Khám phá Trái đất – 10 vạn câu hỏi vì sao
Thông thường ta nói nước biển chứa nguồn năng lượng vô tận, đó chủ yếu là nói đến nhiệt năng và cơ năng như năng lượng sóng, năng lượng thuỷ triều, hải lưu, độ chênh nhiệt độ và độ chênh về muối,…
Còn ở đây đang nói nước biển là một nguồn năng lượng là muốn nói nước biển cũng giống như dầu mỏ, từ trong đó có thể rút ra loại nhiên liệu giống như xăng, dầu mazút, đó là urani và nước nặng, dùng làm nhiên liệu động lực cho hàng không mẫu hạm, tàu ngầm, tàu phá băng và nhà máy điện.
Từ ý nghĩa này mà xét, nước biển lẽ nào lại không phải là một loại năng lượng? Mọi người đều biết, urani là nhiên liệu phát điện bằng năng lượng nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử urani dưới sự bắn phá của nơtron, có thể phân ra thành hai mảnh có khối lượng tương đương nhau, đó gọi là phản ứng phân rã hạt nhân.
Khi urani phát sinh phân rã hạt nhân, có thể giải phóng ra một năng lượng vô cùng lớn. Ví dụ 1 kg urani to bằng hộp diêm, bị phân rã hoàn toàn sẽ giải phóng ra một năng lượng tương đương với năng lượng của 2.500 tấn than chất lượng tốt đốt cháy sinh ra, cũng tương đương với sức lao động một ngày của hơn 20 vạn người.
Đầu thập kỷ 90 của thế kỷ XX trên thế giới có 31 nước và khu vực đã xây dựng 522 nhà máy điện nguyên tử, chiếm trên 10% tổng sản lượng điện thế giới. T
heo dự đoán của cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế, đến thế kỷ XXI tổng số nhà máy điện nguyên tử trên thế giới sẽ vượt quá con số 1.000, chiếm 35% tổng sản lượng điện thế giới.
Urani tuy có thể giải phóng năng lượng lớn như thế, nhưng trữ lượng của nó trên lục địa có thể khai thác được rất có hạn, chưa đến một triệu tấn, còn xa mới thoả mãn được nhu cầu của loài người. Nhưng trữ lượng urani trong nước biển thì rất đáng kể, đạt 4,5 tỉ tấn tương đương với 4.500 lần trữ lượng trên lục địa.
Nếu tính toán theo nhiệt lượng phát ra thì 4,5 tỉ tấn urani sản sinh ra một nhiệt lượng tương đương với 10 triệu tỉ tấn than chất lượng cao, cao hơn 1.000 lần toàn bộ trữ lượng than trên toàn thế giới. Cho dù từ nay về sau mức tiêu hao năng lượng có thể gấp đôi hiện nay thì tối thiểu vẫn còn có thể cung cấp cho thế giới một vạn năm nữa.
Trữ lượng urani trong nước biển tuy to lớn nhưng hàm lượng không cao. Trong mỗi lít nước biển chỉ chứa 3,3 µg tức là nói muốn được 3 kg urani thì phải xử lý một triệu tấn nước biển. Do đó con người đã mày mò nghiên cứu gần 30 năm nay để tìm nhiều phương pháp rút urani từ trong nước biển, nhưng giá thành đều rất cao.
Hiện nay phương pháp có triển vọng nhất là phương pháp hấp phụ, dùng một số chất háo urani để hấp thụ urani. Nhật Bản đã nghiên cứu ra một chất có khả năng hấp phụ rất mạnh, chỉ cần 1 gam chất đó thì có thể hấp thụ được 3 mg urani trong nước biển, đại thể đạt được hàm lượng urani tương đối giàu trên lục địa.
Nước nặng là một nguồn năng lượng quan trọng lấy từ trong nước biển. Nguyên tử nước nặng nhiều hơn nguyên tử hyđro thông thường một nơtron, khối lượng lớn gấp đôi nguyên tử hyđro do đó mà có tên gọi như thế. Hyđro nặng là nguyên liệu để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Gọi là năng lượng phản ứng hạt nhân là chỉ hai nguyên tử hạt nhân hyđro, ví dụ hyđro hoặc đồng vị của hyđro kết hợp thành một hạt nhân nguyên tử nặng để giải phóng ra năng lượng.
Khi hyđro thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân để biến thành một gam hêli, năng lượng nó giải phóng ra tương đương với năng lượng của 25 tấn than được đốt cháy. Với tiến bộ của kĩ thuật khống chế phản ứng nhiệt hạch, hyđro nặng được coi là nguồn năng lượng lý tưởng nhất của thế kỷ XXI.
Theo tính toán khối lượng của nước nặng chứa trong nước biển có khoảng 200 tỉ tấn. Nước nặng là nguồn chủ yếu của hyđro nặng để làm nhiên liệu gây phản ứng nhiệt hạch.
Nếu một lít nước biển chứa năng lượng nguồn nước nặng để làm phản ứng nhiệt hạch tương đương với năng lượng của 300 lít xăng thì 20 tỉ tấn nước nặng chứa một lượng nhiệt do hyđro sản sinh ra tương đương với mấy nghìn lần nhiệt lượng của tất cả các loại chất đốt trên toàn cầu cộng lại. Đó là nguồn năng lượng to lớn biết bao.