Szczytowy uran - Peak uranium

Szczytowy poziom uranu to moment, w którym osiągnięta jest maksymalna globalna produkcja uranu . Po tym szczycie, zgodnie z teorią szczytów Hubberta , tempo produkcji zaczyna spadać. Podczas uranu stosuje się broni jądrowej , ich podstawowym zastosowaniem jest do wytwarzania energii za pomocą syntezy jądrowej na uranu 235 izotop w reaktora jądrowego . Każdy kilogram rozszczepionego uranu-235 uwalnia energię równoważną milionom razy większej od jego masy w reagentach chemicznych, tyle co 2700 ton węgla , ale uran-235 to tylko 0,7% masy naturalnego uranu . Uran-235 jest skończonym surowcem nieodnawialnym .

Postępy w technologii reaktorów rozrodczych mogą umożliwić obecnym rezerwom uranu dostarczanie energii ludzkości przez miliardy lat, czyniąc w ten sposób energię jądrową zrównoważoną energią . Jednak w 2010 r. Międzynarodowy Panel ds. Materiałów Rozszczepialnych stwierdził: „Po sześciu dekadach i wydatkach równowartości dziesiątek miliardów dolarów, obietnica reaktorów reprodukcyjnych pozostaje w dużej mierze niespełniona, a wysiłki na rzecz ich komercjalizacji są stopniowo ograniczane w większości krajów. " Jednak w 2016 roku rosyjski reaktor reprodukcyjny na neutrony prędkie BN-800 rozpoczął produkcję komercyjną z pełną mocą (800 MWe), dołączając do poprzedniego BN-600 . Od 2020 r. chiński CFR-600 jest w budowie po sukcesie chińskiego eksperymentalnego reaktora prędkiego opartego na BN-800. Reaktory te wytwarzają obecnie głównie energię elektryczną, a nie nowe paliwo, ponieważ obfitość i niska cena wydobywanego i przetworzonego tlenku uranu sprawiają, że hodowla jest nieopłacalna, ale mogą przestawić się na hodowlę nowego paliwa i w razie potrzeby zamknąć cykl .

M. King Hubbert stworzył swoją szczytową teorię w 1956 roku dla różnych skończonych zasobów, takich jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny. On i inni od tego czasu argumentowali, że jeśli jądrowy cykl paliwowy może zostać zamknięty, uran może stać się równoważny odnawialnym źródłom energii, jeśli chodzi o jego dostępność. Hodowla i przetwarzanie jądrowe potencjalnie pozwoliłyby na wydobycie największej ilości energii z naturalnego uranu. Jednak tylko niewielka ilość uranu jest obecnie przekształcana w pluton i tylko niewielka ilość rozszczepialnego uranu i plutonu jest odzyskiwana z odpadów jądrowych na całym świecie. Ponadto nie istnieją jeszcze technologie pozwalające na całkowitą eliminację odpadów w jądrowym cyklu paliwowym. Ponieważ jądrowy cykl paliwowy nie jest faktycznie zamknięty, teoria pików Hubberta może mieć zastosowanie.

Pesymistyczne przewidywania dotyczące przyszłej produkcji wysokiej jakości uranu opierają się na tezie, że albo szczyt miał miejsce już w latach 80., albo że drugi szczyt może nastąpić około 2035 roku.

Według stanu na 2017 r. zidentyfikowane rezerwy uranu do wydobycia na poziomie 130 USD/kg wyniosły 6,14 mln ton (w porównaniu do 5,72 mln ton w 2015 r.). Przy tempie konsumpcji w 2017 roku zapasy te wystarczą na nieco ponad 130 lat podaży. Zidentyfikowane rezerwy do wydobycia w 2017 r. na poziomie 260 USD/kg wynoszą 7,99 mln ton (w porównaniu do 7,64 mln ton w 2015 r.).

Optymistyczne prognozy dostaw paliwa jądrowego opierają się na jednym z trzech możliwych scenariuszy. Żaden z nich nie jest obecnie opłacalny, ponieważ ponad 80% światowych reaktorów to reaktory na lekką wodę (LWR):

1. LWR zużywają tylko około pół procenta ich paliwa uranowego, podczas gdy szybkie reaktory rozmnażające będą zużywać blisko 99%,
2. Obecne rezerwy U wynoszą około 5,3 mln ton. Teoretycznie 4,5 miliarda ton uranu jest dostępne z wody morskiej po około 10 razy więcej niż obecna cena uranu. Obecnie nie istnieją żadne praktyczne metody ekstrakcji wielkoobjętościowej.
3. Tor (3–4 razy więcej niż uran) może być używany, gdy zapasy uranu się wyczerpią. Jednak w 2010 r. brytyjskie Narodowe Laboratorium Jądrowe (NNL) stwierdziło, że w perspektywie krótko- i średnioterminowej „... cykl paliwowy toru nie odgrywa obecnie żadnej roli”, ponieważ jest „technicznie niedojrzały i byłby wymagają znacznych nakładów finansowych i ryzyka bez wyraźnych korzyści” i doszli do wniosku, że korzyści zostały „zawyżone”.

Gdyby te przewidywania stały się rzeczywistością, mogłoby to znacznie zwiększyć podaż paliwa jądrowego. Obecnie, pomimo kilkudziesięciu lat badań, nie funkcjonują żadne komercyjnie praktyczne reaktory toru.

Optymistyczne prognozy twierdzą, że podaż jest znacznie większa niż popyt i nie przewidują szczytowego poziomu uranu.

Szczyt Hubberta i uran

Uran-235, rozszczepialny izotop uranu używany w reaktorach jądrowych, stanowi około 0,7% uranu z rudy. Jest jedynym naturalnie występującym izotopem zdolnym do bezpośredniego wytwarzania energii jądrowej i jest skończonym, nieodnawialnym zasobem. Uważa się, że jego dostępność wynika z teorii szczytowej M. Kinga Hubberta , która została opracowana w celu opisania peak oil . Hubbert postrzegał ropę jako surowiec, który wkrótce się wyczerpie, ale wierzył, że uran jest bardziej obiecującym źródłem energii, a reaktory rozrodcze i przetwarzanie jądrowe , które były wówczas nowymi technologiami, pozwolą uranowi być źródłem energii na bardzo długi czas. Technologie, które przewidział Hubbert, znacznie zmniejszyłyby tempo wyczerpywania się uranu-235, ale nadal są bardziej kosztowne niż cykl jednorazowy i do tej pory nie były szeroko stosowane. Jeśli zastosuje się te i inne bardziej kosztowne technologie, takie jak wydobycie wody morskiej, każdy możliwy szczyt pojawi się w bardzo odległej przyszłości.

Zgodnie z Teorią Szczytów Hubberta, szczyty Hubberta to punkty, w których produkcja zasobu osiągnęła swoje maksimum i od tego momentu tempo produkcji surowca zaczyna spadać. Po szczycie Hubberta, tempo podaży zasobu nie spełnia już poprzedniej stopy popytu. Wskutek prawem podaży i popytu , w tym momencie przesunięcia rynkowe z rynku nabywcy do rynku sprzedawcy .

Wiele krajów nie jest już w stanie zaspokoić własnego zapotrzebowania na uran i musi importować uran z innych krajów. Trzynaście krajów osiągnęło szczyt i wyczerpało swoje zasoby uranu.

Podobnie jak w przypadku każdego innego naturalnego surowca metalowego, z każdym dziesięciokrotnym wzrostem kosztu kilograma uranu, następuje trzystukrotny wzrost dostępnych rud niższej jakości, które stałyby się wtedy opłacalne.

Zapotrzebowanie na uran

Światowe zapotrzebowanie uranu w 1996 roku ponad 68 kilotonach (150 x 10 ⁶ funtów ) na rok i nie było oczekiwać, że liczba ta wzrośnie do wartości pomiędzy 80 kilotonach (180 x 10 ⁶  funtów) i 100 kilotonach (220 x 10 ⁶  funtów) rocznie do 2025 r. ze względu na liczbę uruchamianych nowych elektrowni jądrowych. Jednak po wyłączeniu wielu elektrowni jądrowych po Katastrofa elektrowni jądrowej Fukushima I w 2011 roku, popyt spadł do około 60 kiloton (130 × 10 ⁶ lb ) w 2015 roku i wzrósł do 62,8 kiloton (138 × 10 ⁶  funtów) w 2017 roku, z przyszłe prognozy niepewne. ^ ^^^ ^

Według Cameco Corporation zapotrzebowanie na uran jest bezpośrednio związane z ilością energii elektrycznej wytwarzanej przez elektrownie jądrowe. Wydajność reaktora rośnie powoli, reaktory działają bardziej wydajnie, przy wyższych współczynnikach wydajności i poziomach mocy reaktora. Poprawiona wydajność reaktora przekłada się na większe zużycie uranu.

Elektrownie jądrowe o mocy 1000 megawatów energii elektrycznej wymagają około 200 ton (440 × 10 ³  funtów) naturalnego uranu rocznie. Na przykład Stany Zjednoczone mają 103 reaktorów pracujących ze średniej mocy wytwórczej 950 MWe zażądał ponad 22 kiloton (49 × 10 ⁶  funtów) uranu naturalnego w roku 2005. Ponieważ liczba elektrowni atomowych zwiększyć, więc nie popyt na uran . ^^

Kolejnym czynnikiem do rozważenia jest wzrost populacji. Zużycie energii elektrycznej jest częściowo determinowane przez wzrost gospodarczy i populacyjny. Według danych z World Factbook CIA, światowa populacja obecnie (według szacunków z lipca 2020 r.) wynosi ponad 7,7 miliarda i rośnie o 1,167% rocznie. Oznacza to wzrost o około 211 000 osób każdego dnia. Według ONZ do 2050 r. szacuje się, że ludność Ziemi wyniesie 9,07 miliarda. 62% ludzi będzie mieszkać w Afryce, Azji Południowej i Azji Wschodniej. Największa klasa energochłonna w historii Ziemi jest produkowana w najbardziej zaludnionych krajach świata, Chinach i Indiach. Obaj planują masowe programy ekspansji energii jądrowej. Chiny zamierzają wybudować 32 elektrownie jądrowe o mocy 40 000 MWe do 2020 roku. Według Światowego Stowarzyszenia Jądrowego Indie planują uruchomić moc jądrową 20 000 MWe do 2020 roku i zamierzają dostarczać 25% energii elektrycznej z energii jądrowej do 2050 roku. Stowarzyszenie Nuklearne uważa, że ​​energia jądrowa może zmniejszyć obciążenie paliw kopalnych związane z generowaniem nowego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Im więcej paliw kopalnych jest wykorzystywanych do zaspokojenia rosnących potrzeb energetycznych rosnącej populacji, tym więcej wytwarzanych jest gazów cieplarnianych. Niektórzy zwolennicy energetyki jądrowej uważają, że budowa większej liczby elektrowni jądrowych może zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych . Na przykład szwedzka firma Vattenfall zbadała emisje w całym cyklu życia różnych sposobów wytwarzania energii elektrycznej i doszła do wniosku, że energia jądrowa wytwarza 3,3 g/kWh dwutlenku węgla, w porównaniu z 400,0 w przypadku gazu ziemnego i 700,0 w przypadku węgla . Inne badanie pokazuje jednak, że liczba ta wynosi 84–130 g CO2/kWh, przy czym liczba ta dramatycznie rośnie w miarę wykorzystywania w przyszłości mniej stężonych rud. Wykorzystuje szerszy zakres rozważań niż inne badania, w tym demontaż i utylizacja elektrowni. W pracy przyjęto olej napędowy do termicznych części procesu wydobycia uranu.

