Присоединяйтесь к нашим группам

Как учёные вылавливают чистое золото из морской воды?

Как учёные вылавливают чистое золото из морской воды?
Уран, золото, литий — в соленой воде растворены миллиарды тонн ценного сырья. Раньше процесс извлечения полезных веществ из воды был необычайно трудоёмким. Теперь исследователи собираются, наконец, извлечь этот клад из морских пучин.
16 05 2016
14:18

В океанах хранятся приблизительно четыре миллиарда тонн урана и десятки тысяч килограммов золота

Море это золотой рудник. Во всяком случае, если вы знаете, где нужно искать. Обычно один литр морской воды содержит всего несколько миллиардных долей грамма золота. Но недавно исследователи из Германии и Исландии обнаружили кипящий золотоносный источник: на исландском полуострове Рейкьянес. Там, концентрация золота в полмиллиона раз выше, чем в обычной морской воде.

Не только этот драгоценный металл, но и другие ценные вещества в огромных количествах растворены в морской воде. В море покоятся коло четырех миллиардов тонн урана. Этого достаточно, чтобы удовлетворять энергетические потребности человечества в течение 10000 лет. Или, например, литий: Этот редкоземельный химический элемент используется для батарей в планшетах или смартфонах. Все больше и больше стран инвестируют в изучение того, как можно использовать океаны в качестве нового источника ресурсов. Но нужно понимать, что вылавливание сырья из воды задачка далеко не тривиальная.

В Германии Центр океанических исследований имени Гельмгольца (Geomar) в Киле участвовал в открытии месторождений золота в горячих источниках в Исландии. "Измеренные концентрации достаточно точно указывают на значительные месторождения золота", − говорит Марк Ханнингтон, руководитель рабочей группы по разведке морских ресурсов Geomar.

Команда считает, что геотермальные резервуары полуострова  Рейкьянес содержат, по меньшей мере, 10000 кг золота. Исследователи предполагают, что растворённое в морской воде и циркулирующее в подземных скальных расщелинах  золото должно было накапливаться в течение длительных периодов, прежде чем оно покинуло подземный резервуар, а затем в очень высокой концентрации вылилось через скважины.

Золотые микробы

"Это золото может появляться в жидкостях в виде тонкодисперсных наночастиц золота", − предполагает  Дитер Гарбе-Шенберг из Университета Киля. Так называемое нано золото пользуется спросом во многих областях техники. Его особые поверхностные свойства могут, например,  обеспечить более эффективное управление химическими реакциями в катализаторах.

Но как можно извлечь  из воды настолько мелко измельчённое золото, да ещё, чтобы этот процесс был незатратным, простым и экологически чистым? Молодых исследователей из Гейдельбергского университета и из немецкого научно-исследовательского Центра по изучению рака посетила гениальная идея. Для того чтобы заставить золото из раствора выпасть в осадок, они используют свойства специально адаптированных бактерий.

Delftia acidovorans, так называется микроб, который растет только на золотых рудниках. Этот микроорганизм адаптировался к окружающей среде, он отделяет  драгоценный металл даже из растворов с относительно низкой концентрацией золота. Исследователи идентифицировали необходимые гены и встроили их в микроб Е. coli, который распространен по всему миру.

Это позволило им повторно извлечь  драгоценный металл из золотоносных растворов, которые получаются, например, при извлечении золота из электронного лома. Исследователи подали заявку на патент этих биотехнологических процессов, так как они уже продемонстрировали высокую конкурентоспособность по сравнению с классической химической переработкой золота. Это открытие также может сотворить революцию в сфере добычи золота из моря.

Миллиарды тонн урана

Соединенные Штаты, тем временем, оказывают содействие крупной научно-исследовательской программе по добыче урана из океанов. Огромные растворенные в воде запасы  происходят из природных минералов, которые были вымыты в море в ходе выветривания и других эрозивных процессов. Тем не менее: уран нелегко выловить из воды. Ещё в 80-х годах японские ученые экспериментировали с материалами, которые целенаправленно захватывают и связывают уран из морской воды.

Американцы пытаются сделать этот метод более эффективным. Исследовательский консорциум хочет в буквальном смысле вылавливать уран удочкой. В журнале "Industrial and Chemical Engineering Research"  впервые на рассмотрение публики были представлены материалы и описание самого метода. Этот метод, вероятно, сможет уменьшить в три-четыре раза себестоимость добычи урана из моря, и при этом увеличить объёмы добываемого сырья.

"Для того, чтобы обеспечить будущее ядерной энергетики, нам нужно найти экономически жизнеспособный и надежный источник добычи топлива", − объясняет Филипп Бритт, директор программы в Департаменте энергетики США. Метод главным образом разрабатывается  на основе двух государственных научно-исследовательских институтов, Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge) в штате Теннесси и Национальной лаборатории Пасифик Норсвест (Pacific Northwest) в Ричланде.

