V předchozích částech jsme se věnovali současným nejmodernějším reaktorům III. generace, které by mohly 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.
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 10-9 g/l. V oceánech je jeho výskyt rovnoměrnější a spíše k té horní hodnotě. Odhadem tak oceány obsahují zhruba 1010 tun uranu.
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.
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.
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.
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.
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%).
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.
Než se dostaneme k podrobnějšímu popisu, je třeba upozornit na jeden detail. Velice často se odhady zásob a těžby udávají v tunách oxidu uranu U3 O8 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 U3 O8 odpovídá 0,85 tuny uranu. V tomto článku jsou všechny hodnoty z použitých zdrojů přepočteny na tuny uranu.
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.
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
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%.
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.
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%.
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.
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).
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).
Spotřeba uranu v současnosti a 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.
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.
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.
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.
Stránky autora
Diskuze:
Mojmir Kosco,2008-07-26 19:28:40
Problematika těžby uranu není v tom ,že při současné těžbě a spotřebě elektrické energie tj.16% je dostatek odhadovaných zásob na 70 let ,ale ve skutečnosti potřeby nahradit energetické zdroje méně náročnými vzhledem k životnímu prostředí.Příjmu li myšlenku ,že máme vše dořešeno a jederná energetika si nebere dluh do budoucna a řeknu si že jaderná energie má nahradit dejme tomu 50% elektruické současníé spotřeby dostanu potřebu těžby na úrovni 230000t/rok a zásoby vydrži na 23 let
Zásoby uranu
Vladimír Wagner,2008-07-23 16:16:51
Ach jo. Vážený Honzo, prosím čtěte a pak diskutujte. V článku je, že současné známé ověřené zásoby uranu rentabilní pro cenu 130 USD (tedy nižší částka než současné tržní) vystačí pro spotřebu vyšší než současnou (dostaví se rozestavěné a plánované elektrárny) na 70 let. Přičemž geologická prospekce uranu je daleko méně rozvinutá než třeba ropy a plynu. Takže je řada ložisek, která zatím nalezená nebyla a ví se o řadě oblastí s uranem, ale bez podrobného prozkoumání velikosti a kvality zásob. To vše není do uvedeného údaje pochopitelně zahrnuto a je jisté, že reálné zásoby budou mnohonásobně vyšší a pravděpodobné, že i řádově. Takže rezervy pro zvýšení podílu jaderné energetiky určitě jsou.
Uff
Honza Honza2,2008-07-25 10:42:09
Já jsem opravdu četl :-) Jenom jsem na základě vašich faktů došel k ryze soukromému názoru, že sklenice je poloprázdná, a ne jak Vy tvrdíte poloplná :-)
Za fakta vám velmi děkuji, můj závěr vás každopádně nemusí trápit protože má vliv maximálně na energetickou politiku mé rodiny. :-)
Optimismus?
Honza Honza2,2008-07-23 14:28:04
Jestli jsem to dobře pochopil, cena elektřiny z JE je prakticky stejná jako z uhlí. A to zatím "spalujeme" uran jen z těch lepších nalezišť doplněný o vysloužilé A-bomby. Při zachování nebo mírném navýšení současného podílu na výrobě elektřiny nám ten výhodný uran dojde až za 70 let. To je dobrý. Takže představy, že postavíme ještě dva Temelíny a budeme se moct vyprdnout na uhlí je poměrně naivní. A to nemluvím o dalších dvou potřebných k tomu, abychom mohli místo ruské ropy jezdit na temelínský vodík. Při několikanásobném zvýšení podílu jádra by ty "levné" zásoby uranu zmizely jako sníh na jaře. O dražších zdrojích uranu se toho moc neví, hlavně asi to, o kolik dražší by vlastně byl. Nějaké zásadní změny technologií jsou zatím za obzorem, pokud existuje nějaký lepší systém reaktoru, obvykle se na něm dá vyrobit materiál pro A bombu. A téhle možnosti se některé státy bojí jako čert kříže. Nevím proč :-). No nevypadá to nijak růžově...