Ponieważ kraje nie są w stanie zaspokoić własnych potrzeb uranu ekonomicznie, kraje uciekają się do importowania rudy uranu z innych miejsc. Na przykład właściciele amerykańskich reaktorów jądrowych kupili w 2006 r. 67 mln funtów (30 tys. ton) naturalnego uranu. Z tego 84%, czyli 56 mln funtów (25 tys. ton), zostało sprowadzonych od zagranicznych dostawców, jak podaje Departament Energii.

Ze względu na ulepszenia w technologii wirówek gazowych w 2000 roku, które zastąpiły dawne instalacje do dyfuzji gazowej , tańsze oddzielne jednostki robocze umożliwiły ekonomiczną produkcję bardziej wzbogaconego uranu z danej ilości naturalnego uranu, poprzez ponowne wzbogacanie ogonów, ostatecznie pozostawiając zubożony ogon uranu niższego wzbogacenia. To nieco obniżyło zapotrzebowanie na naturalny uran.

Dostawa uranu

Uran występuje naturalnie w wielu skałach, a nawet w wodzie morskiej. Jednak, podobnie jak inne metale, rzadko jest wystarczająco skoncentrowany, aby można go było odzyskać ekonomicznie. Jak każdy surowiec, uran nie może być wydobywany w żadnym pożądanym stężeniu. Bez względu na technologię, w pewnym momencie wydobycie rud niższej jakości jest zbyt kosztowne. Jedno z bardzo krytykowanych badań cyklu życia przeprowadzone przez Jana Willema Storma van Leeuwena sugeruje, że poniżej 0,01–0,02% (100–200 ppm) w rudzie energia wymagana do wydobycia i przetworzenia rudy w celu dostarczenia paliwa, obsługi reaktorów i prawidłowej utylizacji zbliża się do energia uzyskana dzięki wykorzystaniu uranu jako materiału rozszczepialnego w reaktorze. Naukowcy z Instytutu Paula Scherrera, którzy przeanalizowali artykuł Jana Willema Storma van Leeuwena , wyszczególnili jednak liczbę błędnych założeń Jana Willema Storma van Leeuwena, które doprowadziły ich do tej oceny, w tym założenie, że cała energia wykorzystana w wydobyciu zapory olimpijskiej to energia wykorzystywana w wydobyciu uranu, gdy kopalnia ta jest głównie kopalnią miedzi, a uran jest produkowany tylko jako produkt uboczny, razem ze złotem i innymi metalami. Raport Jana Willema Storma van Leeuwena zakłada również, że całe wzbogacanie odbywa się w starszej i bardziej energochłonnej technologii dyfuzji gazowej , jednak mniej energochłonna technologia wirówek gazowych wytwarza większość wzbogaconego uranu na świecie od kilkudziesięciu lat.

Ocena energetyki jądrowej dokonana przez zespół z MIT w 2003 r. i zaktualizowana w 2009 r. stwierdzała, że:

Większość komentatorów wnioskuje, że pół wieku niezahamowanego wzrostu jest możliwe, zwłaszcza że zasoby kosztujące kilkaset dolarów za kilogram (nie szacowane w Czerwonej Księdze) również byłyby użyteczne ekonomicznie… Wierzymy, że światowe dostawy rudy uranu są wystarczy na rozmieszczenie 1000 reaktorów w ciągu najbliższego półwiecza.

Na początku przemysłu jądrowego uważano, że uranu jest bardzo mało, więc potrzebny byłby zamknięty cykl paliwowy . Potrzebne byłyby szybkie reaktory powielające, aby wytworzyć paliwo jądrowe dla innych reaktorów produkujących energię. W latach 60. nowe odkrycia rezerw i nowe techniki wzbogacania uranu rozwiały te obawy.

Firmy wydobywcze zwykle uważają stężenia większe niż 0,075% (750 ppm) za rudę lub skałę opłacalną w wydobyciu przy obecnych cenach rynkowych uranu. W skorupie ziemskiej znajduje się około 40 bilionów ton uranu, ale większość jest rozprowadzana w śladowych ilościach cząstek na milion w jej masie 3 * 10 ¹⁹ ton. Szacunkowe ilości skoncentrowane w rudach, które można wydobyć za mniej niż 130 USD za kg, mogą być mniejsze niż jedna milionowa tej sumy.

Gatunki uranu

Źródło	Stężenie
Ruda bardzo wysokiej jakości – 20% U	200 000 ppm U
Ruda wysokogatunkowa – 2% U	20 000 ppm U
Ruda niskogatunkowa – 0,1% U	1000 ppm U
Ruda bardzo niskiej jakości – 0,01% U	100 ppm U
Granit	4-5 ppm U
Skała osadowa	2 ppm U
Skorupa kontynentalna Ziemi (śr.)	2,8 ppm U
Woda morska	0,003 ppm U

Według Redbook OECD, świat spożywane 62,8 kiloton (138 × 10 ⁶  funtów) uranu w 2017 roku (w porównaniu do 67 kt w roku 2002). Z tego 59 tys. ton zostało wyprodukowanych ze źródeł pierwotnych, a pozostała część pochodzi ze źródeł wtórnych, w szczególności z zapasów naturalnego i wzbogaconego uranu , wycofanej z eksploatacji broni jądrowej, ponownego przetwarzania naturalnego i wzbogaconego uranu oraz ponownego wzbogacania zubożonych frakcji uranu . ^

Ekonomicznie wydobyte rezerwy uranu (0,01% rudy lub więcej)

Koncentracja rudy	ton uranu	Rodzaj rudy
>1%	10000	złogi żylne
0,2–1%	2 miliony	pegmatyty, osady niezgodności
0,1-0,2%	80 milionów	skamieniałości, piaskowce
0,02-0,1%	100 milionów	skamieniałości niższej klasy, piaskowce
100-200 ppm	2 miliardy	złoża wulkaniczne

Powyższa tabela zakłada, że ​​paliwo będzie wykorzystywane w palniku LWR. Uran staje się znacznie bardziej ekonomiczny, gdy stosuje się go w reaktorze szybkopalnym, takim jak Integral Fast Reactor .

Produkcja

Szczyt uranu odnosi się do szczytu produkcji uranu na całej planecie. Podobnie jak w przypadku innych szczytów Hubberta , tempo produkcji uranu na Ziemi spadnie. Według Roberta Vance Agencji Energii Jądrowej OECD, stopa światowa produkcja uranu już osiągnął swój szczyt w 1980 roku, w wysokości 69,683 ton (150 × 10 ⁶  funtów) U ₃ O ₈ z 22 krajów. Nie wynika to jednak z braku mocy produkcyjnych. Historycznie, kopalnie i młyny uranu na całym świecie eksploatowały około 76% całkowitej zdolności produkcyjnej, wahając się w zakresie od 57% do 89%. Niskie tempo produkcji można w dużej mierze przypisać nadmiernej zdolności produkcyjnej. Wolniejszy wzrost energetyki jądrowej i konkurencja ze strony podaży wtórnych znacznie zmniejszały do ​​niedawna popyt na świeżo wydobyty uran. Dostawy wtórne obejmują zapasy wojskowe i komercyjne, wzbogacone frakcje uranowe, przetworzony uran i paliwo z mieszanych tlenków. ^

Według danych Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej światowa produkcja wydobytego uranu osiągnęła w przeszłości dwukrotnie szczyt: raz, około 1960 r., w odpowiedzi na gromadzenie zapasów do celów wojskowych, i ponownie w 1980 r., w odpowiedzi na gromadzenie zapasów do komercyjnej energetyki jądrowej. Do około 1990 r. produkcja wydobywanego uranu przekraczała zużycie przez elektrownie. Jednak od 1990 r. zużycie przez elektrownie przewyższyło wydobywany uran; deficyt jest rekompensowany przez likwidację wojska (poprzez likwidację broni jądrowej) i zapasów cywilnych. Wydobycie uranu wzrosło od połowy lat 90., ale nadal jest mniejsze niż zużycie przez elektrownie.

Największymi światowymi producentami uranu są Kazachstan (39% światowej produkcji), Kanada (22%) i Australia (10%). Inni główni producenci to Namibia (6,7%), Niger (6%) i Rosja (5%). W 1996 roku na całym świecie wytwarza się 39 kilotonę (86 x 10 ⁶  funtów) uranu. W 2005 roku światowa produkcja pierwotna górnictwo było 41,720 ton (92 × 10 ⁶  lb) uranu, 62% od wymagań energetycznych. W 2017 roku produkcja wzrosła do 59 462 ton, co stanowi 93% zapotrzebowania. Saldo pochodzi z zapasów utrzymywanych przez zakłady użyteczności publicznej i inne firmy zajmujące się cyklem paliwowym, zapasów posiadanych przez rządy, zużytego paliwa reaktorowego, które zostało ponownie przetworzone, materiałów pochodzących z recyklingu z wojskowych programów nuklearnych oraz uranu w zubożonych zapasach uranu. Pluton ze zdemontowanych zapasów broni jądrowej z okresu zimnej wojny wyczerpie się do 2013 roku. Przemysł stara się znaleźć i rozwijać nowe kopalnie uranu, głównie w Kanadzie, Australii i Kazachstanie. Te budowane w 2006 roku wypełniłyby połowę luki. ^^

Spośród dziesięciu największych kopalń uranu na świecie (Mc Arthur River, Ranger, Rossing, Kraznokamensk, Olympic Dam, Rabbit Lake, Akouta, Arlit, Beverly i McClean Lake) do 2020 roku sześć zostanie wyczerpanych, dwie będą w ich ostatnie etapy, jeden będzie modernizował, a drugi będzie produkował.

