Onderzoekers hebben een veelbelovende methode ontwikkeld om uranium uit afvalwater terug te winnen. De aanpak kan een duurzaam alternatief vormen voor conventionele uraniumwinning, die steeds meer onder druk staat door hoge kosten en milieuproblemen.
Uraniumwinning is essentieel voor kernenergie, maar staat wereldwijd onder druk. Conventionele mijnbouw stuit op milieuproblemen en stijgende kosten. Een recente doorbraak kan dit veranderen: onderzoekers hebben een methode ontwikkeld die uranium efficiënt uit vervuild water terugwint.
Volgens de studie, gepubliceerd in Sustainable Carbon Materials, combineerden de onderzoekers een speciaal ontworpen covalente organische structuur (COF) met een indirect elektrochemisch proces. Het resultaat is een uiterst efficiënte en selectieve methode om uranyl-ionen (de belangrijkste uraniumvorm in water) te extraheren.
Twee functies in één materiaal
Het hart van de nieuwe technologie is een zogenaamde ‘dual-function electrode’. Dit zelfdragende elektrode is opgebouwd uit een covalente organische structuur (COF) op een flexibele koolstofdoekbasis. De polyarylether (PAE) backbone van het materiaal stimuleert de zuurstofreductiereactie (ORR) om waterstofperoxide (H2O2) te genereren, terwijl amidoxime-groepen specifiek uranylionen binden. Zo ontstaat een gecoördineerd chemisch en elektrochemisch proces dat de uraniumextractie aanzienlijk verbetert.
Het design is binder-vrij en robuust, waardoor een sterke integratie van katalysator en draagmateriaal ontstaat. Dit verbetert de elektronenoverdracht en voorkomt veelvoorkomende problemen bij elektrochemische uraniumextractie, zoals passivering van de elektroden of interferentie door andere ionen.
Extreem selectief en bestand tegen complexe omstandigheden
Een van de meest opvallende eigenschappen van het systeem is de tolerantie voor complexe waterstromen. Zelfs bij hoge concentraties natriumionen of organische verontreinigingen blijft de uraniumextractie-efficiëntie boven de 85%. Dit duidt op de intrinsieke selectiviteit van amidoxime-groepen voor uranylionen, waardoor het materiaal betrouwbaar presteert onder omstandigheden die traditionele methoden zwaar zouden belasten.
Recordhoeveelheden
Langdurige tests laten indrukwekkende prestaties zien. In organisch rijk radioactief afvalwater wist de elektrode meer dan 9.000 milligram uranium per gram materiaal te accumuleren over 450 uur continu gebruik — een van de hoogste waarden ooit gerapporteerd voor elektrochemische uraniumextractiesystemen.
De efficiëntie van het systeem is te danken aan een synergetisch proces: amidoxime-groepen chelaten de uranylionen en dienen als nucleatiepunten voor gecontroleerde precipitatie. Tegelijkertijd bevordert het elektrochemisch gegenereerde H2O2 de groei van uraniumkristallen. Door deze dubbele aanpak kan uranium stabiel en efficiënt worden teruggewonnen, zelfs in water met een hoge ionensterkte en veel organisch materiaal.
Nieuw perspectief voor schonere kernenergie
Deze ontwikkeling biedt nieuw perspectief voor schonere kernenergie. Elektrochemische uraniumwinning combineert gecontroleerde operaties, snelle reacties en hoge selectiviteit, waardoor het een veelbelovende aanvulling is op traditionele mijnbouw. Voorbeelden van vergelijkbare doorbraken tonen bovendien dat het zelfs mogelijk is om uranium uit zeewater terug te winnen, waarmee ook bijna onuitputtelijke bronnen toegankelijk kunnen worden.
De nieuwe COF-elektrode toont dat geavanceerde functionele materialen, gecombineerd met geoptimaliseerde operationele omstandigheden, de weg kunnen vrijmaken voor duurzamere uraniumwinning en dus een meer milieuvriendelijke kernenergiesector.
De technologie staat nog in de experimentele fase, maar de resultaten suggereren dat uranium terugwinning uit afvalwater binnenkort een haalbaar en milieuvriendelijk alternatief kan worden. Met dit soort innovaties komt een toekomst van écht schone kernenergie een stap dichterbij.
