WikiDer > Пик урана

Пик урана момент времени, когда максимальная глобальная уран скорость производства достигнута. После этого пика, согласно Теория пика Хабберта, темпы добычи вступают в окончательный спад. Хотя уран используется в ядерное оружие, его основное использование - производство энергии через ядерное деление из уран-235 изотоп в ядерный энергетический реактор.^[1] Каждый килограмм расщепленного урана-235 высвобождает в химических реагентах эквивалент энергии, в миллионы раз превышающий его массу, то есть столько же энергии, сколько 2700 тонн энергии. каменный уголь, а уран-235 составляет всего 0,7% от массы природный уран.^[2] Уран-235 - конечный невозобновляемый ресурс.^[1][3]

Достижения в реактор-размножитель Технологии могут позволить нынешним запасам урана обеспечивать человечество энергией на миллиарды лет, тем самым делая ядерная энергия устойчивая энергия.^[4] Однако в 2010 году Международная группа по расщепляющимся материалам заявила: «После шести десятилетий и затрат, эквивалентных десяткам миллиардов долларов, перспективы создания реакторов-размножителей остаются в основном невыполненными, и в большинстве стран усилия по их коммерциализации неуклонно сокращаются. "^[5] Но в 2016 г. Реактор-размножитель на быстрых нейтронах БН-800 начала промышленную добычу на полную мощность (800 МВт), заменив предыдущую БН-600. По состоянию на 2020 год^{[Обновить]}, китайский CFR-600 строится после успеха Китайский экспериментальный реактор на быстрых нейтронахна базе БН-800. Эти реакторы в настоящее время вырабатывают в основном электроэнергию, а не новое топливо, поскольку изобилие и низкая цена добытого и переработанного оксида урана делает воспроизводство неэкономичным, но они могут переключиться на получение нового топлива и закрыть цикл по мере необходимости.

М. Кинг Хабберт создал свою пиковую теорию в 1956 году для множества конечных ресурсов, таких как уголь, нефть и природный газ.^[6] Он и другие с тех пор утверждали, что если ядерный топливный цикл может быть закрыт, уран может стать эквивалентом возобновляемых источников энергии в том, что касается его доступности.^[7] Разведение и ядерная переработка потенциально позволит извлекать наибольшее количество энергии из природного урана. Однако в настоящее время только небольшое количество урана превращается в плутоний, и лишь небольшое количество делящегося урана и плутония восстанавливается из ядерных отходов во всем мире. Кроме того, пока не существует технологий полного исключения отходов в ядерном топливном цикле.^[8] Поскольку ядерный топливный цикл фактически не закрывается, Теория пика Хабберта может быть применимо.

Пессимистические прогнозы будущего производства высококачественного урана основаны на тезисе о том, что либо пик уже произошел в 1980-х годах, либо второй пик может произойти примерно в 2035 году.

По состоянию на 2017 год^{[Обновить]}, выявленные запасы урана, извлекаемые из расчета 130 долларов США / кг, составили 6,14 млн тонн (по сравнению с 5,72 млн тонн в 2015 году). При уровне потребления в 2017 году этих запасов хватит чуть более чем на 130 лет поставок. Выявленные запасы по состоянию на 2017 г. извлекаемые из расчета 260 долларов США / кг составляют 7,99 млн тонн (по сравнению с 7,64 млн тонн в 2015 году).^[9]

Оптимистические прогнозы поставок ядерного топлива основаны на одном из трех возможных сценариев. Ни то, ни другое в настоящее время не является коммерчески жизнеспособным, поскольку более 80% реакторов в мире - это LWR:

1. Легководные реакторы потребляют лишь около половины одного процента своего уранового топлива, в то время как быстрые реакторы-размножители будет потреблять ближе к 99%,
2. Текущие запасы U составляют около 5,3 млн тонн. Теоретически из морской воды можно получить 4,5 миллиарда тонн урана, что примерно в 10 раз превышает текущую цену урана.^[10] В настоящее время не существует практических методов экстракции большого объема.
3. торий (В 3-4 раза больше, чем уран) может быть использован при истощении запасов урана. Однако в 2010 году Национальная ядерная лаборатория Великобритании (NNL) пришла к выводу, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе «... ториевый топливный цикл в настоящее время не играет роли», поскольку он «технически незрелый и будет требуют значительных финансовых вложений и рисков без явных выгод », и пришел к выводу, что выгоды« завышены ».

Если эти прогнозы станут реальностью, это может значительно увеличить поставки ядерного топлива. В настоящее время, несмотря на десятилетия исследований, в эксплуатации нет коммерческих ториевых реакторов.

Оптимистические прогнозы утверждают, что предложение намного превышает спрос, и не предсказывают пик урана.

Пик Хабберта и уран

Уран-235, делящийся изотоп урана, используемый в ядерных реакторах, составляет около 0,7% урана из руды. Это единственный изотоп природного происхождения, способный напрямую генерировать ядерную энергию, и является конечным невозобновляемым ресурсом. Считается^{[нужна цитата]} что его доступность следует М. Кинг Хаббертпиковую теорию, которая была разработана для описания пик добычи нефти. Хабберт считал нефть ресурсом, который скоро иссякнет, но считал, что уран гораздо более перспективен как источник энергии.^[6] и это реакторы-размножители и ядерная переработка, которые в то время были новыми технологиями, позволили бы урану быть источником энергии в течение очень долгого времени. Технологии, предвиденные Хаббертом, существенно снизят скорость истощения урана-235, но они по-прежнему дороже, чем «однократный» цикл, и на сегодняшний день не получили широкого распространения.^[11] Если использовать эти и другие более дорогостоящие технологии, такие как добыча морской воды, любой возможный пик наступит в очень отдаленном будущем.

Согласно теории пика Хабберта, пики Хабберта - это точки, в которых добыча ресурса достигла своего максимума, и с этого момента скорость добычи ресурса начинает окончательно снижаться. После пика Хабберта скорость предложения ресурса больше не соответствует предыдущему уровню спроса.^[12] В результате закона спрос и предложение, в этот момент рынок переходит от рынок покупателя^[13] к рынок продавца.^[14]

Многие страны не могут больше удовлетворять собственные потребности в уране и вынуждены импортировать уран из других стран. Тринадцать стран достигли пика и исчерпали свои урановые ресурсы.^[15][16]

Как и в случае с любым другим ресурсом природного металла, при каждом десятикратном увеличении стоимости килограмма урана имеется трехсоткратное увеличение количества доступных руд более низкого качества, которые в таком случае становятся рентабельными.^[17]

Спрос на уран

Мировое потребление первичной энергии по видам энергии в тераватт-часы (ТВтч)^[18]

Мировой спрос на уран в 1996 г. превышал 68 килотонны (150×10^⁶ фунт) в год,^[19] ожидалось, что это число увеличится до 80 килотонн (180×10^⁶ фунтов) и 100 килотонн (220×10^⁶ фунтов) в год к 2025 году в связи с вводом в строй новых атомных электростанций.^[20]Однако после остановки многих атомных электростанций после Ядерная катастрофа на Фукусима-дайити в 2011 году спрос упал примерно до 60 килотонны (130×10^⁶ фунт) в 2015 году и выросла до 62,8 килотонн (138×10^⁶ фунт) в 2017 г., при этом прогнозы на будущее неопределенны.^[21]

По данным Cameco Corporation, спрос на уран напрямую зависит от количества электроэнергии, вырабатываемой атомными электростанциями. Мощность реакторов растет медленно, реакторы работают более производительно, с более высокими коэффициентами мощности и уровнями мощности реакторов. Повышение производительности реактора приводит к большему потреблению урана.^[22]

Атомным электростанциям мощностью 1000 мегаватт электроэнергии требуется около 200 тонн (440×10^³ фунт) природного урана в год. Например, в США 103 действующих реактора со средней производственной мощностью 950 МВт, потребляемой более 22 килотонн (49×10^⁶ фунт) природного урана в 2005 г.^[23] По мере увеличения количества атомных электростанций растет и спрос на уран.