Jak je to s cenou energie z jaderek
Vladimír Wagner,2008-07-23 11:14:52
V současnosti (i po řádovém zdražení uranu), je elektřina z jaderek na úrovni ceny elektřiny z uhelných elektráren a daleko lacinější než z plynových nebo naftových. Tedy dotace jde opačným směrem :-)) To už vůbec nemluvím o solárních a větrných. Ale podrobný rozbor podílu ceny paliva v ceně elektřiny pro různé typy elektráren jsem psal na Neviditelném psovi, viz odkaz na konci článku. Z toho je vidět, že pro vzrůst ceny uranu na hodnotu, která by zdražila energii z jaderky na úroveň ceny energií z plynových nebo naftových elektráren je hodně velký prostor.
Poznámka
Honza Honza2,2008-07-23 13:45:50
Tou dotací zdrojů pro jadernou elektřinu od uhlí atd. jsem nemyslel cenovou dotaci, ale to, že vůbec tu energii dodají. Pokud mezi zdroji pro provoz (stavbu) JE mají převahu uhlí a nafta, těžko se divit, že při skocích v cenách uranu se s výslednou cenou nic moc nestane.
Cena uranu a zásoby uranu
Vladimír Wagner,2008-07-22 18:36:37
Vážený Honzo, do jisté míry máte pravdu. Ale právě jen do jisté míry. Cena uranu v současnosti a řady surovin není cenou nákladů na jejich těžbu. Je cenou nabídky a poptávky. To, co neberete také v úvahu, jsou hlavně dvě věci. Cena uranu je v současnosti jen menší částí ceny energie z jaderné elektrárny. Tedy zvyšení ceny uranu se nepromítne do ceny energie stejným zbůsobem, naopak mnohonásobně méně. Cena těžby uranu navíc není dána jen cenou elektrické energie. To, co jste měl možná spíše na mysli, je, jestli se z uranu, který se vytěží, získá více energie než se do jeho těžby vloží. Tam pochopitelně může přinést zvrat jedině technologická inovace (například méně energeticky náročná extrakce uranu ...). Ale od této hranice jsme hodně daleko. A popsaných úvah se to netýká. Vidíte to i z toho, že cena uranu se zvýšila za posledních pět let řádově, ale u ceny elektříny z jaderných zdrojů i dalších cen potřeb k těžbě a financování platů horníků k ničemu takovému nedošlo. Ale přesun těžby s růstem cen i k chudším ložiskům pozorujeme u různých surovin v historii mnohokrát, takže není důvod předpokládat, že u uranu to bude jiné.
Částečný nesouhlas :-)
Honza Honza2,2008-07-23 10:21:45
To že se dnes zvyšování ceny uranu neprojeví na výsledné ceně elektřiny je dáno tím, že většina vstupů do jaderné elektrárny je dotována ostatními zdroji (uhlí, plyn, ropa, voda ...). Až budou jaderné elektrárny pokrývat většinu naší spotřeby elektřiny (a tepla), až budou i auta a náklaďáky jezdit na vodík vyráběný v jaderných elektrárnách, pak se ukáže jak je to s závislostí cen elektřiny na cenách uranu. ... To že se z uranu vyrobí více enegie, než se spotřebuje na jeho těžbu, úpravu, provoz JE je samozřejmé. Důležité je, aby tenhle poměr byl aspoň stejný jako u ropy nebo uhlí, tedy někde kolem 1:10. Při horším poměru (třeba díky náročné těžbě) můžeme naší sofistikované technické a hlavně pohodlné civilizaci dát sbohem. Při poměru zhruba 1:2 už zase začne být efektivnější kůň a otrok. Tak daleko bych se ale opravdu vrátit nechtěl.