В качестве  "удочек (улавливателей) для урана" служат  длинные нити (шнуры) полиэтиленовых волокон. Тонкие, но стабильные волокна специально обрабатывают так, что в процессе  часть их молекул преобразуются в амидоксим. Это органическое соединение, состоящее из углерода и азота, является "приманкой" для растворенного в воде урана, так как он предпочтительно создает соединения именно с этим веществом.

Воздействие на окружающую среду

Для того чтобы "поймать" уран, шнуры нужно просто поместить в море, предпочтительно в ту область водных масс, где есть течение и происходит перемешивание. Через несколько недель, ураноносные шнуры можно извлекать. Их помещают в кислотную ванну, где уран высвобождается в виде уранила. Соединение может быть легко извлечено из раствора, а затем его можно без труда обогатить  и переработать в уран. Урановая  "удочка" без проблем переносит эту процедуру и, по мнению исследователей, может быть повторно использована непосредственно снова в океане.

Сколько урана можно добыть из моря ​​таким способом, уже продемонстрировали тесты в трех различных местах на Западном побережье США, во Флориде и на побережье штата Массачусетс. После 49 дней пребывания в морской воде, шнуры выловили и связали около шести граммов урана на килограмм абсорбирующего материала. Японские исследователи в свое время смогли добиться результата в два грамма урана на килограмм абсорбирующего материала. И при этом пластиковые шнуры японцев должны были оставаться в воде на протяжении 60 дней.

"Решающее значение имеет понимание того, как абсорбирующий материал работает в естественных условиях в морской воде", − говорит Гари Гилл, заместитель директора Национальной лаборатории Pacific Northwest. Потому что в дополнение к максимально возможным показателям добычи урана должно быть гарантировано, что этот метод не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду. "Но мы уже выяснили, что большинство из этих абсорбирующих материалов не токсичны", − говорит Гилл.

Команда уже пять лет работает над усовершенствованием метода. Всё началось с моделирования на компьютере. Программа проверяла, какие из химических групп выборочно улавливают и связывают именно уран. Затем последовали термодинамические и кинетические исследования, которые определили, как быстро уран из воды связывается с тем или иным абсорбирующим веществом и где находится  равновесие этой реакции. Весь процесс функционирует только тогда, когда связывается больше урана, чем растворяется.

Литий для батарей

К проекту  также были привлечены Китайская академия наук и Японское агентство по атомной энергии (ЯААЭ). В Институте синтеза  Роккасё (Rokkasho Fusion Institute), который является частью Японского агентства по атомной энергии, японские исследователи продолжают изучение технических способов добычи стратегически важного сырья из морской воды.

К таким веществам относится литий, металл, который входит в число редкоземельных химических элементов. Он необходим в первую очередь для изготовления  компактных литий-ионных батарей, которые сейчас распространены в планшетах, цифровых камерах и мобильных телефонах, а также используются для эффективного хранения энергии в электрических автомобилях.

В то время как известные, доступные месторождения лития в мире оцениваются примерно в 50 млн тонн, ученые подозревают, что в водных ресурсах океанов могут быть  растворены 230 миллиардов тонн лития. Тем не менее, сырье встречается только в качестве микроэлемента. Около 150 000 литров морской воды едва ли содержат хотя бы 30 граммов лития.

Но Цуёши  Хосино  из Института синтеза Роккасё это совершенно не смущает. Ученый только что представил общественности метод, с помощью которого требуемый металл может быть отфильтрован из воды, даже если он присутствует там в очень небольших количествах. Этот метод не требует дополнительного использования энергии, ведь её приносят сами электрически заряженные частицы лития.

В фильтре, состоящем из тонкой мембраны из стеклокерамики, которая обладает  литиевой ионной проводимостью, заряженные частицы двигаются от отрицательной стороны к  положительной стороне, таким образом, производя электрическое напряжение. "Микропористая керамика пропускает через себя только растворённые в морской воде электрически заряженные частицы лития", − объясняет исследователь. В 72-часовом испытании фильтр достиг доли восстановления, которая составляет около семи процентов.

Исследователи знают, что это только начало. Эксперты из Центра энергетических исследований Великобритании предполагают, что в 2030 году такими методами можно будет получать сырье  из моря в коммерческих объёмах, при условии, что цены на золото, уран или литий останутся достаточно высокими.

Сильвия фон дер Вайден.


Источник: welt.de





Liderweb
Фредди Бонилья, секретарь безопасности Гражданской Авиации Колумбии, сообщил, что расследование аварии самолета, потерпевшего крушение у берегов Колумбии с восходящей бразильской футбольной командой "Шапекоэнсе" (Chapecoense), считает, что в момент крушения в воздушном судне закончилось топливо.
02:30 | 02.12.2016
close Не показывать больше
Теперь читать новости на мобильном телефоне стало ещё удобнее
Скачай новое приложение obzor.press и всегда будь в курсе последних событий!