Verfügbarkeit von atomaren Brennstoffen

Transkript

1 Wien, EHNUR-Abschlusspräsentation, 13. März 2013 Verfügbarkeit von atomaren Brennstoffen Dr. Werner Zittel, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, Ottobrunn Niki Arnold, Universität für Bodenkultur, Wien

2 Inhalt Die Welt am Scheideweg - fossile und nukleare Energieversorgung Die Versorgung mit Primäruran - Ressourcen - Historische Förderung und Förderszenarien Die Versorgung mit Sekundäruran - Rüstungskonversion - RepU - Wiederaufarbeitung (MOX) Unkonventionelle Uranförderung - Uran aus Meerwasser - Uran aus Phosphaterzen Thorium

3 Reserven von Energieträgern und statische Reichweite Reserven Statische Reichweite t <80 <130 <260 <260 $/kg Reserven RAR RAR + IR Mrd. t 187 Mrd. m³ 1526 Mrd. Barrel Quelle: BP 2011, IAEA 2010 Jahre

4 Der Förderpeak der fossilen Brennstoffförderung ist bald zu erwarten Quelle: The fossil and nuclear fuels supply update, Energy Watch Group,

5 Zur Definition von Reserven und Ressourcen NEA/ IAEA Reserven Ressourcen Reine Spekulation 2009 Reasonably assured (RAR) Inferred Resources (IR) Speculative Prognosticated RAR RAR RAR RAR IR IR IR IR < < < < < Cost Un- <40 $/kgu <80 $/kgu <130$/kgU <260$/kgU <40 $/kgu <80 $/kgu <130$/kgU <260$/kgU 80 $/kgu 130$/kgU 260$/kgU 130 $/kgu 260 $/kgu assigned Deutschland 2005 Reserves RAR <40 $/kgu RAR $/kgu IR < 80 $/kgu discovered RAR $/kgu IR $/kgu Resources Prognosticated undiscovered Speculative

6 Quantifizierung der Reseven und Ressourcen Reine Spekulation 2009 Reasonably assured (RAR) Inferred Resources (IR) Speculative Prognosticated RAR RAR RAR RAR IR IR IR IR < < < < < Cost Un- <40 $/kgu <80 $/kgu <130$/kgU <260$/kgU <40 $/kgu <80 $/kgu <130$/kgU <260$/kgU 80 $/kgu 130$/kgU 260$/kgU 130 $/kgu 260 $/kgu assigned Reserven Ressourcen Daten: NEA 2011

7 Regionale Verteilung der Reserven und Ressourcen von Uran Regionale Verteilung der Reasonably Assured Resources <260$/kgU Regionale Verteilung der Identified Resources <260$/kgU

8 1000 Tonnen Uran 1000 Tonnen Uran Neubewertung der Reserven nach Überschreiten des Fördermaximums: Frankreich IR < 130 $/kgu IR < 80 $/kgu RAR < 130 $/kgu RAR < 80 $/kgu kum. Förderung Uranförderung Frankreich

9 1000 Tonnen Uran 1000 Tonnen Uran Neubewertung der Reseven nach überschreiten des Fördermaximums: USA IR < 130 $/kgu IR < 80 $/kgu RAR < 260 $/kgu RAR < 130 $/kgu RAR < 80 $/kgu kum. Förderung Jahr Jahr NEA 2010

10 Stillgelegte Uranminen in den USA Quelle:

11 Uranförderung der USA: realistische Szenarien? Historie RAR<80 $/kgu RAR<130 $/kgu RAR<260 $/kgu Jahr NEA 2010, LBST 2010

12 Kasachstan Kanada Australien Niger Namibia Russland Usbekistan USA 1000 t Uran Uranförderung seit 2000 in den 8 größten Förderstaaten Reichweite der RAR bei konst. Förderrate: 20 a 2000: 36,1 kt 2001: 36,4 kt a 150 a 2002: 36,0 kt 2003: 35,6 kt 2004: 40,2 kt 2005: 41,7 kt 5 85 a 100 a 70 a 20 a 250 a 2006: 39,5 kt 2007: 41,3 kt 2008: 43,8 kt 2009: 51,4 kt 2010: 54,7 kt 2011: 54,6 kt

13 Regionale Beiträge zur weltweiten Uranförderung

14 Entdeckung der Uranminen in Australien, höher bewertete Ressourcen und kumulierte Förderung Quelle: Arnold 2013

15 Uranförderung in Australien und optimistisches Förderszenario Quelle: Arnold 2013

16 Jahre seit der Entdeckung der Mine Der Zeitraum von der Entdeckung einer Mine bis zur ersten Uranförderung nimmt zu Zeitpunkt des Förderbeginns einer Mine Quelle: Arnold 2013

