Bude dost surovin pro jadernou energetiku?

 

Vladimír Wagner

 

 

Předposlední část seriálu o využití jaderné energie bude věnována zdrojů surovin pro zařízení, které využívají štěpení těžkých jader. V předchozích částech jsme se věnovali současným nejmodernějším reaktorům III. generace, které by mohli zajistit současnou renesanci jaderné energetiky. Dále reaktorům IV. generace, které se vyvíjejí pro použití v následujících desetiletích. Tyto reaktory by měly zajistit intenzivní využívání i izotopu uranu 238 a tím i efektivní využití štěpitelného materiálu. Zatím poslední část byla věnována urychlovačem řízeným transmutorům, které by mohly v budoucnu ještě více zefektivnit využití jaderného paliva a snížit množství jaderného odpadu.

 

Vlastnosti uranu a thoria.

 

Z materiálů, které lze potenciálně využít k získávání energie pomocí štěpení, se na Zemi v přírodě vyskytují uran a thorium. U uranu se jedná o izotopy 235 a 238 a u thoria o izotop 232. Všechny tři izotopy jsou nestabilní a rozpadají se převážně rozpadem alfa a v daleko menší míře samovolným štěpením. Jejich pravděpodobnost rozpadu je však velmi malá, takže poločas rozpadu (doba, za kterou se rozpadne polovina jader) je u uranu 235 přibližně 0,7 miliard let, u uranu 238 pak 4,5 miliardy let a u thoria 232 dokonce 14 miliard let. Jen tak dlouhé doby života umožnily, aby se zachovala významná část uranu a thoria z množství, které bylo v původním materiálu, ze kterého se tvořila Sluneční soustava. Oba tyto prvky vznikly při výbuších dávných supernov a při těchto dějích se také dostaly do mezihvězdného prostoru.

Uran a thorium jsou relativně běžné kovy. V malých množstvích jsou obsaženy v půdách a ve všech horninách, ve větším množství se pak vyskytují v uranových a thoriových rudách. Na Zemi se v průměru vyskytuje zhruba 2 - 6 mg uranu v 1 kg zemské kůry, u thoria je to pak zhruba 8 - 12 mg. To znamená hmotnostní zastoupení uranu (2-6)∙10-6 a thoria (8-12)∙10-6. Jedná se o přibližná čísla pohybující se v udaných mezích, která se u různých zdrojů liší. Poměr mezi množstvím thoria a uranu se tak uvádí jako tři až čtyři. Výskyt uranu je tedy zhruba stejně hojný jako zinku, arsenu či molybdenu a daleko vyšší než stříbra či rtuti. Zemská kúra do hloubky 25 km obsahuje zhruba 1014 tun uranu. Poměrné zastoupení izotopu uranu 235 v přírodním uranu je 0,72 %. Poměr mezi relativním  množstvím uranu 235, uranu 238 a thoria 232 je dán právě jejich dobou života a tím, jaká jejich část se od vzniku Sluneční soustavy rozpadla. Čím delší doba života, tím větší zastoupení izotopu.

Samovolným štěpením se uran 238 rozpadá v 0,5∙10-4% případů, uran 235 v 2∙10-9% případů a thorium 232 ještě méně často. Přesto to u uranu stačilo k rozjeti štěpné reakce i u přírodního reaktoru v Oklo v Gabonu, který mohl běžet v minulosti, kdy byl obsah izotopu uranu 235 větší. Na Oslovi jsem se už o tomto přírodním divu zmínil. V případě rozpadu alfa vznikají opět nestabilní izotopy a dostáváme rozpadové řady, které končí u stabilních izotopů olova. Při těchto rozpadech se uvolňuje energie, která Zemi zahřívá. O množství uranu a thoria svědčí i to, že tepelná energie produkovaná jejich rozpady stačí k udržení žhavého a roztaveného nitra Země a pohání veškerou sopečnou činnost.

 

 

Uranit je jedním z nejčastějších minerálů obsahujících uran (zdroj Paul M. Schumacher).