Światowa produkcja górnicza spadła o 5% w 2006 r. w porównaniu z 2005 r. Najwięksi producenci, Kanada i Australia, odnotowały spadki o 15% i 20%, a tylko Kazachstan odnotował wzrost o 21%. Można to wyjaśnić dwoma głównymi wydarzeniami, które spowolniły światową produkcję uranu. Kanadyjska kopalnia Cameco nad jeziorem Cigar jest największą kopalnią uranu najwyższej jakości na świecie. W 2006 r. zalała, a następnie ponownie zalała w 2008 r. (po tym, jak Cameco wydała 43 miliony dolarów – większość odłożonych pieniędzy – na rozwiązanie problemu), co spowodowało, że Cameco przesunęło najwcześniejszą datę uruchomienia Cigar Lake na 2011 rok. w marcu 2007 roku, rynek przetrwał kolejny cios, kiedy cyklon uderzył w kopalni Ranger w Australii, która produkuje 5500 ton (12 × 10 ⁶  funtów) uranu rocznie. Właściciel kopalni, Energy Resources of Australia, zadeklarował wystąpienie siły wyższej w dostawach i powiedział, że wpłynie to na produkcję w drugiej połowie 2007 roku. To spowodowało, że niektórzy spekulowali, że osiągnął szczytowy poziom uranu. W styczniu 2018 r. kopalnia McArthur River w Kanadzie zawiesiła produkcję, kopalnia produkowała 7000-8000 ton uranu rocznie w latach 2007-2017. Właściciel kopalni, Cameco, podał niskie ceny rynkowe uranu jako powód wstrzymania produkcji i twierdził, że produkcja wzrosła do normy zajmie 18-24 miesiące, kiedy zapadnie decyzja o ponownym otwarciu kopalni. ^

Podstawowe źródła

Około 96% światowych rezerw uranu znajduje się w tych dziesięciu krajach: Australii, Kanadzie, Kazachstanie, RPA, Brazylii, Namibii, Uzbekistanie, Stanach Zjednoczonych, Nigrze i Rosji. Spośród nich głównymi producentami są Kazachstan (39% światowej produkcji), Kanada (22%) i Australia (10%) są głównymi producentami. W 1996 roku świat wyprodukował 39 000 ton uranu, aw 2005 roku świat wyprodukował szczyt 41 720 ton uranu. W 2017 r. wzrosło do 59 462 ton, co stanowi 93% światowego popytu.

Różne agencje próbowały oszacować, jak długo wystarczą te podstawowe zasoby, zakładając cykl jednorazowy . Komisja Europejska stwierdziła w 2001 r., że przy obecnym poziomie zużycia uranu znane zasoby uranu wystarczą na 42 lata. Po dodaniu do źródeł wojskowych i wtórnych zasoby można rozciągnąć do 72 lat. Jednak ten wskaźnik wykorzystania zakłada, że ​​energia jądrowa nadal zapewnia jedynie ułamek światowych dostaw energii. Gdyby moc elektryczna została zwiększona sześciokrotnie, to 72-letnia podaż wystarczyłaby na 12 lat. Obecne na świecie mierzone zasoby uranu, ekonomicznie odzyskiwalne po cenie 130 USD/kg, według grup branżowych Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD), Agencji Energii Jądrowej (NEA) i Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA), wystarczą na „co najmniej sto lat” przy obecnym poziomie konsumpcji. Według Światowego Stowarzyszenia Jądrowego , kolejna grupa branżowa, zakładając, że obecne tempo światowego zużycia uranu na poziomie 66 500 ton rocznie i obecne światowe zasoby uranu (4,7–5,5 mln ton) wystarczą na około 70–80 lat .

Rezerwy

Rezerwy są najłatwiej dostępnymi zasobami. Zasoby, o których wiadomo, że istnieją i są łatwe do wydobycia, nazywane są „Znanymi zasobami konwencjonalnymi”. Zasoby, które uważa się za istniejące, ale nie zostały wydobyte, są klasyfikowane jako „Nieodkryte zasoby konwencjonalne”.

Znane zasoby uranu reprezentują wyższy poziom gwarantowanych zasobów niż jest to normalne w przypadku większości minerałów. Dalsze poszukiwania i wyższe ceny z pewnością, w oparciu o obecną wiedzę geologiczną, przyniosą dalsze zasoby w miarę wyczerpywania się obecnych. W latach 1985-2005 wydobycie uranu było bardzo małe, więc znaczny wzrost wysiłków poszukiwawczych, który obserwujemy, mógłby z łatwością podwoić znane zasoby gospodarcze. Na podstawie analogii z innymi minerałami metali można oczekiwać, że podwojenie ceny w stosunku do poziomu cen w 2007 r. spowoduje około dziesięciokrotny wzrost mierzonych zasobów w miarę upływu czasu.

Znane zasoby konwencjonalne

Znane zasoby konwencjonalne to „Zasoby rozsądnie gwarantowane” i „Szacowane zasoby dodatkowe-I”.

W 2006 r. uważano, że około 4 miliony ton konwencjonalnych zasobów wystarczy przy obecnym tempie zużycia przez około sześć dekad (4,06 miliona ton przy 65 000 ton rocznie). W 2011 roku oszacowano to na 7 milionów ton. Eksploracja uranu wzrosła. Od 1981 do 2007 roku roczne nakłady na poszukiwania wzrosły nieznacznie, z 4 mln USD do 7 mln USD. W 2011 r. wzrosło ono do 11 mln USD. Konsumpcja uranu wynosi około 75 000 ton rocznie. To mniej niż produkcja i wymaga wyczerpania istniejących zapasów.

Około 96% światowych rezerw uranu znajduje się w tych dziesięciu krajach: Australii, Kanadzie, Kazachstanie, RPA, Brazylii, Namibii, Uzbekistanie, Stanach Zjednoczonych, Nigrze i Rosji. Największe na świecie złoża uranu znajdują się w trzech krajach. Australia ma nieco ponad 30% światowych zasobów i rozsądny sposób wnioskować zasobów uranu - około 1,673 megaton (3,69 x 10 ⁹  funtów). Kazachstanu około 12% światowych rezerw, lub około 651 kilotonach (1,4 x 10 ⁹  lb). I Kanada ma 485 kiloton (1100 x 10 ⁶  funtów) uranu, co stanowi około 9%. ^^^

Kilka krajów w Europie nie wydobywa już uranu (Niemcy Wschodnie (1990), Francja (2001), Hiszpania (2002) i Szwecja (1969)); nie byli głównymi producentami.

Nieodkryte zasoby konwencjonalne

Nieodkryte zasoby konwencjonalne można podzielić na dwie kategorie „Szacowane zasoby dodatkowe-II” i „Zasoby spekulacyjne”.

Zlokalizowanie pozostałych złóż i rozpoczęcie ich eksploatacji będzie wymagało znacznego wysiłku poszukiwawczego i rozwojowego. Jednakże, ponieważ geografia całej Ziemi nie została do tej pory zbadana pod kątem uranu, wciąż istnieje potencjał do odkrycia nadających się do eksploatacji zasobów. Redbook OECD wymienia obszary wciąż otwarte na eksplorację na całym świecie. Wiele krajów prowadzi pełne badania radiometryczne metodą gradiometru aeromagnetycznego, aby oszacować wielkość nieodkrytych zasobów mineralnych. W połączeniu z badaniem promieniami gamma, metody te mogą zlokalizować nieodkryte złoża uranu i toru. Departament Energii Stanów Zjednoczonych przeprowadził pierwszą i jedyną krajową ocenę uranu w 1980 r. – program National Uranium Resource Evaluation (NURE).

Zasoby wtórne

Zasoby wtórne to zasadniczo uran odzyskany z innych źródeł, takich jak broń jądrowa, zapasy, ponowne przetwarzanie i ponowne wzbogacanie. Ponieważ zasoby wtórne mają wyjątkowo niskie koszty odkrywania i bardzo niskie koszty produkcji, mogły wypierać znaczną część produkcji pierwotnej. Uran wtórny był i jest dostępny w zasadzie natychmiast. Jednak nowa produkcja podstawowa nie będzie. Zasadniczo dostawa wtórna jest „jednorazową” dostawą skończoną, z wyjątkiem ponownie przetworzonego paliwa.

Działalność wydobywcza uranu ma charakter cykliczny, w 2009 r. 80% zapotrzebowania na media dostarczały kopalnie, w 2017 r. wzrosło do 93%. Bilans pochodzi z zapasów utrzymywanych przez zakłady użyteczności publicznej i inne firmy zajmujące się cyklem paliwowym, zapasów posiadanych przez rządy, zużytego paliwa reaktorowego, które zostało ponownie przetworzone, materiałów pochodzących z recyklingu z wojskowych programów nuklearnych oraz uranu w zubożonych zapasach uranu.

Pluton ze zdemontowanych zapasów broni nuklearnej z czasów zimnej wojny był głównym źródłem paliwa jądrowego w ramach programu „ Megatony do megawatów ”, który zakończył się w grudniu 2013 roku. .

Zapasy

Zapasy są prowadzone przez różne organizacje – rządowe, handlowe i inne.

Departament Energii USA przechowuje zapasy dla bezpieczeństwa dostaw, aby uwzględnić sytuacje awaryjne, w których uran nie jest dostępny za żadną cenę. W przypadku poważnych zakłóceń w dostawach Departament może nie mieć wystarczającej ilości uranu, aby zaspokoić poważny niedobór uranu w Stanach Zjednoczonych.

