Kao dječak čitao sam i bio fasciniran onime što piše u knjizi „Bogatstvo mora“ T. S. Douglasa što ga je izdalo – gle koincidencije! – u godini moga rođenja (1951.) Hrvatsko prirodoslovno društvo. U moru ima svega i svačega, a ponajviše mineralnih tvari. Pa tako, kaže Douglas, u kubičnoj milji (4 km³) morske vode ima 117 milijuna tona soli (NaCl), no i 5,9 milijuna tona magnezija, 283 tisuće tona broma, 94 tone srebra te 3 do 4 tone zlata. Ovaj posljednji sastojak pokušali su između dva rata iz mora dobiti njemački kemičari jer su se nadali da će zlatom iz mora moći otplatiti ratnu štetu čije je plaćanje bilo Njemačkoj nametnuto Versajskim ugovorom. Douglas međutim ne spominje još jedan kemijski element, metal koji je danas važniji od zlata, a to je uranij. Njegov je udjel u moru 3,3 ppb (dijelova na milijardu, 10^-9), što znači da ga u „Douglasovoj kubičnoj milji“ ima 13,2 tone. Ima ga, ima... Ima u moru i trilja i barbuna – samo ih treba uhvatiti!

„To je kompleksan problem koji zahtijeva interdisciplinarni pristup“, često se čuje u naše doba kompliciranog življenja. To vrijedi i za kemiju. Tako složen problem, izdvajanje uranija iz morske vode pri tako niskim koncentracijama, treba rješavati „interdisciplinarno“, što za kemičara znači upotrebom više kemijskih procesa. No ima još jedan zahtjev. Problem treba riješiti jednim postupkom, bez obzira temeljio se on na jednom ili više procesa.

Toga su se zadatka prihvatili kineski znanstvenici te su u časopisu ACS Central Science objavili znanstveni rad „Self-standing porous aromatic fremework electrodes for efficient electrochemical uranium extraction“.

Riječ je ukratko o poroznom organskom polimeru (POP) koji je načinjen od aromatskih spojeva, dakle od spojeva s aromatskim (benzenskim) prstenom (porous aromatic framework, PAF). Tako nastaje mreža s manje od pola nanometra širokim očicama koja – kada se na nju narine napon – hvata uranijeve ione koji se nalaze u morskoj vodi.

No nije sve tako jednostavno. Prvo što je trebalo načiniti je vezivanje mreže na podlogu ugljičnih vlakana. Autori spomenutog rada to su postigli polimerizacijom dvaju monomera, TCB i NCP, na licu mjesta (in situ) uz upotrebu električne struje (elektropolimerizacija). Tako su dobili polimer PAF-114 vezan za ugljično tkanje (PAF-144@carbon cloth). Naknadom obradom polimera hidroksiaminom (HONH₂), koji reagira sa cijanidnim skupinama (-CN), nastao je konačni produkt, PAF-144-AO@carbon cloth (ili, kraće, PAF-E). Njime se mogao izdvajati uranij iz morske vode.

Riječ je o tome da polimer PAF-E ima dva reaktivna mjesta. Prvo mjesto, koje potječe od NCP (modificirana cijanidna skupina), veže uranijeve ione, dok se na drugom mjestu, koje potječe od aromatskih prstena monomera TCB, odvijaju procesi redukcije i oksidacije. Redukcije i oksidacije čega?

Uranij se u morskoj vodi nalazi u obliku uranilnog iona, UO₂²⁺, dakle u oksidacijskom stanju VI. Privučen negativnim nabojem „radne elektrode“ (WE), on se veže za polimer PAF-E, pa se potom, primanjem elektrona, reducira u UO₂⁺. No u tom stanju ostaje samo milisekundu, jer se polaritet elektrode mijenja frekvencijom od 400 Hz. Posljedica toga je da katoda postaje anoda, pa UO₂⁺ gubi elektron (oksidira se), no ne vraća se u oblik UO₂²⁺ nego reagira s natrijevim ionima (Na⁺) stvarajući žuti talog pomalo neodređenog sastava, Na₂O(UO₃⸱H₂O)_x. Elektroni moraju jamačno odnekud dolaziti i nekamo odlaziti. Za to služi nasuprotna elektroda (CE) od aromatskog polimera koji primanjem elektrona prelazi iz kinoidnog u benzoidni, a oduzimanjem elektrona iz benzoidnog u kinoidni oblik. Toliko o kemiji.

No ima o kemiji još. Koliko se na radnoj elektrodi (WE) može nataložiti uranija, točnije njegovog žutog taloga?

Odgovor je: nakon devet dana elekrolize morske vode svaki gram elektrode vezao je 6,0 mg uranija, a na kraju pokusa – nakon 24 dana – udio uranija na elektrodi se udvostručio, popeo se na 12,6 mg/g. Rekli bismo mnogo – jer toliko uranija (12,6 mg) ima u nešto manje od četiri tone morske vode – no ne treba zaboraviti da se pri procesu troši električna energija. Isplati li se to? Rekao bih da se isplati, jer se iz te  količine uranija može u nuklearnoj elektrani dobiti 7,4 MJ (2 kWh) električne energije. More nije, na kraju krajeva, izvor samo hrane i mineralnih sirovina, nego i energije: more je energent.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 15 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.