 

Zatímco thorium je velmi pevně vázáno v horninách a minerálech a nevyluhuje se přírodními vodami, uran se snadno oxiduje vzdušným kyslíkem a potom se dobře vodou vyluhuje. To je důvod, proč je ho značné množství obsaženo ve všech jezerech, řekách a oceánech. Koncentrace, ve kterých se tam vyskytuje, jsou řádově zhruba v rozmezí 10-7 až 10-5 g/l. V oceánech je jeho výskyt rovnoměrnější a spíše k té horní hodnotě. Odhadem tak oceány obsahují zhruba 1010 tun uranu.

 

 

Jeden z dalších vzorků uranitu (zdroj Amethyst Galleries, Inc.).

 

Výskyt uranu a thoria

 

Jak je vidět, vyskytují se na Zemi velká kvanta uranu i thoria. Ovšem nacházejí se ve značně rozptýleném stavu. V koncentrovanější podobě je lze nalézt v uranových rudách a thoriových rudách. Uranové rudy můžeme rozdělit podle koncentrace do čtyř skupin. Ruda s velmi vysokou koncentrací má okolo 20% uranu a vyskytují se třeba v Kanadě. Ruda s vysokou koncentrací má okolo 2% uranu, ruda s nízkou koncentrací má okolo 0,1% uranu a ruda s velmi nízkou koncentrací má okolo 0,01% nebo méně uranu. Rudou s velmi nízkou koncentrací nazýváme jen takový materiál, který má příslušnou koncentraci uranu a zároveň je v něm uran v takové podobě, že se dá chemicky relativně lehce a tedy i ekonomicky uvolnit. Taková ruda se těží například v Namibii nebo v dole Olympic Dam v Austrálii. Je třeba poznamenat, že označení ruda je označení pro surovinu, ze které je ekonomicky výhodné uran získávat, takže závisí na ceně uranu. Při jeho rostoucí ceně můžou být ekonomicky využitelné i nižší koncentrace. Například při zvýšení současné ceny (zhruba 130 USD/kg) desetkrát začne být rentabilní i získávání uranu z mořské vody.

 

 

Nejvíce uranu se těží v kanadském dole McArthur River (zdroj McArthur River Mine).

 

Nejznámější uranovou rudou je smolinec a karnotit, ale různých uranových nerostů je značný počet. Obsah uranu v současných běžně těžených rudách se pohybuje okolo 0,1 – 2 %. Velikost odhadu dostupných zásob uranu závisí na spodní koncentraci uranu, která je ještě efektivní pro získávání uranu (závisí pochopitelně i na podmínkách, ve kterých probíhá těžba). Velice často se udává ve vztahu k ceně za uran, pro kterou se těžba v daných podmínkách vyplatí.  V našem článku budeme uvádět zásoby, jejichž těžba je rentabilní při ceně uranu 130 USD/kg.

 

 

Přeprava rudy v dole McArthur River. Ruda zde má obsah uranu až 20% (zdroj McArthur River Mine) .

 

Velikost známých zásob je navíc velmi závislá na intenzitě geologického průzkumu a našich znalostech výskytu uranových rud. Je třeba si uvědomit, že průzkum uranových zásob velmi silně zaostává například za průzkumem ložisek ropy a plynu. Navíc vlivem deprese cen uranu v posledních dvou desetiletích minulého století byla intenzita průzkumu uranových zásob velmi malá. V současnosti se průzkum zintenzivňuje a je to vidět na rozšiřování známých zásob uranu. Za poslední dva roky se v naší cenové kategorii zvýšily o 15%. V roce 2007 tak byly známé celosvětové zásoby uranu rentabilně těžitelé při jeho ceně 130 USD/kg 5,5 milionů tun. Z toho na Austrálii připadalo 23%, Kazachstán 15% a Rusko 10%. Podrobnější tabulka je uvedena v další části článku. Je třeba si však uvědomit, že existují oblasti, které jsou prozkoumány jen velmi málo. Dá se předpokládat, že se tento odhad zvýší několikanásobně a není vyloučeno zvýšení i řádové. Navíc se dá uran získávat i jako doplňkový produkt těžby jiných kovů a v takovém případě je ekonomická těžba i rud s daleko nižší koncentrací.