Likwidacja broni jądrowej

Zarówno Stany Zjednoczone, jak i Rosja zobowiązały się do recyklingu swojej broni jądrowej na paliwo do produkcji energii elektrycznej. Program ten jest znany jako Program Megaton do Megawatów . Mieszanie w dół 500 ton (1100 × 10 ³  funtów) rosyjskiej broni wysoko wzbogaconego uranu (HEU) da w wyniku około 15 kiloton (33 000 × 10 ³  funtów) nisko wzbogaconego uranu (LEU) w ciągu 20 lat. Jest to równoważne około 152 kilotonach (340 x 10 ⁶  funtów) naturalnego U, czy tylko na dwa rocznego zapotrzebowania światowej. Od roku 2000, 30 ton (66 x 10 ³  lb) wojskowych HEU wypiera się 10,6 kilotonach (23 x 10 ⁶  funtów) kopalni produkcji tlenku uranu rocznie, co stanowi około 13% światowego zapotrzebowania reaktorów. ^^^^^

Pluton odzyskany z broni jądrowej lub z innych źródeł można mieszać z paliwem uranowym w celu wytworzenia paliwa z mieszanką tlenków. W czerwcu 2000 roku, USA i Rosja zgodziły się zbyć 34 kiloton (75 × 10 ⁶  funtów) każdy z plutonu w broni przez 2014. USA zobowiązały się do prowadzenia samofinansowania programu Dual Track (unieruchomienia i MOX). Państwa G-7 przekazały miliard dolarów na uruchomienie programu Rosji. Ten ostatni był początkowo MOX zaprojektowany specjalnie dla reaktorów VVER, rosyjskiej wersji ciśnieniowego reaktora wodnego (PWR), ze względu na wysoki koszt, ponieważ nie było to częścią rosyjskiej polityki cyklu paliwowego. To paliwo MOX dla obu krajów jest odpowiednikiem około 12 kiloton (26 × 10 ⁶  funtów) uranu naturalnego. USA również zobowiązania do zutylizować 151 ton (330 x 10 ³  funtów) HEU bezodpadowe. ^^^

Program Megatony do Megawatów zakończył się w 2013 roku.

Ponowne przetwarzanie i recykling

Regeneracja jądrowa , czasami nazywana recyklingiem, jest jedną z metod łagodzenia ewentualnego szczytu produkcji uranu. Jest najbardziej użyteczny jako część jądrowego cyklu paliwowego wykorzystującego reaktory z neutronami prędkimi, ponieważ zarówno regenerowany uran, jak i pluton reaktorowy mają skład izotopowy, który nie jest optymalny do stosowania w dzisiejszych reaktorach termiczno-neutronowych . Chociaż ponowne przetwarzanie paliwa jądrowego odbywa się w kilku krajach ( Francja , Wielka Brytania i Japonia ), prezydent Stanów Zjednoczonych zakazał ponownego przetwarzania pod koniec lat 70. ze względu na wysokie koszty i ryzyko rozprzestrzeniania się broni jądrowej za pośrednictwem plutonu. W 2005 r. ustawodawcy amerykańscy zaproponowali program ponownego przetwarzania zużytego paliwa, które nagromadziło się w elektrowniach. Przy obecnych cenach taki program jest znacznie droższy niż unieszkodliwianie wypalonego paliwa i wydobycie świeżego uranu.

Obecnie na świecie istnieje jedenaście zakładów przetwarzania. Dwa z nich, są prowadzone na dużą skalę w handlu maszyn do przetwarzania zużytych elementów paliwowych z reaktorów wodnych o przepustowościach większych niż 1 kilotony (2,2 x 10 ⁶  lb) uranu rocznie. Są La Hague, Francja o pojemności 1,6 kiloton (3,5 x 10 ⁶  funtów) rocznie i Sellafield w Anglii na poziomie 1,2 kiloton (2,6 x 10 ⁶  funtów) uranu rocznie. Reszta to małe rośliny doświadczalne. Dwa duże komercyjne zakłady przerobu razem mogą przetworzyć 2800 ton odpadów uranu rocznie. ^^^

Większość składników zużytego paliwa można odzyskać i poddać recyklingowi. Około dwie trzecie zapasów wypalonego paliwa w USA to uran. Obejmuje to resztkowy uran rozszczepialny-235, który można bezpośrednio zawrócić jako paliwo do reaktorów ciężkowodnych lub ponownie wzbogacić do wykorzystania jako paliwo w reaktorach na wodę lekką .

Pluton i uran można oddzielić chemicznie od wypalonego paliwa. Gdy zużyte paliwo jądrowe jest ponownie przetwarzane przy użyciu de facto standardowej metody PUREX , zarówno pluton, jak i uran są odzyskiwane oddzielnie. Wypalone paliwo zawiera około 1% plutonu. Pluton klasy reaktorowej zawiera Pu-240, który ma wysoki współczynnik spontanicznego rozszczepienia, co czyni go niepożądanym zanieczyszczeniem w produkcji bezpiecznej broni jądrowej. Niemniej jednak broń jądrową można wytwarzać z plutonu klasy reaktorowej.

Wypalone paliwo składa się głównie z uranu, którego większość nie została zużyta ani przekształcona w reaktorze jądrowym. Przy typowym stężeniu około 96% masowych w zużytym paliwie jądrowym uran jest największym składnikiem zużytego paliwa jądrowego. Skład przetworzonego uranu zależy od czasu przebywania paliwa w reaktorze, ale jest to głównie uran-238 , z około 1% uranu-235 , 1% uranu-236 i mniejszymi ilościami innych izotopów, w tym uranu-232 . Jednak ponownie przetworzony uran jest również produktem odpadowym, ponieważ jest zanieczyszczony i niepożądany do ponownego wykorzystania w reaktorach. Podczas napromieniania w reaktorze uran ulega głębokiej modyfikacji. Uran opuszczający zakład przetwarzania zawiera wszystkie izotopy uranu pomiędzy uranu-232 a uranem-238, z wyjątkiem uranu-237 , który szybko przekształca się w neptun-237 . Niepożądane zanieczyszczenia izotopowe to:

• Uran-232 (którego produkty rozpadu emitują silne promieniowanie gamma utrudniające obsługę) oraz
• Uran-234 (który jest materiałem płodnym, ale może wpływać na reaktywność inaczej niż uran-238).
• Uran-236 (który wpływa na reaktywność i absorbuje neutrony bez rozszczepiania, stając się neptunem-237, który jest jednym z najtrudniejszych izotopów do długoterminowej utylizacji w głębokim składowisku geologicznym)
• Produkty pochodne uranu-232: bizmut-212, tal-208.

Obecnie ponowne przetwarzanie i stosowanie plutonu jako paliwa reaktorowego jest znacznie droższe niż stosowanie paliwa uranowego i bezpośrednie usuwanie zużytego paliwa – nawet jeśli paliwo jest ponownie przetwarzane tylko raz. Jednak przetwarzanie jądrowe staje się bardziej atrakcyjne ekonomicznie w porównaniu z wydobyciem większej ilości uranu, gdy ceny uranu rosną.

Całkowita szybkość odzyskiwania 5 kilotonach (11 x 10 ⁶  lb) / rok po przeróbce obecnie jest tylko niewielki ułamek w stosunku do rosnącej różnicy pomiędzy szybkością zażądał 64.615 kilotonach (142,45 x 10 ⁶  funtów) / rok, a szybkość, z którego podstawowym zasilanie uranu dostarcza uranu 46.403 kilotonę (102,30 x 10 ⁶  funtów) / rok. ^^^

Energia zwrócona z zainwestowanej energii (EROEI) w przypadku ponownego przetwarzania uranu jest bardzo pozytywna, choć nie tak pozytywna jak wydobycie i wzbogacanie uranu, a proces ten można powtórzyć. Dodatkowe zakłady przetwarzania mogą przynieść pewne korzyści skali.

Główne problemy związane z ponownym przetwarzaniem uranu to koszt wydobytego uranu w porównaniu z kosztami ponownego przetwarzania, ryzyko rozprzestrzeniania się broni jądrowej, ryzyko poważnej zmiany polityki, ryzyko poniesienia dużych kosztów oczyszczania, rygorystyczne przepisy dotyczące zakładów przetwarzania oraz ruch antynuklearny .

Surowce niekonwencjonalne

Zasoby niekonwencjonalne to zjawiska, które do ich eksploatacji i/lub użytkowania wymagają nowatorskich technologii. Często zasoby niekonwencjonalne występują w niskiej koncentracji. Eksploatacja niekonwencjonalnego uranu wymaga dodatkowych wysiłków badawczo-rozwojowych, na które nie ma bezpośredniej potrzeby ekonomicznej, biorąc pod uwagę dużą bazę zasobów konwencjonalnych i możliwość ponownego przetwarzania wypalonego paliwa. Przykładami niekonwencjonalnych zasobów uranu są fosforany, woda morska, popiół z węgla uranowego i niektóre rodzaje łupków naftowych .

Fosforany

Gwałtowny wzrost ceny uranu może spowodować długotrwałe operacje ekstrakcji uranu z fosforanów. Uran występuje w stężeniu od 50 do 200 części na milion w ziemi zawierającej fosforany lub w fosforycie . Wraz ze wzrostem cen uranu w niektórych krajach pojawiło się zainteresowanie wydobyciem uranu z fosforytu, który jest zwykle używany jako podstawa nawozów fosforowych.

Na całym świecie działało około 400 zakładów produkcji kwasu fosforowego metodą mokrą . Zakładając, że średnia odzyskania zawartości 100 ppm uranu i że ceny uranu nie wzrasta tak, że główne zastosowanie fosforany do nawozów , scenariusz ten spowoduje maksymalnej teoretycznej rocznej produkcji wynoszącej 3,7 kilotonach (8,2 x 10 ⁶  funtów) U ₃ O ₈ . ^

Historyczne koszty operacyjne odzyskiwania uranu z kwasu fosforowego wahają się od 48 do 119 USD/kg U ₃ O ₈ . W 2011 r. średnia cena płacona za U ₃ O ₈ w Stanach Zjednoczonych wynosiła 122,66 USD/kg.

W złożach fosforanowych znajdują się 22 miliony ton uranu. Odzyskiwanie uranu z fosforanów to dojrzała technologia ; został wykorzystany w Belgii i Stanach Zjednoczonych, ale wysokie koszty odzysku ograniczają wykorzystanie tych zasobów, a szacowane koszty produkcji wahają się w granicach 60–100 USD/kgU z uwzględnieniem inwestycji kapitałowych, zgodnie z raportem OECD z 2003 r. dla nowego 100 projekt tU/rok.

Woda morska

Niekonwencjonalne zasoby uranu zawierać do 4000 megaton (8800 x 10 ⁹  funtów) uranu zawartych w wodzie morskiej. W skali laboratoryjnej zademonstrowano kilka technologii ekstrakcji uranu z wody morskiej. ^

W połowie lat 90. koszty wydobycia szacowano na 260 USD /kgU (Nobukawa i in., 1994), ale zwiększenie produkcji laboratoryjnej do tysięcy ton jest nieudowodnione i może napotkać nieprzewidziane trudności.

