Těžba uranu z mořské vody – bláhový sen?

Pokaždé, když má jaderný průmysl problém, vytasí se s převratnou novinkou. Jednou to jsou množivé reaktory (asi dvacet neúspěšných projektů na světě bylo ukončeno, poslední francouzský projekt Astrid minulý rok), jednou malé modulární reaktory, které budou mít tu údajnou zázračnou vlastnost, že budu čím menší, tím budou levnější a obrátí na ruby scale effect. Ten definuje pokles ceny při větším objemu výroby, k tomu ale v tuto chvíli neexistuje odpovídající počet objednávek, byť předběžných. Tyto relativně malé reaktory by měly zásobovat jednotlivá střední a větší města. Zde by ale přestaly platit státní jaderné zájmy, včetně netransparentního jednání, jaké dnes vidíme při projednávání výstavby nového bloku v Dukovanech. Rovněž je velmi pravděpodobné předpokládat opozici občanské společnosti, která by obávala finančních i dalších rizik jaderného zařízení v těsné blízkosti.

Pakliže by se jaderná technika chtěla podílet na významném snížení emisí skleníkových plynů, musela by podstatně zvýšit výrobu elektřiny v jaderných elektrárnách. Současné zásoby uranu jsou podle NEA ve výši 5,5 milionu metrických tun a dalších 10,5 milionu metrických tun zůstává neobjeveno – celkem zhruba 230 let při výši současné spotřeby. Další průzkum a vylepšení technologie těžby pravděpodobně tento odhad v průběhu času zvýší. Zde je třeba dodat, že zlepšení technologie nepovede ke zvýšení koncentrace uranu, a když se kovnatost zdrojové rudy bude blížit hranici 0,02 % U půjde k nule energetická výtěžnost, jako důsledek druhé věty termodynamické.

Obrovské množství uranu v mořích vždy přitahovalo pozornost protagonistů jaderné energie. Celkové množství uranu v mořské vodě je téměř 4,6 miliard tun uranu. Toto ohromující množství je ale rozpuštěno 1,34 miliardách kubických kilometrů mořské vody, takže na kubický metr připadá 3,34 mg uranu, rozpuštěného převážně jako uranylkarbonátový ion. Podle teoretické úvahy by se 4,6 miliardy tun uranu v mořské vodě mohly stát palivem. Autor soudí, že by mohly pohánět tisíce 1 000 MW jaderných elektráren po dobu 100 000 let, aniž by bral v potaz, kde je postavit či bezpečnostní a finanční rizika. Považuje jaderné palivo vyrobené z uranu extrahovaného z mořské vody za obnovitelnou energii, neboť soudí, že další uran by se po vytěžení dále rozpouštěl z mořského dna.

Aby byl vyroben jeden kilogram obohaceného uranu s 5 % 235U, je třeba asi deset kilogramů přírodního uranu a jako vedlejší produkt vzniká okolo devíti kilogramů ochuzeného uranu. Spotřeba přírodního uranu na jeden reaktor 3000 MWth je okolo 250 tun přírodního uranu, aby se vyrobilo 25 tun obohaceného uranu. Na roční provoz jednoho takového reaktoru by bylo zapotřebí za rok zpracovat 250000000000/3,34 = 74850299401 m³ mořské vody za rok, tj. 2373 m³/sec při hypotetickém 100 % záchytu uranu.

Je zřejmé, že není možné počítat s čerpáním a filtrací takového množství vody. Pro zásobování všech současných 450 reaktorů na světě by se jednalo teoreticky o 450 * 2373, tedy přes milion kubických metrů za vteřinu. Průměrný průtok‎ Amazonky při ústí do Atlantického oceánu je ‎219 000 m³/s; pro zásobování všech soudobých reaktorů bychom tedy potřebovali filtrovat 4,5násobek průměrného průtoku Amazonky.

Za nižší účinnosti záchytu (což je více než pravděpodobné) bude potřebný objem mořské vody vyšší. Rovněž proto se předpokládá, že by se sorbenty umístily do teplých mořských proudů (kvůli rozpustnosti uranylových komplexů). Rychlost Golfského proudu je 2 m/sec, to znamená, že bychom museli pracovat v průřezu toku (219000/2 = 109500 m²), tady o ploše téměř 11 hektarů. Abychom do této plochy umístili sorbenty v nádržích (pro jednoduchost o čtvercových průřezech 1*1 metr a délce 5 metrů), znamenalo by to celkový objem 547500 m³. Tento objem by musel být pravidelně každých 60 dní dopraven do závodu na pobřeží, tj. 9125 m³ každý den. Kdybychom počítali jednu minutu na vynoření jedné nádrže, při dvaceti čtyř hodinové směně by bylo v tomto uspořádání třeba nejméně 6 lodí, do nichž by se nepřetržitě nakládalo.

Je zřejmé, že uvažovaný čas je pro takovou práci je velmi krátký, a je možná řadově podhodnocen. Dále je nutné počítat s dopravou k pobřežnímu závodu, vyložení a naložení.

Navrženy byly také sorbenty bez klecí či nádrží; při této možnosti se uvažovalo s umístěním zavěšeného sorbentu k mořskému dnu nebo na zavěšená lana na bójích. Při tomto uspořádání by zřetelně vzrostla ztráta sorpčního materiálu, která by současně vedla ke kontaminaci mořské vody značným množstvím polymerního materiálu.

Množství získaného uranu ale bude v každém případě nižší kvůli nezbytným dalším krokům, které musí následovat po proběhlé sorpci:

• čištění sorbentu od organického materiálu a organismů, které by bylo významné především v teplých mořských proudech, kdy například v Černém proudu u pobřeží Japonska dosahuje produkční rychlosti 150 – 300 g uhlíku na čtverečný metr a rok
• desorpce zachycených komplexních uranylových iontů z adsorpční hmoty se spotřebou desorpčního činidla
• čištění eluentu a odstranění jiných desorbovaných složek, přítomných ve vyšších koncentracích než uranylové ionty, s další spotřebou chemikálií
• extrakce uranu pomocí směsi organických rozpouštědel a komplexotvorných organofosforových činidel
• koncentrace a čištění získaných uranových sloučenin a přeměna na výsledný žlutý koláč, oxid uranylu U3O8.

Ztráty jsou nevyhnutelné a jsou dané entropií systému; každý z uvedených kroků je spojen se ztrátami uranu i dalších komponent. I kdybychom počítali pouze s 10% ztrátou sorbovaného uranu v každém kroku, činily by celkové ztráty 60 % a potřebné množství materiálů i cena by se více jak zdvojnásobily.

Při sorpci a desorpci uranu z polymerního materiálu bychom měli brát v potaz určitou (10 %) ztrátu polymerního materiálu ve formě vláken i s energetickými náklady na dovoz kontejnerů se sorbetem na místo teplého mořského proudu jakými jsou Golfský proud v Atlantiku nebo Černý proud u Japonska, jejich vyložení a opětovné naložení.

Technologie získávání uranu z velmi zředěného substrátu, mořské vody, tak představuje první komplikovaný krok dalšího komplikovaného procesu – provozu jaderného reaktoru.