La minería de uranio es el proceso de extracción de mineral de uranio del suelo. En 2019 se produjeron más de 50.000 toneladas de uranio. Kazajstán, Canadá y Australia fueron los tres principales productores de uranio, respectivamente, y juntos representan el 68% de la producción mundial. Otros países que produjeron más de 1.000 toneladas al año fueron Namibia, Níger, Rusia, Uzbekistán, Estados Unidos y China. [2] Casi todo el uranio extraído del mundo se utiliza para alimentar plantas de energía nuclear . Históricamente, el uranio también se utilizó en aplicaciones como vidrio de uranio o ferrouranio, pero esas aplicaciones han disminuido debido a la radiactividad del uranio y hoy en día se abastecen en su mayoría con un suministro abundante y barato de uranio empobrecido que también se utiliza en municiones de uranio . Además de ser más barato, el uranio empobrecido también es menos radiactivo debido a un menor contenido de compuestos de vida corta.234
U y235
U que el uranio natural.
El uranio se extrae mediante lixiviación in situ (57% de la producción mundial) o mediante extracción convencional subterránea o a cielo abierto (43% de la producción). Durante la minería in situ, se bombea una solución de lixiviación a través de los orificios de perforación hacia el depósito de mineral de uranio, donde disuelve los minerales. Luego, el fluido rico en uranio se bombea de regreso a la superficie y se procesa para extraer los compuestos de uranio de la solución. En la minería convencional, los minerales se procesan moliendo los materiales minerales hasta obtener un tamaño de partícula uniforme y luego tratando el mineral para extraer el uranio mediante lixiviación química . [3] El proceso de molienda produce comúnmente un material seco en forma de polvo que consiste en uranio natural, " torta amarilla ", que actualmente se vende comúnmente en el mercado de uranio como U 3 O 8 . Mientras que algunas centrales nucleares (sobre todo los reactores de agua pesada como el CANDU ) pueden funcionar con uranio natural (normalmente en forma de dióxido de uranio ), la gran mayoría de las centrales nucleares comerciales y muchos reactores de investigación requieren un enriquecimiento de uranio , lo que aumenta el contenido. de235
U desde el 0,72% natural hasta el 3-5% (para uso en reactores de agua ligera ) o incluso superior , según la aplicación. El enriquecimiento requiere la conversión de la torta amarilla en hexafluoruro de uranio y la producción del combustible (nuevamente generalmente dióxido de uranio, pero a veces carburo de uranio , hidruro de uranio o nitruro de uranio ) a partir de esa materia prima.
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Antes de 1789, cuando Martin Heinrich Klaproth descubrió el elemento, los compuestos de uranio producidos incluían nitrato, sulfato, fosfato, acetato y diuranato de potasio y sodio . Klaproth detectó el elemento en pechblenda de la mina George Wagsfort, en las Montañas Ore , y estableció su uso comercial como colorante de vidrio. La pechblenda de estas montañas se mencionó ya en 1565, y entre 1825 y 1898 se produjeron 110 toneladas de uranio. En 1852 se identificó el mineral de uranio autunita del Macizo Central . [4]
Alrededor de 1850, la extracción de uranio comenzó en Joachimsthal, Bohemia , donde se produjeron más de 620 t de uranio metálico (tU) entre 1850 y 1898, con 10.000 tU producidas antes del cierre en 1968. En 1871, comenzó la extracción de mineral de uranio en Central City, Colorado. , donde se extrajeron 50 t antes de 1895. En 1873, se inició la extracción de uranio en la mina South Terras, St Stephen-in-Brannel , Cornwall, produciendo la mayor parte de las 300 tU de esa zona en el siglo XIX. En 1898, se extrajo por primera vez carnotita en el cinturón mineral de Uravan , con un rendimiento de 10 tU al año. [4]
En 1898, Pierre Curie y Marie Skłodowska-Curie recibieron de St. Joachimsthal 1 t de pechblenda, de la que Marie identificó el elemento radio . Pierre abogó por su uso como cura contra el cáncer, lo que impulsó un negocio de spa en esa ciudad. [5]
En 1913 se descubrió Shinkolobwe , provincia de Katanga. En 1931 se descubrió el depósito de Port Radium . Otros descubrimientos importantes incluyeron la provincia de Beira , Tyuya Muyun y Radium Hill . [4]
