Uránérc: mi vár rá a jövőben, mik a lehetséges kilátások?

Az uránérc mind a mai napig éppen annyira meghatározó energiahordozó, mint a kőolaj, vagy a földgáz, és még pár évtizedig így is marad. Feltéve, ha nem következik be áttörés a fizikában.

Elég sok mindent elárul a 21. század első harmadáról, hogy még mindig az uránércből kinyert radioaktív nehézfémmel, az uránnal tudjuk csak olcsón és minimális környezetkárosítással csillapítani az emberiség energiaéhségét.

Olcsón? Igen. Az uránérc ugyanis az egyik leggyakoribb fém a Földön. Ráadásul szinte mindenütt megtalálható. De akkor miért nem bányássza mindenki és miért nincs tele atomfegyverrel az összes ország?

A válasz aligha meglepő: kevesen rendelkeznek a szükséges tudással.

Persze az, hogy mit tekintünk környezetkárosításnak, nézőpont kérdése. Ha csak az erőművek teljes életciklusára vetített széndioxid-termelést vesszük alapul, akkor az atomerőművek elég tiszták.

Ha viszont már azt is figyelembe vesszük, milyen környezetkárosítást okoz az energiahordozója kitermelése, finomítása, majd a nukleáris hulladék kezelése, akkor aligha tekinthetjük továbbra is „tiszta energiának”.

Mi az uránérc?

Kezdjük az alapoknál. Az urán csak érc formájában található meg a természetben. Elsődleges ásványa az uraninit (UO₂), avagy korábbi nevén szurokföld. A különböző lelőhelyeken számos más uránásvány is megtalálható.

Ezek közé tartozik a karnotit, a tyujamunit, a torbernit és az autunit. Számos másodlagos uránásvány ismert, amelyek közül sok ragyogó színű és fluoreszkáló. Akit behatóbban érdekel az ásványtan, kezdésként ismerkedjen meg az uráncsillámokkal, egész sokféle akad belőlük.

Alapvető tudnivalók az uránról

Az urán az egyik legnehezebb a természetben előforduló elemek közül az atommagok tömegének növekedése szerinti skálán – a hidrogén a legkönnyebb. Az urán 18,7-szer olyan sűrű, mint a víz.

Más elemekhez hasonlóan az urán is többféle, egymástól kissé eltérő változatban, úgynevezett izotópokban fordul elő. Ezek az izotópok az atommagban lévő töltetlen részecskék (neutronok) számában különböznek egymástól.

A földkéregben található természetes urán nagyrészt két izotóp keveréke: az urán-238 (U-238) 99,3%-ban, az urán-235 (U-235) pedig körülbelül 0,7%-ban fordul elő. Az U-235 izotóp azért fontos, mert bizonyos körülmények között könnyen hasad, és eközben nagy mennyiségű energia szabadul fel.

Mint minden radioaktív anyag, az urán is bomlik – csak éppen az U-238 nagyon lassan bomlik, felezési ideje körülbelül megegyezik a Föld korával (4500 millió év).

Ez azt jelenti, hogy alig radioaktív, kevésbé, mint sok más izotóp a kőzetekben és homokban. Ennek ellenére 0,1 watt/tonna bomlási hőt termel, és ez elegendő a Föld magjának felmelegítéséhez. Az U-235 valamivel gyorsabban bomlik.

Mióta ismeri az ember az uránércet?

Az uránt az újkorban 1789-ben fedezte fel Martin Heinrich Klaproth német kémikus, aki a mai Cseh Köztársaság területén, az egykori Cseh Királyságban található joachimsthali (ma Jáchymov) ezüstbányákból származó szurokföldminták elemzése során izolálta az urán oxidját. Az alig pár évvel korábban felfedezett Uránusz bolygó után nevezte el „uránnak”.

Az uránt sokáig elsősorban kerámiamázak színezőanyagaként használták, továbbá színezéshez a korai fényképészetben. Radioaktív tulajdonságait csak 1866-ban ismerték fel, és energiaforrásként való felhasználási lehetősége csak a 20. század elején mutatkozott meg.

Az uránt ma már világszerte használják a villamos energiát termelő kereskedelmi atomreaktorok működtetésére, valamint orvosi, ipari és védelmi célokra használt izotópok előállítására.

Már a rómaiak is használták az uránt

Azonban, mint oly sok más újkori felfedezés esetében, úgy az uránnál is érvényes, hogy már évezredekkel korábban használni kezdték – csak nem vetették alá érdemi tudományos vizsgálatnak.

Az urán természetes oxid formájában történő felhasználása legalább az i. sz. 79-ig nyúlik vissza, amikor a Római Birodalomban a kerámiamázak sárga színének hozzáadására használták.

Hogyan lehet kitermelni?

A kezdeti időkben a szövetségesek azt hitték, az urán rendkívül ritka, ezért már azzal biztosítható az atomhatalmi státusz, ha a kevés ismert lelőhelyet teljesen kiaknázzák. Rövidesen azonban kiderült, hogy különböző koncentrációkban ugyan, ám az urán gyakorlatilag az egész világon megtalálható.

Olyannyira általános, hogy az urán 40-szer gyakoribb elem a földkéregben, mint az ezüst és 500-szor gyakoribb, mint az arany. A kereskedelmi célú uránkitermelés kihívása az, hogy megtaláljuk azokat a területeket, ahol a koncentráció megfelelő ahhoz, hogy gazdaságilag életképes lelőhelyet képezzen.

