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在全球能源結構中，核能作為一種重要的低碳能源，在滿足電力需求方面發揮著關鍵作用。然而，核廢料的處理一直是核能可持續發展面臨的重大挑戰。長期以來，永久儲存被視為處理核廢料的主要方式，然而，亥姆霍茲 - 德累斯頓 - 羅森多夫中心（HZDR）的克里斯蒂娜·克瓦什尼娜教授指出，這并非唯一策略。

隨著歐盟新資金的注入，克瓦什尼娜教授帶領團隊開啟了 “MaLaR - 用于從核廢料中回收鑭系元素的新型2D - 3D材料” 項目。在未來三年，該項目獲得了230萬歐元的資金支持，旨在研究運用新型分離技術回收核廢料中某些元素的可行性。之所以聚焦于此，是因為廢舊核燃料中蘊含著重要的原材料，這些原材料的應用范圍廣泛，遠超核能領域。參與該項目的不僅有德國，還有法國、瑞典和羅馬尼亞，四國攜手共同攻克這一技術難題。

MaLaR項目的核心目標是回收鑭系元素。鑭系元素作為一組化學元素，其中包含部分稀土元素，在現代工業和科研領域有著極為廣泛的應用。

在屏幕制造中，它們能夠提升屏幕的顯示效果和色彩飽和度；在電池領域，有助于提高電池的能量密度和充放電性能；在磁鐵生產中，可增強磁鐵的磁性；在造影劑里，能輔助醫生更清晰地觀察人體內部結構；在生物探針方面，為生命科學研究提供了有力工具。但鑭系元素是非常稀有的原材料，目前大部分依賴從中國進口。這不僅在供應鏈上存在潛在風險，也限制了相關產業的自主發展。因此，從廢料，尤其是核廢料中回收鑭系元素，具有重要的戰略意義和經濟價值。克瓦什尼娜教授作為MaLaR項目協調人，同時隸屬于HZDR的資源生態研究所，并在法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學擔任教授，她深知這一項目的重要性和挑戰性。

要實現核廢料中元素的回收，首先必須進行分離處理。核廢料處理面臨著諸多難題，除了放射性元素本身帶來的基本安全風險外，其所含物質的化學性質極為相似，這使得分離過程異常艱難。尋找一種只與某一種目標元素發生反應，而不與其他元素反應的物質，以便精準提取出目標元素，成為了困擾科研人員的一大瓶頸。現有的分離過程往往依賴危險化學品，這些化學品不僅對操作人員的安全構成威脅，還可能對環境造成潛在污染。而且，分離過程通常能耗巨大，需要消耗大量的能源資源，同時還會產生額外的廢物流，進一步增加了處理成本和環境負擔。

為了突破這些困境，MaLaR聯盟正在探索一種創新方法。他們將目光聚焦于開發新型三維材料，試圖將其打造為實現有效、環保、可持續分離方法的關鍵工具。這種方法不僅適用于核廢料，還能應用于工業廢料，如放射性醫療應用產生的廢料。其工作原理基于吸附原理，與當前的分離方法有相似之處，但又有著顯著的創新。在液態核廢料中，特定放射性元素會附著在吸附劑相鄰的固相上，從而實現與其余廢料的分離。

近年來，研究發現氧化石墨烯這種碳基多孔材料在性能上表現卓越，能夠顯著超越目前使用的最重要的工業吸附劑或放射性核素。而且，最新研究表明，電子結構的某些特定變化能夠進一步提高其吸附性能。在MaLaR項目中，克瓦什尼娜及其合作伙伴計劃系統地探索這些潛在的化學反應，深入研究氧化石墨烯與不同元素之間的相互作用機制，從而開發基于氧化石墨烯的新材料，使其能夠精準地作為特定元素清除劑，高效地從核廢料中分離出目標元素。

從項目的長遠目標來看，克瓦什尼娜強調：“我們的目標是設計一種材料，利用它我們最初可以從合成元素混合物中提取單個元素。未來，這一技術可應用于各種領域。誠然，在三年內我們只能朝著回收利用邁出第一步，但如果成功，實際應用將指日可待。” 這一新型分離技術一旦成功，其影響將是多方面且巨大的。在資源回收方面，它有助于從核廢料和其他工業廢料中回收珍貴的原材料，實現資源的循環利用，降低對原生資源的依賴，推動可持續發展。

在廢料儲存方面，對于高放射性廢料的安全最終儲存具有重要意義。例如，如果能將半衰期不同的同位素分離出來，然后分別儲存，將大大降低儲存風險，提高儲存的安全性和穩定性。該項目明確以開發合適的、接近市場應用的技術解決方案為導向，致力于將科研成果轉化為實際生產力，推動核廢料處理技術的革新。

MaLaR團隊具備強大的技術實力和專業背景，能夠充分借助合作伙伴在多個不同領域的專業知識。在2D/3D材料開發方面，他們可以利用先進的材料制備技術，設計和合成具有特殊結構和性能的材料；在基礎物理學領域，通過對物質微觀結構和相互作用的深入理解，為材料性能的優化提供理論支持；在放射性元素化學方面，憑借對放射性元素性質和反應規律的掌握，更好地實現元素的分離和回收；同時，使用一種新的原位方法對放射性材料中極微量鑭系元素進行時間分辨研究，能夠實時監測元素的反應過程和變化情況，為材料的研發和優化提供精準的數據支持。

克瓦什尼娜熱情地表示：“未來幾年能在這個團隊工作真是太棒了。我們可以將實驗中的基本見解與理論計算、模型以及材料表征和開發相結合。” 作為項目的一部分，她還將負責在位于格勒諾布爾的歐洲同步輻射裝置（ESRF）的HZDR羅森多夫光束線（ROBL）進行實驗。在那里，將使用高強度X射線測試新材料的化學性質。通過X射線的穿透和散射，科研人員可以深入了解材料的晶體結構、電子云分布等信息，從而進一步優化材料的性能，推動MaLaR項目朝著預期目標穩步前進。