 

 

Těžba v dole McArthur River v Kanadě (zdroj McArthur River Mine).

 

Zásoby mohou zvýšit i netradiční zdroje jako je třeba elektrárenský popílek. V některých případech, jako je třeba čínská uhelná elektrárna Xiaolongtang, je střední koncentrace uranu v popílku 0,0065%, ale dosahuje až hodnot 0,032%. To už je hodnota, která je srovnatelná s koncentrací uranu v některých v současnosti těžených rudách. Získávání uranu z tohoto popílku se už stává rentabilní. Elektrárna produkuje 900 000 tun popílku ročně a připravuje se projekt, který by umožnil získávat z již shromážděných hald popílku ročně 190 tun uranu. Projekt by byl zároveň významný i z ekologického hlediska, protože přispěje ke snížení nebezpečnosti odpadu z uhelné elektrárny. Na podobném projektu zpracování elektrárenského popílku a získání uranu i dalších kovů se pracuje třeba i pro elektrárnu Ajka v Maďarsku.

V neposlední řadě přináší technologický pokrok vylepšení efektivity a rentability získávání uranu a tím i rozšíření ekonomicky využitelných zásob. Zvětšování zásob se zrychluje se zmenšováním koncentrace uranu a se zvětšením ceny uranu. Zefektivněním jeho získávání a využitím i netradičních zdrojů se mohou zásoby zvětšit velmi radikálně.

 

 

Monazit obsahuje thorium (Zdroj Amethyst Galleries, Inc.).

 

Thorium se v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách a nejznámějším jejich zdrojem jsou monazitové písky. Také různých minerálů s obsahem thoria je velký počet. Protože je thorium relativně málo využíváno, je jeho těžba i geologická prospekce mnohem méně rozvinutá než u uranu. Odhad zásob thoria je tak ještě nejistější a pravděpodobně ještě více podceňuje reálnou hodnotu. Odhad světových zásob je zhruba 2,4 milionů tun (odhad pro cenu 80 USD/kg), z toho geologických je 0,9 milionů tun a v pobřežních monazitových píscích 0,6 milionů tun.  Pět zemí nejbohatších s nejbohatšími zásobami thoria jsou Austrálie (452 000 tun, 18%), USA(400 000 tun, 16%) Turecko (344 000 tun, 14%), Indie (319 000 tun, 13%) a Venezuela (300 000 tun, 12%).

 

 

Australský důl Ranger a zpracovatelský závod. (Zdroj Australium Uranium Association)

 

Těžba uranu

 

Ve světě existuje několik významných regionů, které se podílejí na těžbě uranu. Mezi nejvýznamnější patří Kanada, Austrálie, Kazachstán a Rusko. Tyto státy jsou na vrcholu jak v těžbě tak v již zmíněných předpovídaných zásobách uranu.

 

Stát

Produkce [tuny]

Zásoby uranu

 

2002

2003

2004

2005

2006

2007

tuny

%

Kanada

11604

10457

11597

11628

9862

9476

423 000

8

Austrálie

6854

7527

8982

9516

7593

8611

1 243 000

23

Kazachstán

2800

3300

3719

4357

5279

6637

817 000

15

Rusko (odh.)

2900

3150

3200

3431

3262

3413

546 000

10

Niger

3075

3143

3282

3093

3434

3153

274 000

5

Namibie

2333

2036

3038

3147

3067

2879

275 000

5

Uzbekistán

1860

1598

2016

2300

2260

2320

111 000

2

USA

919

779

878

1039

1672

1654

342 000

6

Ukrajina (odh.)

800

800

800

800

800

846

200 000

4

Čína (odh.)

730

750

750

750

750

712

68 000

1

Jižní Afrika

824

758

755

674

534

539

435 000

8

Česko

465

452

412

408

359

306

<60 000

 

Celý svět

36 063

35 613

40 251

41 702

39 429

41 279

5 469 000

100

 

Přehled těžby uranu a známé zásoby z roku 2007 rentabilně těžitelných při ceně 130 USD/kg.