En 1922, la Union Minière du Haut Katanga comenzó a producir radio medicinal en la mina Shinkolobwe, pero cerró a finales de la década de 1930 cuando el mercado del radio disminuyó. En mayo de 1940, los nazis invadieron Bélgica y se apoderaron del mineral de uranio de Union Minière almacenado allí. El 18 de septiembre de 1942, se compraron 1250 toneladas de mineral de uranio Shinkolobwe para el Proyecto Manhattan a Edgar Sengier de Union Minière , quien había almacenado el mineral en un almacén de Archer Daniels Midland cerca del Puente de Bayona , Staten Island . En 1943, Sengier reabrió la mina Sinkolobwe con recursos del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos y una inversión de 13 millones de dólares de Estados Unidos. [5] : 45–50, 54–55 Sengier informó que se había extraído mineral de uranio de la mina hasta una profundidad de 79 metros, pero que había otros 101 metros de mineral disponibles para su extracción. Esto equivalía a 10.000 toneladas de hasta un 60% de octóxido de triuranio . El proyecto también adquirió la mayor parte de la producción de la Mina Eldorado (Territorios del Noroeste) . [6]
Según Richard Rhodes , refiriéndose a la investigación alemana sobre el uranio, " Auer , los especialistas en torio... entregaron la primera tonelada de óxido de uranio puro procesado a partir de minerales de Joachimsthal a la Oficina de Guerra en enero de 1940. En junio de 1940... Auer encargó sesenta toneladas de óxido de uranio refinado procedente de la Unión Miniére en la Bélgica ocupada". [7]
Si bien las Repúblicas Soviéticas de Kazajstán y la RSFSR se convertirían más tarde en algunos de los principales productores de uranio del mundo, inmediatamente después del final de la Segunda Guerra Mundial aún no se conocía la disponibilidad de grandes depósitos de uranio en la URSS y, por lo tanto, los soviéticos desarrollaron inmensos operaciones mineras en sus estados satélites, Alemania Oriental y Checoslovaquia, que habían conocido depósitos de uranio en las Montañas Metálicas. El nombre deliberadamente opaco SDAG Wismut (el término alemán "Wismut" para bismuto debería dar la ilusión de una prospección de un metal que los soviéticos definitivamente no buscaban) se convirtió en el mayor empleador en las Montañas Metálicas de Sajonia y remotas ciudades mineras como Johanngeorgenstadt aumentaron a diez. veces su población en unos pocos años. La minería costaba inmensas cantidades de dinero y los mineros, por un lado, estaban sujetos a una mayor represión y vigilancia, pero, por otro lado, permitían un suministro de bienes de consumo más generoso que otros alemanes orientales. Si bien la producción nunca pudo competir con los precios del mercado mundial de uranio , la naturaleza de doble uso del material extraído, así como la posibilidad de pagar a los mineros en moneda blanda pero vender uranio por moneda fuerte o sustituir importaciones que habrían tenido que pagarse en La moneda fuerte inclinó la balanza a favor de continuar con las operaciones mineras durante la Guerra Fría. Después de la reunificación alemana , se cerró la minería [8] y se inició la ardua tarea de rehabilitar las tierras impactadas por la minería. [9]
Las diecisiete ciudades y minas bajo el control de Wismut contribuyeron con el 50 por ciento del uranio utilizado en la primera bomba atómica soviética, Joe-1 , y el 80 por ciento del uranio utilizado en el programa nuclear soviético. De los 150.000 trabajadores, 1.281 murieron en accidentes y 20.000 sufrieron lesiones. Después de la muerte de Stalin en 1953, el Ejército Rojo entregó el control de la producción al SDAG y los trabajadores penitenciarios fueron liberados, lo que redujo la población de trabajadores a 45.000. En su apogeo, en 1953, las minas de St. Joachimsthal tenían 16.100 reclusos, la mitad de los cuales eran prisioneros políticos soviéticos. [5] : 135–142, 151–157, 161–167, 173–176
En 1975, el 75% de la producción mundial de mineral de uranio procedía de conglomerados de guijarros de cuarzo y areniscas ubicadas en el área del lago Elliot en Canadá , Witwatersrand y la meseta de Colorado . [10]
En 1990, el 55% de la producción mundial procedía de minas subterráneas, pero en 1999 esta cifra se redujo al 33%. A partir de 2000, las nuevas minas canadienses volvieron a aumentar la proporción de minería subterránea y, con Olympic Dam, ahora es del 37%. La minería de lixiviación in situ (ISL o ISR) ha ido aumentando constantemente su participación en el total, principalmente debido a Kazajstán. [11]
En 2009, las minas de mayor producción incluyeron la mina de uranio del río McArthur con 7400 tU, la mina de uranio Ranger con 4423 tU, la mina de uranio Rössing con 3574 tU, las minas del desierto de Moiynkum con 3250 tU, la mina Streltsovsk con 3003 tU, la presa Olímpica mina a 2981 tU, la mina Arlit a 1808 tU, la mina Rabbit Lake a 1400 tU, la mina Akouta a 1435 tU y la mina McClean Lake a 1400 tU. Los depósitos más grandes del mundo incluyen la mina Olympic Dam con 295.000 tU, la mina Imouraren con 183.520 tU, la mina McArthur River con 128.900 tU, la mina Streltsovsk con 118.341 tU, las minas Novokonstantinovka con 93.630, la mina Cigar Lake con 80.500 tU, Uzbekistán. minas con 76.000 tU, la mina Elkon con 71.300 tU, el complejo brasileño Itataia con 67.240 tU, el proyecto Marenica con 62.856 tU, la mina Langer Heinrich con 60.830 tU, la mina Dominion con 55.753 tU, el proyecto de uranio Inkai con 51.808 tU, el proyecto Kiggavik con 51.574 tU, la mina Rössing con 50.657 tU, el proyecto australiano Yeleerie con 44.077 y la mina Trekkopje con 42.243 tU. [12]