Jedną z metod ekstrakcji uranu z wody morskiej jest zastosowanie jako absorbentu włókniny specyficznej dla uranu. Całkowita ilość uranu odzyskanego w eksperymencie w 2003 roku z trzech skrzynek zbiorczych zawierających 350 kg tkaniny wyniosła >1 kg żółtego ciasta po 240 dniach zanurzenia w oceanie. Według OECD uran można wydobyć z wody morskiej tą metodą za około 300 USD/kgU.

W 2006 roku ta sama grupa badawcza stwierdziła: „Jeżeli adsorbent 2g-U/kg jest jednorazowo zanurzony na 60 dni i używany 6 razy, koszt uranu oblicza się na 88 000 JPY /kgU, wliczając w to koszt produkcji adsorbentu, uranu zbieranie i oczyszczanie uranu. Kiedy ekstrakcja 6 g U na kg adsorbentu i 20 powtórzeń lub więcej staje się możliwa, koszt uranu spada do 15 000 jenów. Ten poziom cen odpowiada najwyższemu kosztowi uranu do wydobycia. Najniższy obecnie osiągalny koszt to 25 000 jenów przy zastosowaniu adsorbentu 4 g-U/kg w obszarze morskim Okinawy, przy 18 powtórzeniach. W tym przypadku początkowa inwestycja w odbiór uranu z wody morskiej wynosi 107,7 mld jenów, co stanowi 1/3 kosztów budowy milionowej elektrowni jądrowej”.

W 2012 r. naukowcy ORNL ogłosili pomyślne opracowanie nowego materiału chłonnego o nazwie HiCap, który znacznie przewyższa poprzednie najlepsze adsorbenty, które zatrzymują na powierzchni cząsteczki stałe lub gazowe, atomy lub jony. „Wykazaliśmy, że nasze adsorbenty mogą wydobyć od pięciu do siedmiu razy więcej uranu przy siedmiokrotnie szybszym wchłanianiu niż najlepsze adsorbenty na świecie”, powiedział Chris Janke, jeden z wynalazców i członek Wydziału Materiałoznawstwa i Technologii ORNL. HiCap skutecznie usuwa również toksyczne metale z wody, zgodnie z wynikami zweryfikowanymi przez naukowców z Pacific Northwest National Laboratory .

Wśród innych metod odzyskiwania uranu z wody morskiej, dwie wydają się obiecujące: zakwit glonów w celu skoncentrowania uranu i filtracja nanomembranowa .

Do tej pory w laboratorium z wody morskiej udało się odzyskać tylko niewielką ilość uranu.

Popiół z węgla kamiennego

W szczególności elektrownie jądrowe wytwarzają każdego roku na całym świecie około 200 000 ton metrycznych odpadów nisko- i średnioaktywnych (LILW) oraz 10 000 ton metrycznych odpadów wysokoaktywnych (HLW) (w tym wypalone paliwo jądrowe oznaczone jako odpady).

Chociaż tylko kilka części na milion średniego stężenia w węglu przed spaleniem (choć bardziej skoncentrowanego w popiele), teoretyczny maksymalny potencjał energetyczny śladowego uranu i toru w węglu (w reaktorach powielających ) faktycznie przekracza energię uwalnianą przez spalanie samego węgla, zgodnie z badanie przeprowadzone przez Krajowe Laboratorium Oak Ridge .

Od 1965 do 1967 firma Union Carbide eksploatowała młyn w Północnej Dakocie w Stanach Zjednoczonych, spalając węgiel brunatny i wydobywając uran z popiołu. Zakład wyprodukował około 150 ton metrycznych U ₃ O ₈ przed zamknięciem.

Międzynarodowe konsorcjum przystąpiło do badania komercyjnego wydobycia uranu z popiołu z węgla uranożelazowego z elektrowni węglowych znajdujących się w prowincji Yunnan w Chinach. Pierwsza w skali laboratoryjnej ilość uranu Yellowcake odzyskanego z popiołu z węgla uranożelazowego została ogłoszona w 2007 roku. Trzy elektrownie węglowe w Xiaolongtang, Dalongtang i Kaiyuan zgromadziły popiół odpadowy. Wstępne próby z popiołu stos Xiaolongtang wskazuje, że materiał zawiera (160-180 części na milion), uranu, co sugeruje, łącznie z około 2,085 kilotonach (4,60 x 10 ⁶  funtów) U ₃ O ₈ mogą być odzyskane z tego popiołu samym stosie. ^

Łupki naftowe

Niektóre łupki naftowe zawierają uran, który można odzyskać jako produkt uboczny. W latach 1946 i 1952, rodzaj morskich od Dictyonema łupków użyto uranu produkcji w Sillamäe , Estonia, a między 1950 a 1989 ałunu łupków użyto w Szwecji w tym samym celu.

Hodowla

Reaktor powielający wytwarza więcej paliwa jądrowego niż zużywa, a zatem może zwiększyć dostawy uranu. Zwykle zamienia dominujący izotop w naturalnym uranie, uran-238, w rozszczepialny pluton-239. Powoduje to stukrotny wzrost ilości energii do wytworzenia na jednostkę masy uranu, ponieważ U-238, który stanowi 99,3% naturalnego uranu, nie jest stosowany w konwencjonalnych reaktorach, które zamiast tego wykorzystują U-235, które stanowią jedynie 0,7% naturalny uran. W 1983 roku fizyk Bernard Cohen zaproponował, że światowe zasoby uranu są praktycznie niewyczerpalne i dlatego można je uznać za formę energii odnawialnej . Twierdzi, że szybko reaktory powielające , podsycane przez naturalnie uzupełniane uran-238 wydobytego z wody morskiej, może dostarczyć energię przynajmniej tak długo, jak słońce w oczekiwanej pozostałej żywotności pięciu miliardów lat., Co czyni je jako zrównoważone pod względem dostępności paliwa jak odnawialnych energii źródeł . Pomimo tej hipotezy nie jest znana ekonomicznie opłacalna metoda wydobycia wystarczających ilości z wody morskiej. Techniki eksperymentalne są badane.

Istnieją dwa rodzaje hodowców: Szybcy i termalni.

Szybki hodowca

Szybki hodowca, oprócz zużywania U-235, zamienia płodny U-238 na Pu-239 , paliwo rozszczepialne . Reaktory przyspieszone są droższe w budowie i eksploatacji, w tym w ponownym przetwarzaniu, i mogą być uzasadnione ekonomicznie tylko wtedy, gdy ceny uranu wzrosną do wartości sprzed 1980 r. w ujęciu realnym. Działa już około 20 reaktorów na neutrony prędkie , niektóre od lat pięćdziesiątych, a jeden dostarcza energię elektryczną komercyjnie. Zgromadzono ponad 300 lat doświadczenia w eksploatacji reaktorów. Oprócz znacznego zwiększenia możliwości wykorzystania paliwa, reaktory te mają tę zaletę, że wytwarzają mniej długożyciowe odpady transuranowe i mogą zużywać odpady nuklearne z obecnych reaktorów lekkowodnych , wytwarzając w tym procesie energię. Kilka krajów posiada programy badawczo-rozwojowe mające na celu udoskonalenie tych reaktorów. Na przykład we Francji, jeden ze scenariuszy zakłada, że ​​do 2050 r. połowa obecnej mocy jądrowej zostanie zastąpiona reaktorami prędkimi reaktorami powielającymi. Chiny, Indie i Japonia planują wykorzystanie reaktorów powielających na dużą skalę w nadchodzących dziesięcioleciach. (Po kryzysie w japońskiej elektrowni jądrowej Fukishima Daiichi w 2011 roku Japonia rewiduje swoje plany dotyczące przyszłego wykorzystania energii jądrowej. ( Patrz: Katastrofa jądrowa Fukushima Daiichi: Implikacje polityki energetycznej ).)

Hodowla paliwa plutonowego w Fast Breeder Reactors (FBR), znana jako gospodarka plutonowa, była przez pewien czas uważana za przyszłość energetyki jądrowej. Jednak wiele z komercyjnych reaktorów reprodukcyjnych, które zostały zbudowane, boryka się z problemami technicznymi i budżetowymi. Niektóre źródła krytyczne wobec reaktorów reprodukcyjnych posunęły się tak daleko, by nazwać je Transportem Naddźwiękowym lat 80-tych.

Okazało się, że uranu jest znacznie więcej niż oczekiwano, a cena uranu gwałtownie spadła (ze skokiem w górę w latach 70.). Dlatego Stany Zjednoczone zaprzestały ich używania w 1977 roku, a Wielka Brytania porzuciła ten pomysł w 1994 roku.

Szybkie reaktory rozmnażające są nazywane szybkimi, ponieważ nie mają moderatora spowalniającego neutrony (lekka woda, ciężka woda lub grafit ) i wytwarzają więcej paliwa niż zużywają. Słowo „szybko” w szybkim podajniku odnosi się zatem do prędkości neutronów w rdzeniu reaktora. Im wyższą energię mają neutrony, tym wyższy współczynnik rozmnażania lub więcej uranu zamienianego w pluton.

W przypadku FBR napotkano poważne problemy techniczne i materiałowe, a badania geologiczne wykazały, że niedobór uranu przez jakiś czas nie będzie problemem. W latach 80., ze względu na oba czynniki, stało się jasne, że FBR nie będą konkurencyjne komercyjnie w stosunku do istniejących reaktorów lekkowodnych. Ekonomika FBR nadal zależy od wartości hodowanego paliwa plutonowego w stosunku do kosztu świeżego uranu. Badania są kontynuowane w kilku krajach z działającymi prototypami Phénix we Francji, reaktorem BN-600 w Rosji i Monju w Japonii.

W dniu 16 lutego 2006 r. Stany Zjednoczone, Francja i Japonia podpisały porozumienie w sprawie badań i rozwoju chłodzonych sodem reaktorów prędkich w fazie reprodukcyjnej w ramach wsparcia Global Nuclear Energy Partnership . Reaktory rozrodcze są również badane w ramach programu reaktorów IV generacji .

Wczesne prototypy były nękane problemami. Płynny płyn chłodzący sodowy jest wysoce łatwopalny, wybucha w przypadku kontaktu z powietrzem i wybucha w przypadku kontaktu z wodą. Japońska elektrownia jądrowa Monju o szybkim rozmnażaniu ma zostać ponownie otwarta w 2008 roku, 13 lat po poważnym wypadku i pożarze z wyciekiem sodu. W 1997 roku Francja wyłączyła swój reaktor Superphenix, a zbudowany wcześniej Phenix został zamknięty zgodnie z planem w 2009 roku.

