Kemajuan dalam pengambilan uranium dari air laut

Pembangkit nuklir menghasilkan energi dengan bahan bakar seperti uranium dan emisi siklus hidup yang rendah. Sejarahnya mencakup kecelakaan serius. Sistem keselamatan modern mengurangi risiko, tetapi pengawasan, pengelolaan limbah, dan perlindungan lingkungan tetap diperlukan.

“Energi nuklir adalah sumber energi rendah karbon untuk menggantikan bahan bakar fosil dan memberikan jaminan penting bagi pembangunan hijau ekonomi dan lingkungan.”

Pada 2023, peneliti memperkenalkan pendekatan elektrokimia untuk mengambil uranium dari air laut. Apakah metode itu dapat diterapkan secara berkelanjutan pada skala besar masih bergantung pada biaya, konsumsi energi, dan dampak lingkungannya.

Kemajuan dalam penelitian

Studi di ACS Central Science berjudul “Elektroda Kerangka Aromatik Berpori yang Menopang Diri untuk Ekstraksi Uranium secara Elektrokimia yang Efisien”. Fokusnya ialah menangkap ion uranil terlarut, bukan langsung membuat bahan bakar nuklir siap pakai atau listrik dari air.

Jumlah seluruh uranium terlarut di samudra diperkirakan sekitar 4,5 miliar ton. Publikasi membandingkannya dengan lebih dari seribu kali cadangan daratan. Namun, keseluruhan zat terlarut tidak sama dengan cadangan yang layak ditambang secara ekonomi. Konsentrasinya dalam air laut sangat rendah.

Peneliti melapisi kain serat karbon dengan polimer berpori dan gugus amidoksim yang mengikat ion uranil. Kain menjadi katode, dipasangkan dengan anode grafit dan dialiri listrik. Endapan mengandung uranium terkumpul di permukaannya. Dalam uji menggunakan air alami Laut Bohai, diperoleh 12,6 miligram uranium per gram bahan berlapis aktif selama 24 hari, bukan per gram air. Proses elektrokimia itu sekitar tiga kali lebih cepat daripada pengumpulan pasif pada kain.

Menurut peneliti, pendekatan ini menyediakan cara efektif untuk mengambil uranium dari air laut secara elektrokimia. Hasil tersebut belum membuktikan bahwa operasi komersial lebih murah atau lebih ramah lingkungan daripada penambangan.

Apa itu uranium?

Fisi, reaksi berantai, dan peluruhan radioaktif

Ketika inti uranium-235 menyerap neutron, inti dapat terbelah menjadi inti yang lebih ringan sambil melepaskan energi dan neutron tambahan. Fisi terinduksi ini berbeda dari rantai peluruhan radioaktif alami uranium.

Sumber: https://pubs.usgs.gov/of/2004/1050/uranium.htm — diagram rantai peluruhan radioaktif, bukan reaksi berantai fisi.

Di reaktor, reaksi berantai dikendalikan. Neutron dari satu fisi dapat memicu fisi berikutnya. Panas biasanya digunakan untuk menghasilkan uap yang memutar turbin terhubung ke generator listrik.

Dengan demikian, pembangkitan listrik didasarkan pada fisi terkendali. Energinya tidak boleh dijelaskan semata-mata sebagai hasil rantai peluruhan alami dalam diagram.

Fusi nuklir: pendekatan berbeda

Fisi menghasilkan produk fisi serta bahan radioaktif lain yang memerlukan isolasi dan pengelolaan sesuai sifatnya. Produk fisi berasal dari pembelahan inti, bukan sekadar peluruhan alami uranium.

Fusi menggabungkan inti ringan. Salah satu reaksi utama yang diteliti menggabungkan deuterium dan tritium menjadi helium, neutron, serta energi. Matahari juga ditenagai fusi, tetapi rangkaian reaksi yang dominan di sana berbeda dari reaksi deuterium–tritium yang diteliti di Bumi. Potensi manfaatnya meliputi:

Energi besar per kilogram bahan bakar: Fusi dapat menghasilkan sekitar empat kali energi per kilogram bahan bakar dibandingkan fisi, dan hampir empat juta kali dibandingkan pembakaran minyak atau batu bara. Perbandingan ini berdasarkan massa bahan bakar, bukan satu reaksi atau hasil bersih seluruh pembangkit.

