Deniz Suyundan Uranyum, Kullanılabilir Bir Enerji Kaynağı Olmaya Bir Adım Daha Yaklaşıyor

While the history behind nuclear energy 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.

“Nükleer enerji, fosil yakıtların yerini alacak düşük karbonlu bir enerji kaynağıdır ve ekonominin ve çevrenin yeşil gelişimi için önemli bir garanti sağlar.”

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

Atılım

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‘.  Yayınlandı in ACS Central Science, this paper saw researchers identify and set out to solve the following problem.

Deniz suyundaki uranyum rezervleri “…4,5 milyar ton olarak tahmin ediliyor ve karasal uranyum rezervlerinden neredeyse 1000 kat daha büyük”, bu devasa gizli enerji kaynağına erişmek için ne yapılabilir?

Makaledeki sürecin daha teknik detaylarına girmeyecek olsak da, ekibin ulaştığı çözüm, uranyum iyonlarını yakalayacak kadar büyük yüzey alanına sahip işlenmiş karbon fiber kumaşın oluşturulmasını içeriyordu; bu iyonlar daha sonra elektrokimyasal bir reaksiyonla elde edilebilir.

Overall, the team believes its work has “…elektrokimyasal süreç aracılığıyla deniz suyundan uranyum çıkarımı için etkili bir strateji sağladığını”.

Uranyumu Anlamak

Uranyum Çürüme Zinciri

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.

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

Nükleer reaktörlerde bu süreç kontrol altındadır. Serbest kalan nötronlar diğer uranyum atomlarına çarparak zincirleme bir reaksiyon oluşturur. Bu reaksiyondan üretilen ısı suyu ısıtmak, buhar üretmek ve ardından buharı türbinleri döndürerek elektrik üretmek için kullanılır.

Uranyumun fisyon sürecinin bu kontrollü kullanımı, nükleer enerji üretiminin temelini oluşturur; çürüme zinciri sırasında salınan büyük enerjiyi harness eder.

Uranyumsuz Bir Gelecek

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.

Nükleer fisyon şu anda sürdürülebilir, temiz enerji için en iyi seçeneklerden biri olsa da, kendi dezavantajlarından yoksun değildir. Daha önce belirtildiği gibi, uranyum gibi yakıt kaynakları bozündüğünde ‘fisyon ürünleri’ olarak bilinen radyoaktif izotoplar ortaya çıkar. Bu yan ürünler, zararsız hale gelene kadar bazen olağanüstü uzun süreler boyunca dikkatle muhafaza edilmelidir. Onlarca yıldır bilim insanları bunu fark etmiş ve nükleer füzyon olarak bilinen üstün bir süreç geliştirmek için yoğun çalışmaktadır.

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,

Daha Yüksek Enerji Çıkışı: Füzyon, fisyondan çok daha fazla enerji serbest bırakır. Atomları birleştirmek, kömür, petrol veya gaz yakmaktan neredeyse dört milyon kat daha fazla enerji ve nükleer fisyon reaksiyonlarından yaklaşık dört kat daha fazla enerji üretir.

Bol Yakıt Kaynakları: Füzyonun temel yakıtları olan döteryum ve trityum, uranyum gibi fisil malzemelerden daha fazladır. Döteryum suyun içinden elde edilebilir, trityum ise füzyon sürecinde lityumdan üretilebilir ve karasal ve deniz bazlı rezervleri bin yıldan fazla sürecek kadar fazladır.

Daha Düşük Çevresel Etki: Füzyon, CO₂ gibi zararlı sera gazları yaymaz. Ana yan ürünü, inert ve toksik olmayan bir gaz olan helyumdur. Fisyon reaktörlerinin aksine, füzyon reaktörleri yüksek aktiviteye sahip, uzun ömürlü nükleer atık üretmez. Kullanılan malzemeler potansiyel olarak 100 yıl içinde geri dönüştürülebilir veya yeniden kullanılabilir.

Güvenlik: Füzyon, fisyon reaktörleriyle aynı riskleri taşımaz. Fisyon reaktörlerinde olduğu gibi bir erime riski yoktur; füzyon reaksiyonlarını sürdürmek doğası gereği zordur; herhangi bir bozulma reaksiyonun hemen durmasına neden olur. Ayrıca, füzyon uranyum veya plütonyum gibi fisil malzemeler kullanmaz, bu da nükleer yayılma riskini sınırlar.

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.

En İyi Nükleer Enerji Şirketleri

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.

*Aşağıdaki rakamlar yazı zamanı doğruydu ve değişebilir. Herhangi bir potansiyel yatırımcı metrikleri doğrulamalıdır*

1. Exelon Corporation

EXC Fiyat Grafiği

Exelon Corporation (EXC ), Chicago, Illinois merkezli, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki en büyük nükleer enerji santrali işletmecisidir. 23 nükleer reaktör ve 14 nükleer enerji santrali aracılığıyla 10 milyon müşteriye güç ve elektrik sağlar. Şirket ayrıca rüzgar, güneş ve hidroelektrik enerjiye de çeşitlilik katmaktadır.

2. NextEra Energy, Inc.

LEU Fiyat Grafiği

Dünyanın en büyük hizmet şirketi olarak, NextEra Energy (NEE ) Florida, New Hampshire ve Wisconsin’de nükleer tesislere sahiptir. Bu tesisler, güvenilir ve emisyonsuz enerji sağlamakta kritik bir rol oynar ve yılda 24 milyon tondan fazla karbondioksit emisyonunun önlenmesine katkıda bulunur.

3. BWX Technologies, Inc.

BWXT Fiyat Grafiği

BWX Technologies (BWXT ), bir Amerikan şirketi, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki nükleer tesislere nükleer bileşenler, teknolojiler ve yakıt temin eder. Ayrıca nükleer tesisleri işleten hükümet ve özel kuruluşları destekler. Hizmetleri arasında denizaltı nükleer itici gücü, nükleer tıp ve araştırma test reaktörleri bulunur. Şirket, Polonya’da küçük modüler reaktörlerin dağıtımını desteklemede yer almıştır.

Son Düşünceler

These recent developments in uranium extraction from seawater, alongside the steady progress being made in nuclear fusion research, potentially herald a transformative phase in sustainable power generation. The process of harvesting uranium using electrochemical reactions promises a less environmentally intrusive alternative to traditional mining, addressing both the scarcity of land-based uranium and the environmental concerns associated with its extraction. Meanwhile, the pursuit of nuclear fusion, with its superior energy output, abundant fuel sources, minimal environmental impact, and enhanced safety, represents a beacon of hope for a future powered by clean, virtually limitless energy.