Se han descubierto y extraído muchos tipos diferentes de depósitos de uranio. Existen principalmente tres tipos de depósitos de uranio, incluidos los depósitos de tipo discordante, a saber, los depósitos de paleoplacer y los de tipo arenisca, también conocidos como depósitos de tipo frente rodante. [ se necesita aclaración ]
Los depósitos de uranio se clasifican en 15 categorías según su entorno geológico y el tipo de roca en la que se encuentran. Este sistema de clasificación geológica lo determina la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA). [13]
El uranio también se encuentra en el agua de mar , pero a los precios actuales en el mercado del uranio , los costos tendrían que reducirse entre 3 y 6 para que su recuperación fuera económica. [14]
Los depósitos de uranio en rocas sedimentarias incluyen aquellos en arenisca (en Canadá y el oeste de EE. UU. ), [15] discordancias precámbricas (en Canadá), [15] fosfato , [15] conglomerado de guijarros y cuarzo precámbrico , tuberías de brechas colapsadas (ver Tubería de brechas de Arizona mineralización de uranio ) y calcreta .
Los depósitos de uranio de arenisca son generalmente de dos tipos. Los depósitos de tipo frente rodante se producen en el límite entre la parte oxidada y de inmersión ascendente de un cuerpo de arenisca y la parte reducida de inmersión más profunda de un cuerpo de arenisca. Los depósitos de uranio de arenisca peneconcordantes , también llamados depósitos de tipo Meseta del Colorado , ocurren con mayor frecuencia dentro de cuerpos de arenisca generalmente oxidados, a menudo en zonas reducidas localizadas, como en asociación con madera carbonizada en la arenisca.
Los depósitos de uranio del tipo conglomerado de guijarros de cuarzo precámbricos se encuentran sólo en rocas de más de dos mil millones de años. Los conglomerados también contienen pirita. Estos depósitos han sido extraídos en el distrito Blind River – Elliot Lake de Ontario, Canadá, y en los conglomerados auríferos Witwatersrand de Sudáfrica.
Los depósitos de tipo discordante representan alrededor del 33% de los depósitos de uranio del mundo fuera de las áreas de economías de planificación centralizada (WOCA). [dieciséis]
Los depósitos de uranio hidrotermales abarcan minerales de uranio de tipo veta. Los depósitos de uranio hidrotermales de tipo veta representan concentraciones epigenéticas de minerales de uranio que normalmente llenan brechas, fracturas y zonas de cizallamiento. [17] Muchos estudios han tratado de identificar la fuente de uranio con depósitos de tipo veta hidrotermal y las fuentes potenciales aún siguen siendo un misterio, pero se cree que incluyen rocas preexistentes que se han descompuesto por la erosión y la fuerza que provienen de áreas de larga data. -acumulación de sedimentos a término. [17] El Bloque Sur de China es un ejemplo de una región que ha dependido de la demanda de depósitos de uranio hidrotermales de tipo veta durante el último medio siglo. [17] Los depósitos ígneos incluyen intrusivos de sienita nefelina en Ilimaussaq , Groenlandia; el depósito de uranio diseminado en Rossing , Namibia; pegmatitas que contienen uranio y el depósito del lago del cráter Aurora de la Caldera McDermitt en Oregón. También se encuentran depósitos diseminados en los estados de Washington y Alaska en Estados Unidos. [18] [19]
Los depósitos de uranio en brecha se encuentran en rocas que se han roto debido a fracturas tectónicas o erosión. Los depósitos de uranio en brecha son más comunes en India, Australia y Estados Unidos. [20] Una gran masa de brecha se llama tubo de brecha o chimenea y está compuesta por la roca que adopta una forma irregular y casi cilíndrica. El origen de las brechas es incierto, pero se cree que se forman en intersecciones y fallas. Cuando las formaciones se encuentran sólidas en la roca huésped del suelo llamada harina de roca, suele ser un sitio para la extracción de cobre o uranio. Copper Creek, Arizona, alberga aproximadamente 500 tuberías de brechas mineralizadas y Cripple Creek, Colorado, también es un sitio que contiene depósitos de mineral de tuberías de brechas asociados con una tubería volcánica.