Еще один фактор, который следует учитывать, - это рост населения. Потребление электроэнергии частично определяется экономическим ростом и ростом населения. Согласно данным ЦРУ World Factbook, население мира в настоящее время (оценка на июль 2020 года) составляет более 7,7 миллиарда человек, и оно увеличивается на 1,167% в год. Это означает рост примерно на 211 000 человек каждый день.^[24] По оценкам ООН, к 2050 году население Земли составит 9,07 миллиарда человек.^[25] 62% людей будут жить в Африке, Южной Азии и Восточной Азии.^[26] Самый большой класс энергопотребления в истории Земли производится в самых густонаселенных странах мира, в Китае и Индии. Оба планируют масштабные программы расширения ядерной энергетики. К 2020 году Китай намерен построить 32 атомные электростанции мощностью 40 000 МВт.^[27] Согласно Всемирная ядерная ассоциацияИндия планирует ввести в действие ядерные мощности мощностью 20 000 МВт к 2020 году и к 2050 году планирует поставлять 25% электроэнергии за счет ядерной энергетики.^[28] Всемирная ядерная ассоциация считает, что ядерная энергия может снизить нагрузку на ископаемое топливо, создавая новый спрос на электроэнергию.^[29]

Чем больше ископаемого топлива используется для удовлетворения растущих потребностей в энергии растущего населения, тем больше парниковых газов производится. Некоторые сторонники ядерной энергетики считают, что строительство большего количества атомных электростанций может снизить выбросы парниковых газов.^[30] Например, шведская утилита Vattenfall изучили выбросы полного жизненного цикла от различных способов производства электроэнергии и пришли к выводу, что ядерная энергия производит 3,3 г / кВт · ч углекислого газа по сравнению с 400,0 для натуральный газ и 700.0 для каменный уголь.^[31] Другое исследование, однако, показывает, что эта цифра составляет 84–130 г CO2 / кВтч, причем эта цифра резко возрастает по мере того, как в будущем будут использоваться менее концентрированные руды. Он использует более широкий диапазон для рассмотрения, чем другие исследования, включая демонтаж и утилизацию электростанции. В исследовании предполагается, что дизельное топливо используется в тепловых частях процесса добычи урана.^[32]

Поскольку страны не могут обеспечить свои собственные потребности в уране экономически, страны прибегают к импорту урановой руды из других источников. Например, владельцы ядерных реакторов в США купили в 2006 году 67 миллионов фунтов (30 кт) природного урана. По данным Министерства энергетики, из них 84%, или 56 миллионов фунтов (25 кт), были импортированы от иностранных поставщиков.^[33]

Из-за улучшений в газовая центрифуга технологии 2000-х годов, заменив бывшие газодиффузионные установки, дешевле разделительные рабочие единицы позволили экономично производить больше обогащенный уран из заданного количества природного урана путем повторного обогащения хвостов, в конечном итоге оставляя обедненный уран хвост нижнего обогащения. Это несколько снизило спрос на природный уран.^[21]

Поставки урана

Уран естественным образом встречается во многих породах и даже в морской воде. Однако, как и другие металлы, он редко бывает достаточно концентрированным, чтобы его можно было извлечь с экономической точки зрения.^[34] Как и любой другой ресурс, уран нельзя добыть в любой желаемой концентрации. Независимо от технологии, в какой-то момент добыча руды более низкого качества обходится слишком дорого. Один сильно раскритикованный^[35] исследование жизненного цикла Ян Виллем Сторм ван Леувен предположил, что ниже 0,01–0,02% (100–200 частей на миллион) в руде энергия, необходимая для извлечения и обработки руды для подачи топлива, работы реакторов и надлежащей утилизации, приближается к энергии, полученной при использовании урана в качестве делящегося материала в реактор.^[36] Исследователи из Институт Пауля Шеррера кто проанализировал Ян Виллем Сторм ван Леувен Однако в статье подробно описывается ряд неверных предположений Яна Виллема Шторма ван Леувена, которые привели их к этой оценке, включая их предположение о том, что вся энергия, используемая при добыче полезных ископаемых, Олимпийская плотина это энергия, используемая при добыче урана, когда этот рудник представляет собой преимущественно медный рудник, а уран производится только как побочный продукт, наряду с золотом и другими металлами.^[35] В отчете Яна Виллема Сторма ван Леувена также предполагается, что все обогащение осуществляется в более старых и более энергоемких газовая диффузия технологии, однако менее энергоемкие газовая центрифуга технология произвела большую часть обогащенного урана в мире в течение ряда десятилетий.

Оценка ядерной энергетики командой в Массачусетский технологический институт в 2003 году и обновлено в 2009 году, заявили, что:^[37]

Большинство комментаторов приходят к выводу, что полвека беспрепятственного роста возможен, особенно с учетом того, что ресурсы, стоимость которых составляет несколько сотен долларов за килограмм (не оцененных в Красной книге), также были бы экономически целесообразными ... Мы считаем, что мировые поставки урановой руды ограничены. достаточно для запуска 1000 реакторов в течение следующих полувека.

На заре развития ядерной индустрии уран считался очень дефицитным, поэтому замкнутый топливный цикл будет необходимо. Быстрый заводчик реакторы потребуются для создания ядерного топлива для других энергетических реакторов. В 1960-х годах новые открытия запасов и новые методы обогащения урана развеяли эти опасения.^[38]

Горнодобывающие компании обычно рассматривают концентрации, превышающие 0,075% (750 частей на миллион), как руду или породу, которые экономичны для добычи при текущих рыночных ценах на уран.^[39] В земной коре содержится около 40 триллионов тонн урана, но большая его часть распределяется с низкой концентрацией следов на миллион, превышающей 3 * 10.¹⁹ масса тонны.^[40][41] По оценкам, количество, сконцентрированное в рудах, доступных для извлечения по цене менее 130 долларов за кг, может составлять менее одной миллионной от этой суммы.^[15]

Согласно Красной книге ОЭСР, в мире потреблялось 62,8 килотонн (138×10^⁶ фунт) урана в 2017 г.^[9] (по сравнению с 67 узлами в 2002 году). Из них 59 тыс. Тонн произведено из первичных источников.^[43], при этом остаток поступает из вторичных источников, в частности из запасов природных и обогащенный уран, выведенное из эксплуатации ядерное оружие, переработка природного и обогащенного урана и дообогащение обедненный уран хвосты.^[44]

В приведенной выше таблице предполагается, что топливо будет использоваться в горелке LWR. Уран становится намного более экономичным, если его использовать в реакторах с быстрой горелкой, таких как Интегральный быстрый реактор.

Производство

На 10 стран приходится 94% всей добычи урана.

Мировое производство урана 1995–2006 гг.^[46]

Пик урана относится к пику производства урана на всей планете. Как и другие Пики Хабберта, темпы добычи урана на Земле резко упадут. По словам Роберта Вэнса из Агентства по ядерной энергии ОЭСР, мировая добыча урана уже достигла своего пика в 1980 году, составив 69 683 тонны (150×10^⁶ фунт) из U₃О₈ из 22 стран. Однако это не связано с отсутствием производственных мощностей. Исторически сложилось так, что урановые рудники и заводы по всему миру работали примерно на 76% от общей производственной мощности, варьирующейся в диапазоне от 57% до 89%. Низкие темпы производства в значительной степени объясняются избыточными производственными мощностями. Замедление роста ядерной энергетики и конкуренция со стороны вторичного предложения до недавнего времени значительно снижали спрос на свеже добытый уран. Вторичные поставки включают военные и коммерческие запасы, хвосты обогащенного урана, переработанный уран и смешанное оксидное топливо.^[47]

По данным Международное агентство по атомной энергииМировое производство добытого урана дважды достигало пика в прошлом: один раз, примерно в 1960 году, в связи с накоплением запасов для использования в военных целях, и снова в 1980 году в связи с накоплением запасов для использования в коммерческой ядерной энергетике. Примерно до 1990 года добыча урана превышала потребление электростанциями. Но с 1990 года потребление на электростанциях превысило добываемый уран; дефицит восполняется за счет ликвидации военных (за счет вывода из эксплуатации ядерного оружия) и гражданских запасов. Добыча урана увеличилась с середины 1990-х годов, но все еще меньше, чем потребление электростанциями.^[48]

Ведущие производители урана в мире Казахстан (39% мирового производства), Канада (22%) и Австралия (10%). Другие крупные производители включают Намибия (6.7%), Нигер (6%) и Россия (5%).^[9] В 1996 году в мире было произведено 39 килотонн (86×10^⁶ фунт) урана.^[49] В 2005 году мировая добыча первичной добычи составила 41 720 тонн (92×10^⁶ фунт) урана, ^[46] 62% требований энергокомпаний. В 2017 году производство увеличилось до 59 462 тонн, что составляет 93% от потребности. ^[43]. Остаток поступает из запасов, имеющихся у коммунальных предприятий и других компаний топливного цикла, запасов у правительств, использованного реакторного топлива, которое было переработано, переработанных материалов из военных ядерных программ и урана в запасах обедненного урана.^[50] Плутоний из демонтированных арсеналов ядерного оружия времен холодной войны будет исчерпан к 2013 году. Промышленность пытается найти и разработать новые урановые рудники, в основном в Канаде, Австралии и Казахстане. Те, что разрабатывались в 2006 году, восполнят половину этого пробела.^[51]

Из десяти крупнейших урановых рудников в мире (Мак-Артур-Ривер, Рейнджер, Россинг, Краснокаменск, Олимпийская плотина, Рэббит-Лейк, Акута, Арлит, Беверли и МакКлин-Лейк) к 2020 году шесть будут истощены, два - в своих На заключительных этапах один будет модернизироваться, а другой - производить.^[52]

