Kdy nám dojdou zásoby uranu?

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

Záleží na proměnných

Ve skutečnosti vstupuje do výpočtu mnoho vstupních proměnných, díky kterým může každý z nás dojít k diametrálně odlišným výsledkům. Na základně "vhodných" vstupních proměnných můžeme "vykouzlit" čísla od několika desítek let do několika milionů let. K prvnímu číslu se zajisté budou přiklánět odpůrci jaderné energetiky ve snaze ukázat, že jaderná energetika nemá budoucnost, k druhému číslu zase fandové jádra či techničtí optimisté.

Specifika uranu a kde všude ho najdeme

Uran je chemický prvek, kov, čímž se liší od jiných primárních paliv - od uhlí, ropy či zemního plynu, jež jsou sloučeninami uhlíku. Druhou odlišností je koncentrace ukryté energie, která je v uranu o několik řádů vyšší než v chemických palivech. Proto nám pro výrobu elektrické energie stačí mnohem méně uranu, než bychom potřebovali například uhlí.

Uran se získává z hornin - uranových rud, kde je zastoupen pouze v malém procentu. Nejlepší rudy obsahovaly až 20 % uranu, dnes ale těžíme i rudy obsahující pouze 0,01 % uranu a toto číslo se nejspíše bude dále snižovat. Kromě uranových ložisek je však uran zastoupen prakticky i ve všech horninách, které se na zemi nacházejí, a to v průměrné koncentraci asi 3 ppm (= parts per milion, tedy pouhých 0,0003 %). Uran byste našli pod svým obydlím, v nitru našich hor i při vaší dovolené u moře - obrovské zásoby uranu jsou ukryté i v mořské vodě. Koncentrace uranu je ale bohužel ve většině těchto hornin a v dalších zdrojích velmi nízká. V žule je to asi 4-5 ppm, v mořské vodě tvoří uran dokonce pouhá 0,003 ppm! I přes tak malé číslo se odhaduje, že zásoby uranu v mořích a oceánech jsou asi 4 miliardy tun! Experimenty se z mořské vody podařilo získat více-jak 1 kg uranu. Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE) však udává zásoby "pouhých" 5,5 milionů tun uranu. Jak je to možné? Jedná se o zásoby, u kterých se předpokládá, že je možné vytěžit kilogram uranu za méně než 130 USD. Navíc se jedná o již zmapovaná ložiska, kde proběhl průzkum, na jehož základě je možné tuto cenu stanovit. Celkové zásoby se odhadují asi na 22 Mt.

Spotřeba uranu

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

Budoucnost rychlých množivých reaktorů

Energeticky využít je možné také Izotop 238U. Nejde jej však přímo štěpit. Nejprve z něj musíme vyrobit plutonium 239Pu, které již štěpit lze. Plutonium vzniká i v lehkovodních reaktorech, ale jen v malém množství. Aby vzniklo více plutonia, je třeba více tzv. "rychlých neutronů" (v lehkovodních reaktorech převládají tzv. "tepelné neutrony"). Pokud jich máme dostatek, můžeme v reaktoru dokonce vyrábět více štěpitelných izotopů, než bylo třeba k jejich výrobě a spotřebovávat tak pouze 238U. To vše umí tzv. rychlé množivé reaktory, které mohou ze stejného množství přírodního uranu vyrobit až stokrát více energie než nejpoužívanější lehkovodní reaktory. Narozdíl například od fúzních elektráren se nejedná o žádnou sci-fi technologii, ale o vyzkoušené řešení. Prototypy těchto reaktorů v součtu pracovaly více než 300 let. V Rusku již 28 let běží reaktor BN600 s výkonem 560 MW a ve výstavbě je další - BN800. Proč se tyto reaktory nepoužívají, když jsou tak efektivní? Protože jsou složitější a náročnější na technologie - pracují při vyšších teplotách, místo vody využívají k chlazení sodík, vyžadují vyšší obohacení jaderného paliva na vstupu atd. Z těchto důvodů je výroba komplikovanější a dražší než u jiných jaderných technologií, podle některých informačních zdrojů však pouze o 15 %. Při vyšší ceně uranu se množivé reaktory stávají výhodnějšími. V případě, že s nimi budeme v naší úvaze počítat, vydrží nám zásoby uranu na stonásobnou dobu, navíc nám umožní využívat i mnohem dražší uran, a to včetně uranu z mořské vody, jehož těžba by se stala rentabilní.

Kalkulovat musíme i s dalším rozvojem jádra

V neposlední řadě záleží na počtu reaktorů, resp. jejich produkci, se kterou budeme počítat. Se současnými 439 reaktory, které pokrývají cca 15 % celosvětové spotřeby? Anebo počítáme s tím, že "jádro" bude, dejme tomu, pokrývat celou současnou spotřebu lidstva? V tom případě by uran vydržel šestkrát kratší dobu. Jak ukazují údaje v tabulkách, počet let, na které nám vystačí uran při daných vstupních parametrech, reprezentuje 12 různých číselných hodnot (nebo jejich rozsahů).

Problematika zásob uranu je složitá a záleží jen a pouze na vstupních parametrech, které si zvolíme - náklady na těžbu uranu, použitou technologii a roční výrobu. Jak naše údaje dokládají, při užití technologií, které jsou dnes dostupné, máme uranu dostatek na několik desítek tisíc let. Počítáme-li s využitím uranu z mořské vody jde o desítky milionů let.

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

Lukáš Rytíř

Použité zdroje:

http://www.world-nuclear.com/info/
http://www.ans.org/pubs/journals/nt/va-144-2-274-278
http://npc.sarov.ru/english/digest/132004/appendix8.html
www.wikipedia.org

Původně vydáno pro časopis 3Pól