La mina Olympic Dam , el depósito de uranio más grande del mundo, fue descubierta por Western Mining Corporation en 1975 y es propiedad de BHP . [21]
La prospección de uranio es similar a otras formas de exploración mineral, con la excepción de algunos instrumentos especializados para detectar la presencia de isótopos radiactivos.
El contador Geiger fue el detector de radiación original y registraba la tasa de conteo total de todos los niveles de energía de radiación. Las cámaras de ionización y los contadores Geiger se adaptaron por primera vez para uso en el campo en la década de 1930. El primer contador Geiger-Müller transportable (que pesaba 25 kg) se construyó en la Universidad de Columbia Británica en 1932. HV Ellsworth del GSC construyó una unidad más ligera y práctica en 1934. Los modelos posteriores fueron los principales instrumentos utilizados para la prospección de uranio para muchos años, hasta que los contadores Geiger fueron sustituidos por contadores de centelleo .
El uso de detectores aéreos para buscar minerales radiactivos fue propuesto por primera vez por GC Ridland, un geofísico que trabajaba en Port Radium en 1943. En 1947, Eldorado Mining realizó la primera prueba registrada con detectores de radiación aéreos (cámaras de ionización y contadores Geiger) y Refinación limitada . (una Canadian Crown Corporation desde entonces vendida para convertirse en Cameco Corporation ). La primera patente para un espectrómetro de rayos gamma portátil fue presentada por los profesores Pringle, Roulston y Brownell de la Universidad de Manitoba en 1949, el mismo año en que probaron el primer contador de centelleo portátil en tierra y en el aire en el norte de Saskatchewan .
La espectrometría aérea de rayos gamma es ahora la técnica líder aceptada para la prospección de uranio con aplicaciones en todo el mundo para mapeo geológico, exploración mineral y monitoreo ambiental . La espectrometría aérea de rayos gamma utilizada específicamente para la medición y prospección de uranio debe tener en cuenta una serie de factores como la distancia entre la fuente y el detector y la dispersión de la radiación a través de los minerales, la tierra circundante e incluso en el aire. En Australia, se ha desarrollado un índice de intensidad de la meteorización para ayudar a los buscadores basándose en las imágenes de elevación y espectrometría de rayos gamma aéreas de la misión topográfica de radar Shuttle (SRTM). [22]
Un depósito de uranio, descubierto mediante técnicas geofísicas, se evalúa y toma muestras para determinar las cantidades de materiales de uranio que se pueden extraer del depósito a costos específicos. Las reservas de uranio son las cantidades de mineral que se estima que son recuperables a los costos establecidos. A medida que los precios aumentan o la tecnología permite reducir el costo de recuperación de depósitos conocidos, antes antieconómicos, las reservas aumentan. En el caso del uranio, este efecto es particularmente pronunciado, ya que la mayor reserva actualmente antieconómica (la extracción de uranio del agua de mar ) es mayor que todos los recursos terrestres conocidos de uranio combinados. [23] [24] [25]
Al igual que con otros tipos de minería de roca dura, existen varios métodos de extracción. En 2016, el porcentaje del uranio extraído producido por cada método de minería fue: lixiviación in situ (49,7 por ciento), minería subterránea (30,8 por ciento), tajo abierto (12,9 por ciento), lixiviación en pilas (0,4 por ciento), coproducto/ subproducto (6,1%). El 0,1% restante se obtuvo como recuperación miscelánea. [26]
En la minería a cielo abierto, la sobrecarga se elimina mediante perforación y voladura para exponer el yacimiento, que luego se extrae mediante voladura y excavación utilizando cargadores y camiones volquete. Los trabajadores pasan mucho tiempo en cabinas cerradas, lo que limita la exposición a la radiación. El agua se utiliza ampliamente para suprimir los niveles de polvo en el aire. El agua subterránea es un problema en todos los tipos de minería, pero en la minería a cielo abierto, la forma habitual de abordarla (es decir, cuando el mineral objetivo se encuentra debajo del nivel freático natural) es bajar el nivel freático bombeando el agua. El suelo puede asentarse considerablemente cuando se elimina el agua subterránea y puede volver a moverse de manera impredecible cuando se permite que el agua subterránea vuelva a subir una vez concluida la minería. La recuperación de tierras después de la minería sigue diferentes caminos, dependiendo de la cantidad de material extraído. Debido a la alta densidad energética del uranio, a menudo es suficiente rellenar la antigua mina con la capa de sobrecarga, pero en caso de un déficit de masa que supera la diferencia de altura entre el nivel superficial anterior y el nivel freático natural, se forman lagos artificiales cuando el agua subterránea cesa la eliminación. Si hay sulfitos, sulfuros o sulfatos en las rocas ahora expuestas, el drenaje ácido de la mina puede ser una preocupación para los cuerpos de agua de reciente desarrollo. Actualmente, las empresas mineras están obligadas por ley a establecer un fondo para futuras recuperaciones mientras la minería esté en curso y esos fondos generalmente se depositan de tal manera que no se vean afectados por la quiebra de la empresa minera.
