Piotrowski: Czy Polska powinna wzbogacać uran do celów energetycznych?
– Można spodziewać się niebawem powrotu dyskusji czy Polska ma własne zasoby uranu i czy może być samowystarczalna w dostawach paliwa na potrzeby elektrowni jądrowych. Odpowiedź na pierwsze pytanie brzmiała do niedawna: to zależy w jakim resorcie zada się to pytanie – pisze prof. Andrzej Piotrowski, były wiceminister energii odpowiedzialny m.in. za sektor jądrowy, w BiznesAlert.pl.
- Przez lata zakulisowych działań Rosji próbowano wypchnąć dyspozycyjną i bezemisyjną energetykę jądrową poza stosowane metody wytwarzania energii w społeczeństwach zachodnich. Wówczas dosyć pochopnie pozwolono na zdominowanie światowego rynku przez dostawy uranu z Rosji. Szczęśliwie dominacja nie oznacza monopolu.
- Eksploatacja złóż uranu w Polsce miała miejsce głównie w latach 40. i 50. XX wieku, Główne obszary, na których prowadzono eksploatację, to rejon Kowar i Kletna w Górach Sowich oraz okolice Tatr.
- Trzeba zapobiegać ryzyku wycieków radioaktywnych do środowiska i dlatego konieczne jest bezpieczne zarządzanie takimi odpadami. Rodzi to nie tylko bieżące ale i długofalowe koszty. Zagrożenie promieniotwórczością nie dotyczy wyłącznie odpadów z wydobycia uranu.
- Wydobycie uranu jest bardzo intensywną eksploatacją środowiska naturalnego ze względu na jego niewielką zawartość w złożach. Naturalny uran zawiera tylko około 0.7 procent izotopu U-235. W elektrowniach trzeciej generacji wykorzystywany jest uran na poziomie 3-5 procent wzbogacenia. W zaawansowanych reaktorach czwartej generacji nadal wykorzystujących nisko wzbogacony uran mieszanka uranowa nazwana HALEU zbliża się do 20 procent wzbogacenia.
Pani Minister Marzena Czarnecka w wystąpieniu w Regionalnej Izbie Gospodarczej w Katowicach w ramach “Gospodarczego otwarcia roku” zasugerowała, że w nowelizacji Ustawy o działach do nowego resortu przypisana zostanie polityka surowcowa, w tym polityka jądrowa. Można spodziewać się więc niebawem powrotu dyskusji czy Polska ma własne zasoby uranu i czy możemy w takim razie być samowystarczalni w dostawach paliwa dla zlokalizowanych w Polsce elektrowni jądrowych. Odpowiedź na pierwsze pytanie brzmiała do niedawna: to zależy w jakim resorcie zada się to pytanie.
Premier Donald Tusk deklaruje jednak publicznie, że energetyka jądrowa jest w Polsce niezbędna więc i pozamerytoryczne podziały opinii, miejmy nadzieję, niebawem znikną. A więc już raz na zawsze ustalimy, że jednak rudy Uranu w Polsce są i że zasób ten, mimo wyeksploatowania niektórych złoży w okresie “Zimnej Wojny”, nadal w innych miejscach występuje w obfitości przekraczającej potrzeby zaopatrzenia Polski w energię jądrową przez ponad sto lat. Pozostaje jednak drugie pytanie czy powinniśmy się zabierać za wydobycie i wzbogacanie uranu?
Rosyjska gra na zaburzenie podaży uranu
Przez lata zakulisowych działań Rosji próbowano wypchnąć dyspozycyjną i bezemisyjną energetykę jądrową poza stosowane metody wytwarzania energii w społeczeństwach zachodnich. Wówczas dosyć pochopnie pozwolono na zdominowanie światowego rynku przez dostawy uranu z Rosji. Szczęśliwie dominacja nie oznacza monopolu. Zainicjowano już inwestycje w przywrócenie w krajach Zachodu wytwarzania wzbogaconego uranu. Rosja wykonała kolejny ruch prowokując rewoltę w Nigrze, co uderzyło we francuskie zdolności wytwarzania i podbiło cenę rynkową. Jednak na świecie jest nie tylko mnogość źródeł uranu, ale też i możliwość przywrócenia zdolności wzbogacania w zaledwie kilka lat.