Przy wyższych cenach uranu reaktory reprodukcyjne mogą być ekonomicznie uzasadnione. Wiele krajów prowadzi programy badawcze dla hodowców. Chiny, Indie i Japonia planują wykorzystanie reaktorów reprodukcyjnych na dużą skalę w nadchodzących dziesięcioleciach. W ich eksploatacji zdobyliśmy 300 reaktorowych lat doświadczenia.

Według stanu na czerwiec 2008 r. działają tylko dwie hodowle komercyjne, a tempo produkcji plutonu klasy reaktorowej jest bardzo małe (20 ton/rok). Pluton z reaktora jest przetwarzany na paliwo MOX. Oprócz tempa wydobycia uranu (46 403 ton rocznie), to nie wystarczy, aby powstrzymać szczytowy poziom uranu; Dzieje się tak jednak tylko dlatego, że wydobywany i przerabiany tlenek uranu jest obfity i tani, więc hodowla nowego paliwa jest nieopłacalna. W razie potrzeby mogą przestawić się na hodowlę dużych ilości nowego paliwa, a w krótkim czasie można zbudować o wiele więcej reaktorów hodowlanych.

Hodowca termalny

Tor jest alternatywnym cyklem paliwowym do uranu. Toru jest trzy razy więcej niż uranu. Tor-232 sam w sobie nie jest rozszczepialny, ale płodny . Można go przetworzyć na rozszczepialny uran-233 w reaktorze powielającym. Z kolei uran-233 może ulegać rozszczepieniu, z tą zaletą, że wychwytywanie neutronów wytwarza mniejsze ilości transuranów w porównaniu do uranu-235, a zwłaszcza w porównaniu z plutonem-239 .

Pomimo tego, że cykl paliwowy toru ma wiele atrakcyjnych cech, rozwój na dużą skalę może napotkać trudności:

• Powstałe paliwo U-233 jest drogie w produkcji.
• Chemicznie oddzielony od napromieniowanego paliwa torowego U-233 jest wysoce radioaktywny.
• Odseparowany U-233 jest zawsze zanieczyszczony śladami U-232
• Tor jest trudny do recyklingu ze względu na wysoce radioaktywny Th-228
• Jeśli U-233 można oddzielić samodzielnie, staje się to zagrożeniem proliferacji broni
• Ponadto przy ponownym przetwarzaniu występują problemy techniczne.

Zwolennicy reaktorów z ciekłym rdzeniem i stopionymi solami, tacy jak LFTR, twierdzą, że technologie te negują wyżej wspomniane wady toru obecne w reaktorach na paliwo stałe.

Pierwszy udany reaktor komercyjny w elektrowni Indian Point w Buchanan w stanie Nowy Jork (Indian Point Unit 1) działał na Thorium. Pierwszy rdzeń nie spełnił oczekiwań.

Zainteresowanie Indian torem wynika z ich znacznych rezerw. Prawie jedna trzecia światowych zasobów toru znajduje się w Indiach. Indyjski Departament Energii Atomowej (DAE) zapowiada, że ​​zbuduje w Kalpakkam prototypowy reaktor o mocy 500 MWe. W planach są cztery reaktory reprodukcyjne o mocy 500 MWe każdy – dwa w Kalpakkam i dwa kolejne w niezdecydowanej jeszcze lokalizacji.

Chiny zainicjowały projekt badawczo-rozwojowy w zakresie technologii reaktora powielającego toru ze stopioną solą. Zostało to formalnie ogłoszone na dorocznej konferencji Chińskiej Akademii Nauk (CAS) w styczniu 2011 r. Jego ostatecznym celem jest zbadanie i opracowanie w ciągu około 20 lat systemu jądrowego do hodowli stopionej soli na bazie toru. MSR o mocy 5 MWe jest najwyraźniej budowany w Instytucie Fizyki Stosowanej w Szanghaju (w ramach Akademii) z docelowym działaniem w 2015 roku.

Luka podażowo-popytowa

Ze względu na zmniejszenie zapasów broni jądrowej duża ilość uranu z dawnej broni została zwolniona do użytku w cywilnych reaktorach jądrowych. W rezultacie, począwszy od 1990 r., znaczna część zapotrzebowania na energię jądrową z uranu pochodziła z dawnej broni uranu, a nie z nowo wydobywanego uranu. W 2002 roku wydobywany uran dostarczał tylko 54 procent zapotrzebowania na energię jądrową. Jednak wraz z wyczerpaniem się zapasów dawnej broni uranu, wydobycie wzrosło, tak że w 2012 r. wydobycie zapewniło 95 procent wymagań dotyczących reaktorów, a Agencja Energii Jądrowej OCED i Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej przewidywały, że luka w dostawach będzie całkowicie usunięte w 2013 roku.

Popyt na uran, produkcja górnicza i deficyt

Kraj	Wymagany uran 2006-08	% światowego popytu	Krajowa produkcja górnicza 2006	Deficyt (-nadwyżka)
Stany Zjednoczone	18 918 ton (42 x 10 6  funtów)^	29,3%	2000 ton (4,4 × 10 6  funtów)^	16 918 ton (37 x 10 6  funtów) ^
Francja	10 527 ton (23 × 10 6  funtów)^	16,3%	0	10 527 ton (23 × 10 6  funtów) ^
Japonia	7659 ton (17 × 10 6  funtów)^	11,8%	0	7659 ton (17 × 10 6  funtów) ^
Rosja	3365 ton (7,4 x 10 6  lb)^	5,2%	4009 ton (8,8 × 10 6  funtów)^	-644 ton (-1,4 × 10 6  funtów) ^
Niemcy	3332 ton (7,3 × 10 6  funtów)^	5,2%	68,03 ton (0,1500 × 10 6  funtów)^	3,264 ton (7,2 x 10 6  lb) ^
Korea Południowa	3,109 ton (6,9 x 10 6  lb)^	4,8%	0	3,109 ton (6,9 x 10 6  lb) ^
Zjednoczone Królestwo	2199 ton (4,8 x 10 6  lb)^	3,4%	0	2199 ton (4,8 x 10 6  lb) ^
Reszta świata	15 506 ton (34 × 10 6  funtów)^	24,0%	40 327 ton (89 × 10 6  funtów)^	-24.821 ton (-55 x 10 6  funtów) ^
Całkowity	64 615 ton (140 × 10 6  funtów)^	100,0%	46,403 ton (100 × 10 6  funtów)^	18 211 ton (40 × 10 6  funtów) ^

Dla poszczególnych narodów

Jedenaście krajów, Niemcy, Czechy, Francja, DR Kongo, Gabon, Bułgaria, Tadżykistan, Węgry, Rumunia, Hiszpania, Portugalia i Argentyna odnotowały szczyt produkcji uranu i polegają na imporcie w swoich programach jądrowych. Inne kraje osiągnęły szczytową produkcję uranu i obecnie spadają.

• Niemcy - w latach 1946 i 1990, Wismut, byłego NRD firma wydobycie uranu, wyprodukowała łącznie około 220 kiloton (490 × 10 ⁶  funtów) uranu. Podczas szczytowym produkcji przekroczyła 7 kilotonę (15 x 10 ⁶  funtów) rocznie. W 1990 r. w wyniku zjednoczenia Niemiec zaprzestano wydobycia uranu. Firma nie mogła konkurować na rynku światowym. Koszt produkcji uranu był trzykrotnie wyższy niż cena światowa.^^

• Indie – Indie, które już osiągnęły szczyt produkcji, stają przed trudnym wyborem między wykorzystaniem swoich skromnych i malejących zasobów uranu jako źródła do podtrzymania programów zbrojeniowych, a wykorzystaniem ich do produkcji energii elektrycznej. Ponieważ Indie mają obfite rezerwy toru , przechodzą na reaktory jądrowe zasilane cyklem paliwowym toru .

• Szwecja – Szwecja rozpoczęła produkcję uranu w 1965 roku, ale nigdy nie była opłacalna. Przestali wydobywać uran w 1969 roku. Szwecja rozpoczęła wówczas ogromny projekt oparty na amerykańskich reaktorach lekkowodnych. Obecnie Szwecja importuje swój uran głównie z Kanady, Australii i byłego Związku Radzieckiego.

• Wielka Brytania – 1981: Produkcja uranu w Wielkiej Brytanii osiągnęła szczyt w 1981 roku, a podaż jest na wyczerpaniu. Jednak Wielka Brytania nadal planuje budowę większej liczby elektrowni jądrowych.
• Francja - 1988: We Francji produkcja uranu osiągnął szczyt 3,394 ton (7,5 x 10 ⁶  funtów) w roku 1988. W tym czasie był to wystarczająco dla Francji, aby zaspokoić połowę zapotrzebowania reaktora ze źródeł krajowych. Do 1997 roku produkcja wynosiła 1/5 poziomów z 1991 roku. Francja znacznie zmniejszyła swój udział w rynku od 1997 r. W 2002 r. we Francji zabrakło uranu.^

• US - 1980: Stany Zjednoczone były największym na świecie producentem uranu od 1953 do 1980 roku, gdy roczna produkcja USA osiągnęły wartość 16,810 ton (37 × 10 ⁶  funtów) (U ₃ O ₈ ) zgodnie z Redbook OECD. Zgodnie z rocznika CRB produkcja US piku przy 19,822 ton (44 x 10 ⁶  funtów). Produkcja w USA osiągnęła kolejne maksimum w 1996 r. i wyniosła 6,3 mln funtów (2,9 kt) tlenku uranu (U ₃ O ₈ ), a następnie spadła na kilka lat. W latach 2003-2007 produkcja wzrosła o 125%, ponieważ wzrosło zapotrzebowanie na uran. Jednak od 2008 r. poziomy produkcji nie powróciły do ​​poziomu z 1980 r.^^

Wydobycie uranu w Stanach Zjednoczonych

Rok	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009
U 3 O 8 (mil-funt)	3.1	3.4	6,0	6,3	5,6	4,7	4,6	4.0	2,6	2,3	2,0	2,3	2,7	4.1	4,5	3,9	4.1
U 3 O 8 (tony)	1410	1540	2700	2860	2540	2130	2090	1800	1180	1,040	910	1,040	1220	1860	2040	1,770	1860

Wydobycie uranu spadło po zamknięciu ostatniej kopalni odkrywkowej w 1992 roku (Shirley Basin, Wyoming). Produkcja w Stanach Zjednoczonych miała miejsce w następujących stanach (w porządku malejącym): Nowy Meksyk, Wyoming, Kolorado, Utah, Teksas, Arizona, Floryda, Waszyngton i Południowa Dakota. Załamanie cen uranu spowodowało, że wszelkie konwencjonalne wydobycie zostało przerwane do 1992 roku. Ożywienie „in situ” lub ISR trwało głównie w Wyoming i sąsiedniej Nebrasce, a ostatnio zostało wznowione w Teksasie.

