1
Nukleáris energia Készletek, kutatás, kitermelés Bárdossy György A ma működő atomerőművek energia forrásául az uránérc szolgál. A tórium is alkalmas atomenergia előállítására, de gazdasági okokból ma az uránércet használják. Az uránium igen elterjedt az egész földkéregben. Átlagos koncentrációját 3-4 ppm-re becsülik. Az uránium a természetben elemi formában nem ismeretes, eddig mintegy 150 ásványát mutatták ki. A legfontosabb urán-ásványok a következők: uraninit
UO2
szurokérc (pitchblende)
U3O8
brennerit
UTi2O5
autunit
Ca(UO2)(PO4)2x 8-12 H2O
carnotit
K2(UO2)2(VO4)2 x 1-3 H2O
torbernit
Cu(UO2)2(PO4)2 x 12h2Ö
tyuyamunit
Ca(UO2)2 (VO4)2 x 5-8 H2O
uranoifán
Ca(UO2)2(HSiO4)2 x 5 H2O
A természetben nem ismerünk elemi formában levő urán ásványt. Az uránásványok igen sokféle előfordulásban találhatók. Leggyakrabban üledékes kőzetekben: homokkövekben, breccsákban és konglomerátumokban, szenes anyagban dús fekete agyagpalákban, lignitben és foszforitokban. Előfordulnak magmás kőzetekben, elsősorban gránitban és annak kontakt zónájában, továbbá hidrotermális telérekben és metszomatitokban. Ritkábban vulkáni és metamorf kőzetekben is megtalálhatók. Az urán oxidatív környezetben igen jól oldódik a talajvízben és akkor csapódik ki, ha reduktív környezetbe kerül. Ezeket nevezik másodlagos előfordulásoknak. A vízben oldott urán egy része a folyóvizekkel a tengerbe kerül. Átlagos koncentrációja a világ-óceánokban 3,3 ppb, ami kb 5 milliárd tonna uránnak felel meg.
2
A legtöbb uránérc előfordulás jellegzetessége, hogy az urán koncentráció a környezete felöl fokozatosan növekszik, tehát az előfordulásoknak nincs éles határa. Ez a körülmény alapvetően befolyásolja az uránérc előfordulások készletszámítását. A készleteknek nincs éles minőség határa („cut-off”), hanem az urán fajlagos kitermelési költségét veszik alapul. A fúrásokkal kimutatott un. ismert készleteket (identified resources) a megkutatottság mértéke szerint megbízhatóan megkutatott ( Reasonably Assurred Resources RAR) és feltételezett (Inferred Resources ) kategóriákra osztják. Ezeken belül a kitermelt urán költsége határozza meg a készleteket: 1. A kitermelt érc költsége < 40 $/kgU 2. A kitermelt érc költsége < 80 $/kgU 3. A kitermelt érc költsége < 130 $/kgU (Mindegyik csoport szükség szerűen magába foglalja az olcsóbban kitermelhető csoportot is)
Természetes, hogy minél nagyobb az urán koncentrációja egy előforduláson belül, annál kisebb a költség. A világon a legnagyobb urán koncentrációt eddig a kanadai Saskatchewan tartományban levő Mac Arthur River előforduláson észlelték (24 % U3O8). Az ugyancsak kanadai Cigar Lake előforduláson 21 % az U3O8 koncentráció. Ugyanakkor az előfordulások túlnyomó többségében 1 %-nál kevesebb az U3O8 koncentrációja. A világ országonkénti és összesített uránérc készleteiről évente több összeállítás lát napvilágot. Ezek eredményei sajnos gyakran különböznek egymástól. Legmegbízhatóbbnak az OECD/NEA legutóbbi kötete látszik (Uranium 2007: Resources,Production and Demand 2008). Ezek szerint a világ teljes ismert urán érckészlete 2007-ben a következő volt: 1. < 130 $/kg U
5,47 millió t U
2. < 80 $/kgU
4,46 millió t U
3. < 40 $/kgU
2,97 millió t U
Összehasonlító alapul szolgálhat, hogy eddig az évig összesen 2,4 millió tonna uránt termeltek ki. Az elmúlt évtizedekben az uránérc kutatást eléggé elhanyagolták, az utóbbi években azonban jelentősen felerősödött. Az említett OECD/NEA jelentés szerint ezek a kutatások igen sikeresek voltak, mert 2005 és 2007 között 726 ezer tonna uránércet
3
mutattak ki a <130 $/kgU kitermelési költségszinten. A sikeres kutatás a geofizikai és geokémiai kutatási módszerek tökéletesítésének és a nagyobb számú kutatófúrásnak köszönhető. Jelenleg 43 országban tartanak nyilván fúrásokkal igazolt ismert uránérc készleteket. Közülük az alábbiak rendelkeznek a legnagyobb készletekkel: 1. Ausztrália
1 243 000 tonna < 130 $/kgU
2. Kazahsztán
817 000
3. Oroszország
545 000
4. Dél-Afrika
435 000
5. Kanada
423 000
6. Egyesült Államok
339 000
7. Brazilia
278 000
8. Namibia
275 000
9. Niger
274 000
10. Üzbégisztán
111 000