Мировое добыча полезных ископаемых упала на 5% в 2006 году по сравнению с 2005 годом. Крупнейшие производители, Канада и Австралия, продемонстрировали падение на 15% и 20%, и только Казахстан показал рост на 21%.^[53] Это можно объяснить двумя крупными событиями, которые замедлили мировую добычу урана. Шахта Cameco в Канаде Сигарное озеро является крупнейшим в мире урановым рудником с самым высоким содержанием золота. В 2006 году он затопил, а затем снова затопил в 2008 году (после того, как Cameco потратила 43 миллиона долларов - большую часть денег, отложенных - на решение проблемы), в результате чего Cameco перенесла самый ранний срок запуска Cigar Lake на 2011 год.^[54] Кроме того, в марте 2007 года рынок пережил еще один удар, когда циклон обрушился на рудник Рейнджер в Австралии, на котором добывается 5500 тонн (12×10^⁶ фунт) урана в год. Владелец рудника, Energy Resources of Australia, объявил о форс-мажорных обстоятельствах в отношении поставок и сказал, что производство будет затронуто во второй половине 2007 года.^[55] Это заставило некоторых предположить, что пик урана достиг.^[56]В январе 2018 года рудник МакАртур-Ривер в Канаде приостановил добычу, с 2007 по 2017 год на руднике производилось 7000-8000 тонн урана в год. Владелец рудника Cameco назвал низкие рыночные цены на уран причиной остановки производства и заявляет о росте добычи до нормального состояния потребуется 18-24 месяца, когда будет принято решение о повторном открытии рудника.^[57]

Основные источники

Около 96% мировых запасов урана находится в этих десяти странах: Австралии, Канаде, Казахстане, Южной Африке, Бразилии, Намибии, Узбекистане, США, Нигере и России.^[58] Из них основными производителями являются Казахстан (39% мирового производства), Канада (22%) и Австралия (10%) являются основными производителями.^[9] В 1996 году в мире было добыто 39 000 тонн урана,^[59] а в 2005 году в мире было произведено 41 720 тонн урана,^[46]. В 2017 году этот показатель вырос до 59 462 тонн, что составляет 93% мирового спроса.

Различные агентства пытались оценить, как долго хватит этих первичных ресурсов, предполагая, что однократный цикл. В 2001 году Европейская комиссия заявила, что при нынешнем уровне потребления урана известных запасов урана хватит на 42 года. При добавлении к военным и вторичным источникам ресурсы могут быть увеличены до 72 лет. Тем не менее, этот уровень использования предполагает, что ядерная энергия по-прежнему обеспечивает лишь часть мирового энергоснабжения. Если увеличить электрическую мощность в шесть раз, то 72-летнего отпуска хватит всего на 12 лет.^[60] Существующие в мире измеренные ресурсы урана, экономически извлекаемые по цене 130 долларов США за кг, согласно отраслевым группам. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), Агентство по ядерной энергии (NEA) и Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), при нынешних темпах потребления хватит на «не менее века».^[61][62] Согласно Всемирная ядерная ассоциация, еще одна отраслевая группа, исходя из текущих темпов потребления в мире 66 500 тонн урана в год и имеющихся в мире измеренных ресурсов урана (4,7–5,5 млн тонн урана).^[61]) хватит примерно на 70–80 лет.^[63]

Резервы

Запасы - наиболее доступные ресурсы. Ресурсы, о существовании которых известно и которые легко добыть, называются «известными традиционными ресурсами». Ресурсы, которые считаются существующими, но еще не были добыты, классифицируются как «неоткрытые традиционные ресурсы».^[64]

Известные ресурсы урана представляют собой более высокий уровень гарантированных ресурсов, чем обычно для большинства полезных ископаемых. Дальнейшая разведка и более высокие цены, безусловно, на основе нынешних геологических знаний, приведут к появлению дополнительных ресурсов по мере использования имеющихся. В период с 1985 по 2005 годы разведка урана велась очень мало, поэтому значительное увеличение разведочных работ, которое мы сейчас наблюдаем, могло легко удвоить известные экономические ресурсы. На основе аналогий с другими металлическими полезными ископаемыми можно ожидать, что удвоение цены по сравнению с уровнем цен в 2007 году со временем приведет к примерно десятикратному увеличению измеряемых ресурсов.^[65]

Известные обычные ресурсы

Известными традиционными ресурсами являются «разумно гарантированные ресурсы» и «предполагаемые дополнительные ресурсы-I».^[64]

В 2006 году считалось, что около 4 миллионов тонн условных ресурсов будет достаточно при текущих темпах потребления примерно на шесть десятилетий (4,06 миллиона тонн при 65 000 тонн в год).^[66] В 2011 году это оценивалось в 7 миллионов тонн. Разведка урана увеличилась. С 1981 по 2007 год годовые затраты на разведку незначительно выросли - с 4 миллионов долларов США до 7 миллионов долларов США. В 2011 году эта цифра резко возросла до 11 миллионов долларов США.^[38] Потребление урана составляет около 75 000 т в год. Это меньше, чем производство, и требует использования имеющихся запасов.

Около 96% мировых запасов урана находится в этих десяти странах: Австралии, Канаде, Казахстане, Южной Африке, Бразилии, Намибии, Узбекистане, США, Нигере и России.^[58] Самые большие в мире месторождения урана находятся в трех странах. Австралия имеет чуть более 30% разумно гарантированных мировых ресурсов и предполагаемых ресурсов урана - около 1,673 мегатонны (3,69×10^⁹ фунт).^[34]Казахстан обладает около 12% мировых запасов или около 651 килотонн (1,4×10^⁹ фунт).^[63] А в Канаде 485 килотонн (1100×10^⁶ фунт) урана, что составляет около 9%.^[34]

Некоторые страны Европы больше не добывают уран (Восточная Германия (1990 г.), Франция (2001 г.), Испания (2002 г.) и Швеция (1969 г.)); они не были крупными производителями.^[16]

Неизвестные традиционные ресурсы

Неоткрытые традиционные ресурсы можно разделить на две классификации: «Предполагаемые дополнительные ресурсы-II» и «Спекулятивные ресурсы».^[64]

Потребуются значительные усилия по разведке и разработке, чтобы найти оставшиеся месторождения и начать их разработку. Однако, поскольку в настоящее время география всей Земли на предмет урана еще не исследована, потенциал для обнаружения полезных ископаемых все еще существует.^[67] В Красной книге ОЭСР указаны районы, все еще открытые для исследования во всем мире. Многие страны проводят полные радиометрические исследования с использованием аэромагнитных градиентометров, чтобы оценить размер своих неоткрытых полезных ископаемых. В сочетании с гамма-съемкой эти методы позволяют обнаружить неоткрытые залежи урана и тория.^[68] Министерство энергетики США провело первую и единственную национальную оценку урана в 1980 году - Национальную программу оценки урановых ресурсов (NURE).^[69]

Вторичные ресурсы

Вторичные ресурсы - это, по сути, рекуперированный уран из других источников, таких как ядерное оружие, запасы, переработка и повторное обогащение. Поскольку вторичные ресурсы имеют чрезвычайно низкие затраты на открытие и очень низкие производственные затраты, они могли вытеснить значительную часть первичной добычи. Вторичный уран был и доступен практически мгновенно. Однако нового первичного производства не будет. По сути, вторичная подача - это «единовременная» конечная подача, за исключением переработанного топлива.^[70]

Добыча урана носит циклический характер, в 2009 году 80% потребностей электроэнергетики обеспечивались шахтами, в 2017 году этот показатель вырос до 93%. ^[43][9]. Остаток поступает из запасов, имеющихся у коммунальных предприятий и других компаний топливного цикла, запасов у правительств, использованного реакторного топлива, которое было переработано, переработанных материалов из военных ядерных программ и урана в запасах обедненного урана.^[71]

Плутоний из демонтированных арсеналов ядерного оружия времен холодной войны был основным источником ядерного топлива в соответствии с "Мегатонны в Мегаватты», которая завершилась в декабре 2013 года. В отрасли были разработаны новые урановые рудники, особенно в Казахстане, на долю которого в настоящее время приходится 31% мировых поставок.^[43][9]

Запасы

Инвентаризация ведется различными организациями - государственными, коммерческими и другими.^[72][73]

Соединенные штаты DOE ведет инвентаризацию для обеспечения безопасности поставок на случай чрезвычайных ситуаций, когда уран недоступен по любой цене.^[74] В случае серьезного перебоя с поставками у Департамента может не хватить урана для покрытия острой нехватки урана в Соединенных Штатах.^{[нужна цитата]}

Списание ядерного оружия

И США, и Россия обязались переработать свое ядерное оружие в топливо для производства электроэнергии. Эта программа известна как Программа из мегатонн в мегаватты.^[75] Пуховое смешивание 500 тонн (1100×10^³ фунта) российского оружия с высоким обогащением урана (ВОУ) приведет к потере около 15 килотонн (33000×10^³ фунт) низкообогащенного урана (НОУ) за 20 лет. Это эквивалентно примерно 152 килотоннам (340×10^⁶ фунт) природного U, или чуть более чем вдвое больше мирового спроса. С 2000 г. 30 тонн (66×10^³ фунтов) ВОУ военного назначения вытесняет около 10,6 килотонн (23×10^⁶ фунт) годового производства рудника оксида урана, что составляет около 13% мировых потребностей в реакторах.^[76]