• Kanada - 1959, 2001 ?: Pierwsza faza kanadyjskiej produkcji uranu osiągnęły wartość ponad 12 kiloton (26 × 10 ⁶  funtów) w 1959 roku 1970 piły ponowne zainteresowanie poszukiwaniem i spowodowało znaczących odkryć w północnej części prowincji Saskatchewan w Athabasca Basin. Produkcja szczyt jego produkcja uranu po raz drugi w 12,522 ton (28 × 10 ⁶  funtów) w roku 2001. Eksperci uważają, że będzie ona trwać dłużej niż dziesięć lat, aby otworzyć nowe kopalnie.^^

Światowy szczyt uranu

Historyczne opinie o światowych limitach dostaw uranu

W 1943 r. Alvin M. Weinberg i in. uważał, że istnieją poważne ograniczenia w energetyce jądrowej, jeśli tylko U-235 będzie używany jako paliwo do elektrowni jądrowych. Doszli do wniosku, że hodowla była potrzebna, aby zapoczątkować wiek prawie nieskończonej energii.

W 1956 r. M. King Hubbert uznał światowe rezerwy rozszczepialne za wystarczające na co najmniej kilka następnych stuleci, przy założeniu, że hodowla i przetwarzanie zostaną rozwinięte w procesy ekonomiczne.

W 1975 r. Departament Spraw Wewnętrznych Stanów Zjednoczonych , Badania Geologiczne, rozprowadził komunikat prasowy „Znane amerykańskie rezerwy uranu nie zaspokoją popytu”. Zalecono, aby Stany Zjednoczone nie były uzależnione od importu uranu z zagranicy.

Pesymistyczne prognozy

Wszystkie poniższe źródła przewidują szczyt uranu:

• Edward Steidle, dziekan School of Mineral Industries w Pennsylvania State College , przewidział w 1952 roku, że zapasy pierwiastków rozszczepialnych są zbyt małe, aby wspierać produkcję energii na skalę komercyjną.

• 1980 Robert Vance, patrząc wstecz na 40 lat produkcji uranu przez wszystkie Czerwonej Książki, okazało się, że szczyt został osiągnięty globalna produkcja w 1980 roku 69,683 ton (150 × 10 ⁶  funtów) z 22 krajów. W 2003 roku produkcja uranu wyniosła 35.600 ton (78 × 10 ⁶  funtów) z 19 krajów.^^

• 1981 Michael Meacher , były minister środowiska Wielkiej Brytanii w latach 1997–2003 i członek brytyjskiego parlamentu, donosi, że szczyt uranu miał miejsce w 1981 r. Przewiduje również poważny niedobór uranu wcześniej niż w 2013 r., któremu towarzyszyć będzie gromadzenie, a jego wartość wzrosła do poziomy metali szlachetnych.

• 1989–2015 MC Day przewidywał, że rezerwy uranu mogą się wyczerpać już w 1989 roku, ale, co bardziej optymistycznie, wyczerpią się do 2015 roku.

• 2034 Jan Willem Storm van Leeuwen , niezależny analityk z Ceedata Consulting, twierdzi, że dostawy wysokiej jakości rudy uranu potrzebnej do napędzania energii jądrowej, przy obecnym poziomie zużycia, potrwają do około 2034 roku. wydobycie uranu przekroczy cenę dostarczonej energii elektrycznej.

• 2035 Grupa Energy Watch obliczyła, że ​​nawet przy wysokich cenach uranu, produkcja uranu osiągnie swój szczyt do 2035 r. i do tego czasu możliwe będzie tylko zaspokojenie zapotrzebowania elektrowni jądrowych na paliwo.

Różne agencje próbowały oszacować, jak długo te zasoby starczą.

• Komisja Europejska stwierdziła w 2001 r., że przy obecnym poziomie zużycia uranu znane zasoby uranu wystarczą na 42 lata. Po dodaniu do źródeł wojskowych i wtórnych zasoby można rozciągnąć do 72 lat. Jednak ten wskaźnik wykorzystania zakłada, że ​​energia jądrowa nadal zapewnia jedynie ułamek światowych dostaw energii. Gdyby moc elektryczna została zwiększona sześciokrotnie, to 72-letnia podaż wystarczyłaby na 12 lat.

• OECD: Obecne na świecie mierzone zasoby uranu, ekonomicznie odzyskiwalne po cenie 130 USD/kg według grup branżowych OECD , NEA i MAEA , przy obecnym zużyciu wystarczają na 100 lat.

• Według Australijskiego Stowarzyszenia Uranu , kolejna grupa branżowa, przy założeniu, że światowe zużycie uranu wynosi obecnie 66 500 ton rocznie, a obecne światowe zasoby uranu (4,7 mln ton) wystarczą na 70 lat.

Optymistyczne prognozy

Wszystkie poniższe odniesienia twierdzą, że podaż jest znacznie większa niż popyt. Dlatego nie przewidują szczytu uranu.

• W swoim przełomowym artykule z 1956 r. M. King Hubbert napisał: „Jest jednak obietnica, pod warunkiem, że ludzkość będzie w stanie rozwiązać swoje problemy międzynarodowe i nie zniszczy się bronią nuklearną, i pod warunkiem, że światowa populacja (która obecnie rośnie w takim tempie, że podwoi się w mniej niż sto lat) można w jakiś sposób opanować, abyśmy w końcu znaleźli źródło energii wystarczające dla naszych potrzeb przynajmniej na kilka następnych stuleci „przewidywalnej przyszłości”. Badanie Hubberta zakładało, że reaktory rozrodcze zastąpią światło reaktory wodne i że uran byłby hodowany w pluton (i prawdopodobnie tor byłby hodowany w uran). Zakładał również, że zostaną odkryte ekonomiczne sposoby ponownego przetwarzania. Z powodów politycznych, ekonomicznych i proliferacji nuklearnej gospodarka plutonowa nigdy się nie zmaterializowała. Bez niego uran jest zużywany w jednorazowym procesie i znacznie szybciej osiągnie szczyt i wyczerpie się. Jednak obecnie okazuje się, że wydobycie nowego uranu z ziemi jest tańsze niż użycie uranu przetworzonego, a zatem użycie uranu przetworzonego jest ograniczone tylko do kilku krajów.

• OECD szacuje, że przy światowych wskaźnikach wytwarzania energii elektrycznej z elektrowni jądrowych z 2002 r., przy LWR, jednorazowym cyklu paliwowym, zasoby konwencjonalne są wystarczające na 85 lat przy wykorzystaniu znanych zasobów i 270 lat przy wykorzystaniu znanych i jeszcze nieodkrytych zasobów. W przypadku hodowców wydłuża się to do 8500 lat.

Jeśli ktoś jest gotów zapłacić 300 USD/kg za uran, w oceanie jest jego ogromna ilość. Warto zauważyć, że ponieważ koszt paliwa stanowi tylko niewielki ułamek całkowitego kosztu energii jądrowej na kWh, a cena surowego uranu stanowi również niewielki ułamek całkowitych kosztów paliwa, taki wzrost cen uranu nie pociągałby za sobą bardzo znaczącego wzrostu w całkowitym koszcie na wyprodukowaną kWh.

• W 1983 roku fizyk Bernard Cohen zaproponował, że uran jest faktycznie niewyczerpalny i dlatego można go uznać za odnawialne źródło energii. Twierdzi, że reaktory prędkie rozmnażające , zasilane naturalnie uzupełnianym uranem wydobywanym z wody morskiej, mogą dostarczać energię przynajmniej tak długo, jak przewidywana żywotność Słońca wynosi pięć miliardów lat. Podczas gdy uran jest ograniczonym zasobem mineralnym na Ziemi, wodór w Słońcu też jest ograniczony – tak więc, jeśli zasoby paliwa jądrowego mogą trwać przez taką skalę czasową, jak twierdzi Cohen, energia jądrowa jest tak samo zrównoważona jak energia słoneczna lub jakiekolwiek inne źródło energii, pod względem trwałości w skali czasu życia na tej planecie.

Mamy więc do wniosku, że wszystkie wymagania energetyczne na świecie dla pozostałych 5 x 10 ⁹ yr istnienia życia na Ziemi mogą być świadczone przez reaktorów powielających bez kosztów energii elektrycznej wschodzącego nawet o 1% ze względu na koszty paliwa. Jest to zgodne z definicją „odnawialnego” źródła energii w sensie, w jakim termin ten jest powszechnie używany.

Jego papier zakłada wydobycie uranu z wody morskiej w tempie 16 kiloton (35 × 10 ⁶  funtów) rocznie uranu. Obecne zapotrzebowanie na uran jest blisko 70 kiloton (150 × 10 ⁶  funtów) rocznie; jednak zastosowanie reaktorów regenerujących oznacza, że ​​uran byłby wykorzystywany co najmniej 60 razy wydajniej niż obecnie. ^^

• James Hopf, inżynier nuklearny piszący dla American Energy Independence w 2004 roku, uważa, że ​​zapasy odzyskiwalnego uranu na kilkaset lat są dostępne nawet dla standardowych reaktorów. W przypadku reaktorów reprodukcyjnych „jest zasadniczo nieskończony”.

Wszystkie poniższe odniesienia twierdzą, że podaż jest znacznie większa niż popyt. Dlatego wierzą, że uran nie wyczerpie się w dającej się przewidzieć przyszłości.

• MAEA szacuje, że tylko przy użyciu znanych rezerw przy obecnym tempie popyt i zakładając raz poprzez cykl jądrowy, że jest wystarczająco dużo uranu przez co najmniej 100 lat. Jednakże, jeśli wszystkie pierwotne znane rezerwy, wtórne rezerwy, nieodkryte i niekonwencjonalne źródła uranu zostaną wykorzystane, uran wyczerpie się za 47 000 lat.

• Kenneth S. Deffeyes szacuje, że jeśli można zaakceptować jedną dziesiątą rudy tak bogatej, to podaż dostępnego uranu wzrosła 300 razy. Jego artykuł pokazuje, że stężenie uranu w rudach ma rozkład logarytmiczno-normalny. Jest stosunkowo mało uranu wysokiej jakości i duża podaż uranu bardzo niskiej jakości.

