Uran im Meer: Chinas „Jäger“-Teilchen holen Rohstoff aus dem Wasser – Durchbruch für Kernkraft?

Kernkraftwerke brauchen Uran, doch der Rohstoff ist begrenzt, teuer und für viele Länder ein strategisches Thema. Dabei lagert eine gewaltige Menge davon längst vor unserer Küste: Im Meerwasser sind laut der South China Morning Post rund 4,5 Milliarden Tonnen Uran gelöst. Das Problem ist nicht die Menge, sondern der Zugriff darauf. Die Konzentration ist so gering, dass die Förderung bisher als zu aufwendig und zu teuer galt.

Ein Forschungsteam aus China hat nun ein Material entwickelt, das dieses Problem angehen könnte. In der Fachzeitschrift Nano Research stellen die Wissenschaftler winzige Mikromotoren vor, die sich selbstständig durchs Meer bewegen und dabei Uran-Ionen aufnehmen. Statt still im Wasser zu liegen und auf zufälligen Kontakt zu warten, suchen diese Partikel den Rohstoff aktiv. Licht verstärkt den Effekt zusätzlich.

Warum Uran aus Meerwasser bisher kaum nutzbar war

Die neuen Partikel messen nur etwa zwei Mikrometer. Sie sind also deutlich dünner als ein menschliches Haar. Ihr Aufbau erinnert an einen Schwamm mit vielen kleinen Poren. Diese große innere Oberfläche bietet zahlreiche Stellen, an denen Uran-Ionen haften können.

Bisher arbeiteten viele Materialien nach einem einfachen Prinzip: Sie lagen im Wasser und warteten darauf, dass Uran-Ionen zufällig vorbeikamen. Das dauert lange und macht die Methode teuer. Die neue Technik verfolgt einen anderen Ansatz: Die Partikel bewegen sich selbst durch das Wasser und erhöhen so die Chance auf Kontakt.

Mit einer kleinen Menge Wasserstoffperoxid erreichten die Mikromotoren eine Geschwindigkeit von rund sieben Mikrometern pro Sekunde. Unter sichtbarem Licht stieg das Tempo auf etwa 15 Mikrometer pro Sekunde. Bei stärkeren Bedingungen waren sogar deutlich höhere Werte möglich. „Die beste Leistung wurde unter Lichteinwirkung beobachtet“, resümieren die Autoren.

Licht steigert die Uranaufnahme

Bewegung allein genügt aber nicht. Das Material muss das Uran auch sicher aufnehmen. Seine innere Oberfläche ist mit 1327 Quadratmetern pro Gramm enorm groß. Dadurch entstehen viele kleine Andockstellen, an denen sich Uran-Ionen festsetzen können.

Im besten Versuch nahm ein Gramm Material bis zu 406,8 Milligramm Uran auf. Ohne Licht und zugesetztes Wasserstoffperoxid lag der Wert nur bei rund 81 Milligramm pro Gramm. Der Unterschied ist deutlich: Licht macht die Aufnahme wesentlich effizienter.

Auffällig ist auch, wie schnell das Material Uran aus dem Wasser holt. In einer Lösung mit 11,6 Milligramm Uran pro Liter sank die Konzentration innerhalb von 70 Minuten auf 0,08 Milligramm pro Liter. Damit wurden 99 Prozent des Urans entfernt. Viele ältere Verfahren brauchen dafür Stunden oder sogar Tage.

Uran bleibt nicht locker gebunden

Nach der Aufnahme wird das Uran gesammelt und chemisch weiter verändert. Unter Licht bildet sich eine stabile Verbindung namens Studtit. Diese lässt sich besser abtrennen und sicherer lagern.

Das macht den Prozess interessanter für eine spätere technische Nutzung. Es geht nicht nur darum, Uran aus Meerwasser herauszufiltern, sondern es auch in eine Form zu bringen, die praktisch nutzbar ist.

Die Mikromotoren ließen sich mehrfach verwenden. Nach vier vollständigen Durchläufen sank ihre Leistung nur um acht Prozent. Das gebundene Uran konnte weiterhin zu 95 bis 99 Prozent aus den Partikeln gelöst werden.

Tests mit echtem Wasser liefern realistischere Werte

Im Labor sind Bedingungen oft ideal. Deshalb prüfte das Team die Technik auch mit echten Wasserproben. Die Ergebnisse fielen etwas niedriger aus als im Reinstwasser, blieben aber beachtlich:

• Salzsee in Qinghai: 68 Prozent Uranentfernung
• Leitungswasser aus Xining: 81 Prozent
• Flusswasser aus dem Huangshui-Fluss: 77 Prozent

Solche Unterschiede sind erwartbar. Natürliches Wasser enthält viele gelöste Stoffe wie Natrium, Calcium oder Magnesium. Diese konkurrieren mit Uran um die Bindungsstellen. Trotzdem blieb die Selektivität hoch, was für eine praktische Anwendung wichtig ist.

Da die Mikromotoren auf einer Zinkverbindung basieren, prüfte das Team auch, ob sich während des Einsatzes größere Mengen davon ins Wasser lösen. Das Ergebnis fiel unauffällig aus: Die Freisetzung lag bei nur 0,41 Milligramm Zink pro Liter. Zum Vergleich: Die Weltgesundheitsorganisation nennt für Trinkwasser einen Richtwert von vier Milligramm pro Liter.

Uran aus Meerwasser und das Bild vom kleinen Jäger

Die Mikromotoren zeigten laut Studie Bewegungsmuster, die an Jagen, Flucht und Schwarmverhalten erinnern. Die Autoren sprechen von „Räuber-Beute-Verhalten“.

Dahinter stecken keine lebenden Organismen, sondern physikalische Prozesse. Die Partikel erzeugen durch ihre chemischen Reaktionen kleine Unterschiede in der Wasserzusammensetzung. Dadurch beeinflussen sie andere Teilchen in ihrer Umgebung und bewegen sich nicht mehr wie gewöhnliche passive Stoffe.

Noch ist der Weg zur Großanwendung lang

Trotz der starken Laborwerte bleibt die praktische Nutzung eine große Herausforderung. Echtes Meerwasser ist deutlich komplizierter als kontrollierte Testlösungen. Hohe Salzgehalte, wechselnde Bedingungen und enorme Wassermengen machen die Anwendung schwierig.

Dazu kommt die Frage der Skalierung. Ein funktionierender Versuch im Labor bedeutet noch nicht, dass sich damit eines Tages Kernkraftwerke versorgen lassen. Die Technik müsste in riesigem Maßstab wirtschaftlich arbeiten.

Kurz zusammengefasst:

• Im Meerwasser sind riesige Mengen Uran gelöst, doch die Konzentration ist so gering, dass die Gewinnung bisher als zu teuer und zu aufwendig galt.
• Neue Mikromotoren aus China bewegen sich selbstständig durchs Wasser, nehmen Uran-Ionen aktiv auf und entfernten im besten Versuch 99 Prozent des Urans innerhalb von 70 Minuten.
• Das Material lässt sich mehrfach nutzen, funktioniert auch in echten Wasserproben und könnte künftig helfen, Uran aus Meerwasser oder radioaktiv belastetem Abwasser wirtschaftlicher zu gewinnen.

Übrigens: Während chinesische Forscher daran arbeiten, Uran aus Meerwasser zu holen, baut das Land seine Atomkraft im Rekordtempo aus – 36 Reaktoren sind bereits im Bau, bis zu 50 könnten parallel entstehen. Das zeigt, warum neue Uranquellen strategisch so wichtig werden. Mehr dazu in unserem Artikel.

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