 

Než se dostaneme k podrobnějšímu popisu, je třeba upozornit na jeden detail. Velice často se odhady zásob a těžby udávají v tunách oxidu uranu U3O8 místo v tunách uranu. Souvisí to s tím, že při zpracování vytěžené suroviny, se uran většinou získává v této podobě. Přepočítaní je jednoduché: jedna tuna oxidu U3O8 odpovídá 0,85 tuny uranu. V tomto článku jsou všechny hodnoty z použitých zdrojů přepočteny na tuny uranu.

 

 

Uranová ruda je drcena a chemickými i fyzikálními procesy je získáván oxid U3O8. Zpracovávací závod dolu Ranger v Austrálii (zdroj Australium Uranium Association).

 

 

Těžba probíhá jednak v podzemních  nebo povrchových dolech, další možností je pak chemická těžba uranu. V takových případech se využívá metody podzemního loužení uranové rudy vrty z povrchu. Velmi často se uran získává jako doplňkový produkt při těžbě dalších surovin, například zlata, stříbra nebo mědi. V takovém případě se i dnes vyplatí těžit rudy na uran i velmi chudé.V posledních letech rostl neustále podíl těžby pomocí loužení. V roce 2007 byl podíl jednotlivých metod: těžba v povrchových a podzemních dolech byla 62%, loužením 29% a získávání uranu jako doplněk k těžbě jiných surovin 10%. Největší důl je podzemní McArthur River v Kanadě s produkcí zhruba 7000 tun uranu ročně. Těžba uranu je relativně hodně koncentrována. Sedm firem ovládá 85% těžby.

 

 

Zpracovatelský závod u dolu Olympic Dam (zdroj Australium Uranium Association).

 

V osmdesátých letech začal útlum v těžbě uranu, který se zlomil až v druhé polovině minulého desetiletí a od té doby opět těžba uranu zvolna roste. Díky zvyšující se ceně uranu, která se konsolidovala teprve na začátku tohoto desetiletí a od té doby se zvedla desetkrát, se těžba začíná velmi vyplácet a pracuje se na otevření nových dolů v tradičních produkčních zemích, jako je třeba Austrálie. Velmi intenzivně se rozvíjí těžba i v nových ale velmi perspektivních oblastech, jako je třeba  Kazachstán, kde se těžba za posledních pět let více než zdvojnásobila. Těžba se za tuto dobu zdvojnásobila i v USA, i když jejich podíl na světovém trhu není tak velký. V posledních dvou letech byl vývoj těžby poznamenán zatopením dolu Cigar Lake v jednom z největších nalezišť v Kanadě a větrnou smrští, která zasáhla důl Ranger v Austrálii.

Otevření nových dolů na uran není jednoduchá a levná záležitost, proto se v době cenového útlumu a nejistoty okolo budoucnosti jaderné energetiky nové doly téměř neotvíraly. Teď se situace úplně změnila a pracuje se na otevření řady nových těžebních lokalit. Kanada připravuje otevření dvou velkých dolů, které by měly začít produkovat uran v roce 2011. Jedná se o otevření zmíněného zatopeného podzemního dolu Cigar Lake, který by měl produkovat 7000 tun uranu ročně a dolu Midwest s předpokládanou těžbou 2200 tun uranu ročně. Produkce Kanady by se tak měla zhruba zdvojnásobit. Austrálie, jejíž těžbu uranu si za chvíli popíšeme podrobněji, chce těžbu více než zdvojnásobit otevřením dvojice nových dolů a hlavně zvýšením těžby v dole Olympic Dam. Kazachstán pracuje na otevření několika dolů, které získávají uran loužením, a po roce 2010 plánuje těžit 15000 tun uranu ročně. Pracuje se na otevření několika dalších dolů i zvýšení těžby stávajících v různých státech. Zdá se, že se pomalu daří dohánět zaostávání v geologickém průzkumu a otvírce nových dolů, které zde bylo. Jestliže se podíváme na vývoj cen uranu, vypadá to, že po enormním nárůstu cen nastává stabilizace. Maximum bylo dosaženo v polovině roku 2007, kdy se cena uranu přiblížila na dohled k 300 USD/kg, pak nastal pokles a v současnosti (polovina července 2008) je cena uranu 140 USD/kg. Může jít sice o náhodnou fluktuaci, ale také o reakci na zlepšující se situaci v uranovém hornictví.

