โครงตาข่ายนาโน S-COFs ช่วยดักจับยูเรเนียมจากน้ำทะเลได้แม่นยำขึ้น
เวลาที่เราไปเดินเล่นริมชายหาดแล้วตักน้ำทะเลขึ้นมาสักถังหนึ่ง หลายคนอาจนึกถึงเกลือ แร่ธาตุ หรือเม็ดทรายเล็ก ๆ ที่ปะปนอยู่ในน้ำทะเลเท่านั้น แต่ในน้ำทะเลสีครามนั้นยังมี “ยูเรเนียม” ละลายอยู่ในปริมาณเจือจางมากด้วย
หากมองรวมทั้งมหาสมุทรทั่วโลก มีการประเมินว่ายูเรเนียมในน้ำทะเลมีอยู่ราว 4.5 พันล้านตัน มากกว่าทรัพยากรยูเรเนียมบนบกหลายเท่า แต่ปัญหาใหญ่คือความเข้มข้นต่ำมาก เฉลี่ยเพียงประมาณ 3 ไมโครกรัมต่อน้ำทะเล 1 ลิตร ทำให้การสกัดออกมาใช้จริงยังเป็นเรื่องยากและมีต้นทุนสูง
งานวิจัยล่าสุดในกลุ่มวัสดุนาโนจึงได้รับความสนใจ เพราะนักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบโครงสร้างโมเลกุลชนิดใหม่ที่ช่วยจับไอออนยูเรเนียมในน้ำทะเลได้ดีขึ้น และอาจเป็นอีกก้าวหนึ่งของการพัฒนาแหล่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จากมหาสมุทรในอนาคต
เจาะลึกนวัตกรรม S-COFs กับดักโมเลกุลสุดแม่นยำ
ความก้าวหน้านี้มาจากงานวิจัยของทีมนักวิทยาศาสตร์ที่พัฒนา “โครงตาข่ายอินทรีย์แบบโคเวเลนต์” หรือ Covalent Organic Frameworks ในกลุ่ม S-COFs เพื่อใช้เป็นวัสดุดักจับยูเรเนียมโดยเฉพาะ
หัวใจสำคัญไม่ได้อยู่แค่การสร้างวัสดุที่มีรูพรุน แต่เป็นการควบคุมการเรียงตัวของโครงสร้างในระดับโมเลกุลให้พอดีกับไอออนยูเรนิล ซึ่งเป็นรูปแบบของยูเรเนียมที่ละลายอยู่ในน้ำทะเล
ปรับการเรียงชั้นแบบสลับ หรือ AB stacking: ทีมวิจัยเปลี่ยนจากการวางชั้นโมเลกุลซ้อนกันตรง ๆ แบบเดิม มาเป็นการจัดเรียงแบบสลับชั้น ทำให้เกิดช่องว่างขนาดจิ๋วราว 0.9 นาโนเมตร ขนาดนี้เหมาะกับการรองรับไอออนยูเรนิลได้พอดีมากขึ้น
ล็อกได้แน่นกว่าเดิม: โครงสร้างที่ออกแบบใหม่นี้ช่วยให้หมู่ฟังก์ชันในวัสดุจับกับยูเรเนียมได้หลายตำแหน่งในคราวเดียว งานวิจัยรายงานว่าความสามารถในการยึดจับสูงกว่ารูปแบบการเรียงชั้นเดิมอย่างมาก
ลดปัญหาโลหะชนิดอื่นเข้ามาแย่งจับ: ในน้ำทะเลจริงไม่ได้มียูเรเนียมเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีไอออนโลหะอื่น ๆ รวมอยู่ด้วย เช่น วาเนเดียม ซึ่งมักเป็นตัวรบกวนในการสกัดยูเรเนียม วัสดุ S-COFs แบบใหม่นี้จึงน่าสนใจตรงที่มีความจำเพาะต่อยูเรเนียมมากขึ้น
จากการทดสอบในน้ำทะเลธรรมชาติ วัสดุ S-COFs แบบ AB-stacked สามารถดักจับยูเรเนียมได้ 31.5 มิลลิกรัมต่อวัสดุ 1 กรัม ภายใน 1 วัน ตัวเลขนี้ถือว่าสูงมากเมื่อเทียบกับงานวิจัยในกลุ่มวัสดุดูดซับยูเรเนียมจากน้ำทะเล และทำให้แนวคิดการใช้มหาสมุทรเป็นแหล่งยูเรเนียมระยะยาวกลับมาได้รับความสนใจอีกครั้ง
ยูเรเนียมที่ได้จากกระบวนการลักษณะนี้ยังไม่ใช่เชื้อเพลิงพร้อมใช้ทันที แต่เป็นวัตถุดิบตั้งต้นที่ต้องผ่านขั้นตอนทางนิวเคลียร์เชื้อเพลิงต่อไป เช่น การแปรรูปและการเสริมสมรรถนะ ก่อนจะนำไปใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบฟิชชันได้
ความท้าทายในโลกความจริง: คุ้มค่ากับการลงทุนหรือยัง?