Si el uranio está demasiado bajo la superficie para la minería a cielo abierto, se podría usar una mina subterránea con túneles y pozos excavados para acceder y extraer el mineral de uranio.
En principio, la extracción subterránea de uranio no es diferente de cualquier otra extracción de roca dura y a menudo se extraen otros minerales en asociación (por ejemplo, cobre, oro, plata). Una vez que se ha identificado el yacimiento, se excava un pozo en las proximidades de las vetas de mineral y se realizan cortes transversales horizontalmente hasta las vetas en varios niveles, generalmente cada 100 a 150 metros. Túneles similares, conocidos como galerías, se conducen a lo largo de las vetas de mineral desde el corte transversal. Para extraer el mineral, el siguiente paso es abrir túneles, conocidos como elevaciones cuando se conduce hacia arriba y ventanas cuando se conduce hacia abajo, a través del depósito de un nivel a otro. Posteriormente se utilizan elevaciones para desarrollar los rebajes donde se extrae el mineral de las vetas.
El tajeo, que es el taller de la mina, es la excavación de donde se extrae el mineral. Comúnmente se utilizan tres métodos de minería de tajeos. En el método de "corte y relleno" o "tajeo abierto", el espacio que queda después de la extracción del mineral después de la voladura se llena con roca estéril y cemento. En el método de "contracción", sólo se elimina suficiente mineral roto a través de los conductos inferiores para permitir a los mineros que trabajan desde la parte superior de la pila perforar y volar la siguiente capa a romper, dejando finalmente un gran agujero. El método conocido como "cuarto y pilar" se utiliza para yacimientos más delgados y planos. En este método, el yacimiento de mineral se divide primero en bloques mediante la intersección de canales, extrayendo el mineral mientras lo hace y luego retirando sistemáticamente los bloques, dejando suficiente mineral para el soporte del techo.
Los efectos sobre la salud descubiertos por la exposición al radón en la extracción de uranio sin ventilación provocaron el cambio de la extracción de uranio mediante túneles a la tecnología de lixiviación a cielo abierto y in situ , un método de extracción que no produce los mismos riesgos laborales, ni los mismos relaves mineros, que los convencionales. minería.
Con regulaciones vigentes para garantizar el uso de tecnología de ventilación de alto volumen si se produce alguna extracción de uranio en espacios confinados, la exposición ocupacional y las muertes en la minería pueden eliminarse en gran medida. [27] [28] La presa Olympic y las minas subterráneas canadienses están ventiladas con potentes ventiladores y los niveles de radón se mantienen en un nivel muy bajo hasta prácticamente un "nivel seguro" en las minas de uranio. El radón natural en otras minas distintas de las de uranio también puede necesitar control mediante ventilación. [29]
La lixiviación en pilas es un proceso de extracción mediante el cual se utilizan productos químicos (generalmente ácido sulfúrico ) para extraer el elemento económico del mineral que ha sido extraído y colocado en pilas en la superficie. La lixiviación en pilas es generalmente económicamente viable sólo para depósitos de mineral oxidado. La oxidación de los depósitos de sulfuro ocurre durante el proceso geológico llamado meteorización. Por lo tanto, los depósitos de mineral de óxido normalmente se encuentran cerca de la superficie. Si no hay otros elementos económicos dentro del mineral, una mina podría optar por extraer el uranio utilizando un agente lixiviante, generalmente ácido sulfúrico de baja molar.
Si las condiciones económicas y geológicas son las adecuadas, la empresa minera nivelará grandes extensiones de terreno con una pequeña pendiente, cubriéndolas con plástico grueso (generalmente HDPE o LLDPE ), a veces con arcilla, limo o arena debajo del revestimiento de plástico. El mineral extraído normalmente se pasa por una trituradora y se coloca en montones encima del plástico. Luego se rociará el agente lixiviante sobre el mineral durante 30 a 90 días. A medida que el agente lixiviante se filtra a través del montón, el uranio romperá sus enlaces con la roca de óxido y entrará en la solución. Luego, la solución se filtrará a lo largo del gradiente hacia piscinas colectoras que luego se bombearán a las plantas in situ para su posterior procesamiento. En realidad, sólo se extrae una parte del uranio (comúnmente alrededor del 70%).