 

Některé významné lokality jako příklad

 

Podívejme se trochu podrobněji na situaci v Austrálii, která je nyní po Kanadě druhým největším producentem uranu. Má v současnosti tři otevřené doly, které jsou každý jiný a jsou názornou ukázkou různého typu a podmínek těžby.

V dole Ranger, jde o těžbu uranové rudy povrchovým způsobem. V osmdesátých letech byla stabilní produkce dolu téměř 3000 tun ročně, po poklesu v první polovině devadesátých let stále roste a v posledních deseti letech se pohybuje mezi 4000 až 5000 tunami ročně.  Celkové dostupné zásoby se v současné době odhadují na zhruba 43 000 tun uranu obsaženého v zhruba 42 milionech tun rudy o obsahu uranu zhruba 0,10%. 

 

 

Zpracovatelský závod dolu Beverley (zdroj Australium Uranium Association).

 

Olympic Dam je velký podzemní těžební komplex, kde se z těžených rud kromě uranu získává například i měď, takže se vyplatí těžit i při daleko menších koncentracích. U tohoto dolu je pouze 20% zisku z uranu, 75% je z mědi a zbývajících 5% ze zlata a stříbra. Produkce se do poloviny devadesátých let pohybovala v oblasti něco málo přes 1000 tun uranu ročně. Se vzrůstem zájmu o uran však začala růst a v tomto desetiletí se pohybuje mezi 3000 až 4000 tun ročně. V blízké době se plánuje zvýšení těžby až na 12 700 tun uranu ročně.  Zásoby dolu se odhadují na zhruba 1 900 000 tun uranu obsaženého v zhruba 7 700 milionech tun rudy o obsahu uranu zhruba 0,025%. Tyto zásoby nejsou zahrnuty v zásobách s rentabilitou při ceně 130 USD/kg, protože bez společné těžby s jinou hlavní surovinou by se náklady na získávání uranu pod požadovanou hodnotu nedostaly.

 

 

Vrty pro loužení dolu Beverley  (zdroj Australium Uranium Association).

 

Beverley se začal stavět nedávno a je to první australský důl, kde se získává uran pomocí podzemního loužení. První vytěžený uran byl získán v roce 2001. Zatím se produkce pohybovala zhruba mezi 600 až 900 tun uranu. a od roku 2009 by se měla produkce ustálit na hodnotě přesahující 1200 tun ročně. Zásoby se odhadují na 18 000 tun uranu obsaženého v rudě o obsahu uranu zhruba 0,15%.

 

 

 

 

Detail zařízení v dole Beverley (zdroj Australium Uranium Association).

 

V nejbližší budoucnosti by se měly otevřít dva nové doly. Jedná se Four Mile nedaleko Beverley a Honeymoon. Austrálie tak reaguje na zvýšení poptávky po uranu a jeho ceny. Plánuje v dohledné době svoji produkci uranu více než zdvojnásobit.

 

 

Těžní věž dolu Rožná v Dolní Rožínce (zdroj MPO).

 

