Die Weltmeere könnten der Schlüssel zur Energiezukunft sein – zumindest wenn es nach einem chinesischen Forschungsteam geht. Während die Nachfrage nach sauberer Energie steigt und Länder weltweit auf Atomkraft als stabile, emissionsarme Stromquelle setzen, gerät ein zentrales Element zunehmend unter Druck: Uran. Die leicht zugänglichen Vorräte an Land schwinden, und neue Lagerstätten zu erschließen wird immer teurer. Doch im Ozean schlummern gewaltige Mengen des begehrten Rohstoffs – bislang jedoch unerreichbar. Eine neue Studie könnte das nun ändern.
Uran aus dem Meer: Eine alte Idee, neu gedacht
Wie das Fachportal Interesting Engineering berichtet, hätten die Forscher Dr. Xishi Tai von der Universität Weifang und Dr. Zhenli Sun von der North China Electric Power University eine neue Methode entwickelt, um Uran direkt aus Meerwasser zu gewinnen. Die Ozeane enthalten laut Angaben der Wissenschaftler rund 4,5 Milliarden Tonnen Uran – allerdings in extrem niedriger Konzentration. Zudem konkurrieren Uranionen im Wasser mit anderen Stoffen wie Mikroben, organischem Material und anderen Ionen, die sich an jedes eingebrachte Material anlagern.
Um dieses Problem zu lösen, hätten Tai und Sun eine neue Materialklasse entwickelt: sogenannte sulfonierte kovalente organische Gerüstverbindungen, kurz S-COFs. Entscheidend sei dabei nicht nur die chemische Zusammensetzung, sondern vor allem die innere Struktur des Materials. Die Forscher hätten ein sogenanntes AB-Stapelmodell gewählt, bei dem die Moleküle so angeordnet sind, dass sie eine Art Tasche bilden, die Uranionen gezielt binden kann – und das mit vier Kontaktpunkten gleichzeitig. Herkömmliche Materialien nutzten meist ein AA-Stapelmodell, das deutlich weniger effektiv sei.
Rekordwerte bei der Uran-Gewinnung
Die Ergebnisse seien laut Dr. Sun beeindruckend: In Labortests mit natürlichem Meerwasser habe das neue Material innerhalb eines Tages 31,5 Milligramm Uran pro Gramm Sorbens extrahiert – ein bisher unerreichter Wert. Die Bindungsstärke sei etwa 1.000-mal höher als bei älteren Materialien. Zudem habe das Material störende Ionen wie Vanadium weitgehend ignoriert, die sonst die Uranaufnahme behindern.
Diese Selektivität sei laut den Forschern nicht nur für die Uran-Gewinnung bedeutsam, sondern könne auch neue Wege eröffnen, um andere wertvolle Ionen aus komplexen Flüssigkeiten zu isolieren. Die Studie sei in der Fachzeitschrift Sustainable Carbon Materials veröffentlicht worden.
Vom Labor zur Praxis: Noch viele Hürden
Dennoch betonen die Wissenschaftler, dass es sich bislang um Grundlagenforschung handle. Für den Einsatz in realen Meeresumgebungen müsse das Material noch zahlreiche Herausforderungen meistern: Es müsse salzhaltigem Wasser, biologischem Bewuchs und ständiger Bewegung standhalten. Zudem müsse es sich mehrfach regenerieren lassen, ohne seine Struktur zu verlieren, und wirtschaftlich konkurrenzfähig mit dem herkömmlichen Uranabbau sein.
Dr. Tai zeigte sich dennoch optimistisch. Gegenüber Interesting Engineering erklärte er, man erwarte mit dem technologischen Fortschritt eine breitere Anwendung intelligenter Materialien wie dieser in nachhaltigen Energiesystemen. Die Forschung sei ein bedeutender Schritt auf dem Weg zu einer langfristig gesicherten, kohlenstoffarmen Energieversorgung.