海水ウラン、実用的なエネルギー源に一歩近づく

While the history behind nuclear エネルギー utilizing fuel sources like Uranium may be marred with concerning events, the narrative behind this potentially climate-friendly power source is rapidly changing.  Modern reactors are safer than ever, and with the increased condemnation of fossil fuels, now is a pivotal time for a push forward with nuclear solutions.

「原子力エネルギーは化石燃料を置き換える低炭素エネルギー源であり、経済と環境のグリーンな発展に重要な保証を提供します。」

With that in mind, researchers have recently developed a new solution that will potentially allow for Uranium to be harvested from seawater in a 持続可能な fashion.

ブレークスルー

The solution, which involves the extraction of uranium ions through an electrochemical reaction, was detailed in a paper titled ‘Self-Standing Porous Aromatic Framework Electrodes for Efficient Electrochemical Uranium Extraction‘.  公開日 in ACS Central Science, this paper saw researchers identify and set out to solve the following problem.

With uranium reserves in seawater 「…推定で45億トン、陸上ウラン埋蔵量の約1000倍に相当する」, what can be done to access this vast source of latent energy?

Although we won’t dive into the more technical details of the process outlined in its paper, the solution at which the team arrived saw the creation of a form of treated carbon fiber fabric with enough surface area to capture uranium ions that can then be harvested through an electrochemical reaction.

Overall, the team believes its work has 「…電気化学プロセスによる海水からのウラン抽出に効果的な戦略を提供した」

ウランの理解

ウランの崩壊連鎖

Uranium’s energy release involves its atomic structure. Uranium atoms have large, unstable nuclei. When a neutron hits a uranium atom, it can cause the atom to split or undergo fission. This fission splits the uranium atom into two smaller atoms and releases additional neutrons plus a significant amount of energy.

出典: https://pubs.usgs.gov/of/2004/1050/uranium.htm

原子炉ではこのプロセスは制御されています。放出された中性子が他のウラン原子に衝突し、連鎖反応を引き起こします。この反応で生じた熱は水を加熱し、蒸気を生成し、その蒸気でタービンを駆動して電力を発生させます。

This controlled use of uranium’s fission process is the basis for nuclear power generation, harnessing the substantial energy released during the decay chain.

ウランフリーな未来

Although nuclear fission is currently a top option for sustainable, clean energy, it is not without its own drawbacks.  As mentioned, when fuel sources such as Uranium decay, there are resulting radioactive isotopes known as ‘fission products’.  These byproducts must then be carefully contained, for sometimes extraordinarily long periods of time, until they are no longer hazardous.  For decades, scientists have recognized this and have been hard at work to develop a superior process known as nuclear fusion.
Where nuclear fission harnesses energy from the decay of heavy elements like Uranium, nuclear fusion harnesses energy from the fusion of lighter atomic nuclei (typically deuterium + tritium = helium + a neutron).  Interestingly, this is the same process that powers stars such as the Sun.  There are various reasons that fusion is viewed as being far superior to fission.  These include,

エネルギー出力の向上: 融合は分裂よりもはるかに多くのエネルギーを放出します。原子を融合させることで、石炭、石油、ガスの燃焼よりも約400万倍、核分裂反応の約4倍のエネルギーが放出されます。

豊富な燃料源: 融合の主要燃料である重水素と三重水素は、ウランなどの核分裂性物質よりも豊富です。重水素は水から抽出でき、三重水素は融合プロセス中にリチウムから生成でき、陸上および海洋の埋蔵量は千年以上にわたって十分です。

低環境影響: 融合はCO₂などの有害な温室効果ガスを排出しません。その主な副産物は不活性で無毒なヘリウムです。核分裂炉とは異なり、融合炉は高活性・長寿命の核廃棄物を生成しません。使用される材料は、100年以内にリサイクルまたは再利用できる可能性があります。

安全性: 融合は核分裂炉と同じリスクを持ちません。核分裂炉のようなメルトダウンの危険はなく、融合反応は本質的に維持が困難であり、何らかの乱れが生じればすぐに反応が停止します。また、融合はウランやプルトニウムなどの核分裂性物質を使用しないため、核拡散のリスクも制限されます。

Although there are many hurdles left to clear until our ability to harness nuclear fusion reactions makes it a viable power source, the process has seen a resurgence in interest as of late due to various breakthroughs surrounding ignition.  For example, on various occasions, researchers have achieved a net energy gain in fusion reactions, where more energy was produced than was used to initiate the reaction​​​.
The timeline for a demonstrable fusion power plant is estimated to be around 20 years, though some startups claim it could be achieved in a decade or less.  However, these predictions are tempered by the complexities of plasma physics and the practicalities of building a functioning fusion reactor.
Overall, while nuclear fusion offers significant advantages over fission in terms of energy output, environmental impact, and safety, mastering this technology for practical, consistent energy production is still a work in progress, with an optimistic timeline of at least two decades before it becomes a viable energy source.

トップ原子力エネルギー企業

If humans are ever going to achieve the kind of feats discussed above, it will require the concerted efforts of public and private companies alike to continue building on past achievements for generations to come.  For now, the following are examples of companies playing an early role in such feats as each advances our understanding and capabilities within the Aerospace sector.

*以下の数値は執筆時点で正確でしたが、変更される可能性があります。投資を検討する方は指標を確認してください*

1. Exelon Corporation

EXC 価格チャート

Exelon Corporation (EXC ) はイリノイ州シカゴに本社を置き、米国最大の原子力発電所運営会社です。23基の原子炉と14基の原子力発電所を通じて、1,000万人の顧客に電力を供給しています。同社は風力、太陽光、水力発電にも事業を多角化しています。

2. NextEra Energy, Inc.

LEU 価格チャート

世界最大の公益事業会社であるNextEra Energy (NEE ) は、フロリダ州、ニューハンプシャー州、ウィスコンシン州に原子力発電所を保有しています。これらの発電所は信頼性の高い無排出エネルギーを供給し、年間2,400万トン以上の二酸化炭素排出を防いでいます。

3. BWX Technologies, Inc.

BWXT 価格チャート

BWX Technologies (BWXT ) は米国の企業で、米国内の原子力発電所に核コンポーネント、技術、燃料を供給しています。また、政府や民間の核施設運営者も支援しています。サービスには海軍の核推進、核医学、研究用試験炉が含まれます。同社はポーランドでの小型モジュラー炉の導入支援にも関わっています。

最終的な考察

海水からのウラン抽出に関する最近の進展と、核融合研究の着実な進歩は、持続可能な電力生成における変革的な時代の到来を示唆しています。電気化学反応を用いたウランの採取プロセスは、従来の採掘に比べて環境への侵害が少ない代替手段を提供し、陸上ウランの希少性と抽出に伴う環境問題の両方に対処します。一方、核融合の追求は、エネルギー出力の優位性、豊富な燃料源、低環境影響、そして向上した安全性により、クリーンで実質的に無限のエネルギーで駆動する未来への希望の灯火となります。