Historia uranu w Polsce
Eksploatacja złóż uranu w Polsce miała miejsce głównie w latach 40. i 50. XX wieku, Główne obszary, na których prowadzono eksploatację, to rejon Kowar i Kletna w Górach Sowich oraz okolice Tatr. W Kowarach działalność była najintensywniejsza w latach 1948–1954, gdy eksploatowano tam złoża uranu pod nadzorem radzieckim, w ramach przedsiębiorstwa „R1”. W Tatrach eksploatacja prowadzona była w mniejszej skali, głównie w latach 50. XX wieku. Po tym okresie, zainteresowanie uranem w Polsce stopniowo zanikało, głównie z powodu niskiej opłacalności wydobycia w porównaniu do odkrytych w innych krajach bardziej perspektywicznych złóż.
Zagrożenie radonem
Niestety, w trakcie wydobycia rudy uranu jednym z głównych zagrożeń jest radon, naturalnie występujący gaz szlachetny, który jest produktem rozpadu uranu. Radon jest radioaktywny. Gdy jest wdychany, jego produkty rozpadu mogą osadzać się w płucach, zwiększając ryzyko wystąpienia raka płuc. Oprócz radonu, w rudzie uranu mogą występować inne metale ciężkie oraz substancje radioaktywne. Nie wszystkie te elementy są wydzielane jako surowiec i skały płonne, będące odpadem z procesu wydobycia, muszą być gdzieś składowane. Trzeba więc zapobiegać ryzyku wycieków radioaktywnych do środowiska i dlatego konieczne jest bezpieczne zarządzanie takimi odpadami. Rodzi to nie tylko bieżące ale i długofalowe koszty. Zagrożenie promieniotwórczością nie dotyczy wyłącznie odpadów z wydobycia uranu. Substancje radioaktywne znaleźć można także na innych hałdach kopalnianych, a także w popiołach, gdyż procesy spalania koncentrują zawartość pierwiastków ciężkich w odpadach.
Żółte ciasto
Kolejny etap przetwarzania rudy uranu polega na zwiększeniu zawartości izotopu U-235. W tym celu ruda jest rozdrabniana na proszek, aby zwiększyć powierzchnię, na której mogą działać reagenty chemiczne. Zmielona ruda poddawana jest likwiacji (wytrawianie). Proszek z rudy jest mieszany z rozpuszczalnikami chemicznymi (zazwyczaj kwasem siarkowym lub wodorotlenkiem sodu), które rozpuszczają uran pozostawiając inne minerały jako odpady. Uran w formie roztworu jest następnie ekstrahowany z mieszaniny. Często stosuje się do tego procesy wymiany jonowej, osadzania chemicznego lub ekstrakcji rozpuszczalnikowej. Uran z roztworu jest wytrącany w formie stałej, np. jako diuranian amonu (ADU) lub diuranian magnezu (MDU). Osad (precypitat) jest suszony i następnie prażony w wysokiej temperaturze, co prowadzi do powstania żółtego ciasta – yellow cake, który zawiera około 80 procent uranu w formie tlenku uranu (U3O8). Substancja ta ma charakterystyczną żółtą lub brązowawą barwę, stąd nazwa „yellow cake”.
Wirówki i odpady
Uran z tlenku uranu U3O8 jest chemicznie przekształcany w heksafluorek uranu (UF6), ponieważ UF6 jest jednym z nielicznych związków uranu, który w temperaturze pokojowej jest ciałem stałym, a w okolicach 56 stopni Celsjusza staje się gazem, co ułatwia jego wykorzystanie w procesach wzbogacania. Proces wzbogacania uranu jest kluczowym etapem w produkcji paliwa jądrowego, ponieważ naturalny uran zawiera około 99,3 procent izotopu uranu-238 i tylko około 0,7 procent izotopu uranu-235, który jest izotopem rozszczepialnym używanym w większości reaktorów jądrowych.
W metodzie wzbogacania polegającej na użyciu siły odśrodkowej gaz UF6 jest wprowadzany do szybko rotujących cylindrów (czyli centryfug). Na skutek działania siły odśrodkowej, cięższe cząsteczki UF6 z U-238 przemieszczają się ku zewnętrznym ścianom cylindra, podczas gdy lżejsze z U-235 koncentrują się bliżej osi cylindra. Gaz jest następnie pobierany z różnych miejsc cylindra, dzięki czemu uzyskuje się frakcje o różnym stopniu wzbogacenia. Po procesie wzbogacania, gaz UF6 może być poddawany dalszym procesom oczyszczania. Odwirowywanie to obecnie najbardziej efektywna i najczęściej stosowana metoda wzbogacania uranu.