Ketersediaan bahan bakar: Deuterium dapat diambil dari air. Tritium tidak melimpah secara alami dan perlu diproduksi, misalnya dari litium menggunakan neutron fusi. Produksi serta pemulihan tritium dalam jumlah memadai masih menjadi tantangan teknik.

Potensi manfaat lingkungan: Seperti fisi, reaksi fusi itu sendiri tidak melepaskan CO₂. Reaksi deuterium–tritium menghasilkan helium dan neutron yang dapat membuat material reaktor radioaktif. Perlindungan radiasi dan pengelolaan material tetap diperlukan. Penggunaan ulang setelah sekitar seratus tahun bergantung pada material dan rancangan, bukan jaminan umum.

Keselamatan: Fusi membutuhkan kondisi ketat dan tidak mempertahankan reaksi berantai fisi. Jika kondisi itu hilang, fusi dalam plasma segera berhenti. Risiko pelelehan inti berbeda dari reaktor fisi, tetapi tritium, neutron, panas, serta keselamatan fasilitas tetap perlu ditangani. Tidak memakai bahan bakar uranium atau plutonium tidak otomatis meniadakan seluruh risiko proliferasi nuklir.

Pada 2022 dan 2023, NIF mencapai perolehan energi pada target. Sebagai contoh, pada Desember 2022, energi laser 2,05 MJ yang dikirim ke target menghasilkan energi fusi 3,15 MJ. Itu bukan produksi listrik bersih atau neraca energi positif untuk seluruh fasilitas, yang menggunakan lebih banyak energi.

Perkiraan pada 2023 tentang pembangkit demonstrasi dalam sepuluh hingga dua puluh tahun adalah proyeksi, bukan tenggat pasti. Kemajuan bergantung pada fisika plasma, material, produksi bahan bakar, pembangunan, dan operasi yang ekonomis.

Produksi listrik fusi yang stabil dan praktis masih memerlukan penelitian serta pengembangan teknik. Eksperimen penyalaan yang berhasil tidak otomatis menghasilkan pembangkit operasional atau jadwal yang terjamin.

Perusahaan energi dan teknologi nuklir

Lembaga penelitian publik dan perusahaan swasta berkontribusi pada energi serta teknologi nuklir. Perusahaan berikut memiliki peran berbeda; tidak semuanya mengembangkan ekstraksi uranium laut atau fusi.

Angka tabel merupakan gambaran historis dalam artikel 2023, bukan data pasar saham terkini. Indikator saat ini perlu diperiksa secara terpisah.

1. Exelon Corporation

EXC Grafik Harga

Exelon Corporation (EXC ), berkantor pusat di Chicago, memisahkan bisnis pembangkit listrik ke Constellation pada Februari 2022. Exelon berfokus pada transmisi dan distribusi. Karena itu, uraian lama mengenai 23 reaktor dan 14 pembangkit nuklir tidak menggambarkan Exelon saat ini. Tabel dan grafik EXC tetap merujuk pada Exelon, bukan Constellation.

2. NextEra Energy, Inc.

NEE Grafik Harga

Menurut laporan tahunan 2023, portofolio NextEra Energy (NEE ) mencakup unit nuklir di Florida, New Hampshire, dan Wisconsin. Fisi itu sendiri tidak mengeluarkan CO₂, tetapi fasilitas memiliki dampak siklus hidup. Angka awal 24 juta ton emisi yang dihindari setiap tahun merupakan perkiraan perbandingan, bukan pengukuran emisi total nol.

3. BWX Technologies, Inc.

BWXT Grafik Harga

BWX Technologies (BWXT ) memasok komponen, teknologi, dan bahan bakar nuklir. Kegiatannya meliputi propulsi nuklir kapal, kedokteran nuklir, dan reaktor penelitian. Pada 2023, perusahaan mengumumkan kontrak rekayasa dari GE Hitachi untuk bejana tekan reaktor modular kecil BWRX-300. Rencana pengembangan di Eropa, termasuk Polandia, tidak sama dengan pembangkit yang sudah beroperasi.

Kesimpulan

Pengambilan uranium dari laut secara elektrokimia dan fusi nuklir merupakan bidang penelitian berbeda. Yang pertama dapat memperluas sumber bahan bakar fisi jika penerapan besar terbukti layak secara ekonomi dan lingkungan. Yang kedua mencari cara pembangkitan berbeda dengan tantangan teknik yang masih besar. Hasil 2023 adalah kemajuan penelitian, bukan bukti listrik tanpa batas dan tanpa dampak sudah tersedia.