Fascinující
Honza Honza2,2008-07-22 16:45:57
Fascinuje mně naivní představa, že množství těžitelného uranu závisí na jeho ceně. Při ceně 130 USD za kilo je ho kopa, tak při dvojnásobné ceně ho budou dvě kopy. Jako by se uran těžil pěnězi. Omyl, uran se těží pomocí energie, strojů a za řízení a lidí. Jenže stroje a zařízení a nakonec i vyškolení lidé, to je zas jenom akumulovaná energie z dřívějška. Pokud se zvedne cena uranu a úměrně i cena energie, zvednou se samozřejmě i ceny vstupů těžby. A to včetně platů, protože i zaměstnanci dolů mají doma ledničku a světlo a chtějí slušně žít. Samozřejmě je tady určité zpoždění, protože máme spoustu strojů a kvalitně připravených lidí ještě z dob levné energie. Ale časem se ten nárůst cen promítne.
Jinými slovy, pokud se nevyplatí na nalezišti těžit při dnešních cenách, nevyplatí se to z dlouhodobého pohledu ani při vyšších cenách. Jedinou cestou, jak situaci vylepšit je zvýšení celkové účinnosti přeměny uranu na energii.
Pro budoucnost
Vojta Hruška,2008-07-21 21:14:26
naší země by možná nebylo špatné, dostat do povědomí lidí něco podobného, jako bývalo "vzduch je naše moře". Doporučuji slogan "Česká republika - evropská energetická velmoc". Kdyby se to podařilo, nebude nouze o potraviny, vodu, ...
Panu Wagnerovi dík za jeho skvělé články.
Výborný článek
Jiri Zahradil,2008-07-21 17:59:24
Ano, skvělý článek, výborné jsou i další odkazy k problematice ... a diskuze :-)
Zásoby uranu, skoky jeho cen, ČEZ ....
Vladimír Wagner,2008-07-21 16:38:47
Tady se musím trochu zastat 21. století. Ten článek, který napsal pan Lukšík je na dané populární úrovni seriozní. Pochopitelně má méně prostoru, než jsem měl já. Jeho závěry (pochopitelně :-)) vychází ze stejných faktů)jsou velmi podobné: zásoby uranu jsou pro klasické reaktory nejméně na 85 let a pravděpodobně na mnohem déle. Po depresi v těžbě uranu se tato nyní konsolidovala a pravděpodobně stihne stíhat poptávku. Je tam i docela pěkný přehled těžby a zásob v různých zemích. Rozdíly v zásobách jsou dány tím, že já píši článek později a mám novější data (pokrok v prospekci). Nevím, jak pan Koucký přišel k tomu, že jsou v článku pana Lukšíka jiné závěry. Prudké reakce ceny uranu jsou dány hlavně dvěma důvody. První je pád těžby a cen v devadesátých letech daný vyhlídkami jaderné energetiky v té době a prodejem zásob zbrojního uranu. Ale o tom píši v článku a o depresi se zmiňuje i pan Lukšík. Druhým důvodem je, že cena elektrické energie u plynové, naftové a uhelné elektrárny je primárně dána cenou paliva. U jaderné ji ovlivňuje cena uranu jen velmi málo. Proto změna ceny ropy, plynu a uhlí, která zvýší cenu elektrické energie, vytáhne cenu uranu dramatičtěji (i ten první pík v druhé polovině sedmdesátých let). I tak však se desetinásobné zvýšení ceny uranu projeví v ceně elektrické energie daleko méně než dvojnásobné zvýšení ceny plynu a uhlí. Ale o tom jsem psal více v tom příspěvku pro Neviditelného psa (viz odkaz v článku). Rychlé reaktory nejsou v plenkách (viz předchozí části). To, že se nevyužívají je hlavně dáno nízkou cenou čerstvého uranu. Velice snadno se vydírá plynem (zásoby jen na pár měsíců a plynovod nelze postavit rychle). Jaderná elektrárna může mít zásoby na roky a může palivo přivést odkudkoliv (viz ten článek na psu). Jadernou energetiku lze naladit tak, že se nezvyšuje nebezpečí šíření jaderných zbraní a terorismu. ČEZ bude vydělávat, ať bude stavět plynové, uhelné, jaderné či třeba sluneční nebo větrné elektrárny. Nelze směšovat a zaměňovat řešení zásobování energií a společenských problémů, jak to často dělají ekologistické organizace. Ty doufají, že pomocí výběru zdroje energie vnutí společnosti svoji vizi chování lidí. Ale tak to nefunguje, jak jsem psal na http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/bl/spolecnostaenergieweb.htm
To myslite vazne?