W procesie wzbogacania, obok UF6, mogą powstawać inne radioaktywne izotopy, a także produkty uboczne, takie jak pluton. Oznacza to konieczność ścisłego nadzoru i kontroli, aby zapobiec rozprzestrzenianiu technologii i materiałów jądrowych na potrzeby innych niż pokojowe. Oprócz promieniowania, UF6 jest substancją bardzo toksyczną i reaktywną, zwłaszcza z wodą, co wymaga specjalnych środków ostrożności przy jego przechowywaniu i manipulacji. Odpady z procesu wzbogacania, znane jako ogony wzbogacania, zawierają zubożony uran i inne substancje radioaktywne. Wymagają one przechowywania w bezpiecznych warunkach na specjalnie przygotowanych składowiskach.
Na koniec ditlenek uranu
UF6, po wzbogaceniu, jest przekształcany w UO2 poprzez serię reakcji chemicznych. Wymaga to najpierw redukcji UF6 do uranu metalicznego, a następnie utlenienia do UO2. W tym etapie głównym zagrożeniem jest nadal UF6, który musi być przechowywany i przetwarzany w warunkach zapobiegających uwalnianiu się do atmosfery. Natomiast ditlenek uranu, choć mniej reaktywny niż UF6, nadal wymaga procedur dla materiału radioaktywnego. Odpady z tego etapu procesu konwersji to głównie toksyczne materiały chemiczne i radioaktywne. Ich utylizacja wymaga specjalistycznych metod w tym głównie sprowadza się do redukcji objętości i składowania w bezpiecznych, odizolowanych miejscach. Pozyskany UO2 jest następnie prasowany w małe, twarde granulki. Granulki UO2 są poddawane procesowi sinteringu, czyli obróbce termicznej, która zwiększa ich gęstość i wytrzymałość mechaniczną.
Paliwo do rektorów jądrowych
W reaktorach jądrowych trzeciej generacji paliwo przygotowywane jest w tzw. prętach paliwowych. Są to rurki z metalu odpornego na działanie wysokiej temperatury i korozję (zazwyczaj ze stopu cyrkonu), w których umieszczane są granulki UO2. Rurki z granulkami UO2 są hermetycznie zamykane, tworząc pręty paliwowe.
W reaktorach czwartej generacji paliwo jądrowe jest albo przygotowane w postaci zabezpieczonych wieloma warstwami ochronnymi kulek TRISO dla reaktorów chłodzonych gazem albo też granulki mieszane są z ciekłym chłodziwem takim jak ciekłe sole lub metale. W ten sposób eliminowane jest zagrożenie stopieniem się rdzenia rektora w przypadku awarii chłodzenia. O ile reaktory trzeciej generacji mają zabezpieczenia konstrukcyjne przed skutkami awarii o tyle reaktory czwartej generacji mają konstrukcję eliminującą zagrożenie.
Za i przeciw wydobyciu i wzbogacaniu
Wydobycie uranu jest bardzo intensywną eksploatacją środowiska naturalnego ze względu na jego niewielką zawartość w złożach. Naturalny uran zawiera tylko około 0.7 procent izotopu U-235. W elektrowniach trzeciej generacji wykorzystywany jest uran na poziomie 3-5 procent wzbogacenia. W zaawansowanych reaktorach czwartej generacji nadal wykorzystujących nisko wzbogacony uran mieszanka uranowa nazwana HALEU zbliża się do 20 procent wzbogacenia.
Wzbogacanie uranu jest procesem skomplikowanym technologicznie i wymagającym bardzo rozbudowanych środków nadzoru. Jest też procesem wieloetapowym, w którym powstają istotne ilości odpadów. Odpady te można skoncentrować pod względem objętości ale pozostałości trzeba składować “na zawsze”. Nie jest więc przypadkiem, to że wzbogacanie uranu wypychano do krajów, gdzie normy środowiskowe są łagodniejsze, a miejsce na odpady nie jest tak cenne jak w Środkowej Europie.
Decyzję o rozpoczęciu w Polsce zarówno wydobycia uranu jak i budowie przemysłu wzbogacania warto więc rozważyć nie tylko w aspekcie niezależności energetycznej ale też uciążliwości. No i jeszcze jedna uwaga: nie jest ona jednoznaczna z produkcją paliwa jądrowego, które jest kolejną fazą i w łańcuchu wartości sektora energii jądrowej wyróżnia się znaczną marżą zysku. Dysponowanie wzbogaconym uranem nie oznacza dostępu do paliwa, które na dodatek jest specyficzne dla każdego typu reaktora.
Morawiecki: Nie ma alternatywy wobec atomu w Polsce, a fuzja Lotosu i Orlenu była przejrzysta