17 Uranförderung in Kasachstan: bekannte Minen und maximales Förderszenarien?

18 Weltweite Uranförderung, falls alle RAR förderbar sind

19 Weltweite Uranförderung, falls alle RAR und IR förderbar sind

20 Sekundärquellen von Uran

21 kg LEU Anreicherung von Natururan auf 3-5% 235U und Abreicherung der Restmenge Menge an mit 235 U angereichertem Uran in kg bei Einer Gesamtmenge von 1000 kg U ,2 0,4 0,6 0,8 % 235 U-Gehalt im abgereicherten Uran

22 Energieaufwand zur Anreicherung von Uran aus Natururan (0,711%)

23 Versorgung mit Uran aus Sekundärquellen (t Natururanäquivalent) 1000 t Lagerbestände Abraumhalden HEU Reale Entwicklung RepU = Uran aus der Wiederaufarbeitung MOX = Plutonium in Mischoxidbrennstäben HEU = Uran aus der Rüstungskonversion RepU MOX (Pu) Korrigiertes IAEA-Szenario Jahr

24 Uran aus Meerwasser Uran aus dem Phosphatabbau Thorium als Reaktorbrennstoff

25 Urankonzentration und Uranmengen in der Erdkruste und im Meer Konventioneller Abbau Energiebilanz i.d.r. negativ

26 Uranförderung aus Meerwasser japanische Experimente Quelle: Saito 2003

27 Uranförderung aus Meerwasser japanische Experimente Quelle: Saito 2003, Tamada 2003

28 Errechnete Förderkosten von Uran aus Meerwasser 2 gu/kg ads 4 gu/kg ads 6 gu/kg ads 8 gu/kg ads Source: Schneider 2012

29 Errechnete Förderkosten von Uran aus Meerwasser Source: Schneider 2012

30 Energieaufwand zur Förderung von Uran aus Meerwasser Source: Schneider 2012 Ergebnis: Energy Return on Energy Invested = 6,7 (ohne Endlagerung)

31 Uranbelastung von Böden und Grundwasser durch uranhaltige Phosphatdüngemittel Phosphatdünger enthält im Mittel 285 mg/kg Quelle: Bundesregierung BRD in Antwort auf KA vom 31. Mai 2011 Bei Düngung mit 22 kg/ha Phosphat werden je Hektar ca g Uran jährlich ausgebracht Die Wiederentdeckung der Möglichkeit, Uran aus Phosphaten zu gewinnen Dient eher dazu, das Problem der Urankontaminierung zu reduzieren. Als Nebeneffekt hofft man auf einen Beitrag zur Uranversorgung, denn Phosphatlagerstätten enthalten zwischen mg Uran je kg Die weltweiten Phosphatvorkommen enthalten ca. 22 Mio. Tonnen Uran

32 Urangewinnung aus Phosphaterzen Ausgereifte Technologie, aber hohe Förderkosten Kosten steigen - mit geringer werdender Konzentration im Phosphat - mit geringer Uranförderrate Uranförderung gebunden an - an Phosphatlagerstätten mit hohem Urangehalt - Phosphatlagerstätten mit hoher Förderrate (Marokko) Förderrate von Uran aus Phosphaten ca Tonnen/Jahr

33 Thorium als Brennstoff für Reaktoren Thorium muss erst zu einem spaltbaren Brennstoff U(233) aufbereitet werden Hierfür werden Neutronen benötigt (aus konventionellen Uran/Plutonium Kreislauf) Thorium ist Hauptbestandteil von Monazit, das wiederum als Basis der Gewinnung von Seltenen Erdmetallen dient Im vollständigen Thoriumkreislauf würde etwa 1 t/a für den Betrieb eines GW Reaktors ausreichen In-situ Thorium Ressourcen (Mio. Tonnen) 1,5 1,2 0,7 0,5 0,9 0,6 0,6 1,6 Quelle: NEA 2011 Türkei sonst. Europa Nordamerika Südamerika Afrika Eurasien Asien Australien In vielen Fällen wurden die Vorteile des Thorium-Brennstoffkreislaufes überschätzt Quelle: The Thorium Fuel Cycle, National Nuclear Laboratory, UK, August 2010

34 Zusammenfassung Die meisten Uranerzvorkommen wurden vorjahrzehnten entdeckt Die Reserven reichen bei konstanter Förderung für ca. 20 Jahre RAR reichen bei konstanter Förderung für ca. 80 Jahre RAR + IR reichen bei konstanter Förderung für ca. 120 Jahre Nicht die Reserven sind entscheidend, sondern deren Qualität hinsichtlich Erzgehalt, Förderaufwand, Marktnähe, sowie politische Bedingungen Nur Kasachstan hat in den vergangenen Jahren deutlich ausgeweitet Australien hat die größten Reserven, aber starke politische Einschränkungen, darüber hinaus sind die Förderbedingen ungünstig (geringer Erzgehalt, Förderrate an den Kupfermarkt gekoppelt) Die Vorlaufzeiten im Erschließen neuer Minen werden länger Vermutlich kann der Reaktorbestand für Jahre versorgt werden Es sind jedoch bereits Versorgungsprobleme innerhalb der kommenden 10 Jahre möglich, wenn neue Projekte nicht zeitgerecht begonnen werden