1905年，爱因斯坦写下质能方程E等于mc的平方，光速平方摆在那里，一个小学生都能感觉出来，公式里藏着多么恐怖的能量。这就是核能。
人类一直畅想核聚变会开启无限能源的时代，可到今天为止，我们真正用得上的还是核裂变。
别看它发展不到70年，已经占了全球电力的10%。到2022年底，中国在运行的核电站有55座，发电量占比4.98%，在建规模连续多年世界第一。往后，核电只会越修越多。
问题也就在这儿，核电越建越多，铀却越来越不够用。
1公斤铀-235完全裂变，只损失0.09%的质量，释放的能量抵得上烧2700吨优质煤，这是全球核电毫无争议的主力燃料。
除了发电，航母和潜艇的反应堆、原子弹、氢弹都靠铀；铀浓缩剩下的贫铀，能做贫铀弹和高强度装甲；再往外延伸，辐照育种、人造元素、放疗、造影，样样都要用到它。
用得越广，缺口就越大。
按照国际原子能机构和核能局2021年的估算，中国一年的铀需求高达9500吨，自主产量只有1800吨。2021年我们进口了13000多吨铀资源，进口额13.1亿美元，这个数字往后还会继续往上走。
其实缺铀不光困住中国，国内陆地铀矿有两个短板：储量不多，品位偏低。同样一吨矿石，国外高品位矿能出更多铀，本土矿光提纯成本就要高一截，很大程度上得靠海外进口。
国际市场一有风吹草动，地缘冲突随时能拧动这根阀门，核燃料的命脉不能完全交在别人手里。
铀到底有多难搞？先看丰度。地壳里平均每吨物质只有2.7克铀，也就是0.0027%。按国内规范，铀的最低工业品位是0.05%，等于要富集185倍才够得上开采；要形成品位大于等于0.3%的富矿，得富集1110倍。
目前主要的含铀矿石是沥青铀矿、晶质铀矿、铀石和铀黑，分布还极不均匀，澳大利亚一家占了全球25%，中国只占4%。
开采成本国际上分两档：每公斤130到260美元的算高成本；40到80美元甚至更低的算低成本。哈萨克斯坦、加拿大、巴西加起来占了三分之二，中国的铀资源以高成本这种为主。
跟以前聊过的铁、铜比，铀不管高低成本都要贵得多，一头是储量稀，一头是提取难。
铜矿破碎浮选就能出精粉，铀矿要复杂得多。传统做法是把矿石磨成细粉，靠浸出或者离子交换，把铀精矿抠出来，主要成分是八氧化三铀和重铀酸钠，这就是有名的黄饼。
这几年还发展出原位铀浸滤法，直接从地表钻孔往矿层注入化学药剂，让铀选择性溶解，再把浸出液抽回地表，成品同样是黄饼。
黄饼之后是最关键的一步，同位素分离。铀里其实混着铀-234、铀-235和铀-238三种天然同位素，可以裂变的只有铀-235，占比才0.71%；不能裂变的铀-238反而占了99.2%。
要把黄饼转成六氟化铀，送进高速旋转的离心机，把轻的铀-235和重的铀-238分开，再把气态六氟化铀变回固态氧化铀，做成燃料棒。铀-235含量到3%到5%就是低浓缩铀，用于核电；80%以上是高浓缩铀；90%以上就是武器级了。
咱们国家起点很低，上世纪50年代开始找矿，最早盯的是江西、湖南、广东、广西的花岗岩型和火山岩型铀矿。1991年秦山核电站并网发电，民用核电正式起跑，铀矿勘查投入也跟着涨。
这一阶段主攻砂岩型铀矿，主要发育在北方盆地，伊犁、准噶尔、鄂尔多斯、松辽。2000年到2018年，伊犁、鄂尔多斯、二连、松辽都探获了新的资源量。
截至2021年1月，我国查明的铀资源量约33万吨，其中15万吨是可信储量，18万吨是推断储量。数字听着不少，可放到每年近万吨的胃口面前，还是紧巴。需求缺口主要在核电。核电总装机量从2015年到2022年翻了差不多一倍，2021年铀消费就占了全球15%以上。
可这只是基数大给的错觉，法国、斯洛伐克、乌克兰这10个国家核电占本国发电30%以上，法国甚至超过70%，我们才刚到5%，想撬动以煤电为主的能源结构，这个比例还远远不够。
双碳目标下，核电兼具高效、清洁、稳定，跟碳排放高的煤电、稳定性弱的风光正好搭配。国家发改委和国家能源局公布的十四五现代能源体系规划里就点了名，到2025年核电运行装机容量要到7000万千瓦左右。
国际原子能机构和核能局更长远地估算：到2030年我国铀需求会到22600吨，到2040年是43400吨。1800吨的年产量摆在那儿，怎么看都是杯水车薪，只能加大进口。
目前主力来源是哈萨克斯坦、纳米比亚、乌兹别克斯坦和俄罗斯，2019年光哈萨克斯坦就把一半以上产量卖给了我们，13000多吨。
命脉押在别人身上终归不踏实，既然陆地找不出足够的铀，科学家把目光挪到了占地球71%面积的海洋。海水里溶解的铀总量大约45亿吨，跟陆地探明储量根本不在一个量级，只要能稳定捞出来，等于握着一座近乎源源不断的核燃料宝库。
难点也很直接，海水里铀的浓度低得离谱，一吨海水只有几微克，好比往一整个泳池里滴一滴墨水再单独把它分出来。海水成分也复杂，钠、镁、钙离子和各种杂质、微生物都会跟吸附材料抢座位，高盐还长期腐蚀设备。
美国从上世纪50年代就盯着这条路，前后砸了整整70年科研经费，实验室数据看着漂亮，一下海就迅速失效，最后被贴上理论可行、工程遥不可及的标签。
国内团队的突破口选在材料本身，传统吸附剂抓铀容量低、选择性差，还没吸多少就被海洋生物附着腐蚀。科研人员从分子结构层面重新设计，做出新型高效铀吸附材料，对铀离子选择性极强，抗腐蚀、抗附着能力也大幅提升。
之后把装置搬到南海做实海原位试验，成功从海水里富集提取到了铀，成本相比老方案大幅压缩，虽然还比不上优质陆地矿，但下降趋势明确。
不过实海试验成功不等于明天就能大规模用上，工业级提取要铺开量级完全不同的吸附材料，搭大型平台扛台风海浪；成本上还得拉长循环使用次数、压低耗材更换成本，后端富集提纯配套也得跟上；大规模投放会不会改变局部海域化学环境、影响海洋生物，都得长期监测。
真跑通了，核电燃料保障有了，还能带动高性能吸附材料、海洋工程装备、分离提纯这些新产业链。
当然，如果哪天可控核聚变和钍基反应堆真的能大规模发电，我们就可以彻底摆脱对铀的依赖。但在那一天到来之前，铀的位置没人能替代。
海水提铀这条路走得再远，短期里也顶替不了陆地铀矿；能稳住哈萨克斯坦、纳米比亚这几大来源，再开辟些新的进口渠道，供应基本还有保障。
海水这张牌，更像我们核燃料储备里的一张底牌，长期来看会越压越重。
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