研發僅捕獲鈾的材料和提高捕獲材料的耐久性。

捕獲材料反覆使用的次數越多，平均每次的成本就越低。不過，由於回收鈾時使用的溶劑、海水中含有的各種成分以及海洋生物的附著等，捕獲能力會逐漸下降。此前在海洋試驗中的再利用次數僅為兩次。這樣的話，每捕獲一公斤鈾，便需要花費21萬日元的成本。

假如每公斤捕獲材料的鈾回收量增加到4克，再利用次數增加到8次，捕獲1公斤的成本可下降到3.2萬日元。瀬古認為，如果能增加到18次，便可降低到2.5萬日元。

瀬古等開發的捕集材料（右）。沉入海中的辮狀捕集材料（左下）上，除了鈾之外，還附著有釩、鐵、鎳和鈷等。左上圖為在陸奧市海域進行實驗的布狀捕集材料。(點擊放大)

近幾年，與化石燃料相比能源效率較高、二氧化碳排放量也僅為10分之1左右的核電迅速得到關注，以中國和印度為中心，全球各國相繼出現核電站建設熱潮。  

不過，已確認的鈾儲量約5成存在於澳大利亞、哈薩克以及加拿大三國，據預測今後鈾爭奪戰將會愈演愈烈。根據經濟合作與發展組織（OECD）和國際原子能機構（IAEA）的共同調查，有觀點認為2015年左右有可能出現嚴重的鈾供應短缺危機。

有助於減排二氧化碳

日本的鈾以往完全依賴進口。如果其中一部分能夠從日本領海獲取，就不易受到來自資源國的國家風險、資源政策以及資源枯竭危機的影響。

瀬古充滿信心地說道：「如果能夠以合理的成本捕獲海水中的鈾，並用做核電站燃料，便可長期應對減排二氧化碳。為了解決相關課題，今後我們將繼續穩步進行研發。」 （《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）【日經能源環境網】

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軍用定民用{:oh:}