Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 215

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

Pozvánka na výstavu Dnešní energetický svět

Jaké známe druhy energie a jak se dostává do našich žárovek? Co je jaderná fúze a kolik energie spotřebuje mikrovlnná trouba? Nejen na tyto otázky naleznete odpověď v Galerii Věda a umění v Akademii věd ČR.

Karel Fragner a základy slavného českého lékárnictví

Farmacie má původ ve starořeckém výrazu „farmakon“ označujícím jedovatou nebo léčivou látku. Významnou osobností, která tomuto oboru, starému jako lidstvo samo, zasvětila život, byl Karel Fragner.

Příběhy látek vytvářejících náš svět

Nakladatelství Dokořán a Argo vydala pod titulem „Podivuhodné příběhy látek, které vytvářejí náš svět“ novou publikaci profesora nauky o materiálech na University King's College London, Marka Andrew Miodovnika (Praha 2016, edice Aliter, 1. vyd., 256 str.

Novinky ze světa diamantů

Téměř současně s uveřejněním článku Marie Dufkové o tajemství vzniku diamantů (http://www.3pol.cz/cz/rubriky/medicina-a-prirodoveda/1867-tajemstvi-vzniku-diamantu ) proběhly v odborném zahraničním tisku dvě aktuality o významných nálezech a zajímavých aktivitách v dané oblasti.

Pozapomenuté výročí českého geologa Františka Pošepného

Letos uplynulo 180 let od narození světoznámého českého geologa a montanisty prof. ing. mont. Františka Pošepného –  jednoho z mnoha českých vědců a vynálezců, jejichž práce byla oceněna mnohem dříve v zahraničí nežli doma.

Nejnovější video

Proč existují přestupné roky

Student FJFI Eduard Šubert vytváří podobná krátká videa popularizující a vysvětlující různé matematické,  fyzikální i společenské jevy a zákonitosti a publikuje je na svém kanále

http://naubrousek.com/youtube

Zdroj: www.Youtube.com

close
detail