Плутоний, извлеченный из ядерного оружия или других источников, можно смешать с урановым топливом для получения смешанного оксидного топлива. В июне 2000 года США и Россия договорились утилизировать 34 килотонны (75×10^⁶ lb) каждый из оружейного плутония к 2014 году. США обязались продолжить самофинансируемую программу двойного пути (иммобилизация и МОКС-топливо). Страны "большой семерки" выделили 1 миллиард долларов на реализацию программы России. Последний изначально был МОКС-топливом специально разработан для реакторов ВВЭР, российской версии реактора с водой под давлением (PWR), высокая стоимость объясняется тем, что это не было частью политики России в области топливного цикла. Это МОКС-топливо для обеих стран эквивалентно примерно 12 килотоннам (26×10^⁶ фунт) природного урана.^[77] У США также есть обязательства по утилизации 151 тонны (330×10^³ фунт) безотходного ВОУ.^[78]

Программа «Мегатонны в мегаватты» завершилась в 2013 году.^{[75][неудачная проверка]}

Переработка и переработка

Ядерная переработка, иногда называемое рециклингом, является одним из методов смягчения возможного пика добычи урана. Это наиболее полезно как часть ядерный топливный цикл использование реакторы на быстрых нейтронах поскольку переработанный уран и реакторный плутоний оба имеют изотопный состав, не оптимальный для использования в современных реакторы на тепловых нейтронах. Хотя переработка ядерного топлива проводится в нескольких странах (Франция, объединенное Королевство, и Япония) Президент США запретил переработку в конце 1970-х из-за высоких затрат и риска распространение ядерного оружия через плутоний. В 2005 году законодатели США предложили программу по переработке отработавшего топлива, накопившегося на электростанциях. При нынешних ценах такая программа значительно дороже, чем утилизация отработавшего топлива и добыча свежего урана.^[11]

В настоящее время в мире насчитывается одиннадцать перерабатывающих заводов. Два из них являются крупными промышленными установками по переработке отработавших тепловыделяющих элементов легководных реакторов с производительностью более 1 килотонны (2,2×10^⁶ фунт) урана в год. Это Ла Гаага, Франция с мощностью 1,6 килотонн (3,5×10^⁶ фунт) в год и Селлафилд, Англия - 1,2 килотонны (2,6×10^⁶ фунт) урана в год. Остальные - небольшие экспериментальные заводы.^[79] Два крупных промышленных предприятия по переработке вместе могут перерабатывать 2800 тонн урановых отходов в год.^[80]

Большинство из отработанное топливо компоненты могут быть восстановлены и переработаны. Около двух третей запасов отработавшего топлива в США составляет уран. Сюда входит остаточный делящийся уран-235, который может быть переработан непосредственно в качестве топлива для тяжеловодные реакторы или снова обогащенный для использования в качестве топлива в легководные реакторы.^[81]

Плутоний и уран можно химически отделить от отработавшего топлива. При переработке отработавшего ядерного топлива с использованием стандарт де-факто PUREX В этом методе плутоний и уран извлекаются отдельно. Отработанное топливо содержит около 1% плутония. Плутоний реакторного качества содержит Pu-240, который имеет высокую скорость самопроизвольного деления, что делает его нежелательным загрязнителем при производстве безопасного ядерного оружия. Тем не менее, ядерное оружие можно создать из плутония реакторного качества.^[82]

Отработанное топливо в основном состоит из урана, большая часть которого не была израсходована или преобразована в ядерном реакторе. При типичной концентрации около 96% по массе в отработанном ядерном топливе уран является крупнейшим компонентом отработанного ядерного топлива.^[83] Состав регенерированного урана зависит от времени, в течение которого топливо находилось в реакторе, но в основном это уран-238, около 1% уран-235, 1% уран-236 и меньшие количества других изотопов, включая уран-232. Однако регенерированный уран также является отходом, поскольку он загрязнен и нежелателен для повторного использования в реакторах.^[84] При облучении в реакторе уран сильно модифицируется. Уран, покидающий завод по переработке, содержит все изотопы урана между уран-232 и уран-238 Кроме уран-237, который быстро превращается в нептуний-237. Нежелательные изотопные загрязнители:

• Уран-232 (продукты распада которого испускают сильное гамма-излучение, что затрудняет обращение с ним), и
• Уран-234 (который является плодородным материалом, но может влиять на реакционную способность иначе, чем уран-238).
• Уран-236 (который влияет на реактивность и поглощает нейтроны без деления, становясь нептуний-237 который является одним из самых сложных изотопов для длительного захоронения в глубоком геологическом хранилище)
• Дочерние продукты урана-232: висмут-212, таллий-208.^[85]

В настоящее время переработка и использование плутония в качестве реакторного топлива намного дороже, чем использование уранового топлива и непосредственная утилизация отработавшего топлива, даже если топливо перерабатывается только один раз.^[84] Однако ядерная переработка становится более экономически привлекательной по сравнению с добычей большего количества урана по мере роста цен на уран.

Общий коэффициент извлечения 5 килотонн (11×10^⁶ фунт) / год от переработки в настоящее время составляет лишь небольшую часть по сравнению с растущим разрывом между требуемой скоростью 64,615 килотонн (142,45×10^⁶ фунт) / год и скорость, с которой первичная поставка урана обеспечивает 46,403 килотонны (102,30×10^⁶ фунт) / год.

Возврат энергии на затраченную энергию (EROEI) при переработке урана является весьма положительным, хотя и не таким положительным, как добыча и обогащение урана, и этот процесс можно повторить. Дополнительные заводы по переработке могут принести некоторую экономию за счет масштаба.^{[нужна цитата]}

Основные проблемы с переработкой урана - это стоимость добытого урана по сравнению со стоимостью переработки,^[11][86] риски распространения ядерного оружия, риск серьезного изменения политики, риск больших затрат на очистку, строгие правила для перерабатывающих предприятий и антиядерное движение^{[нужна цитата]}.

Нетрадиционные ресурсы

Нетрадиционные ресурсы - это явления, требующие новых технологий для их разработки и / или использования. Часто нетрадиционные ресурсы встречаются с низкой концентрацией. Разработка нетрадиционного урана требует дополнительных усилий в области исследований и разработок, в которых нет непосредственной экономической необходимости, учитывая большую базу традиционных ресурсов и возможность переработка отработанное топливо.^[87] Фосфаты, морская вода, зола урансодержащих углей и некоторые виды горючие сланцы являются примерами нетрадиционных ресурсов урана.

Фосфаты

Стремительный рост цен на уран может вызвать длительные бездействующие операции по извлечению урана из фосфата. Уран встречается в концентрациях от 50 до 200 частей на миллион в фосфатно-насыщенной земле или фосфоритная руда. По мере роста цен на уран некоторые страны проявили интерес к добыче урана из фосфоритов, которые обычно используются в качестве основы для фосфорных удобрений.^[88]

Во всем мире около 400 мокрых процессов фосфорная кислота заводы были в эксплуатации. Предполагая, что среднее извлекаемое содержание урана составляет 100 частей на миллион и что цены на уран не увеличиваются, так что основное использование фосфатов удобрения, этот сценарий приведет к максимальной теоретической годовой выработке 3,7 килотонн (8,2×10^⁶ фунт) U₃О₈.^[89]

Исторические операционные затраты на извлечение урана из фосфорной кислоты варьируются от 48 до 119 долларов за кг урана.₃О₈.^[90] В 2011 г. средняя цена, уплаченная за U₃О₈ в США - 122,66 доллара за кг.^[91]

В фосфатных месторождениях находится 22 миллиона тонн урана. Восстановление урана из фосфатов - это Зрелая технология;^[87] он использовался в Бельгии и США, но высокие затраты на извлечение ограничивают использование этих ресурсов, с расчетными производственными затратами в диапазоне 60–100 долларов США / кгU, включая капитальные вложения, согласно отчету ОЭСР за 2003 год для новых 100 тУ / год по проекту.^[44]

Морская вода

Нетрадиционные ресурсы урана включают до 4000 мегатонн (8 800×10^⁹ фунт) урана, содержащегося в морской воде. Несколько технологий извлечения урана из морской воды были продемонстрированы в лабораторных условиях.