Magyarországon Pécstől nyugatra a felső perm korú Kővágószőllősi Homokkő Formációban találtak uránércet, amit 1956-óta mélyműveléssel bányásztak. A kis urán koncentráció és az egyre nagyobb mélység (500-1000 méter) miatt a bányászat egyre gazdaságtalanabbá vált és a kormányzat 1997-ben a bányát bezáratta. A Magyar Bányászati és Földtani Hivatal (MBFH) a bezárt bánya területén még 31 kt uránércet tart nyilván 0,117 % urán tartalommal. 2006ban az ausztrál Wildehorse cég a területre kutatási koncessziót szerzett. Fúrásos kutatásokat kezdett Bátaszéktől délnyugatra, ahol a felső pannon homokrétegekben üledékes uránérc dúsulást talált 0,01-0,07 % U tartalommal. Pécstől nyugatra, Dinnyeberki térségében felső miocén agyagos homokkőben fúrásokkal viszonylag kis mélységben uránércet észleltek. Az átlagos U koncentráció 0,030 %, az eddigi legnagyobb koncentráció 0,68 %. A fúrásos kutatások egyik helyszínen sem zárultak le. A gazdaságos kitermelés lehetőségének eldöntéséhez még további fúrásokra lesz szükség. A fúrásokkal kimutatott, ismert uránérc készleteken kívül a szakemberek földtani megfontolások alapján több helyen is gazdaságosan kitermelhető készletek jelenlétét tételezik fel. Ezek a csak becslésre alapuló reménybeli (undiscovered resources) készletek. Mennyiségükről és minőségükről a szakértői vélemények nagyban különböznek Az OECD/NEA (2008) jelentés kb. 10 millió tonnára becsüli a reménybeli urán készleteket. Bár
4
ezeket a becsléseket fenntartással kell fogadni, annyi igen valószínűnek látszik, hogy még jelentős uránérc készletek kimutatására van remény. 2007-ben a világ uránérc termelésének 24 %-a külfejtésekben, 38 %-a mélyművelésekben folyt, 28 %-át pedig az úgynevezett kioldásos eljárással (in situ leaching) termelték ki. A fennmaradó 10 % más nyersanyagok kitermelése során mint melléktermék jött létre. 2007-ben 20 országban termeltek ki uránércet és az összesített termelés 43 300 tonna volt. A világon működő 440 atomreaktor teljes igénye ugyanakkor 60 000 tonna volt. A különbözetet már kitermelt, raktározott ércből, valamint feleslegessé vált katonai készletekből fedezték. A bányászati kapacitások fejlesztésével ez a hiány különösebb nehézség nélkül megszüntethető. A világ tiz legnagyobb uránérc termelő országai a következők: 1. Kanada
25 %
2. Ausztrália
19 %
3. Kazahsztán
13 %
4. Niger
9%
5. Oroszország
8%
6. Namibia
8%
7. Üzbégisztán
6%
8. Egyesült Államok
5%
9. Ukrajna
3%
10. Dél-Afrika
2%
Magyarországon jelenleg, mint említettük nem folyik uránérc termelés. A korábbi években több olyan cikk és nyilatkozat jelent meg a sajtóban, hogy az atomenergia előállítása nem fejleszthető az uránérc készletek korlátozott volta miatt. A valóságban az ismert készletek a mai termelési szinten az alábbi időtartamra biztosítják az ellátást: 1. < 40 $/kg kitermelhető készletre
50 év
2. < 80 $/kg kitermelhető készletre
74 év
3. < 130 $/kg kitermelhető készletre
91 év
5
Ha a feltételezett reménybeli készletnek csak a felét vesszük realizálhatónak, akkor az ellátottság 175 évre növekszik. Figyelembe kell azonban venni az egyre növekvő számú atomerőművet. Ezért az OECD/NAU (2008) jelentés a kitermelés volumenének fokozatos növekedésével számol. Számításaik szerint a termelési kapacitást 2030—ig 118 000 tonnára lehet növelni. Ennél távolabbi jövőre nézve megbízható előrejelzés már nem készíthető. Mindenképen célszerű lenne a transzmutáció adta lehetőségek felhasználása a megfelelő gyorsreaktorok fejlesztésével. A reprocesszálás szélesebb körű alkalmazása is a globális élettartam meghosszabbodását eredményezné. Tórium ércek Tóriumot ma egyetlen atomerőműben sem használnak fűtőelemként, mégis általános vélemény szerint az uránércek tartalék nyersanyaga lehet. A tórium az uránnál gyakoribb elem, átlagos koncentrációja 7-10 ppm. Legfontosabb ásványa a monacit Ce PO4, melyben izomorf helyettesítés formájában a tórium részesedése 12 %-ot is elérhet. A monacit főként gránitokban, pegmatitokban, üledékes torlatokban és homokokban dúsul fel. Kevésbé gyakori ásványai a thórit ThSiO4 és a thorianit (Th,U) O2. Közvetlen ipari felhasználás hiányában eddig a tórium kutatás az uránércnél jóval korlátozottabb volt. Eddig két világ méretű felmérés készült, az egyik a US Geological Survey, a másik az OECD International Atomic Energy Agency részéről. Vizsgálataink szerint az utóbbi felmérés a részletesebb és a megbízhatóbb. E felmérés szerint a világ ismert, „megbízhatóan megkutatott” (RAR) készletei a következők: 1. Brazilia
606 000 tonna Th
2. Törökország
380 000
3. India
319 000
4. Egyesült Államok
137 000
5. Norvégia
132 000
6. Grönland
54 000
7. Kanada
45 000
8. Ausztrália
19 000
6
9. Dél-Afrika
18 000
10. Egyiptom
15 000
Összes többi ország Világ összesn
505 000 2 230 000 tonna Th
Ezen felül mintegy 15-20 millió tonnára becsülhető a fúrásokkal még nem megkutatott reménybeli tórium készlet. Összefoglalva megállapítható, hogy a világ ismert urán és tórium készletei hosszú időre biztosítják az atomerőművek ellátását. Ezen felül a reménybeli készletek megkutatása érdemben megnövelheti a már ismert készleteket.
