Америка, Япония и Китай борются за титул первой страны, сделавшей атомную энергию бесконечно возобновляемой. Проблема будет решена, как только станет экономически выгодным добывать уран из морской воды, ибо там его запасы поистине неисчерпаемы.
И Америка, похоже, впереди. Прорывные технологии, разработанные в Тихоокеанской северо-западной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL) и Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) министерства энергетики США, сделали выделение урана из морской воды экономически эффективным, и остался всего лишь один вопрос: когда мы станем использовать морскую воду, а не руду, чтобы добывать уран для атомных электростанций?
Ядерное топливо, получаемое из урана, содержащегося в мировом океане, — это неисчерпаемый источник атомной энергии. И дело не только в том, что 4 миллиарда тонн такого урана способны в течение 100 000 лет обеспечивать бесперебойную работу тысячи атомных электростанций мощностью 1000 МВт каждая: морской уран постоянно пополняется, в силу чего атомная энергия становится такой же бесконечной, как солнечная, водная и ветровая.
Вот новейшая технология, разработанная на основе исследований, проведённых в Японии: покрытые амидоксимом полиэтиленовые волокна, предназначенные для захвата и связывания диоксида урана из морской воды (см. рисунок 1). В морской воде амидоксим притягивает диоксид урана и связывает его с поверхностью волокнистых оплёток, диаметр которых может достигать 15 сантиметров, а длина — нескольких метров, в зависимости от места применения (см. Рисунок 2).
Подержав примерно месяц в морской воде, куски оплётки поднимают на поверхность и собирают. Кислотная обработка восстанавливает уран в форме уранилового комплекса, регенерируя при этом волокна (они способны выдерживать многократное использование). Чтобы превратить концентрированный ураниловый комплекс в ядерное топливо, его обогащают.
О данном технологическом процессе, как и о предпринимаемых во всём мире усилиях, было написано в журнале Industrial & Engineering Chemistry Research. В его специальном выпуске, посвящённом синтезу и характеристике урановых адсорбентов, а также их морским испытаниям на таких объектах, как Лаборатория морских наук (Marine Sciences Laboratory, MSL) — подразделение PNNL в Секиме (Sequim), штат Вашингтон, авторами более половины из 30 статей являются учёные из PNNL и ORNL.
Гари Гилл (Gary Gill), заместитель директора Отдела прибрежных наук (Coastal Sciences Division) PNNL, координировавший морские испытания, отметил: «Чтобы точно оценить, насколько хороши материалы, адсорбирующие уран, необходимо выяснить, как эти адсорбенты работают под водой на просторах морей». В дополнение к морским испытаниям специалисты PNNL провели оценку долговечности адсорбента и токсичности его материалов, эффективности захвата им урана по сравнению с другими элементами, а также влияния на производительность адсорбента скоплений морских организмов.
Морские испытания показали, что в природной морской воде новые волокна всего за 50 дней способны удержать 6 граммов урана на килограмм адсорбента. На веб-сайте Университета Теннесси, Ноксвилл, (University of Tennessee Knoxville) можно посмотреть прекрасный видеоролик о добыче урана из морской воды.
Позже, с 19 по 22 июля, в Мэрилендском университете в Колледж-Парке (University of Maryland, College Park) состоится Первая международная конференция по извлечению урана из морской воды, где встретятся специалисты со всего мира.
Стивен Кунг (Stephen Kung) из Управления ядерной энергетики министерства энергетики США (DOE’s Office of Nuclear Energy) считает, что «поиск альтернатив добыче урановой руды является необходимым шагом в планировании будущего ядерной энергетики». И технологические достижения PNNL и ORNL позволили всего за пять лет сократить расходы на добычу урана в четыре раза. Однако морской уран всё ещё стоит свыше 200 долларов США за фунт U3O8, то есть вдвое больше, чем необходимо для того, чтобы он смог заменить урановую руду.
К счастью, стоимость урана составляет малую долю от стоимости ядерного топлива, которая, в свою очередь, составляет малую долю от стоимости ядерной энергии. За последние двадцать лет спотовые цены на уран варьировали от 10 до 120 долларов США за фунт U3O8, в основном из-за изменений в сфере производства ядерного топлива путём обеднения оружейного урана.
Когда стоимость добычи урана из морской воды упадёт ниже 100 долларов за фунт, такая добыча станет коммерчески жизнеспособной альтернативой освоению новых месторождений урановой руды. Но даже при 200 долларах США за фунт U3O8 доля морского урана в стоимости 1 кВт⋅ч ядерной энергии будет незначительной.
Впрочем, главное не это, а то, что добыча урана из морской воды делает атомную энергию бесконечно возобновляемой.
Концентрация урана в морской воде очень низкая: всего лишь около 3 частей на миллиард (3 микрограмма на литр или 0,00000045 унции на галлон). Но в мировом океане очень много воды: 300 миллионов кубических миль или около 350 миллионов триллионов галлонов (350 квинтиллионов галлонов, 1324 квинтиллиона литров). Таким образом, в любой момент времени океан содержит около 4 миллиардов тонн урана.
Однако концентрация урана в морской воде контролируется путём метастабильных, или псевдоравновесных, химических реакций между водой и горными породами Земли, находящимися как в океане, так и на суше. А в этих породах содержится 100 триллионов тонн урана. Таким образом, стоит извлечь из морской воды какое-то количество урана, как из горных пород выщелачивается такое же количество взамен, в результате чего концентрация урана остаётся прежней. Пройдёт миллиард лет, но и за этот огромный срок человечество не сможет добыть столько урана, чтобы его концентрация в морской воде уменьшилась, даже если наш род сумеет выжить и 100 % потребной нам энергии будут обеспечивать атомные электростанции.
Другими словами, морской уран практически бесконечно возобновляем. Так же, как и солнечная энергия. Да, уран, содержащийся в земной коре, строго говоря, когда-то закончится. Но когда-то исчезнет и Солнце: в конечном итоге оно сгорит. Однако это произойдёт не раньше, чем через 5 миллиардов лет. Примерно в это же время на Земле не будет даже ветра, ибо, когда Солнце станет превращаться в красный гигант, наша атмосфера испарится.
«Слово „возобновляемый“, — отмечает профессор Джейсон Донев (Jason Donev) из Университета Калгари (University of Calgary), — в буквальном смысле означает „опять становящийся новым“. Любой ресурс, который со временем естественным образом воспроизводится, например, ветер или рост биологических организмов для биомассы или биотоплива, безусловно, является возобновляемым. Возобновляемая энергия означает, что энергия, извлекаемая человечеством из природы, опять сама собой появляется. И в настоящее время уран как топливо полностью соответствует данному определению».
Так что, какое определение ни используй, солнечная, ветровая, водная и атомная энергия — всё это возобновимо. Пора бы обществу осознать данный факт и добавить атомную энергию в своё портфолио возобновляемых ресурсов.