В середине 1990-х годов затраты на добычу оценивались в 260 доллар США/ кгU (Нобукава и др., 1994), но увеличение производства на лабораторном уровне до тысяч тонн не доказано и может столкнуться с непредвиденными трудностями.^[92]

Один метод извлечение урана из морской воды использует нетканый материал, специфичный для урана, в качестве абсорбента. Общее количество урана, извлеченного в эксперименте в 2003 году из трех сборных ящиков, содержащих 350 кг ткани, составило> 1 кг желтого пирога после 240 дней погружения в океан.^[93]По данным ОЭСР, уран может быть извлечен из морской воды этим методом по цене около 300 долларов США / кгU.^[44]

В 2006 году та же исследовательская группа заявила: «Если 2 г-U / кг адсорбента погружают в воду на 60 дней и используют 6 раз, стоимость урана оценивается в 88 000 единиц. JPY/ кгU, включая затраты на производство адсорбента, сбор урана и очистку урана. Когда становится возможным извлечение 6 г урана на кг адсорбента и 20 или более повторений, стоимость урана снижается до 15 000 иен. Этот уровень цен эквивалентен самой высокой стоимости добываемого урана. Наименьшая доступная стоимость составляет 25 000 иен при использовании адсорбента 4 г-U / кг в морском районе Окинавы с 18 повторениями. В этом случае первоначальные инвестиции для сбора урана из морской воды составляют 107,7 миллиарда иен, что составляет 1/3 стоимости строительства атомной электростанции мощностью один миллион киловатт ».^[94]

В 2012, ORNL Исследователи объявили об успешной разработке нового абсорбирующего материала, получившего название HiCap, который значительно превосходит предыдущие лучшие адсорбенты, которые удерживают на поверхности твердые или газовые молекулы, атомы или ионы. «Мы показали, что наши адсорбенты могут извлекать в пять-семь раз больше урана при скорости поглощения в семь раз быстрее, чем лучшие адсорбенты в мире», - сказал Крис Янке, один из изобретателей и член Отделения материаловедения и технологий ORNL. HiCap также эффективно удаляет токсичные металлы из воды, согласно результатам, подтвержденным исследователями Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория.^{[95][96][97][98][99]}

Среди других методов извлечения урана из морской воды многообещающими кажутся два: цветение водорослей концентрировать уран^[100]и наномембранная фильтрация.^[101]

На сегодняшний день в лаборатории из морской воды извлечено не более чем очень небольшое количество урана.^[87]

Зола ураносодержащих углей

Годовой выпуск «технологически усиленного» / концентрированного Радиоактивный материал природного происхождения, уран и торий радиоизотопы естественно содержится в угле и концентрируется в тяжелых / нижних угольная зола и в воздухе летучая зола.^[102] Как и предсказывал ORNL общая сумма составит 2,9 миллиона тонн за период с 1937 по 2040 годы в результате сжигания примерно 637 миллиардов тонн угля во всем мире.^[103]

В частности, объекты атомной энергетики производят около 200 тыс. Т. отходы низкого и среднего уровня активности (НСАО) и 10 000 метрических тонн высокоактивные отходы (ВАО) (включая отработавшее топливо, определенное как отходы) ежегодно во всем мире.^[104]

Хотя средняя концентрация в угле перед сжиганием составляет всего несколько частей на миллион (хотя и больше в золе), теоретический максимальный энергетический потенциал микропримесей урана и тория в угле (в реакторы-размножители) фактически превышает энергию, выделяемую при сжигании самого угля, согласно исследованию Национальная лаборатория Окриджа.^[103]

С 1965 по 1967 год Union Carbide управлял мельницей в Северная Дакота, США сжигают ураноносные лигнит и извлечение урана из золы. Завод произвел около 150 тонн урана.₃О₈ перед выключением.^[105]

Международный консорциум приступил к изучению коммерческой добычи урана из золы ураносодержащих углей на угольных электростанциях, расположенных в провинции Юньнань, Китай.^[87] Первое лабораторное количество желтого урана, извлеченного из золы ураносодержащих углей, было объявлено в 2007 году.^[106] На трех угольных электростанциях в Сяолунтане, Далунтане и Кайюане свалены отходы золы. Первоначальные испытания кучи пепла в Сяолунтане показали, что этот материал содержит (160–180 частей на миллион урана), что предполагает общую массу около 2,085 килотонн (4,60×10^⁶ фунт) U₃О₈ можно было извлечь только из этой кучи пепла.^[106]

Горючие сланцы

Некоторые горючие сланцы содержат уран, который может быть извлечен как побочный продукт. В период с 1946 по 1952 г. Диктионема сланец использовался для уран производство в Силламяэ, Эстония, а с 1950 по 1989 гг. квасцы сланец использовался в Швеции с той же целью.^[107]

Разведение

Реактор-размножитель производит больше ядерного топлива, чем потребляет, и, таким образом, может увеличить запасы урана. Обычно он превращает доминирующий изотоп в природном уране, уран-238, в делящийся плутоний-239. Это приводит к стократному увеличению количества энергии, производимой на единицу массы урана, поскольку U-238, составляющий 99,3% природного урана, не используется в обычных реакторах, которые вместо этого используют U-235, составляющий только 0,7% от общего количества урана. природный уран.^[108] В 1983 г. физик Бернард Коэн предположил, что мировые запасы урана фактически неисчерпаемы и поэтому могут рассматриваться как форма Возобновляемая энергия.^[7][109] Он утверждает, что быстрые реакторы-размножители, питаемый естественно восполняемым ураном-238, извлеченным из морской воды, мог бы обеспечивать энергией, по крайней мере, столько же, сколько ожидаемый оставшийся срок жизни Солнца в пять миллиардов лет.^[7] делая их такими же устойчивыми с точки зрения доступности топлива, Возобновляемая энергия источники. Несмотря на эту гипотезу, не существует известного экономически целесообразного метода извлечения достаточного количества из морской воды. Экспериментальные методы изучаются.^[110][111]

Есть два типа заводчиков: быстрые заводчики и термические заводчики.

Быстрый заводчик

Быстрый заводчик, помимо потребления U-235, преобразует плодородный U-238 в Pu-239, а делящийся топливо. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах более дороги в строительстве и эксплуатации, включая переработку, и могут быть экономически оправданы только в том случае, если цены на уран вырастут до цен, существовавших до 1980 года в реальном выражении. Около 20^{[нужна цитата]} реакторы на быстрых нейтронах уже работают, некоторые с 1950-х годов, а один поставляет электроэнергию на коммерческой основе. Накоплен реакторный опыт эксплуатации более 300 лет. Помимо значительного увеличения запаса пригодного для эксплуатации топлива, эти реакторы имеют преимущество в том, что они производят менее долговечные трансурановый отходы, и может потреблять ядерные отходы от текущих легководные реакторы, генерируя энергию в процессе.^[112] В нескольких странах есть программы исследований и разработок для улучшения этих реакторов. Например, во Франции есть сценарий, согласно которому половина нынешних ядерных мощностей будет заменена реакторами на быстрых нейтронах к 2050 году. Китай, Индия и Япония планируют крупномасштабное использование реакторов-размножителей в ближайшие десятилетия.^[113] (После кризиса на японской атомной электростанции Fukishima Daiichi в 2011 году Япония пересматривает свои планы в отношении будущего использования ядерной энергии. (Видеть: Ядерная катастрофа на Фукусима-дайити: последствия для энергетической политики.))

Воспроизводство плутониевого топлива в Реакторы на быстрых нейтронах (FBR), известная как плутониевая экономика, какое-то время считалось будущим ядерной энергетики. Но многие коммерческие реакторы-размножители, которые были построены, были пронизаны техническими и бюджетными проблемами. Некоторые источники, критикующие реакторы-размножители, зашли так далеко, что назвали их Сверхзвуковой транспорт 80-х.^[114]

Урана оказалось гораздо больше, чем предполагалось, и цена на уран быстро снизилась (с резким скачком вверх в 1970-х годах). Вот почему США прекратили их использование в 1977 году.^[115] и Великобритания отказалась от этой идеи в 1994 году.^[116]

Быстрые реакторы-размножители называются быстрыми, потому что в них нет Модератор замедляя нейтроны (легкая вода, тяжелая вода или же графит) и производят больше топлива, чем потребляют. Таким образом, слово «быстрый» в терминологии «быстрые размножители» относится к скорости нейтронов в активной зоне реактора. Чем выше энергия нейтронов, тем выше коэффициент воспроизводства или тем больше урана превращается в плутоний.

С FBR возникли серьезные технические и материальные проблемы, а геологические исследования показали, что дефицит урана не будет проблемой в течение некоторого времени. К 1980-м годам из-за обоих факторов стало ясно, что FBR не будут коммерчески конкурентоспособны с существующими легководными реакторами. Экономика реакторов FBR по-прежнему зависит от стоимости плутониевого топлива, которое производится, по сравнению со стоимостью свежего урана.^[117] В нескольких странах продолжаются исследования с работающими прототипами. Феникс во Франции Реактор БН-600 в России, а Monju в Японии.^[118]

16 февраля 2006 г. США, Франция и Япония подписали соглашение об исследованиях и разработке реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем в поддержку проекта. Глобальное партнерство в области ядерной энергии.^[119] Реакторы-размножители также изучаются в рамках Реактор IV поколения программа.