Jan Kufa,2008-07-19 14:39:32
""K tomu přistupuje navíc to, že uran lze skladovat nepoměrně snáze, než třeba zásoby zemního plynu či ropy - a může se tak stát snadno předmětem spekulace a vydírání"" Toto myslite uplne vazne? Rekl bych ze vas pohled je dost zelene zabarven,nic proti vam.Ale tato logicka uvaha me dostala do kolen.....
Hmm..
Jan Kufa,2008-07-19 14:40:26
Toto mel byt komentar k prispevku podemnou "Výborný článek
Jan Koucký 19.07.2008 v 03:08"
Spekulace
Honza Honza2,2008-07-22 14:29:27
On to možná myslel tak, že na burze si může spekulovat kde kdo. Nakoupíte 5 tankerů ropy a za měsíc je se ziskem prodáte. Nikdo od vás nečeká, že si vezmete extra velkej sud a tu ropu opravdu odeberete a budete mít doma za barákem. U uranu to je proveditelné. Nějaký šejk skoupí na burze celoroční produkci uranu třeba z Austrálie a místo aby ji za čas prodal se ziskem dál, fakt vezme loď a ten uran si odveze a uloží někam do pouště. A až se provozovatelé jaderných elektráren vzpamatují, budou ceny uranu někde nad stropem mrakodrapu toho šejka.
Samozřejmě stejně jako ten šejk může postupovat i provozovatel jaderné elektrárny a nakoupit zásoby na příštích dvacet let. Sám je díky tomu v pohodě, ale tak trochu potopí ostatní provozovatele, protože produkce dolů je omezená a na někoho se kvůli tomu letos nedostane.
Výborný článek
Jan Koucký,2008-07-19 03:08:54
..jenže zase trochu nevyvážený. Není divu, autor dělá do částicové fyziky, tak je mu ta tématika blízká a díky tomu může o využívání jaderné energie hovořit kvalifikovaněji, než jiní. Jenže stejný důvod je pak zákonitě příčinou trochu nekritické důvěry ve všespásnost energie jádra.
Ono to totiž se světovými zásobami uranu zase zdaleka tak růžové není a ceny uranu reagují na poptávku energie ještě citlivěji, než v případě ropy. Názorně o tom píše například tento článek
http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006092209
Ceny uranu navíc procházejí drsnými výkyvy stejně, ne=li ještě více než ceny ropy - v rozmezí jednoho řádu. K tomu přistupuje navíc to, že uran lze skladovat nepoměrně snáze, než třeba zásoby zemního plynu či ropy - a může se tak stát snadno předmětem spekulace a vydírání. Bezstarostné poléhání na uran jako hlavní zdroj energie by se tak nemuselo vyplatit a to i přesto, že zdroje uranu zatím máme.
http://www.stockinterview.com/News/03252007/Uranium-Price-History.gif
Nesmíme zapomínat, že všechny metody efektivnějšího využívání uranu jsou teprve v plenkách a vývoj postupuje mnohem pomaleji, než bychom si mohli podle uranového nadšení v 50. letech představovat. A širší využívání uranu je nutně spojeno i se nekontrolovaným šířením technologií pro jadernou válku a rizika terorismu.
V neposlední řadě k tomu přistupuje stanovisko ČEZu, jehož jedinou starostí je proměnit přírodní bohatství republiky na peníze. Pokud se postaví nové jaderky a uvolní kvóty, z hlediska tržního chování od něj těžko můžeme čekat něco jiného než rabování: energie se výstavbou nových elektráren nezlevní, jen se jí bude více vyvážet, manažeři budou bohatnout jako šejkové, korupce a lobbismus pokvete. To však není trvale udržitelný rozvoj a dříve či pozdějí se opět narazí na jeho limity.
To myslíte vážně?
