För första gången, forskare vid Pacific Northwest National Laboratory och LCW Supercritical Technologies har skapat fem gram yellowcake - en pulverform av uran som används för att producera bränsle för kärnkraftsproduktion - med akrylfibrer för att extrahera det från havsvatten.

"Detta är en viktig milstolpe, sa Gary Gill, en forskare vid PNNL, ett nationellt laboratorium för energidepartementet, och den enda med en marin forskningsanläggning, ligger i Sequim, Wash. "Det tyder på att detta tillvägagångssätt så småningom kan ge kommersiellt attraktivt kärnbränsle som härrör från haven - den största källan till uran på jorden."

Det är där LCW, ett Moskva, Idahos ren energibolag kommer in. LCW med tidigt stöd från PNNL genom DOE:s Office of Nuclear Energy, utvecklat en akrylfiber som attraherar och håller fast löst uran som finns naturligt i havsvatten.

"Vi har kemiskt modifierat vanliga, billigt garn, att omvandla det till en adsorbent som är selektiv för uran, effektiv och återanvändbar, sade Chien Wai, VD för LCW Supercritical Technologies. "PNNL:s förmåga att utvärdera och testa materialet, har varit ovärderliga för att föra den här tekniken framåt."

Wai är en före detta professor vid University of Idaho som, tillsammans med kollegan Horng-Bin Pan, var involverad i tidigare DOE-finansierad forskning för att utveckla material för att öka den inhemska tillgängligheten av uran, som för närvarande mestadels importeras till USA.

Wai grundade LCW och, med finansiering från Small Business Innovation Research-programmet, utarbetat ett nytt tillvägagångssätt för att adsorbera uranet på en molekyl eller ligand som är kemiskt bunden till akrylfibern. Resultatet är en vågig polymeradsorbent som kan användas i en marin miljö, är hållbar och återanvändbar.

Det adsorberande materialet är billigt, enligt Wai. Faktiskt, han sa, även avfallsgarn kan användas för att skapa polymerfibern. Materialets adsorberande egenskaper är reversibla, och det infångade uranet frigörs lätt för att bearbetas till yellowcake. En analys av tekniken tyder på att den skulle kunna vara konkurrenskraftig med kostnaden för uran som produceras genom landbaserad gruvdrift.

PNNL-forskare har genomfört tre separata tester av adsorbentens prestanda hittills genom att exponera den för stora volymer havsvatten från Sequim Bay bredvid dess Marine Sciences Laboratory. Vattnet pumpades in i en tank ungefär lika stor som en stor badtunna.

"För varje test, vi lade ungefär två pund av fibern i tanken i ungefär en månad och pumpade igenom havsvattnet snabbt, för att efterlikna förhållanden i det öppna havet", sa Gill. "LCW extraherade sedan uranet från adsorbenten och, från dessa tre första tester, vi fick ungefär fem gram — ungefär vad ett nickel väger. Det låter kanske inte så mycket, men det kan verkligen stämma."

Gill noterar att havsvatten innehåller cirka tre delar per miljard uran. Det uppskattas att det finns minst fyra miljarder ton uran i havsvatten, vilket är ungefär 500 gånger den mängd uran som man vet finns i landbaserade malmer, som måste brytas.

Brytning av underjordiskt uran har miljömässiga utmaningar som man inte stöter på när man utvinner det från haven. Och Wai säger att fibrerna, som har affinitet för fler tungmetaller än bara uran, kan troligen användas en dag för att själva städa upp giftiga vattendrag. Han säger att fibrerna har potential att extrahera vanadin, en dyr metall som används i storskaliga batterier, från haven istället för att bryta det från marken.

Tills vidare, baserat på framgångsrika uppskalade tester i Sequim och betydande produktion av yellowcake, LCW ansöker om ytterligare SBIR-finansiering för en demonstration av uranutvinningsfält, att ledas av PNNL, i Mexikanska golfen, där vattnet är mycket varmare. Materialet presterar mycket bättre i varmare vatten och utvinningshastigheterna i viken förväntas vara tre till fem gånger högre, vilket gör det mer ekonomiskt att få uran från havsvatten.

Adsorbenttekniken håller på att licensieras till LCW.