Pro nás je zajímavá situace u nás. V Česku těžba pokračuje pouze v Dolní Rožínce na Jihlavsku v dole Rožná a pomalu klesá. Zároveň se část uranu získává při sanaci bývalých míst těžby, například ve stráži pod Ralskem. V roce 2002 se vytěžilo 465 tun uranu a v roce 2007 už jen 306 tun. Těžbu, sanaci i úpravnu rudy provozuje podnik Diamo. S rostoucí cenou uranu se začíná těžba v Česku opět vyplácet. Podnik Diamo se schválením vlády prodloužil těžbu v dole Rožná a uvažuje i o jejím rozšíření. Objevuje se i zájem australských těžebních společností na obnovení těžby v dalších lokalitách v okolí Přibyslavi, Polné a Jemného, kde je na 5000 tun uranu. Dalších 6000 tun je u nedalekého Brzkova. V budoucnu by se mohly stát perspektivními i další lokality s daleko většími zásobami. V případě, že současné ceny uranu ještě porostou, jsou dostupné zásoby uranu odhadovány na stovky tisíc tun. V principu by se tak v budoucnu mohlo vytěžit i více uranu, než se v Česku vytěžilo za dosavadní šedesátiletou historii uranového dolování (jde o 109 000 tun).

 

 

Důl Rožná v Dolní Rožínce (zdroj DIGArena, značka SV)

 

Zásoby zbraňového uranu a plutonia

 

V současnosti je významným zdrojem uranu a plutonia pro civilní reaktory i materiál nahromaděný původně pro jaderné zbraně. Odhaduje se, že v materiálu spojeném s jadernými zbraněmi  je 2000 tun vysoce obohaceného uranu (převážně se jedná o obohacení 90 %). V této zásobě uranu je množství izotopu uranu 235, které odpovídá zhruba 260 000 tunám přírodního uranu. Ovšem, jestliže se provádí obohacování uranu, zůstává v ochuzeném uranu někdy až třetina původního obsahu uranu 235. S těmito ztrátami se musí počítat a navíc, pokud využíváme zbrojní uran, obohacujeme tento ochuzený uran, ve kterém je stále jistý obsah uranu 235. Se započtením těchto okolností vychází, že zmíněných 2000 tun vysoce obohaceného uranu odpovídá přibližně 500 000 tunám přírodního uranu. Dále je nashromážděno zhruba 260 tun plutonia 239, což je ekvivalent zhruba 45 000 tun přírodního uranu.

Od koncem osmdesátých let, po intenzivních jednáních, podepsaly USA a Rusko řadu dohod, ve kterých se zavázaly snížit počet jaderných hlavic o 80 %.  Výsledkem je program „Megatuny na megawatty“, na základě kterého Rusko přemění 500 tun a USA 174 tun vysoce obohaceného uranu na nízkoobohacený, který se použije jako palivo pro jaderné elektrárny. Na trh se tak dostal ekvivalent zhruba 170 000 tunám přírodního uranu. V tomto případě už to odpovídá zhruba čtyřnásobku současné celosvětové těžby, proto bylo součástí dohody i jeho postupné uvolňování, aby nedošlo k dramatickému ovlivnění trhu s uranem. Přesto však bylo uvedení paliva ze zbrojního uranu jedním z faktorů, které způsobily propad cen uranu a útlum uranového hornictví.

Co se týká plutonia, dohodly se USA a Rusko, že každá strana uvolní pro jadernou energetiku 35 tun plutonia z jaderných hlavic. Dohromady se jedná o ekvivalent zhruba 12 000 tun přírodního uranu. Tam už ovlivnění trhu nehrozilo. Problém je spíše v jeho efektivní využití. Částečně se počítá s jeho použitím při výrobě paliva MOX a Rusové jej chtějí spalovat v rychlých reaktorech BN600 a BN800 (viz článek na Oslovi).

 

 

Úpravna rudy v dole McArthur River v Kanadě (zdroj McArthur River Mine).

 

Spotřeba uranu v současnosti i budoucnosti.

 

Jeden blok jaderné elektrárny temelínského typu spotřebuje za rok zhruba 32 tun paliva. Jedná se o celkovou hmotnost palivových článků. Z toho je 26 tun obohaceného uranu, přičemž stupeň obohacení izotopem uranu 235 je u Temelína zhruba 4 %. V přírodním uranu je něco kolem 0,7 % tohoto izotopu, takže k výrobě zmíněných 26 tun uranu v palivových článcích je potřeba téměř 150 tun přírodního uranu. Jak bylo zmíněno, zůstává v ochuzeném uranu zhruba do třetiny původního obsahu uranu 235, takže pokud chceme být korektnější, počítejme okolo 200 tun. Spotřeba paliva, stupeň obohacení a další parametry se u různých typů klasických reaktorů různí. Počítejme ale pro zjednodušení, že na výrobu elektrické energie 1000 MWe potřebujeme 200 tun přírodního uranu.

