Является ли ядерная энергия возобновляемым или устойчивым источником энергии?

В настоящее время ядерная энергетика является устойчивым источником энергии, но она может стать полностью возобновляемой, если источник урана изменится с добытой руды на морскую воду. Поскольку извлекаемый U постоянно пополняется в результате геологических процессов, ядерная энергия станет такой же бесконечной, как и солнечная.

Но означают ли возобновляемые источники энергии и устойчивое развитие одно и то же в мире энергетики?

Не обязательно. Как говорит профессор Джейсон Донев из Университета Калгари, «не все возобновляемое является устойчивым, и, в свою очередь, не все, что является устойчивым, обязательно возобновляемым».

Адсорбенты HiCap от Национальной лаборатории Ок-Ридж и Hills Inc. для извлечения урана из . [+] морская вода, которая сделает атомную энергетику возобновляемой и устойчивой.ORNL продемонстрировала адсорбционную способность HiCap, которая в пять-семь раз превосходит самые эффективные обычные адсорбенты, что стало возможным благодаря непрерывным полиэтиленовым волокнам малого диаметра с большой площадью поверхности, которые могут плавать в океане в течение нескольких месяцев, как многоразовые водоросли перед сбором урана. , затем вернулся в море. Источник: ОРНЛ

Возобновляемый буквально означает «создавать новый снова». Любой ресурс, который естественным образом пополняется со временем, например создание ветра или рост биологических организмов для получения биомассы или биотоплива, безусловно, является возобновляемым. Возобновляемая энергия означает, что энергия, которую люди извлекают из природы, обычно заменяет саму себя.

С другой стороны, устойчивый источник энергии может поддерживаться в течение определенного периода времени, общий объем которого будет хватать на тот период человеческой истории, который в нем нуждается, с той скоростью, с которой он используется или ожидается, что он будет использоваться. Он может или не может быть продлен с определенной скоростью.

В использовании энергии человеком преобладает небольшой список первичных видов энергии, из которых следующие источники считаются возобновляемыми: солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергетика, энергия приливов и геотермальная энергия.

Источники энергии считаются невозобновляемыми, если их создание занимает очень много времени, как ископаемое топливо, или если их создание произошло давно и вряд ли произойдет снова, как уран.

Однако в ближайшее время запасы угля, нефти или природного газа у нас не закончатся. Благодаря фрекингу наши запасы нефти и природного газа продолжают расти. Просто взгляните на визуализацию данных Донева, чтобы увидеть, что произошло с объемом экономически извлекаемого природного газа в зависимости от времени. То, что в то время считалось мировыми запасами газа, увеличилось с 60 000 млн т н.э. в 1980 году до 170 000 в 2013 году.

Природный газ не возобновляем, но современные технологии позволяют нам получить доступ к такому ошеломляющему количеству, что оно может показаться бесконечным по стандартам прошлого. А будущие технологии позволят добывать еще больше.Удержать людей от использования такого количества доступного ископаемого топлива только для защиты окружающей среды будет очень и очень сложно.

Но даже возобновляемый источник энергии становится неустойчивым, если он используется быстрее, чем восстанавливается. Это часто наблюдается для геотермальной энергии, где тепло не обновляется достаточно быстро горячими породами, а температура на входе падает ниже точки, при которой образуется пар.

И наоборот, невозобновляемый ресурс может быть устойчивым, если он используется достаточно медленно, чтобы его запасов хватило на тысячи лет, а воздействие на окружающую среду не вызывало огромных проблем. Это наиболее очевидно в отношении атомной энергетики. Как и в случае с ископаемым топливом, количество урана, доступного из традиционных источников, долгое время недооценивалось. Запасы подсчитываются только для экономически извлекаемых источников с использованием современных технологий и ценообразования. Оба продолжают становиться лучше.

Более того, усовершенствованные ядерные реакторы, которые заменят наши существующие реакторы, используют гораздо больше топлива, чем современные реакторы. Небольшие модульные реакторы могут лучше адаптировать использование энергии к спросу. Реакторы на расплавленных солях получают в десять раз больше энергии из того же количества урана, потому что продукты деления и реакционные яды удаляются по ходу. Быстрые реакторы получают как минимум в десять раз больше энергии от существующего ядерного топлива, сжигая все, а не только U-235.

Простое использование существующего урана с площадок урановых рудников, а также сжигание существующего отработавшего топлива в быстрых реакторах в ближайшем будущем обеспечивает достаточное количество уранового топлива для производства 10 триллионов кВтч в год в течение тысяч лет, что делает его в настоящее время устойчивым по любым меркам.

Но использование урана, извлеченного из морской воды, вместо добычи урановой руды делает атомную энергетику действительно возобновляемой и устойчивой. Количество урана в морской воде составляет всего 3,3 микрограмма/литр (частей на миллиард), но в сумме это составляет 4,5 миллиарда тонн урана на миллиард кубических километров морской воды в океане.

Но эти цифры не статичны.Уран, добытый из обычных урановых горных пород и сожженный в реакторах, исчез навсегда. Но добытый из морской воды уран постоянно пополняется.

Концентрации U в морской воде, как и всех других растворенных компонентов, определяются стационарными химическими реакциями между водами и породами на Земле, как в океане, так и в результате непрерывного выветривания континентальных пород на суше. Выщелачивание и выветривание пород земной коры постоянно пополняют все элементы в морской воде, и люди не могут извлечь достаточно урана, чтобы снизить общую концентрацию урана в морской воде быстрее, чем он пополняется.

Как и в случае любого коммерческого товара, процесс добычи морской воды должен стать достаточно экономичным, чтобы заменить добычу полезных ископаемых в качестве источника урана. И новые технологии извлечения урана из морской воды быстро становятся экономически выгодными.

Исследования и разработки по извлечению U из морской воды ведутся с 1960-х годов, особенно в Японии, включая неорганические адсорбенты, абсорбирующие полимерные волокна и нетканые материалы для урана. В 2012 году Министерство энергетики объявило о разработке нового адсорбирующего материала под названием HiCap (на фото выше). По словам доктора Пера Петерсона из Калифорнийского университета в Беркли, эти улучшения позволили снизить производственные затраты на добычу морской воды до 100-300 долларов за фунт желтого кека (U3O8). Ожидается, что в ближайшие десять лет он упадет еще больше.

Стоимость урана составляет небольшой процент от стоимости ядерного топлива, что само по себе составляет небольшой процент от стоимости ядерной энергии. За последние двадцать лет спотовые цены на уран колебались от 10 до 120 долларов за фунт U3O8. Различия в основном связаны с изменениями в доступности урана оружейного качества, который можно разбавлять для производства реакторного топлива.

Поэтому, когда стоимость извлечения урана из морской воды упадет ниже 100 долларов за фунт, это станет коммерчески жизнеспособной альтернативой добыче новой урановой руды.А ядерная энергетика станет полностью возобновляемой и устойчивой до тех пор, пока люди будут нуждаться в энергии.