Department of International Relations and European Studies1 Jaderný palivový cyklus a jeho aplikace v ČR doc. PhDr. Tomáš Vlček, Ph.D. tomas.vlcek@mail.muni.cz Department of International Relations and European Studies2 Obsah ̶ Front End ̶ Těžba ̶ Zpracování ̶ Konverze ̶ Obohacení ̶ Fabrikace ̶ Service Part ̶ Světová reaktorová flotila ̶ Využití jaderné elektrárny ̶ Back End ̶ Hlubinné úložiště ̶ Bonus: co se děje s elektřinou? Department of International Relations and European Studies3 Jaderný palivový cyklus 4 Jaderný palivový cyklus Department of International Relations and European Studies Department of International Relations and European Studies5 Jaderný palivový cyklus Department of International Relations and European Studies6 Uran Celková hodnota segmentu Front Endu je cca 25 miliard USD ročně. Zdroj: Steve Kidd, World Nuclear Association Uran 8.9 kg U3O8 $ 68 per kg $ 605 43% Konverze 7.5 kg U $ 14 per kg $ 105 8% Obohacení 7.3 SWU $ 52 per SWU $ 380 27% Fabrikace 1 kg $ 300 per kg $ 300 22% Celkem $ 1390 100% Náklady na 1 kg uranu jako UO2 paliva v přední části palivového cyklu (v cenách roku 2017, zdroj: WNA) Department of International Relations and European Studies7 Uran Nákupčí maximálně tlačí na cenu paliva, protože mají pocit, že jde o jediný provozní náklad, jehož výši mohou ovlivnit. Palivo má však minoritní roli v operačních nákladech elektrárny. Dopad 50% nárůstu v ceně paliva na cenu vyráběné elektřiny ̶ Zdroj: Global Energy Decisions, ERI, Inc.; IEA WEO 2006; in Steve Kidd, 2010, Nuclear Fuel: Myths and Realities Department of International Relations and European Studies8 Uran ̶ Přírodní uran je relativně hojný a v zemské kůře poměrně rovnoměrně zastoupený , vyskytuje se 500x častěji, než zlato ̶ Žula (tvoří přibližně 75% zemské kůry) obsahuje přibližně 4 ppm uranu (0,0004 %). ̶ Uhlí má poměrně vysoký obsah uranu, koncentrace činí okolo 100 ppm (0,01 %), některá hnojiva obsahují až 400 ppm (0,04 %). ̶ Je-li koncentrace vyšší (0,03 % a více), hornině se říká ruda a může být těžena se ziskem. ̶ Tradiční těžby (otevřené lomy, hlubinné doly) ̶ Metody ISL Department of International Relations and European Studies9 Uranium Nuclear Energy Agency / International Atomic Energy Agency (2018): Uranium 2018: Resources, Production and Demand, p. 17 Department of International Relations and European Studies10 Uran Nuclear Energy Agency / International Atomic Energy Agency (2018): Uranium 2018: Resources, Production and Demand, p. 26, 56 Department of International Relations and European Studies11 Uranium Source: WNA Department of International Relations and European Studies12 Department of International Relations and European Studies13 Department of International Relations and European Studies14 Department of International Relations and European Studies15 Department of International Relations and European Studies16 Department of International Relations and European Studies17 Department of International Relations and European Studies18 Department of International Relations and European Studies19 Department of International Relations and European Studies20 Department of International Relations and European Studies21 Department of International Relations and European Studies22 Uran Department of International Relations and European Studies23 Department of International Relations and European Studies24 Department of International Relations and European Studies25 Perspektiva budoucí těžby ̶ Rostoucí obohacení (až do 5 % U235) ̶ Dostupnost kovu navázána na cenovou hladinu na trhu (uran z oceánů, rezervy vs. odhady) ̶ Podle Red Book je na světě 8 Mt potvrzených zásob uranu, nepočítaje zdroje s nákladovou cenou nad 260 USD/kg ̶ V poslední době vzniklo na 400 nových těžebních firem ̶ Uskladněný přírodní a obohacený uran ̶ RepU (je-li drahý U = tlak na přepracování) ̶ P239 (použité palivo, zbraně) ̶ Down-blended (ředěný) zbraňový uran ̶ Obohacování odpadu (tzv. tails) z obohacování (aktuálně 0,25-0,3 % U235) ̶ Vyšší obohacení (je-li drahý U = tlak na vyšší obohacení/izolaci U235) ̶ Množivé reaktory (U238 -> P239) ̶ Jaderná fúze (?) Department of International Relations and European Studies26 Zpracování ̶ Ruda obvykle obsahuje okolo 0.1 % uranu, často i