Ранние прототипы страдали от проблем. Жидкость натрий Охлаждающая жидкость легко воспламеняется, воспламеняется при контакте с воздухом и взрывается при контакте с водой. Быстрый заводчик Японии Атомная электростанция Монжу планируется открыть в 2008 году, через 13 лет после серьезной аварии и пожара, вызванного утечкой натрия. В 1997 году Франция остановила свой реактор Суперфеникс, а Феникс, построенный ранее, закрылся, как и планировалось, в 2009 году.^[120][121]

При более высоких ценах на уран реакторы-размножители может быть экономически оправданным. Многие страны имеют постоянные программы исследований селекционеров. Китай, Индия и Япония планируют широкомасштабное использование реакторов-размножителей в ближайшие десятилетия. На них накоплен 300 реакторно-летний опыт эксплуатации.^[113]

По состоянию на июнь 2008 г. имеется только два действующих коммерческих селекционера, а скорость производства реакторного плутония очень мала (20 тонн в год). Плутоний реакторного качества перерабатывается в МОКС-топливо. Помимо темпов добычи урана (46 403 тонны в год), этого недостаточно для предотвращения пика добычи урана; Однако это происходит только потому, что добываемого и переработанного оксида урана много и он дешев, поэтому создание нового топлива неэкономично. Они могут переключаться на производство большого количества нового топлива по мере необходимости, и за короткий промежуток времени можно построить гораздо больше реакторов-воспроизводителей.

Термальный заводчик

Торий представляет собой альтернативный топливный цикл урана. Тория в три раза больше, чем урана. Торий-232 сам по себе не делящийся, но плодородный. Его можно превратить в делящийся уран-233 в реакторе-размножителе. В свою очередь, уран-233 может быть расщеплен с тем преимуществом, что меньшие количества трансурановые вещества производятся захват нейтронов, в сравнении с уран-235 и особенно по сравнению с плутоний-239.

Несмотря на ториевый топливный цикл имея ряд привлекательных особенностей, разработка в больших масштабах может столкнуться с трудностями:^[122]

• Полученное в результате топливо U-233 дорого в производстве.
• Химически отделенный от облученного ториевого топлива U-233 очень радиоактивен.
• Выделенный U-233 всегда загрязнен следами U-232.
• Торий трудно утилизировать из-за высокой радиоактивности Th-228.
• Если U-233 можно отделить самостоятельно, это станет риском распространения оружия.
• И есть технические проблемы при переработке.

Сторонники жидкого ядра и реакторы на расплаве солей Такие как LFTR утверждают, что эти технологии устраняют вышеупомянутые недостатки тория, присущие твердотопливным реакторам.

Первый успешный промышленный реактор на Электростанция Indian Point в Бьюкенен, Нью-Йорк (Индийский пункт 1) работает на тории. Первое ядро ​​не оправдало ожиданий.^[123]

Интерес Индии к торию обусловлен их значительными запасами. Почти треть мировых запасов тория находится в Индии.^[124] Министерство по атомной энергии Индии (DAE) заявляет, что построит прототип реактора мощностью 500 МВт в Калпаккаме. Планируется построить четыре реактора-размножителя по 500 МВт каждый - два в Калпаккаме и еще два в еще не определенном месте.^[125]

Китай инициировал проект исследований и разработок в области технологии реактора-размножителя на расплавленной соли тория.^[126] Об этом было официально объявлено на Китайская Академия Наук (CAS) ежегодная конференция в январе 2011 г. Ее конечная цель - исследовать и разработать ядерную систему размножителя на основе расплавленной соли на основе тория примерно за 20 лет.^{[127][128][129]} Исследовательский МСР мощностью 5 МВт (эл.^[130]

Разрыв спроса и предложения

Из-за сокращения запасов ядерного оружия было высвобождено большое количество бывшего оружейного урана для использования в гражданских ядерных реакторах. В результате, начиная с 1990 года, значительная часть потребностей в урановой ядерной энергии обеспечивалась за счет бывшего оружейного урана, а не вновь добытого урана. В 2002 г. добытый уран обеспечивал лишь 54% потребности ядерной энергетики.^[131] Но по мере того, как поставки бывшего оружейного урана были израсходованы, добыча увеличилась, так что в 2012 году добыча обеспечивала 95 процентов потребностей реакторов, а Агентство по ядерной энергии OCED и Международное агентство по атомной энергии прогнозировали, что дефицит в поставках будет сокращаться. полностью стерта в 2013 году.^[62][132]

Спрос на уран, добыча и дефицит урана^[23]

Страна	Требуемый уран 2006–08 гг.[133]	% мирового спроса	Местное горное производство 2006[134]	Дефицит (-излишек)
Соединенные Штаты	18 918 тонн (42×10^6 фунт)	29.3%	2000 тонн (4,4×10^6 фунт)	16 918 тонн (37×10^6 фунт)
Франция	10 527 тонн (23×10^6 фунт)	16.3%	0	10 527 тонн (23×10^6 фунт)
Япония	7 659 тонн (17×10^6 фунт)	11.8%	0	7 659 тонн (17×10^6 фунт)
Россия	3365 тонн (7,4×10^6 фунт)	5.2%	4009 тонн (8,8×10^6 фунт)	−644 тонны (−1,4×10^6 фунт)
Германия	3332 тонны (7,3×10^6 фунт)	5.2%	68,03 тонны (0,1500×10^6 фунт)	3264 тонны (7,2×10^6 фунт)
Южная Корея	3109 тонн (6,9×10^6 фунт)	4.8%	0	3109 тонн (6,9×10^6 фунт)
объединенное Королевство	2199 тонн (4,8×10^6 фунт)	3.4%	0	2199 тонн (4,8×10^6 фунт)
Остальной мир	15 506 тонн (34×10^6 фунт)	24.0%	40 327 тонн (89×10^6 фунт)	−24 821 тонна (−55×10^6 фунт)
Общий	64 615 тонн (140×10^6 фунт)	100.0%	46 403 тонны (100×10^6 фунт)	18 211 тонн (40×10^6 фунт)

Для отдельных наций

Одиннадцать стран, Германия, Чешская Республика, Франция, Демократическая Республика Конго, Габон, Болгария, Таджикистан, Венгрия, Румыния, Испания, Португалия, Аргентина, пережили пик производства урана и полагаются на импорт для своих ядерных программ.^[15][16] Другие страны достигли пика добычи урана и в настоящее время сокращаются.

• Германия - Между 1946 и 1990 годами Wismut, бывшая уранодобывающая компания в Восточной Германии, произвела в общей сложности около 220 килотонн (490 килотонн).×10^⁶ фунт) урана. Во время своего пика производство превышало 7 килотонн (15×10^⁶ фунт) в год. В 1990 году добыча урана была прекращена в результате объединения Германии.^[15] Компания не могла конкурировать на мировом рынке. Себестоимость его урана в три раза превышала мировую.^[135]

• Индия - Индия, уже достигнув пика производства, оказывается перед трудным выбором между использованием своих скромных и истощающихся урановых ресурсов в качестве источника для продолжения своих программ вооружений или возможностью использовать их для производства электроэнергии.^[136] Поскольку в Индии много торий резервов, переходит на ядерные реакторы с ториевый топливный цикл.

• Швеция - Швеция начала добычу урана в 1965 году, но никогда не приносила прибыли. Они прекратили добычу урана в 1969 году.^[137] Затем Швеция приступила к реализации масштабного проекта по созданию американских легководных реакторов. В настоящее время Швеция импортирует уран в основном из Канады, Австралии и бывшего Советского Союза.

• Великобритания - 1981: Пик добычи урана в Великобритании пришелся на 1981 год, и поставки на исходе. Тем не менее Великобритания по-прежнему планирует построить больше атомных электростанций.^[51]
• Франция - 1988: пиковое производство урана во Франции составило 3394 тонны (7,5×10^⁶ lb) в 1988 году. В то время этого было достаточно для Франции, чтобы удовлетворить половину потребности в реакторах из внутренних источников.^[138] К 1997 году производство составило 1/5 от уровня 1991 года. Франция заметно сократила свою долю рынка с 1997 года.^[139] В 2002 году во Франции закончился уран.^[134]

Пик производства урана в США пришелся на 1960 год, а затем на 1980 год (Управление энергетической информации США).

• НАС. - 1980: Соединенные Штаты были ведущим производителем урана в мире с 1953 по 1980 год, когда годовое производство в США достигло пика в 16 810 тонн (37×10^⁶ фунт) (U₃О₈) согласно Красной книге ОЭСР.^[140] Согласно ежегоднику CRB, пиковое производство в США составило 19822 тонны (44×10^⁶ фунт).^[141] Производство в США достигло еще одного максимума в 1996 году и составило 6,3 миллиона фунтов (2,9 кт) оксида урана (U₃О₈), а затем погрузились в производство на несколько лет.^[142] В период с 2003 по 2007 год производство увеличилось на 125% из-за увеличения спроса на уран. Однако по состоянию на 2008 год уровень производства не вернулся к уровню 1980 года.^{[нужна цитата]}

Добыча урана снизилась с последним карьер закрытие в 1992 году (бассейн Ширли, Вайоминг). Производство в США происходило в следующих штатах (в порядке убывания): Нью-Мексико, Вайоминг, Колорадо, Юта, Техас, Аризона, Флорида, Вашингтон и Южная Дакота. Обвал цен на уран привел к прекращению к 1992 г. всех традиционных разработок. Извлечение «на месте», или ПНР, продолжалось в основном в Вайоминге и соседней Небраске, а недавно было возобновлено производство в Техасе.^{[нужна цитата]}

• Канада - 1959, 2001 ?: Первая фаза производства урана в Канаде достигла пика, превышающего 12 килотонн (26×10^⁶ фунтов) в 1959 г.^[144] В 1970-е годы возобновился интерес к геологоразведке и были сделаны крупные открытия в бассейне Атабаска на севере Саскачевана. Добыча достигла пика добычи урана во второй раз и составила 12522 тонны (28×10^⁶ lb) в 2001 году. Эксперты считают, что открытие новых рудников займет более десяти лет.^[60]

Мировой пик урана

Исторические мнения об ограничениях мировых поставок урана

В 1943 г. Элвин М. Вайнберг и другие. считал, что существуют серьезные ограничения на ядерную энергию, если только U-235 используется в качестве топлива для атомной электростанции.^[145] Они пришли к выводу, что разведение необходимо, чтобы вступить в век почти бесконечной энергии.