V současnosti provozujeme v České republice jaderné elektrárny o výkonu téměř 4000 MWe. K jejich provozu tak potřebujeme ročně 800 tun přírodního uranu. Je vidět, že v současnosti těžíme méně než polovinu své spotřeby uranu. Pokud se realizují alespoň některé úvahy o obnovení těžby a dalším jejím rozšíření ať už v Dolní Rožínce nebo jinde, tak by v principu neměl být problém se soběstačností v zásobování uranem. V současnosti vyrábí u nás jaderné elektrárny téměř 40% elektrické energie. Pokud bychom se rozhodli postavit naši výrobu elektrické energie dominantně na jaderné energetice, musel by se její výkon zdvojnásobit. Tím bychom se dostali ve využití jaderné energie zhruba na úroveň Francie. Jednalo by se tak o výkon okolo 8000 MWe a spotřebu 1600 tun uranu ročně. Pokud se podíváme na zmiňované odhadované dostupné zásoby uranu v Česku, tak bychom i poté v principu mohli být v případě nutnosti dlouhodobě (v časovém horizontu přesahujícím značně půl století) nezávislí na zahraničních zdrojích uranu. Jinou věcí je, že rozšíření a otevření nových těžebních lokalit není jednoduchou záležitostí a z řady důvodů, nejen ekonomických,  může být výhodnější uran dovážet. V každém případě budeme využívat pro obohacování a výrobu paliva z uranu zahraniční dodavatelé. Stavba tohoto náročného zařízení v Česku čistě pro naší potřebu by neměla smysl.

 

 

Těžní věže dolu Cigar Lake (zdroj Cameco).

 

Podívejme se na celosvětovou situaci. V současnosti funguje ve světě 435 energetických reaktorů a jejich celkový výkon je zhruba 370 000 MWe. Dodávají zhruba 16% světové produkce elektrické energie. Pokud budeme uvažovat roční spotřebu 200 tun přírodního uranu na 1000 MWe, dostáváme současnou spotřebu 74 000 tun uranu ročně. Jak už jsem uváděl, mají různé reaktory trochu odlišnou spotřebu paliva, navíc se využívá přepracování a přípravy paliva MOX. Takže uváděný požadavek jaderných elektráren je celkově nižší, uvádí se 65 000 tun uranu ročně. V současnosti se tak těží zhruba 63% spotřeby uranu a zbývající část se doplňuje z jiných zdrojů, jedná se hlavně o přepracovaný zbrojní vysoce obohacený uran.

V současné době se staví 34 reaktorů a stavba dalších je již reálně připravována. Mezinárodní atomová agentura předpokládá, že v roce 2020 bude pracovat nejméně 60 nových reaktorů hlavně v Asii. Některé reaktory se sice uzavřou, ale uzavírají se staré menší reaktory. Světová produkce elektrické energie tak bude podle odhadů této organizace v roce 2020 okolo 430 000 MWe. Spotřeba uranu by tak měla být okolo 75 000 tun uranu. Pokud se uskuteční plánované až zdvojnásobení těžby uranu v nejbližších letech, měla by těžba spolehlivě stačit k zásobování jaderných elektráren. Pokud budeme předpokládat podobný výkon jaderné energetiky i v budoucnu, vystačí zmíněné v současnosti známé zásoby uranu těžitelné se ziskem při ceně uranu 130 USD/kg, které jsou 5,5 milionů tun, na déle než 70 let. Tedy na celou dobu života v současnosti projektovaných a stavěných elektráren.

 

 

Otevření dolu Cigar Lake se po odčerpání vody a rekonstrukci očekává v roce 2011 (zdroj Cameco).

