Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 189

Kdy nám dojdou zásoby uranu?

Odpověď na tuto otázku se zdá být na první pohled jednoduchá. Uranové zásoby jsou dobře zmapovány a stačí tedy vydělit množství uranu jeho roční spotřebou. Jenže tak jednoduché to bohužel není.

Fotogalerie (6)
V České republice se uranová ruda těží v Dole Rožná u obce Dolní Rožínka

Záleží na proměnných

Ve skutečnosti je ve výpočtu mnoho vstupních proměnných, díky kterým můžeme dojít k diametrálně odlišným výsledkům. Volbou vhodných vstupních hodnot můžeme „vykouzlit“ čísla od několika desítek let do několika milionů let. K prvnímu číslu se zajisté budou přiklánět odpůrci jaderné energetiky ve snaze ukázat, že jaderná energetika nemá budoucnost, k druhému číslu zase fandové jádra či techničtí optimisté.

Specifika uranu a kde všude ho najdeme

Zatímco podstatou ostatních primárních paliv je uhlík, ať už víceméně přímo (uhlí) nebo ve svých sloučeninách (ropa, plyn) a zdrojem energie jeho chemická reakce – hoření, tedy slučování se vzdušným kyslíkem, je zdrojem energie v případě uranu jaderné štěpení. Uran je prvek (kov), a koncentrace v něm ukryté jaderné energie je o několik řádů vyšší než v chemických palivech. Proto nám pro výrobu elektrické energie stačí mnohem méně uranu, než bychom potřebovali například uhlí.

Uran se získává z hornin - uranových rud, kde je zastoupen pouze v malém procentu. Nejlepší rudy obsahovaly až 20 % uranu. Dnes ale těžíme i rudy obsahující pouze 0,01 % uranu, a toto číslo se nejspíše bude dále snižovat. Kromě uranových ložisek je však uran zastoupen prakticky i ve všech horninách, které se na Zemi nacházejí, a to v průměrné koncentraci asi 3 ppm (= parts per milion, tedy pouhých 0,0003 %). Našli byste ho pod svým obydlím, v nitru našich hor i při vaší dovolené u moře - obrovské zásoby uranu jsou ukryté i v mořské vodě. Jeho koncentrace je ale, bohužel, ve většině těchto hornin a v dalších zdrojích velmi nízká. V žule je to asi 4-5 ppm, v mořské vodě tvoří uran dokonce pouhá 0,003 ppm! I přes tak malé číslo se odhaduje, že zásoby uranu v mořích a oceánech jsou asi 4 miliardy tun! Pokusně se z mořské vody podařilo již získat více než 1 kg uranu. Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE) však udává zásoby skoro tisíckrát menší, 5,5 milionů tun. Jak je to možné? Je to totiž odhad jen těch zásob, z nichž by se dal vytěžit kilogram uranu za méně než 130 USD. Navíc se jedná jen o ložiska již zmapovaná, kde šlo tuto cenu stanovit. Celkové zásoby v této cenové kategorii těžby se odhadují asi na 22 Mt.

Spotřeba uranu

Se zásobami uranu úzce souvisí i otázka jeho spotřeby. Zde není situace o nic jednodušší než v předchozím odstavci. V přírodě je uran zastoupen prakticky jen dvěma izotopy – 238U (99,3 %) a 235U (0,7 %). Většina stávajících jaderných elektráren však využívá především izotopu 235U. Lehkovodní reaktory tak využívají jen asi 1 % přírodního uranu. Zbylý uran zůstává v použitém jaderném palivu a v tzv. „ochuzeném uranu“, který zbyl po náročném procesu obohacování uranu. Použité palivo se poté dá dále využít – přepracovat. Můžeme z něj separovat izotopy plutonia a jiných transuranů, které vznikly z uranu v jaderném reaktoru a získat tak o cca 30 % více energie.

Budoucnost rychlých množivých reaktorů

Také izotop 238U je možné energeticky využít. Nejprve z něj musíme vyrobit plutonium 239Pu. Plutonium vzniká i v lehkovodních reaktorech, ale jen v malém množství. Vzniká totiž z uranu dopadem rychlých neutronů, a v lehkovodních reaktorech převládají pomalejší, tzv. „tepelné neutrony“. Pokud je rychlých neutronů dostatek, vznikne v reaktoru více štěpitelných izotopů, než jich bylo třeba pro prvotní dávku rychlých neutronů, a tak se spotřebovává pouze 238U. To vše umí tzv. rychlé množivé reaktory; ty proto mohou ze stejného množství přírodního uranu vyrobit až stokrát více energie než nejpoužívanější lehkovodní reaktory. Přitom jde o vyzkoušené řešení. Prototypy těchto reaktorů v součtu pracovaly více než 300 let. V Rusku již 28 let běží reaktor BN600 s výkonem 560 MW a ve výstavbě je další - BN800. Proč se tyto reaktory nepoužívají, když jsou tak efektivní? Protože jsou složitější a náročnější na technologie - pracují při vyšších teplotách, místo vody využívají k chlazení agresivní a chemicky nebezpečný roztavený sodík, vyžadují vyšší obohacení jaderného paliva na vstupu atd. Z těchto důvodů je výroba komplikovanější a dražší než u jiných jaderných technologií, podle některých informačních zdrojů však pouze o 15 %. Při vyšší ceně uranu se množivé reaktory stávají výhodnějšími. V případě, že s nimi budeme v naší úvaze počítat, vydrží nám zásoby uranu na stonásobnou dobu, navíc nám umožní využívat i mnohem dražší uran, a to včetně uranu z mořské vody, jehož těžba by se stala rentabilní.