• Ernest Moniz , profesor w Massachusetts Institute of Technology i były amerykański sekretarz ds. energii , zeznał w 2009 roku, że obfitość uranu stawia pod znakiem zapytania plany ponownego przetwarzania zużytego paliwa jądrowego. Plany ponownego przetwarzania datowały się na dziesięciolecia, kiedy uważano, że uranu jest mało. Ale teraz, „z grubsza mówiąc, uran wydobywa się z naszych uszu od bardzo, bardzo długiego czasu” – powiedział profesor Moniz.

Możliwe skutki i konsekwencje

Ponieważ produkcja uranu spada, można oczekiwać, że ceny uranu wzrosną. Jednak cena uranu stanowi zaledwie 9% kosztu eksploatacji elektrowni jądrowej, znacznie mniej niż koszt węgla w elektrowni węglowej (77%) czy koszt gazu ziemnego w gazowej. opalana elektrownia (93%).

Uran różni się od konwencjonalnych surowców energetycznych, takich jak ropa i węgiel, pod kilkoma kluczowymi aspektami. Różnice te ograniczają skutki krótkoterminowych niedoborów uranu, ale większość z nich nie ma wpływu na ostateczne wyczerpanie. Niektóre kluczowe cechy to:

• Rynek uranu jest zróżnicowany i żaden kraj nie ma monopolu na jego ceny.
• Dzięki wyjątkowo wysokiej gęstości energii uranu możliwe jest gromadzenie kilkuletniego zapasu paliwa.
• Istnieją znaczne wtórne zapasy już wydobytego uranu, w tym wycofana broń jądrowa, zubożone ogony uranu nadające się do ponownego wzbogacenia oraz istniejące zapasy.
• Ogromne ilości uranu, około 800 razy większe niż znane zasoby wydobywanego uranu, są zawarte w bardzo rozcieńczonych stężeniach w wodzie morskiej.
• Wprowadzenie reaktorów na neutronach prędkich w połączeniu z wydobyciem uranu z wody morskiej sprawiłoby, że dostawy uranu byłyby praktycznie niewyczerpalne. Obecnie na świecie działa siedem eksperymentalnych reaktorów na neutrony prędkie, w Indiach, Japonii, Rosji i Chinach.

Reaktory prędkich neutronów ( reaktory reprodukcyjne ) mogą wykorzystywać duże ilości uranu-238 pośrednio poprzez konwersję do plutonu-239 , zamiast rozszczepiania głównie samego uranu-235 ( który stanowi 0,7% pierwotnie wydobytego uranu), dla około 100-krotnego wzrostu efektywność wykorzystania uranu. Pośrednie między konwencjonalnymi szacunkami rezerw a 40 bilionami ton całkowitego uranu w skorupie ziemskiej (śladowe stężenia sumujące się na jej masie 3 * 10 ¹⁹ ton), istnieją rudy o niższej jakości niż w innych warunkach, ale o wciąż wyższym stężeniu niż przeciętna skała . W związku z tym dane dotyczące zasobów zależą od założeń ekonomicznych i technologicznych.

Cena uranu

Cena spotowa uranu wzrosła z najniższego poziomu w styczniu 2001 r., wynoszącego 6,40 USD za funt U ₃ O _8, do szczytu w czerwcu 2007 r., który wyniósł 135 USD. Od tego czasu ceny uranu znacznie spadły. Obecnie (15 lipca 2013 r.) cena spotu uranu wynosi 38 USD.

Wysoka cena w 2007 roku wynikała z kurczenia się zapasów broni i powodzi w kopalni Cigar Lake Mine , w połączeniu z oczekiwanym wzrostem popytu z powodu uruchomienia większej liczby reaktorów, co doprowadziło do bańki cenowej uranu . Górnicy i zakłady użyteczności publicznej są gorzko podzieleni ze względu na ceny uranu.

Wraz ze wzrostem cen, produkcja z istniejących kopalń reaguje i rozpoczyna się wydobycie z nowszych, trudniejszych do wydobycia lub niższej jakości rud uranu. Obecnie znaczna część nowej produkcji pochodzi z Kazachstanu . Przewiduje się ekspansję produkcji w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych. Jednak obecnie liczba projektów czekających na udostępnienie online jest znacznie mniejsza niż w latach siedemdziesiątych. Pojawiły się zachęcające sygnały, że produkcja z istniejących lub planowanych kopalń reaguje lub będzie reagować na wyższe ceny. Dostawy uranu stały się ostatnio bardzo nieelastyczne. Wraz ze wzrostem popytu ceny reagują dramatycznie.

Od 2018 r. cena paliwa jądrowego utrzymywała się na stabilnym poziomie około 38,81 USD za funt, 81 centów więcej niż w 2013 r. i 1 cent więcej niż w 2017 r., znacznie mniej niż inflacja. Przy tak niskiej i stabilnej cenie hodowla jest nieopłacalna.

Liczba umów

W przeciwieństwie do innych metali, takich jak złoto, srebro, miedź czy nikiel, uran nie jest powszechnie przedmiotem obrotu na zorganizowanej giełdzie towarowej, takiej jak Londyńska Giełda Metali. Jest przedmiotem obrotu na NYMEX, ale w bardzo małym wolumenie. Zamiast tego jest sprzedawany w większości przypadków poprzez kontrakty negocjowane bezpośrednio między kupującym a sprzedającym. Struktura kontraktów na dostawy uranu jest bardzo zróżnicowana. Ceny są albo stałe, albo oparte na odniesieniach do wskaźników ekonomicznych, takich jak PKB, inflacja czy wymiana walut. Kontrakty tradycyjnie opierają się na cenie spot uranu i zasadach, według których cena może rosnąć. Ilości dostaw, harmonogramy i ceny różnią się w zależności od umowy i często od dostawy do dostawy w okresie obowiązywania umowy.

Ponieważ liczba firm wydobywających uran jest niewielka, liczba dostępnych kontraktów również jest niewielka. Dostawy wyczerpują się z powodu zalania dwóch największych kopalń na świecie i malejącej ilości uranu odzyskanego z wycofanych z eksploatacji głowic nuklearnych. Podczas gdy popyt na metal jest stały od lat, oczekuje się, że cena uranu wzrośnie, gdy pojawi się wiele nowych elektrowni jądrowych.

Górnictwo

Rosnące ceny uranu przyciągają inwestycje w nowe projekty wydobycia uranu. Firmy wydobywcze wracają do opuszczonych kopalni uranu z nowymi obietnicami setek miejsc pracy i milionów tantiem. Niektórzy miejscowi chcą je z powrotem. Inni twierdzą, że ryzyko jest zbyt duże i będą próbować powstrzymać te firmy „dopóki nie będzie lekarstwa na raka”.

Narzędzia elektryczne

Ponieważ wiele zakładów użyteczności publicznej ma duże zapasy i może planować z wielomiesięcznym wyprzedzeniem, w przypadku wyższych kosztów uranu stosuje podejście „poczekamy i zobaczymy”. W 2007 r. ceny spot znacznie wzrosły z powodu zapowiedzi planowanych reaktorów lub nowych reaktorów, które pojawiły się w Internecie. Ci, którzy próbują znaleźć uran w warunkach rosnących kosztów, są zmuszeni zmierzyć się z rzeczywistością rynku sprzedawcy. Sprzedawcy niechętnie sprzedają znaczne ilości. Sprzedawcy oczekując dłużej, oczekują wyższej ceny za posiadany materiał. Z drugiej strony przedsiębiorstwa użyteczności publicznej bardzo chętnie zamykają długoterminowe kontrakty na uran.

Według NEA charakter kosztów wytwarzania energii jądrowej pozwala na znaczny wzrost kosztów uranu, zanim koszty wytwarzania energii elektrycznej znacząco wzrosną. 100% wzrost kosztów uranu spowodowałby jedynie 5% wzrost kosztów energii elektrycznej. Dzieje się tak, ponieważ uran musi zostać przekształcony w gaz, wzbogacony, ponownie przekształcony w żółty placek i przetworzony na elementy paliwowe. Koszt gotowych zestawów paliwowych jest zdominowany przez koszty przetwarzania, a nie koszt surowców. Ponadto koszt energii elektrycznej z elektrowni jądrowej jest zdominowany przez wysokie koszty kapitałowe i operacyjne, a nie koszt paliwa. Niemniej jednak każdy wzrost ceny uranu jest ostatecznie przenoszony na konsumenta bezpośrednio lub poprzez dopłatę paliwową. Od 2020 r. tak się nie stało, a cena paliwa jądrowego jest na tyle niska, że ​​hodowla jest nieopłacalna.

Zamienniki

Alternatywą dla uranu jest tor, który występuje trzy razy częściej niż uran. Nie są potrzebne szybkie reaktory powielające. W porównaniu z konwencjonalnymi reaktorami uranowymi, reaktory wykorzystujące tor wykorzystujący cykl paliwowy mogą wytwarzać około 40 razy więcej energii na jednostkę masy. Jednak tworzenie technologii, infrastruktury i know-how potrzebnych do gospodarki paliwowej toru jest nieopłacalne przy obecnych i przewidywanych cenach uranu.

Jeśli ceny energii jądrowej wzrosną zbyt szybko lub zbyt wysoko, firmy energetyczne mogą szukać substytutów energii kopalnej (węgiel, ropa i gaz) i/lub energii odnawialnej , takiej jak energia wodna, bioenergia, energia słoneczno-termalna, geotermalna, wiatrowa , energia pływów. Zarówno energia kopalna, jak i niektóre odnawialne źródła energii elektrycznej (np. energia wodna, bioenergia, energia słoneczna termiczna i geotermalna) mogą być wykorzystywane jako obciążenie podstawowe.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Książki

• Śledź, J .: Ocena zasobów uranu i toru , Encyklopedia energii , Boston University, Boston, 2004, ISBN  0-12-176480-X .

Artykuły

• Deffeyes, Kenneth S., MacGregor, Ian D. „Dystrybucja uranu w złożach górniczych i w skorupie ziemskiej” Raport końcowy, GJBX-1 (79), Wydział Nauk Geologicznych i Geofizycznych, Princeton University, Princeton, NJ.
• K. Deffeyes, I. MacGregor: „Światowe zasoby uranu” Scientific American , t. 242, nr 1, styczeń 1980, s. 66–76.