В 1956 г. М. Кинг Хабберт заявленных мировых запасов расщепляющихся материалов, достаточных, по крайней мере, на следующие несколько столетий, если предположить, что воспроизводство и переработка станут экономическими процессами.^[6]

В 1975 г. Министерство внутренних дел США, Геологическая служба, распространила пресс-релиз "Известные запасы урана в США не удовлетворят спрос". Было рекомендовано, чтобы США не зависели от иностранного импорта урана.^[145]

Пессимистические прогнозы

Панель от Комиксы All-Atomic (1976) цитируют пессимистические прогнозы поставок урана в качестве аргумента против ядерной энергетики.^[146]

Все следующие источники предсказывают пик урана:

• Эдвард Стейдл

Эдвард Стейдл, декан Школы минеральной промышленности Государственный колледж Пенсильвании, предсказал в 1952 году, что запасы делящихся элементов слишком малы для поддержки промышленного производства энергии.^[147]

• 1980 Роберт Вэнс

Роберт Вэнс,^[148] Оглядываясь на 40 лет добычи урана, отмеченную во всех Красных книгах, обнаружил, что пиковая мировая добыча была достигнута в 1980 году и составила 69 683 тонны (150×10^⁶ фунт) из 22 стран.^[47] В 2003 году добыча урана составила 35 600 тонн (78×10^⁶ фунт) из 19 стран.

• 1981 Майкл Мичер

Майкл Мичер, бывший министр окружающей среды Великобритании 1997–2003 гг. и член парламента Великобритании, сообщает, что пик урана пришелся на 1981 год. Он также прогнозирует серьезную нехватку урана раньше 2013 года, сопровождаемую накоплением и повышением его стоимости до уровня драгоценных металлов. металлы.^[149]

• 1989–2015 М. К. Дэй

Дэй прогнозировал, что запасы урана могут иссякнуть уже в 1989 году, но, что более оптимистично, они будут исчерпаны к 2015 году.^[146]

• 2034 ван Леувен

Ян Виллем Сторм ван Леувен, независимый аналитик Ceedata Consulting, утверждает, что поставок высококачественной урановой руды, необходимой для производства ядерной энергии, при нынешних уровнях потребления хватит примерно до 2034 года.^[150] После этого стоимость энергии для извлечения урана превысит стоимость предоставленной электроэнергии.

• 2035 Energy Watch Group

В Energy Watch Group подсчитал, что даже при высоких ценах на уран производство урана достигнет своего пика к 2035 году, и что до этого момента можно будет удовлетворить потребности атомных станций в топливе.^[151]

Различные агентства пытались оценить, на сколько хватит этих ресурсов.

• Европейская комиссия

В 2001 году Европейская комиссия заявила, что при нынешнем уровне потребления урана известных запасов урана хватит на 42 года. При добавлении к военным и вторичным источникам ресурсы могут быть увеличены до 72 лет. Тем не менее, этот уровень использования предполагает, что ядерная энергия по-прежнему обеспечивает лишь часть мирового энергоснабжения. Если увеличить электрическую мощность в шесть раз, то 72-летнего отпуска хватит всего на 12 лет.^[60]

• ОЭСР

Существующие в мире измеренные ресурсы урана, экономически извлекаемые по цене 130 долларов США за кг, согласно отраслевым группам. ОЭСР, NEA и МАГАТЭ, при текущем потреблении хватает на 100 лет.^[62]

• Австралийская урановая ассоциация

По данным Австралийской урановой ассоциации, еще одной отраслевой группы, исходя из текущих темпов потребления в мире в 66 500 тонн урана в год и нынешних измеренных мировых запасов урана (4,7 млн ​​тонн), их хватит на 70 лет.^[63]

Оптимистичные прогнозы

Все последующие ссылки утверждают, что предложение намного превышает спрос. Поэтому они не предсказывают пик урана.

• М. Кинг Хабберт

В своей знаменательной статье 1956 года М. Кинг Хабберт написал: "Однако есть обещание, при условии, что человечество сможет решить свои международные проблемы и не уничтожить себя с помощью ядерного оружия, и при условии, что население мира (которое в настоящее время увеличивается с такой скоростью, что удвоится менее чем за столетие) может каким-то образом быть сведено на нет. контроля, что мы, возможно, наконец-то нашли источник энергии, соответствующий нашим потребностям, по крайней мере, на следующие несколько столетий «обозримого будущего» ».^[6] В исследовании Хабберта предполагалось, что реакторы-размножители заменят легководные реакторы и что уран будет превращен в плутоний (и, возможно, торий превратится в уран). Он также предполагал, что будут обнаружены экономические средства переработки. По политическим, экономическим и ядерным причинам плутониевая экономика никогда не материализовался. Без него уран расходуется в однократном режиме и достигает пика и заканчивается гораздо раньше.^{[152][ненадежный источник?]} Однако в настоящее время обычно оказывается дешевле добывать новый уран из земли, чем использовать переработанный уран, и поэтому использование переработанного урана ограничено лишь несколькими странами.

• ОЭСР

По оценкам ОЭСР, при мировом уровне выработки электроэнергии на АЭС в 2002 году, с LWR и прямоточным топливным циклом, обычных ресурсов хватит на 85 лет с использованием известных ресурсов и 270 лет с использованием известных и еще не открытых ресурсов. С заводчиками этот срок увеличивается до 8 500 лет.^[153]

Если кто-то готов платить за уран по 300 долларов за килограмм, то в океане его огромное количество.^[62] Стоит отметить, что, поскольку стоимость топлива составляет лишь небольшую часть общих затрат ядерной энергии на кВтч, а цена сырого урана также составляет небольшую часть общих затрат на топливо, такое повышение цен на уран не повлечет за собой очень значительного роста. в общей стоимости произведенного кВтч.

• Бернард Коэн

В 1983 г. физик Бернард Коэн предположил, что уран фактически неисчерпаем и поэтому может считаться возобновляемым источником энергии.^[7] Он утверждает, что быстрые реакторы-размножители, питаемый естественным образом восполненным ураном, извлеченным из морской воды, мог бы обеспечивать энергией, по крайней мере, столько же, сколько ожидаемая оставшаяся продолжительность жизни Солнца - пять миллиардов лет.^[7] Хотя уран является конечным минеральным ресурсом на Земле, водород на Солнце тоже конечен - таким образом, если ресурс ядерного топлива может длиться в таких временных масштабах, как утверждает Коэн, то ядерная энергия столь же устойчива, как солнечная энергия. или любой другой источник энергии с точки зрения устойчивости во временном масштабе жизни на этой планете.

Таким образом, мы делаем вывод, что все мировые потребности в энергии для оставшихся 5 × 10⁹ Год существования жизни на Земле может быть обеспечен реакторами-размножителями без увеличения стоимости электроэнергии на 1% из-за затрат на топливо. Это согласуется с определением «возобновляемого» источника энергии в том смысле, в котором этот термин обычно используется.

Его статья предполагает извлечение урана из морской воды со скоростью 16 килотонн (35×10^⁶ фунт) в год урана.^[7] Текущий спрос на уран составляет около 70 килотонн (150×10^⁶ фунт) в год; однако использование реакторов-размножителей означает, что уран будет использоваться как минимум в 60 раз более эффективно, чем сегодня.

• Джеймс Хопф

Инженер-ядерщик, писавший для American Energy Independence в 2004 году, полагает, что извлекаемый уран имеется в запасе на несколько сотен лет даже для стандартных реакторов. Для реакторов-размножителей «по сути бесконечно».^[154]Все последующие ссылки утверждают, что предложение намного превышает спрос. Поэтому они считают, что в обозримом будущем запасы урана не истощатся.

• МАГАТЭ

По оценкам МАГАТЭ, используя только известные запасы при текущих темпах спроса и допуская однократный ядерный цикл, урана хватит как минимум на 100 лет. Однако, если все первичные известные запасы, вторичные запасы, неоткрытые и нетрадиционные источники урана будут использованы, уран будет истощен через 47 000 лет.^[62]

• Кеннет С. Деффейес

Кеннет С. Деффейес По оценкам, если можно принять руду на одну десятую богатой, то предложение доступного урана увеличится в 300 раз.^[45][155] Его статья показывает, что концентрация урана в рудах распределена логнормально. Имеется относительно мало урана с высоким содержанием и большие запасы урана с очень низким содержанием.