Las concentraciones de uranio dentro de la solución son muy importantes para la separación eficaz del uranio puro del ácido. Como diferentes montones producirán diferentes concentraciones, la solución se bombea a una planta mezcladora que se controla cuidadosamente. Luego, la solución adecuadamente equilibrada se bombea a una planta de procesamiento donde se separa el uranio del ácido sulfúrico.
La lixiviación en pilas es significativamente más barata que los procesos de molienda tradicionales. Los bajos costos permiten que el mineral de menor ley sea económicamente viable (dado que es el tipo correcto de yacimiento). La ley ambiental de EE. UU. exige que el agua subterránea circundante sea monitoreada continuamente para detectar una posible contaminación. La mina también tendrá que tener un monitoreo continuo incluso después del cierre de la mina. En el pasado, las empresas mineras a veces quebraban, dejando al público la responsabilidad de la recuperación de las minas . Las adiciones del siglo XXI a la ley minera estadounidense exigen que las empresas reserven el dinero para la recuperación antes del inicio del proyecto. El dinero quedará en manos del público para asegurar el cumplimiento de las normas medioambientales en caso de que la empresa llegara a declararse en quiebra. [30]
La lixiviación in situ (ISL), también conocida como minería en solución o recuperación in situ (ISR) en América del Norte, implica dejar el mineral donde se encuentra en el suelo y recuperar los minerales disolviéndolos y bombeando el mineral preñado. solución a la superficie donde se pueden recuperar los minerales. En consecuencia, hay poca alteración de la superficie y no se generan relaves ni roca estéril. Sin embargo, el yacimiento debe ser permeable a los líquidos utilizados y estar ubicado de manera que no contaminen el agua subterránea alejada del yacimiento.
Uranium ISL utiliza el agua subterránea nativa del yacimiento, que está fortificada con un agente complejante y, en la mayoría de los casos, un oxidante. Luego se bombea a través del yacimiento subterráneo para recuperar los minerales que contiene mediante lixiviación. Una vez que la solución fecunda regresa a la superficie, el uranio se recupera de la misma manera que en cualquier otra planta (molino) de uranio.
En las minas australianas de ISL ( Beverley , Four Mile y Honeymoon Mine ) el oxidante utilizado es peróxido de hidrógeno y el agente complejante ácido sulfúrico. Las minas kazajas ISL generalmente no emplean oxidantes, pero sí concentraciones de ácido mucho más altas en las soluciones circulantes. Las minas ISL en EE.UU. utilizan una lixiviación alcalina debido a la presencia de cantidades significativas de minerales que consumen ácido, como yeso y piedra caliza, en los acuíferos anfitriones. Más de un pequeño porcentaje de minerales carbonato significa que se debe utilizar lixiviación alcalina en lugar de la lixiviación ácida, más eficiente.
El gobierno australiano ha publicado una guía de mejores prácticas para la extracción de uranio por lixiviación in situ, que se está revisando para tener en cuenta las diferencias internacionales. [31]
La concentración de uranio en el agua de mar es baja, aproximadamente 3,3 partes por mil millones o 3,3 microgramos por litro de agua de mar. [32] Pero la cantidad de este recurso es gigantesca y algunos científicos creen que este recurso es prácticamente ilimitado con respecto a la demanda mundial. Es decir, si se pudiera utilizar incluso una parte del uranio del agua de mar, se podría suministrar combustible para la generación de energía nuclear a todo el mundo durante un largo período de tiempo. [33] Algunos defensores afirman que esta estadística es exagerada. [34] [ se necesita una mejor fuente ] Aunque desde la década de 1960 se ha llevado a cabo investigación y desarrollo para la recuperación de este elemento de baja concentración mediante adsorbentes inorgánicos como compuestos de óxido de titanio en el Reino Unido, Francia, Alemania y Japón, esta investigación se detuvo debido a una baja eficiencia de recuperación.
En el Establecimiento de Investigación de Química de Radiación de Takasaki del Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón (Establecimiento de Investigación de Energía Atómica JAERI Takasaki), la investigación y el desarrollo han continuado y han culminado en la producción de adsorbentes mediante irradiación de fibra polimérica. Se han sintetizado adsorbentes que tienen un grupo funcional ( grupo amidoxima ) que adsorbe selectivamente metales pesados, y se ha mejorado el rendimiento de dichos adsorbentes. La capacidad de adsorción de uranio del adsorbente de fibra polimérica es alta, aproximadamente diez veces mayor en comparación con el adsorbente de óxido de titanio convencional.
