Элемент Уран является основным ядерным топливом и сколько урана на земле и каковы запасы люди должны знать.
Элемент уран встречается в ряде различных форм или изотопов. Изотопы данного элемента имеют одинаковое число протонов в ядре, но различное число нейтронов. Двумя наиболее важными изотопами урана (U) являются U-235 и U-238. Изотопы распадаются естественным образом, U-238 с периодом полураспада 4,51 млрд лет-через 4,51 млрд лет половина атомов распадется, испуская альфа—частицу (ядро атома гелия) в процессе, а еще через 4,51 млрд лет-половину оставшихся атомов и так далее. (Его период полураспада в 4,51 миллиарда лет близок к возрасту самой Земли и составляет около трети возраста Вселенной, что объясняет, почему некоторые из них все еще остаются.
Ядерный топливный цикл для обычной ядерной энергетики начинается с добычи урана. Добыча этого ядерного топлива, как подземным, так и поверхностным способом, аналогична добыче угля.
Ресурсы урана ограничены
Хотя ядерная энергия не является ископаемым топливом на основе углерода и поэтому не производит CO2 при эксплуатации, она, как и ископаемое топливо, является невозобновляемым источником энергии. Как и ископаемое топливо, мы должны знать, каковы запасы урана и как долго они будут сохраняться при различных темпах использования.
Согласно последним официальным оценкам, конвенционные ресурсы или сколько урана на Земле составляет 5,5 млн. тонн, которые могут быть добыты по ценам ≤ 130 долл. США за кг. Из этой цифры разумно гарантированные ресурсы составили 3,3 млн. тонн, а предполагаемые, но еще не обнаруженные ресурсы-2,2 млн. тонн. Кроме того, были неразведанные ресурсы оцениваются в 10,5 млн т.
Таким образом, общее количество урана на Земле 16 млн. тонн.
Реакторы обычно используют 20,7 тонн природного ядерного топлива для производства одного ТВтч электроэнергии (0,0036 Эдж). Если бы все мировое производство электроэнергии в объеме 20 202 ТВтч было произведено на атомных станциях, то доказанный извлекаемый запас урана в размере 3,3 млн т. продержался бы всего 7,9 года, а все 16 млн т.—чуть более 38 лет — срок службы типичного реактора.
При темпах производства ядерной электроэнергии 16 млн. тонн хватит почти на 300 лет.
Некоторые утверждали, что официальные оценки слишком высоки и должны быть сокращены. Тем не менее, если ядерная энергетика только сохранит свою нынешнюю долю первичной энергии, U-резервы не должны стать проблемой в ближайшее время и проблема нехватки сырья не выявится.
Основная часть запасов находится в Австралии (40%), Канада (15%), Казахстан (13%), Бразилия (8%) и Южная Африка (6,5%).
Урановые руды в настоящее время добываются, как правило, с содержанием около 0,2%, и затраты энергии на добычу являются низкими по сравнению с энергией в этом источнике.
Энергозатраты на добычу и измельчение этого вида топлива также растут экспоненциально по мере уменьшения сортов руды. Для концентраций ниже 0,02% утверждается, что энергетические затраты становятся настолько высокими, что выбросы CO2 от атомных электростанций, использующих эти низкосортные руды, будут превышать выбросы от установки природного газа равной мощности. Кроме того, экологические затраты на добычу, измельчение и утилизацию огромных объемов грунта или горных пород будут значительными; переход от 0,2% руды к 0,о2% означает, что в 10 раз больше руды должно быть переработано.
Чтобы проиллюстрировать, что потребуется для низкосортных руд, рассмотрим энергетические потребности для добычи существующих высокосортных руд на руднике олимпийской плотины в Южной Австралии. Ожидается, что после завершения работ на этом руднике будет добываться 730 тыс. тонн рафинированной меди и 19 тыс. тонн оксида урана в год. Для этого рудник будет потреблять почти 1,4 миллиона литров дизельного топлива и мазута в день, что примерно эквивалентно 2,7 % всего потребления австралийского дизельного топлива и почти одному % годовой электроэнергии. Общие ежегодные выбросы парниковых газов, как ожидается, составят около 4,7 млн. тонн CO2.
Нетрадиционные ресурсы урана
Нетрадиционные ресурсы урана значительно больше, чем обычные источники.
Фосфатные породы содержат, по оценкам, еще 22 млн. тонн урана. Вместе со сланцами концентрация руды может составлять 0,01 %. Для очень низких концентраций, обнаруженных в фосфатной породе, представляется маловероятным, что чистая энергия будет получена в результате ее использования в существующем реакторном парке.
Энергетические, экономические и экологические издержки также будут высокими, хотя некоторые издержки могут быть разделены с производством фосфатов. Требуемая программа добычи будет огромной.
Ресурсы урана в Мировом океане
Но земные ресурсы сколько урана на Земле ничтожно малы по сравнению с ресурсами Мирового океана, которые содержат приблизительно 4-5 миллиардов тонн урана, что составляет 3 грамма/литр. Для морской воды максимальная плотность энергии, которая может быть получена из растворенного U-235, является низкой, 1,8 МДж/м3 морской воды, хотя использование концентрированного рассола из опреснительных установок может снизить энергетические потребности.
Просто обеспечение мирового валового производства электроэнергии повлечет за собой переработку почти 50 тыс. км3 океана каждый год, даже при условии 100% сбора.
Воздействие на экосистемы океанической поверхности и затраты на отделение истощенной морской воды от необработанной—исключают добычу этого ядерного топлива в ближайшую перспективу.