Pavel S,2008-07-19 18:32:28
To myslíte vážné, argumentovat článkem na 21.století? Nebylo by lepší použít rovnou Blesk? Podobně podivná jsou tvrzení, jako že uranem lze vydírat protže ho lze snado skaldovat (Logicky uvažující člověk by řekl, že je to naopak, že můžeme si udělat zásoby a tudíž nás dodavatel jaderného paliva vydírat nemůže.) nebo že stavba dalších jaderných eletktráren povede k tomu že ČEZ bude plundrovat přírodní bohatství ČR (Jaderné palivo dovážíme ze zahraničí.) apod.
Pochvala
Jan Špaček,2008-07-18 22:57:10
Opravdu pěkná série článků. Budou následovat články o termojaderných elektrárnách s podobným přehledným shrnutím faktů? :-)
zásoby uranu
Pekny Kousek,2008-07-18 19:15:24
Výborný článek, jako obvykle. Předpokládám, že množství uranu v zemské kůře mělo být 10E+14 tun ne 1014 tun jak je uvedeno. Zemská kůra je asi 1/100 hmotnosti Země , tedy řádově 6E+22 kg. Pak s ohledem na uvedené , myslím, 2-6 ppm uranu to tak nějak vyjde. Snad.
Zajímavé je sdělení medií, že pokud bude v létě horko ( což bývá), budeme kvůli kmlinatizaci elektřinu dovážet a taky Francie. Pokud vím tak Francie je první vývozce elektřiny v Evropě a my druhý. Že by to souviselo s odstaávkami reaktorů v létě? Temelím jeden blok bude stát celé léto.
Jak je to s českým vývozem energie?
Vladimír Wagner,2008-07-18 11:35:27
Situaci bych spíše označil jako jednooký králem mezi slepými. Problém je, že díky zanedbání stavby zdrojů energie v Evropě téměř nejsou státy s jejím přebytkem a za to spousta reálných či potenciálních dovozců. Mezi spolehlivými výrobci a vývozci tak ční Francie (73% energie z jádra), Německo (tam neví do jaké míry se na tom podílejí nárazové vývozy větrné energie) a zatím i Česko. U nás se však, pokud nové zdroje nepostavíme, v relativně blízké budoucnosti může situace změnit. V našem okolí se těžko v blízkém horizontu situace zlepší, takže reálně hrozí nedostatek elektrické energie. Cena energie tak s vysokou pravděpodobností klesat nebude. A zisky firmy ČEZ také ne. Na druhé straně jsem radši, když tyto zisky má Česká firma a jejich značná část končí v českém státním rozpočtu, než kdybychom tyto peníze platili do zahraničí (dovezená elektrická energie by určitě lacinější nebyla). Nejsem ekonom, takže mou úvahu berte s rezervou, ale příliš daleko od pravdy asi nebude.
Máte stoprocentní pravdu.
Karel Malý,2008-07-22 08:53:31
Já měl spíše na mysli, že naši zelení příliš neprosazují "zelená" rozhodnutí. Nejlepší pro životní prostředí je přece ta energie, kterou vůbec nemusíme vyrobit. Vytanulo mi na mysli nedávné rozhodnutí novozélandské vlády zakázat výrobu a prodej klasických žárovek. Tuto cestu chtějí v brzku následovat další státy. Kdyby se něco podobného povedlo realizovat u nás, třeba by to přineslo větší efekt, než dotování bioplynových stanic, nebo obřích větrníků hyzdících krajinu. Pak bychom se třeba mohli stát ještě větším vývozcem energie než jsme. Když si vzpomenu na podporu přímotopů v devadesátých letech a následné zdražení energie, tak mi to nepřijde jako příliš systematicky dělaná energetická politika. A mám dojem, že ta dnešní není o mnoho lepší...
Bravo pane Wagnere!
Karel Malý,2008-07-18 07:41:23
Výborné jako obvykle. Známkuji za jedna. Jen kdyby si vaše články někdy přečetli zastánci zelených alternativ.
Na druhé straně, když se dočteme, že naše republika je třetím největším čistým vývozcem elektřiny v Evropě po Francii a Německu a uvědomíme si jaké jsou zisky ČEZu, tak jsou mé pocity spíše smíšené...
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