 

Jak bylo zmíněno v předchozí části článku, reálné ekonomicky využitelné zásoby uranu budou několikanásobně a možná i řádově vyšší. Navíc při zlepšování vlastností reaktorů (moderní reaktory využívají palivo efektivněji) a intenzivnějším využití přepracovaného paliva se spotřeba uranu na jednotku výkonu může dosti citelně snížit. Pro přepracování jsou navíc v přechodných úložištích značné zásoby vyhořelého paliva. Je tak dostatek prostoru i pro několikanásobné zvýšení podílu jaderné energetiky na výrobě elektrické energie s perspektivou jejího využívání až do konce tohoto století

Zatím jsme se věnovali jen případu, kdy se využívají pouze klasické reaktory s tepelnými neutrony. V případě využívání rychlých množivých reaktorů se kromě izotopu uranu 235, kterého je v přírodním uranu pouze 0,72%, bude využívat i izotop uranu 238. V takovém případě dostaneme z jednotky hmotnosti přírodního uranu šedesátkrát více energie. Navíc by se daly využít i obrovské zásoby ochuzeného uranu, kterého například jen Spojené státy skladují (konkrétně DOE - „Department of Energy“) 470 000 tun. Další znásobení potenciálu jaderné energetiky by přineslo komerční energetické využití thoria 232. V tomto případě se produkuje z jednotkové hmotnosti zhruba čtyřicetkrát více energie než z uranu pomocí klasických reaktorů. Zásoby tohoto prvku jsou ještě větší než uranu. To, že jsou v současnosti známé zásoby menší, je dáno daleko omezenějším geologickým průzkumem v případě tohoto prvku. Největší aktivity ve směru využití thoria v jaderné energetice vyvíjí Indie, která má omezené zásoby uranu ale obrovské zásoby thoria. Zásoby uranu a thoria by pak stačily na tisíciletí provozu jaderné energetiky i při mnohonásobném zvýšení produkce energie z jádra.

 

 

Důl Rabbit Lake se nachází v Kanadě (zdroj Cameco).

 

Zdroje uranu by v případě využívání pouze klasických reaktorů vystačily určitě do konce století. Přesto je důležité v polovině tohoto století přejít na kombinaci rychlých množivých reaktorů a klasických reaktorů. I rychlé reaktory potřebují ke svému provozu uran 235 nebo plutonium 239. Je tak třeba zahájit provoz potřebného množství rychlých množivých reaktorů pro produkci štěpného plutonia 239 dostatečně včas. Totéž platí v případě thoriových reaktorů. V případě včasného úspěšného nástupu reaktorů čtvrté generace a vyvážené kombinace klasických a množivých reaktorů, může být jaderná energetika z hlediska surovinové základny významným zdrojem energie na tisíciletí rozvoje lidské civilizace.

 

Závěr

 

Je vidět, že, jak z pohledu celosvětové, tak i pro naši republiku, je z hlediska potřebných surovin využívání jaderné energetiky perspektivní. Seriálem o různých aspektech jaderné energetiky jsem se snažil čtenářům předložit dostatek informací, které by se jim mohly hodit i při sledování současné diskuze o budoucí energetické politice našeho státu. Jaderná energetika není samospasitelná. Pokud se ji rozhodneme využívat, vždy to bude v kombinaci s dalšími zdroji. Je třeba pečlivě zvažovat, který zdroj je v dané oblasti a za daných podmínek nejvýhodnější. V podmínkách České republiky však patří jaderná energie v případě velkých hlavních zdrojů k těm nejvýhodnějším.  

Podrobnější rozbor ekologických, ekonomických a politických dopadů využití různých možných zdrojů energie u nás a srovnání dvou analýz budoucnosti naší energetiky (studie firmy Enviros pro Ministerstvo životního prostředí a průběžné výstupy komise Václava Pačese) jsem napsal  pro internetový deník Neviditelný pes.

 

Pro zájemce: detailnější čísla týkající se jaderné energetiky, zásob i těžby uranu a thoria lze nalézt například na stránkách WNA (World Nuclear Association) nebo stránkách Mezinárodní atomové agentury – IAA.

 

Řež, 18. 7. 2008


 

Zpet