• Эрнест Мониш

Эрнест Дж. Мониш, профессор Массачусетский Институт Технологий и бывший Министр энергетики США, свидетельствовал в 2009 году, что обилие урана поставило под сомнение планы по переработке отработавшего ядерного топлива. Планы по переработке датируются десятилетиями ранее, когда считалось, что урана в дефиците. Но теперь, «грубо говоря, уран уже давно выходит из ушей», - сказал профессор Мониш.^[156]

Возможные эффекты и последствия

Ожидается, что по мере сокращения добычи урана цены на уран вырастут. Однако цена урана составляет лишь 9% стоимости эксплуатации атомной электростанции, что намного ниже стоимости угля на угольной электростанции (77%) или стоимости природного газа в газовых установках. пожарная электростанция (93%).^[157][158]

Уран отличается от традиционных энергетических ресурсов, таких как нефть и уголь, по нескольким ключевым аспектам. Эти различия ограничивают влияние краткосрочной нехватки урана, но большинство из них не имеют никакого отношения к окончательному истощению. Некоторые ключевые особенности:

• Рынок урана разнообразен, и ни одна страна не имеет монопольного влияния на его цены.
• Благодаря чрезвычайно высокой плотности энергии урана, запасы топлива на несколько лет вполне возможны.
• Существуют значительные вторичные запасы уже добытого урана, включая списанное ядерное оружие, хвосты обедненного урана, пригодные для повторного обогащения, и существующие запасы.
• Огромные количества урана, примерно в 800 раз превышающие известные запасы добытого урана, содержатся в крайне разбавленных концентрациях в морской воде.
• Представление о реакторы на быстрых нейтронахв сочетании с добычей урана из морской воды сделало бы запасы урана практически неисчерпаемыми.^[159] В настоящее время в мире работает семь экспериментальных реакторов на быстрых нейтронах: в Индии, Японии, России и Китае.^[160]

Реакторы на быстрых нейтронах (реакторы-размножители) может использовать большое количество Уран-238 косвенно путем преобразования в Плутоний-239, а не деление в первую очередь просто Уран-235 (который 0,7% от первоначально добытого урана), что примерно в 100 раз увеличивает эффективность использования урана.^[159] Промежуточный уровень между обычными оценками запасов и 40 триллионами тонн урана в земной коре (следовые концентрации в сумме превышают его 3 * 10¹⁹ тонн массы), существуют руды более низкого содержания, чем это практически возможно, но все же с более высокой концентрацией, чем средняя порода.^[40][41] Соответственно, показатели ресурсов зависят от экономических и технологических предположений.

Цена урана

Ежемесячная спотовая цена на уран в долларах США.^[161]

Спотовая цена на уран выросла с минимума в январе 2001 г., составлявшего 6,40 доллара США за фунт урана.₃О₈ до пика в июне 2007 года в 135 долларов США. С тех пор цены на уран существенно упали.^[161] В настоящее время (15 июля 2013 г.) спот урана составляет 38 долларов США.^[162]

Высокая цена в 2007 г. была вызвана сокращением запасов оружия и наводнением Сигарное озеро, в сочетании с ожидаемым ростом спроса из-за ввода в строй большего количества реакторов, что приведет к пузырь цен на уран. Горняки и коммунальные предприятия резко разделились по ценам на уран.^[163]

По мере роста цен начинается производство урановых руд на существующих рудниках, и начинается производство из более новых, трудных для разработки или более низкого качества урановых руд. В настоящее время большая часть новой продукции поступает от Казахстан. Ожидается расширение производства в Канаде и США. Тем не менее, количество проектов, ожидающих своего часа, чтобы запустить их сейчас, намного меньше, чем было в 1970-х годах. Были некоторые обнадеживающие признаки того, что производство на существующих или планируемых рудниках реагирует или будет реагировать на повышение цен. Предложение урана в последнее время стало очень неэластичным. По мере увеличения спроса цены резко изменяются.^{[нужна цитата]}

По состоянию на 2018 год^{[Обновить]} Цена на ядерное топливо была стабильной на уровне около 38,81 доллара США за фунт, что на 81 цент больше, чем в 2013 году, и на 1 цент больше, чем в 2017 году, что намного ниже инфляции. При такой низкой и стабильной цене разведение неэкономично.

Количество контрактов

В отличие от других металлов, таких как золото, серебро, медь или никель, уран не продается широко на организованной товарной бирже, такой как Лондонская биржа металлов. Он торгуется на NYMEX, но с очень низким объемом.^[164] Вместо этого в большинстве случаев торговля им осуществляется посредством контрактов, заключаемых напрямую между покупателем и продавцом.^[165] Структура контрактов на поставку урана сильно различается. Цены либо фиксированы, либо основаны на экономических показателях, таких как ВВП, инфляция или обмен валюты. Контракты традиционно основываются на спотовой цене на уран и правилах, по которым цена может расти. Объемы, графики и цены поставок варьируются от контракта к контракту и часто от поставки к поставке в течение срока действия контракта.^{[нужна цитата]}

Поскольку количество компаний, добывающих уран, невелико, количество доступных контрактов также невелико. Поставки истощаются из-за затопления двух крупнейших шахт в мире и сокращения количества урана, полученного из ядерных боеголовок, выводимых из эксплуатации.^[166] В то время как спрос на металл остается стабильным в течение многих лет, ожидается, что цена на уран вырастет по мере того, как будет введено в строй множество новых атомных станций.^{[нужна цитата]}

Добыча полезных ископаемых

Рост цен на уран привлекает инвестиции в новые проекты по добыче урана.^[163] Горнодобывающие компании возвращаются на заброшенные урановые рудники с новыми обещаниями сотен рабочих мест и миллионов гонораров. Некоторые местные жители хотят их вернуть. Другие говорят, что риск слишком велик, и попытаются остановить эти компании, «пока не будет лекарство от рака».^[167]

Электроэнергетика

Поскольку многие предприятия обладают обширными запасами и могут планировать на много месяцев вперед, они занимают выжидательную позицию в отношении более высоких затрат на уран. В 2007 году спотовые цены значительно выросли в связи с объявлением о вводе в эксплуатацию планируемых реакторов или новых реакторов.^[168] Те, кто пытается найти уран в условиях роста цен, вынуждены столкнуться с реальностью рынка продавца. Продавцы по-прежнему не хотят продавать значительные количества. При более длительном ожидании продавцы рассчитывают получить более высокую цену за хранящийся у них материал. С другой стороны, электроэнергетические компании очень стремятся заключить долгосрочные контракты на уран.^[163]

Согласно NEA, характер затрат на ядерную генерацию позволяет значительно увеличить стоимость урана до того, как затраты на производство электроэнергии значительно возрастут. Увеличение стоимости урана на 100% приведет только к увеличению стоимости электроэнергии на 5%.^[64] Это связано с тем, что уран должен быть преобразован в газ, обогащен, преобразован обратно в желтый кек и изготовлен в топливных элементах. В стоимости готовых тепловыделяющих сборок преобладают затраты на переработку, а не стоимость сырья.^[169] Кроме того, в стоимости электроэнергии от атомной электростанции преобладают высокие капитальные и эксплуатационные затраты, а не стоимость топлива. Тем не менее, любое повышение цены на уран в конечном итоге перекладывается на потребителя либо напрямую, либо через топливный сбор.^{[нужна цитата]} По состоянию на 2020 год^{[Обновить]}, этого не произошло, а цена на ядерное топливо достаточно низка, чтобы разведение стало нерентабельным.

Запасные

Альтернативой урану является торий который встречается в три раза чаще, чем уран. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах не нужны. По сравнению с обычными урановыми реакторами, ториевые реакторы, использующие ториевый топливный цикл может производить примерно в 40 раз больше энергии на единицу массы.^[170] Однако создание технологий, инфраструктуры и ноу-хау, необходимых для торий-топливная экономия нерентабельно при текущих и прогнозируемых ценах на уран.

Если цены на атомную энергию вырастут слишком быстро или слишком высоко, энергетические компании могут искать заменители ископаемой энергии (уголь, нефть и газ) и / или Возобновляемая энергия, например, гидроэнергетика, биоэнергетика, солнечное тепловое электричество, геотермальная энергия, ветер, энергия приливов и отливов. Как ископаемая энергия, так и некоторые возобновляемые источники электроэнергии (например, гидроэнергия, биоэнергия, солнечная тепловая энергия и геотермальная энергия) могут использоваться в качестве базовой нагрузки.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Книги

• Селедка, Дж .: Оценка ресурсов урана и тория, Энциклопедия энергетики, Бостонский университет, Бостон, 2004 г., ISBN 0-12-176480-X.

Статьи

• Деффейес, Кеннет С., МакГрегор, Ян Д. «Распределение урана в добываемых месторождениях и в земной коре», Заключительный отчет, GJBX – 1 (79), Департамент геологических и геофизических наук, Принстонский университет, Принстон, Нью-Джерси.
• Деффайес, К., МакГрегор, И.: "Мировые ресурсы урана" Scientific American, Vol. 242, № 1, январь 1980 г., стр. 66–76.