Musíme uvažovat i o dalším rozvoji jaderné technologie

V neposlední řadě záleží na počtu reaktorů, resp. jejich produkci, se kterou budeme počítat. Se současnými 439 reaktory, které pokrývají cca 15 % celosvětové spotřeby? Anebo počítáme s tím, že „jádro“ bude, dejme tomu, pokrývat celou současnou spotřebu lidstva? V tom případě by uran vydržel šestkrát kratší dobu. Jak ukazují údaje v tabulkách, počet let, na které nám vystačí uran při daných vstupních parametrech, je odhadnut dvanácti různými číselnými hodnotami (nebo rozsahy).
Problematika zásob uranu je složitá a záleží jen a pouze na hodnotě vstupních parametrů, které si zvolíme – náklady na těžbu uranu, použitou technologii a roční výrobu. Jak naše údaje dokládají, při užití technologií, které jsou dnes dostupné, máme uranu dostatek na několik desítek tisíc let. Počítáme-li s využitím uranu z mořské vody jde o desítky milionů let.

Jinou otázkou je, zda bude výhodné využívat uran v jaderných elektrárnách. To záleží na ostatních „konkurenčních“ technologiích. Nebude v budoucnu výhodnější spalovat v jaderných elektrárnách thorium (kterého je na zemi asi třikrát více než uranu, a které lze využívat již ve stávajících reaktorech) nebo ve fúzních reaktorech deuterium, tritium a lithium? Neobjevíme ještě nějaká další významná ložiska fosilních paliv? Nedojde k rapidnímu snížení nákladů a zvýšení účinnosti obnovitelných zdrojů? Nebo snad dojde k tomu, že budeme energii, ať přímo nebo nepřímo, dovážet z jiných planet, z vesmíru? Na tyto otázky v současnosti nedokáže nikdo z nás odpovědět. To ukáže až budoucnost sama…

Lukáš Rytíř
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Zakladatel moderní fyziky Isaac Newton

Zřejmě největší vědec všech dob – Isaac Newton – žil na přelomu 17. a 18. století v letech 1642 (1643) až 1727. Považuje se za jednoho z nejvýznamnějších vědců všech dob či dokonce za zakladatele moderní fyziky a vědy vůbec. Velice se též zabýval magií.

Richard Laurence MillingtonSynge – objevitel rozdělovací chromatografie

K vědeckým osobnostem, které se podstatnou měrou zasloužily o rozvoj analytické a separační chromatografie, patří britský chemik Richard Laurence Millington Synge. Vloni uplynulo sto let od jeho narození a dvacet let od jeho úmrtí.

Je to tady! Blíží se fúzní elektrárna!

Navzdory všem skeptikům, pochybovačům a „nepřátelům“ práce na projektu fúzní elektrárny začíná. Novinářská kachna? Vůbec ne. Je dobře známo, že ověření vědecké a zejména technologické proveditelnosti fúzního reaktoru leží na bedrech budovaného tokamaku ITER.

Řasy na pomoc životnímu prostředí

Výzkum britských fykologů, zaměřený původně na extrémní biotopy a adaptace řas například vůči překyselenému prostředí vrchovinných rašelinišť nebo vůči zasířené vodě minerálních pramenů, může v průmyslové praxi zásadním způsobem změnit současný pohled ...

Větrné elektrárny – představy a skutečnost

Každý obor lidské činnosti má své vizionáře, vynálezce, objevitele i snílky, Stačí připomenout jména jako Archimédes, Leonardo da Vinci, Bill Gates, Steeve Jobs... Jsou ale i neodbytní vynálezci snad už stovek principů perpetua mobile, a také pozapomenutí ...

Nejnovější video

Vidět zvuk

...a slyšet světlo - to můžete zažít v tomto atraktivním pokusu se zařízením, které se jemenuje Rubensova trubice. Budete-li opatrní s plynovým hořákem, teoreticky si můžete takové zařízení sestrojit i sami. Podstatu pokusu s vysvětlením a návodem najdete zde: http://fyzsem.fjfi.cvut.cz/2010-2011/Zima10/proc/zvuk.pdf

close
detail