Extraire l'uranium de l'eau de mer comme autre source de combustible nucléaire

Les océans couvrent la majeure partie de la surface de la Terre et abritent un nombre impressionnant de formes de vie, mais ils abritent également une population diluée d’ions uranium. Et si nous parvenons à extraire ces ions particuliers de l’eau, ils pourraient constituer une source de combustible durable pour produire de l’énergie nucléaire.

Des chercheurs publiant dans ACS Science centrale ont maintenant développé un matériau à utiliser avec l'extraction électrochimique qui attire les ions uranium difficiles à obtenir de l'eau de mer plus efficacement que les méthodes existantes.

Les réacteurs nucléaires libèrent l’énergie naturellement stockée à l’intérieur d’un atome et la transforment 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 gisements de minerai d’uranium sont limités. Pourtant, l’Agence pour l’énergie nucléaire estime que 4,5 milliards de tonnes d’uranium flottent dans nos océans sous forme d’ions uranyle dissous. Cette réserve est plus de 1 000 fois plus grande 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 leurs collègues voulaient développer un matériau d'électrode comportant de nombreux coins et recoins microscopiques qui pourrait être utilisé dans la capture électrochimique des ions uranium de l'eau de mer.

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.

Lors d'expériences, les chercheurs ont placé le tissu enduit comme cathode dans de l'eau de mer d'origine naturelle ou enrichie en uranium, ont ajouté une anode en graphite et ont fait passer un courant cyclique entre les électrodes. Au fil du temps, des précipités jaune vif à base d’uranium se sont 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 d'eau 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.