แม้งานวิจัยจะให้ผลน่าสนใจในระดับห้องปฏิบัติการและการทดสอบกับน้ำทะเลจริง แต่หากถามว่าเทคโนโลยีนี้พร้อมสำหรับโรงงานสกัดยูเรเนียมเชิงพาณิชย์แล้วหรือไม่ คำตอบยังคงเป็น “ยังไม่ถึงจุดนั้น”
ข้อจำกัดสำคัญไม่ได้อยู่ที่วัสดุเพียงอย่างเดียว แต่อยู่ที่ระบบวิศวกรรมทั้งหมด เพราะยูเรเนียมในน้ำทะเลมีความเจือจางมาก การจะได้ปริมาณที่คุ้มค่าต้องให้น้ำทะเลมหาศาลไหลผ่านวัสดุดักจับ หากใช้การปั๊มน้ำจำนวนมาก ต้นทุนพลังงานและค่าเดินระบบอาจสูงจนไม่คุ้มกับยูเรเนียมที่ได้กลับมา
ด้วยเหตุนี้ แนวทางที่นักวิจัยและวิศวกรให้ความสนใจมากขึ้นคือระบบสกัดแบบอาศัยกระแสน้ำธรรมชาติ หรือ passive extraction เช่น การนำวัสดุดูดซับไปติดตั้งในทะเล แล้วปล่อยให้น้ำทะเลไหลผ่านเองตามธรรมชาติ แทนการใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อสูบน้ำเข้าระบบ
อีกโจทย์ใหญ่คือความทนทานของวัสดุ เพราะน้ำทะเลมีความเค็ม มีสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก และมีการกัดกร่อนตลอดเวลา วัสดุที่ใช้จริงจึงต้องรับมือได้ทั้งเรื่องประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน การนำกลับมาใช้ซ้ำ และต้นทุนการดูแลในทะเลเปิด
โครงตาข่ายนาโน S-COFs จึงยังไม่ใช่คำตอบสำเร็จรูปของพลังงานนิวเคลียร์จากทะเลในวันนี้ แต่เป็นก้าวสำคัญที่ช่วยให้เห็นว่า การดักจับยูเรเนียมจากน้ำทะเลอาจทำได้แม่นยำและมีประสิทธิภาพขึ้นกว่าเดิมมาก หากวันหนึ่งสามารถแก้โจทย์เรื่องต้นทุน ระบบติดตั้ง และความทนทานของวัสดุได้ มหาสมุทรอาจกลายเป็นแหล่งยูเรเนียมระยะยาวที่มีบทบาทต่ออนาคตของพลังงานนิวเคลียร์มากขึ้น
แหล่งที่มา: Sustainable Carbon Materials / EurekAlert / EPJ Nuclear Sciences & Technologies
อ้างอิง: https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/scm-0025-0007 , https://www.eurekalert.org/news-releases/1106393 , https://www.epj-n.org/articles/epjn/full_html/2016/01/epjn150059/epjn150059.html
เขียนโดย แด๊ดดี้จอแดน โค้ดชีวิตพลิกชะตา
อินฟลูเอนเซอร์สาววัย 22 ปี ผู้ชื่นชอบมอเตอร์ไซค์ ประสบอุบัติเหตุร้ายแรงเสียชีวิต!
9 อาชีพในตำนานของไทย จากงานที่เคยจำเป็น สู่วันที่คนรุ่นใหม่แทบไม่เคยเห็น
งูพิษลอยน้ำ งูไม่มีพิษจมน้ำ จริงหรือ? ไขความเชื่อเก่าเกี่ยวกับงูในสายน้ำ
5 จังหวัดไทยที่เจริญรุ่งเรืองที่สุด เมื่อวัดเศรษฐกิจโดยภาพรวม
สงสารมาก พี่ชายฮลุนมาก ฮลุนไปถึงจอร์เจียแล้วไปหาหมอเลย สงสัยจะมีอาการตั้งแต่วันแรกที่ไปถึง
นักศึกษาจากประเทศไหน เข้ามาเรียนต่อในไทยมากที่สุด
10 สิ่งที่เด็กยุค 90 เคยเห็น แต่เด็กยุคนี้อาจไม่รู้ว่าคืออะไร
หวยสัญจรระยอง 1 กันยายน 2569: ส่องเลขที่คนกำลังพูดถึงจากสถานที่จัดงานและสถิติย้อนหลัง
ถอดรหัสเลขเจาะใจ "ลุงหวัง" งวด 1 กันยายน 2569
นกบินเป็นรูปตัว V ไม่ได้แค่ตามหัวหน้า: ทำไมตัวหลังต้องเยื้องข้าง ไม่บินตรงหลัง
คำที่เราใช้ทุกวันเคยเกิดในสนามรบ
เปิด 10 อันดับ เงินเดือนอาจารย์มหาวิทยาลัย วุฒิ ป.เอก ใครให้สูงสุด?
อินฟลูเอนเซอร์สาววัย 22 ปี ผู้ชื่นชอบมอเตอร์ไซค์ ประสบอุบัติเหตุร้ายแรงเสียชีวิต!
เหรียญบาทไทยที่ถูกผลิตน้อยที่สุด และหาได้ยากมากที่สุดในปัจจุบัน
สงสารมาก พี่ชายฮลุนมาก ฮลุนไปถึงจอร์เจียแล้วไปหาหมอเลย สงสัยจะมีอาการตั้งแต่วันแรกที่ไปถึง
คำที่เราใช้ทุกวันเคยเกิดในสนามรบ
ทำไมสมัยก่อนคนไทยถึงนิยมไปฝากตัวเป็นศิษย์กับพระ
วัดคณิกาผลของยายแฟงมีที่มาอย่างไร?
บาร์บี้และเคน ตั้งชื่อตามลูกคนสร้าง Barbara และ Kenneth
ไขความลับร่างกาย ทำไมนิ้วถึงเหี่ยวย่นเวลาแช่น้ำนานๆ พร้อมวิธีดูแลมือเปื่อยอย่างถูกวิธี
เกาะลอยน้ำอูรอส ภูมิปัญญาจากต้นโทโทล่าแห่งทะเลสาบติติกากา
เปิดตำนานพระมหาเจดีย์ที่สูงที่สุดในโลกในแผ่นดินไทย

