Ресурсы урана: запасы и потребление
Уран, несмотря на его относительно низкое среднее содержание в земной коре (около 3×10⁻⁴%), является основой современной атомной энергетики. Хотя он присутствует в малых концентрациях в горных породах и морской воде, экономически целесообразна добыча лишь из разведанных месторождений с приемлемой себестоимостью. Мировые потребности атомных электростанций оцениваются в 60–80 тысяч тонн урана ежегодно. При текущих объемах добычи разведанных запасов, извлекаемых с рентабельностью, хватит примерно на 60 лет, а с учетом потенциальных ресурсов этот срок может быть удвоен.
В России ситуация с урановой сырьевой базой является напряженной. Достоверные запасы с себестоимостью добычи менее 80 долларов за килограмм оцениваются в 180 тысяч тонн. Однако большая часть советской минерально-сырьевой базы, которая была крупнейшей в мире, осталась за пределами страны после ее распада. В настоящее время основным производителем является АО «Приаргунское ПГХО» в Забайкалье, но запасы высокорентабельных руд здесь практически исчерпаны. Годовое производство природного урана в России (около 2500 тонн) не покрывает внутренние потребности (6500 тонн), и дефицит восполняется за счет накопленных ранее ресурсов.
Источники покрытия мировых потребностей в уране
Глобальные нужды атомной энергетики удовлетворяются не только за счет текущей добычи, которая покрывает лишь около 60% спроса. Значительную роль играют и другие источники:
- Складские запасы, накопленные в разных странах (около 140 тыс. тонн).
- Высокообогащенный уран (ВОУ) из демонтированных ядерных боеголовок. Россия и США могут предоставить эквивалент примерно 180 тысяч тонн природного урана.
- Переработка отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Ежегодно из реакторов выгружается около 10,5 тыс. тонн тяжелого металла, часть которого перерабатывается для извлечения урана и плутония.
- Обедненный уран (хвосты обогащения), огромные запасы которого могут стать ресурсом в будущем при развитии соответствующих технологий.
Ключевыми поставщиками природного урана на мировой рынок являются Канада, Австралия, страны СНГ и Намибия.
Перспектива замкнутого ядерного топливного цикла
Существенное расширение ресурсной базы атомной энергетики связано с реализацией замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ). Его суть заключается в переработке ОЯТ, извлечении из него невыгоревшего урана и наработанного плутония с последующим изготовлением нового топлива.
Замыкание цикла только по урану позволяет увеличить энергоотдачу топлива примерно на 13%, а совместное использование урана и плутония — на 17%. Однако настоящий прорыв в эффективности использования ресурсов дает применение плутония в реакторах на быстрых нейтронах (БН), где его нейтронно-физические характеристики оптимальны. Это позволяет в десятки раз увеличить использование энергетического потенциала природного урана.
Объемы накопленного ОЯТ в мире постоянно растут. К 2020 году ожидалось, что количество содержащегося в нем плутония превысит 3000 тонн. Мощности по его переработке пока отстают от объемов накопления, но развитие этого направления критически важно для долгосрочной устойчивости атомной энергетики.
Торий как альтернативный ресурс
Запасы тория в земной коре примерно в четыре раза превышают запасы урана, что делает его потенциально огромным дополнительным ресурсом для ядерной энергетики. Наиболее значительными месторождениями обладают Турция, Индия, Бразилия и США.
Интерес к торию связан с возможностью его преобразования в делящийся изотоп уран-233 (²³³U) в реакторе. Таким образом, возможен ториевый топливный цикл (Th-U цикл), который для реакторов на тепловых нейтронах обладает некоторыми нейтронно-физическими преимуществами по сравнению с уран-плутониевым циклом. Исследования в этом направлении ведутся для различных типов реакторов, включая тяжеловодные (PHWR), легководные (LWR) и высокотемпературные газоохлаждаемые (HTGR).
Роль атомной энергетики в мировом энергобалансе
Научно-технический прогресс ведет к постоянному росту потребления электроэнергии — самого универсального и удобного вида энергии. В этой связи доля первичных энергоносителей, направляемых на производство электроэнергии (коэффициент электрификации), неуклонно растет и в промышленно развитых странах достигает 35–40%. Атомная энергетика, обладающая высокой энергоемкостью топлива и низкими выбросами парниковых газов в процессе генерации, играет важную роль в обеспечении стабильного и концентрированного энергоснабжения.