méně. ̶ V této podobě je přeprava jednoduše příliš nákladná. ̶ Přepracovací závody jsou tedy v těsné blízkosti dolů. ̶ Uranová ruda je očištěna, rozemleta a vylouhována kyselinou (sírovou). Po vysušení vzniká uranový koncentrát U3O8 (žlutý koláč). ̶ Koncentrace uranu v koncentrátu je 80 %, v této podobě je naplněn do 200 litrových sudů a připraven k transportu. ̶ Ve zbytku horniny se nacházejí zbytky rozpustného roztoku a většina radioaktivity (vázaná na produkty přirozeného radioaktivního rozpadu). Tyto zbytky se ukládají buď zpět do dolů nebo do odkališť, kde jsou uměle odděleny od životního prostředí. Department of International Relations and European Studies27 Department of International Relations and European Studies28 Department of International Relations and European Studies29 Department of International Relations and European Studies30 Department of International Relations and European Studies31 Department of International Relations and European Studies32 Konverze ̶ Obohacení lze aktuálně provést pouze v plynném skupenství. ̶ U3O8 lze přímo převést do UO3, který lze použít jako palivo v některých specifických reaktorech (PHWR). ̶ Většina reaktorů ale vyžaduje obohacení. U3O8 je tedy konvertováno do UF6, který je za normálních podmínek v plynném stavu. ̶ Plyn je napumpováno do kovových válců, ve kterých dochází ke změně skupenství. V těchto válcích se produkt transportuje. Department of International Relations and European Studies33 Konverze (a rekonverze) Zdroj: Euratom Supply Agency China´s capacity is expected to grow considerably in 2025 and beyond Plan to develop Ulba plant in Kazakhstan in 2020 (6,000 tU) Department of International Relations and European Studies34 Obohacení Zdroj: Euratom Supply Agency; WNA SWU calculator: http://www.wise- uranium.org/nfcue.html Department of International Relations and European Studies35 Obohacení Department of International Relations and European Studies36 Obohacení Department of International Relations and European Studies37 Obohacení SWU calculator: http://www.wise-uranium.org/nfcue.html Nuclear Fuel Cost Calculator: http://www.wise-uranium.org/nfcc.html Department of International Relations and European Studies38 Department of International Relations and European Studies39 Department of International Relations and European Studies40 Fabrikace Rozdíl oproti předchozím krokům: 1) Fabrikace je vysoce specializovaná služba, nikoliv komodita 2) K výrobě dochází na základě veřejných soutěží a podle přesných požadavků zákazníka 3) Kvalita paliva je klíčová pro provoz elektrárny. Finanční implikace sníženého výkonu, problémů či odstávky rychle převáží jakékoliv potenciální benefity levnějšího produktu. Department of International Relations and European Studies41 Fabrikace Department of International Relations and European Studies42 Fabrication Department of International Relations and European Studies43 Department of International Relations and European Studies44 Department of International Relations and European Studies45 Department of International Relations and European Studies46 Department of International Relations and European Studies47 Department of International Relations and European Studies48 Department of International Relations and European Studies49 Department of International Relations and European Studies50 Department of International Relations and European Studies51 Department of International Relations and European Studies52 Fabrikace Department of International Relations and European Studies53 Department of International Relations and European Studies54 Fabrikace Department of International Relations and European Studies55 Jaderný palivový cyklus Department of International Relations and European Studies56 Světová reaktorová flotila Department of International Relations and European Studies57 Světová reaktorová flotila Department of International Relations and European Studies58 Světová reaktorová flotila Department of International Relations and European Studies59 Světová reaktorová flotila Department of International Relations and European Studies60 Nuclear Reactors "Under Construction" as of July 2019 Department of International Relations and European Studies61 Světová reaktorová flotila