Un método para extraer uranio del agua de mar es utilizar una tela no tejida específica de uranio como adsorbente. La cantidad total de uranio recuperada de tres cajas de recolección que contenían 350 kg de tela fue >1 kg de torta amarilla después de 240 días de inmersión en el océano. [35] El experimento de Seko et al. fue repetido por Tamada et al. en 2006. Descubrieron que el costo variaba de ¥ 15 000 a ¥ 88 000 dependiendo de las suposiciones y "el costo más bajo alcanzable ahora es de ¥ 25 000 con 4 g de U/kg de adsorbente utilizado en la zona marítima de Okinawa, con 18 repeticiones [ sic ] ". Con el tipo de cambio de mayo de 2008, esto fue de aproximadamente $240/kg-U. [36]
En 2012, los investigadores de ORNL anunciaron el desarrollo exitoso de un nuevo material adsorbente denominado "HiCap", que supera ampliamente a los mejores adsorbentes anteriores, que realizan la retención superficial de moléculas, átomos o iones sólidos o gaseosos. [37] "Hemos demostrado que nuestros adsorbentes pueden extraer de cinco a siete veces más uranio a tasas de absorción siete veces más rápidas que los mejores adsorbentes del mundo", dijo Chris Janke, uno de los inventores y miembro de la División de Ciencia y Tecnología de Materiales de ORNL. HiCap también elimina eficazmente los metales tóxicos del agua, según resultados verificados por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico . [38] [39]
En 2012 se estimó que esta fuente de combustible podría extraerse a 10 veces el precio actual del uranio. [40] En 2014, con los avances realizados en la eficiencia de la extracción de uranio con agua de mar, se sugirió que sería económicamente competitivo producir combustible para reactores de agua ligera a partir de agua de mar si el proceso se implementara a gran escala. [41] El uranio extraído a escala industrial del agua de mar se repondría constantemente tanto por la erosión fluvial de las rocas como por el proceso natural de uranio disuelto de la superficie del fondo del océano, los cuales mantienen los equilibrios de solubilidad de la concentración del agua de mar en un nivel estable. nivel. [42] Algunos comentaristas han argumentado que esto refuerza el argumento a favor de que la energía nuclear se considere una energía renovable . [43]
El uranio se puede recuperar como subproducto junto con otros coproductos como molibdeno, vanadio, níquel, zinc y productos derivados del petróleo. El uranio también se encuentra a menudo en minerales de fosfato , de donde debe eliminarse porque el fosfato se utiliza principalmente como fertilizante. El fosfoyeso es un producto de desecho de la minería de fosfato que puede contener cantidades significativas de uranio y radio. Las cenizas volantes de carbón también contienen cantidades significativas de uranio y se han sugerido como fuente para la extracción de uranio.
El uranio se encuentra naturalmente en muchas rocas e incluso en el agua de mar. Sin embargo, al igual que otros metales, rara vez está lo suficientemente concentrado como para ser económicamente recuperable. [44] Como cualquier recurso, el uranio no puede extraerse en ninguna concentración deseada. No importa la tecnología, en algún momento resulta demasiado costoso extraer minerales de menor ley. Las empresas mineras suelen considerar concentraciones superiores al 0,075% (750 ppm) como mineral o roca económica de extraer a los precios actuales del mercado de uranio. [45] Hay alrededor de 40 billones de toneladas de uranio en la corteza terrestre, pero la mayor parte se distribuye en concentraciones traza sobre su superficie.3 × 10 masa de 19 toneladas . [46] [47] Las estimaciones de la cantidad concentrada en minerales asequibles para extraer por menos de $ 130 por kg pueden ser menos de una millonésima parte de ese total. [48]
El uranio-235, el isótopo fisionable del uranio utilizado en los reactores nucleares, constituye aproximadamente el 0,7% del uranio procedente del mineral. Es el único isótopo natural capaz de generar directamente energía nuclear. Si bien el uranio-235 puede "generarse" a partir de234
U , un producto de descomposición natural de238
U presente en 55 ppm en todas las muestras de uranio natural, el uranio-235 es, en última instancia, un recurso finito no renovable . [51] [52]
Debido al bajo precio actual del uranio, la mayoría de los reactores comerciales de agua ligera funcionan con un "ciclo de combustible de una sola vez", que deja prácticamente toda la energía contenida en el original.238U , que constituye más del 99% del uranio natural, sin utilizar. El reprocesamiento nuclear puede recuperar parte de esa energía produciendo combustible MOX o Remix Fuel para su uso en reactores de agua ligera convencionales de generación de energía. Esta tecnología se utiliza actualmente a escala industrial en Francia, Rusia y Japón. Sin embargo, a los precios actuales del uranio, esto se considera antieconómico si sólo se considera el lado de los "insumos". [ se necesita aclaración ]