Az urán átlagos gyakorisága 3-5 gramm/tonna a szárazföldön, míg ugyanennyi uránt a tengerek és óceánok vizében ezer köbméterenként találni. Szerencsére senki se állt neki felforgatni az egész világot uránércért, mert bőséggel találtak olyan helyeket, ahol az urán koncentrációja ennél az átlagos értéknél messze magasabb.

Az uránércet jellemzően két módon bányásszák:

1. mélyművelés során leásnak a földbe és hagyományos bányát építenek ki,
2. külszíni fejtéssel akkor, ha közel van a felszínhez az uránban gazdag kőzet.

Az uránérc gazdaságos kitermeléséhez legalább fél gramm uránnak kell lennie egy kilogramm földben. Ilyen térség is viszonylag sok van a világon, ám a legnagyobb lelőhelyek Észak-Amerikában (főként Kanadában), Ausztráliában, illetve Kazahsztánban találhatók.

Az uránlelőhelyek kategóriái

A Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (NAÜ) dolgozta ki az uránlelőhelyek osztályozását a befogadó kőzetek, a szerkezeti elhelyezkedés és a lelőhely ásványtana alapján sorolva kategóriákba azokat.

1. Konformitással nem összefüggő lelőhelyek
2. Breccia komplex lelőhelyek
3. Homokkő lelőhelyek
4. Kvarc-kavics-konglomerátum lelőhelyek
5. Mészkő lelőhelyek
6. Felszíni lerakódások
7. Vulkáni lerakódások
8. Intruzív lerakódások
9. Metaszomatit lerakódások
10. Vénás lerakódások
11. Foszforit és lignit lelőhelyek

A NAÜ osztályozási rendszere jól működik, de messze nem ideális, mivel nem veszi figyelembe, hogy hasonló folyamatok számos lelőhelytípust képezhetnek, de eltérő geológiai környezetben.

Mire használják a kitermelt uránércet?

Az uránércnek egy egész sor folyamaton kell átmennie, mire olyan urániumot nyernek belőle, amit aztán felhasználhatnak

1. nukleáris fűtőelemekhez,
2. orvosi műszerekhez vagy
3. robbanófejekhez.

Alapvetően az atomerőművek vagy orvosi felszerelés urániuma alkalmatlan bombakészítésre.

Az őrlési eljárás során keletkező uránérc-koncentrátum vegyes oxidot tartalmaz, amelyet általában „U₃O₈„-nak (UO₂ – 2 UO₃) neveznek. Ezt a Yellow Cake-ből kalcinálással nyerik. A benne lévő számos szennyeződés miatt további finomításra van szükség, mielőtt nukleáris üzemanyag előállítására felhasználható lenne. 1 t U₃O₈ 0,848 t U-nak felel meg.

Aki igazán részletekbe menően akar megtudni mindent az uránról, és az angol is megy neki, ezt az oldalt ajánlom átböngészésre.

Milyen élettani hatása van?

Az uránérc sokkal több kárt okoz, ha hozzávágják valakihez, mintha csak békésen pihen egy szobában. Mivel rendkívül alacsony szintű a radioaktivitása, ezért ha gondot is okoz, az maximum a radon termelődése az uránérc közelében.

Az U-235 is inkább nehézfémként okoz károsodást, ha az emberi szervezetbe jut. Aki puszta kézzel fogna meg a tiszta uránt, jobban teszi, ha gyorsan kezet mos utána, de rövid ideig tartó közvetlen érintkezés sem okoz érdemi sugárterhelést.

Melyik országokban, mekkora mennyiséget termelnek uránércből? Mekkora mennyiséget gazdaságos kitermelni?

A jelenlegi becslések szerint 35 millió tonna uránérc termelhető még ki globálisan, amiből gazdaságosan 5 millió tonna termelhető ki. Persze, itt a gazdaságosság erősen relatív, mert teljesen a piaci kereslettől függ.

Például a dúsított urán ára 2007-ben 130 dollár volt kilogrammonként, míg 2022 májusában 50 dollár felett kereskedtek vele.

Az utóbbi években 20 országban zajlott érdemi uránbányászat. A két legnagyobb termelő Kazahsztán, amely a világtermelés 35,6%-át adja és Kanada, 16,7%-os hozzájárulással. Fontos szereplők még Ausztrália (11%-os világpiaci részesedés), Niger (8%), Namíbia (6%), Oroszország (5,5%), Üzbegisztán (5,5%).

Mi az uránérc jövője?

Ahogy a bányászat és bányaipar szakoldalán summázzák, az uránérc jövőjét a kereslet és kínálat határozza meg.

Például az Egyesült Államok a saját uránigényét majdnem teljes egészében importból oldja meg (2019-ben a termelésük csak a kereslet 0,3%-át fedezte), miközben számos uránbánya létesült az országban az elmúlt közel 70 év során.

Miért importálja majdnem 100%-ban az urániumot? Mert sokkal olcsóbb megvenni másoktól, mint belföldön kibányászni és finomítani. Éppen ezért is a legnagyobb piaci szereplő Kazahsztán, pedig például Ausztráliában mennyiségileg több uránérc található: relatíve olcsóak a bányászat költségei Ázsiában.

Hogy mi lesz az uránérc jövője? Egyfelől még egy darabig szükség lesz fűtőelemekre az atomerőművekben, és mert világszerte több mint 54 reaktor van építés alatt és további 100 reaktor tervezése zajlik, az urán iránti kereslet garantáltan növekedni fog.

Ha pedig egyszer végleg véget ér a maghasadásból nyert energia kora, az uránércre mindaddig szükség lesz, amíg radioaktív anyagokkal dolgozik az orvoslás – és a hadipar.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, szövegíró. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.