Une nouvelle étude révèle une méthode efficace pour extraire les ions uranium de l’eau de mer à l’aide d’un matériau d’électrode spécialement conçu. Cette approche offre une alternative durable à l’exploitation minière traditionnelle de l’uranium, transformant potentiellement les océans en vastes sources de combustible nucléaire.
La majeure partie de la surface de la Terre est recouverte d’océans, qui regorgent d’une grande variété de vie. Il est intéressant de noter que ces vastes étendues d’eau contiennent également une distribution diluée d’ions uranium. L’extraction de ces ions pourrait potentiellement offrir une source de carburant renouvelable pour la production d’énergie nucléaire. Une étude récente dans ACS Science centrale introduit un nouveau matériau conçu pour l’extraction électrochimique. Cette innovation est plus efficace que les techniques précédentes pour capturer les ions uranium insaisissables de l’eau de mer.
Les réacteurs d’énergie nucléaire libèrent l’énergie naturellement stockée à l’intérieur d’un atome et transformez-le en chaleur et en électricité en brisant littéralement l’atome – un processus connu sous le nom de fission. L’uranium est devenu l’élément privilégié de ce processus car toutes ses formes sont instables et radioactives, ce qui facilite sa division.
Actuellement, ce métal est extrait de roches, mais les dépôts de minerai d’uranium sont finis. Pourtant, l’agence d’énergie nucléaire estime que 4,5 milliards de tonnes d’uranium flottent dans nos océans sous forme d’ions d’uranyls dissous. Cette réserve est plus de 1 000 fois plus que ce qui se trouve sur terre. L’extraction de ces ions s’est toutefois avérée difficile, car les matériaux utilisés pour cela n’ont pas suffisamment de surface pour piéger efficacement les ions. Ainsi, Rui Zhao, Guangshan Zhu et ses collègues voulaient développer un matériau d’électrode avec beaucoup de coins microscopiques et de recrues qui pourraient être utilisés dans la capture électrochimique des ions d’uranium provenant de l’eau de mer.
Développement de matériaux d’électrodes innovants
Pour créer leurs électrodes, l’équipe a commencé avec un tissu flexible tissé à partir de fibres de carbone. Ils ont enduit le tissu de deux monomères spécialisés qui ont ensuite été polymérisés. Ensuite, ils ont traité le tissu avec du chlorhydrate d’hydroxylamine pour ajouter des groupes amidoxime aux polymères. La structure naturelle et poreuse du tissu a créé de nombreuses petites poches dans lesquelles l’amidoxime peut se nicher et piéger facilement les ions uranyle.
Dans des expériences, les chercheurs ont placé le tissu enduit sous forme de cathode dans une eau de mer naturellement d’origine ou d’uranium, a ajouté une anode en graphite et exécuté un courant cyclique entre les électrodes. Au fil du temps, des précipités à base d’uranium en jaune vif accumulés sur le tissu cathodique.
Lors des tests utilisant de l’eau de mer collectée dans la mer de Bohai, les électrodes ont extrait 12,6 milligrammes d’uranium par gramme de matière active enrobée pendant 24 jours. La capacité du matériau enrobé était supérieure à celle de la plupart des autres matériaux d’extraction d’uranium testés par l’équipe. De plus, l’utilisation de l’électrochimie pour piéger les ions était environ trois fois plus rapide que de simplement les laisser s’accumuler naturellement sur les tissus. Les chercheurs affirment que ces travaux offrent une méthode efficace pour capturer l’uranium de l’eau de mer, ce qui pourrait ouvrir les océans à de nouveaux fournisseurs de combustible nucléaire.
Les auteurs reconnaissent le financement du Programme clé national de R&D de Chine, de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, du Projet du Département de l’éducation de la province de Jilin, de la Fondation des sciences naturelles du Département des sciences et technologies de la province de Jilin, des Fonds de recherche fondamentale pour le Universités centrales et projet « 111 ».