La tecnología de reactores reproductores podría permitir que las reservas actuales de uranio proporcionen energía a la humanidad durante miles de millones de años, haciendo así de la energía nuclear una energía sostenible . [53] [54]
Las reservas son los recursos más fácilmente disponibles. [55] Alrededor del 96% de las reservas mundiales de uranio se encuentran en estos diez países: Australia, Canadá, Kazajstán, Sudáfrica, Brasil, Namibia, Uzbekistán, Estados Unidos, Níger y Rusia. [56]
Los recursos de uranio conocidos representan un nivel de recursos asegurados superior al normal para la mayoría de los minerales. Una mayor exploración y precios más altos ciertamente, sobre la base del conocimiento geológico actual, producirán más recursos a medida que los actuales se agoten. Hubo muy poca exploración de uranio entre 1985 y 2005, por lo que el aumento significativo en el esfuerzo de exploración que estamos viendo ahora podría fácilmente duplicar los recursos económicos conocidos. Sobre la base de analogías con otros minerales metálicos, se podría esperar que una duplicación del precio con respecto a los niveles de precios de 2007 creara con el tiempo un aumento de aproximadamente diez veces en los recursos medidos. [57]
Los recursos convencionales conocidos son recursos que se sabe que existen y que son fáciles de extraer. [55] En 2006, había alrededor de 4 millones de toneladas de recursos convencionales. [58] En 2011, esta cifra aumentó a 7 millones de toneladas. La exploración de uranio ha aumentado: de 1981 a 2007, los gastos anuales de exploración crecieron modestamente, de 4 millones de dólares a 7 millones de dólares. Esta cifra aumentó a 11 millones de dólares EE.UU. en 2011. [59]
Los depósitos de uranio más grandes del mundo se encuentran en tres países. Australia tiene poco más del 30% de los recursos razonablemente asegurados y recursos inferidos de uranio del mundo: alrededor de 1,673 megatones (3,69 × 10 9 lb). [44] Kazajstán tiene alrededor del 12% de las reservas mundiales, o alrededor de 651 kilotones (1,4 × 10 9 lb). [60] Canadá tiene 485 kilotones (1.100 × 10 6 lb) de uranio, lo que representa alrededor del 9%. [44]
Los recursos convencionales no descubiertos son recursos que se cree que existen pero que no han sido explotados. [55] Se necesitará un importante esfuerzo de exploración y desarrollo para localizar los depósitos restantes y comenzar a explotarlos. Sin embargo, dado que todavía no se ha explorado toda la geografía terrestre en busca de uranio, todavía existe la posibilidad de descubrir recursos explotables. [61] El Libro Rojo de la OCDE cita áreas aún abiertas a la exploración en todo el mundo. Muchos países están realizando estudios radiométricos completos con gradiómetros aeromagnéticos para obtener una estimación del tamaño de sus recursos minerales no descubiertos. Combinados con un estudio de rayos gamma, estos métodos pueden localizar depósitos de uranio y torio no descubiertos. [62] El Departamento de Energía de Estados Unidos llevó a cabo la primera y única evaluación nacional de uranio en 1980: el programa de Evaluación Nacional de Recursos de Uranio (NURE). [63]
Los recursos secundarios de uranio se recuperan de otras fuentes, como armas nucleares, inventarios, reprocesamiento y reenriquecimiento. Dado que los recursos secundarios tienen costos de descubrimiento extremadamente bajos y costos de producción muy bajos, han desplazado una porción significativa de la producción primaria. [64] En 2017, alrededor del 7% de la demanda de uranio se cubrió a partir de recursos secundarios. [65] [66]
Debido a la reducción de los arsenales de armas nucleares, una gran cantidad de uranio utilizado para armas nucleares fue liberado para su uso en reactores nucleares civiles. Como resultado, a partir de 1990, una parte importante de las necesidades de energía nuclear con uranio fue suministrada con uranio utilizado para armas antiguas, en lugar de uranio recién extraído. En 2002, el uranio extraído abastecía sólo el 54 por ciento de las necesidades de energía nuclear. [67] Pero a medida que se agotó el suministro de uranio para las antiguas armas, la minería aumentó, de modo que en 2012, la minería proporcionó el 95 por ciento de las necesidades de los reactores, y la Agencia de Energía Nuclear de la OCDE y la Agencia Internacional de Energía Atómica proyectaron que la brecha en el suministro se eliminaría por completo en 2013. [68] [69]
Los inventarios los mantienen una variedad de organizaciones: gubernamentales, comerciales y otras. [70] [71]
El Departamento de Energía de EE.UU. mantiene inventarios para garantizar el suministro y cubrir emergencias en las que no hay uranio disponible a ningún precio. [72]
Tanto Estados Unidos como Rusia se han comprometido a reciclar sus armas nucleares para convertirlas en combustible para la producción de electricidad. Este programa se conoce como Programa de Megatones a Megavatios . [73] La mezcla de 500 toneladas (1100 × 10 3 lb) de uranio altamente enriquecido (UME) para armas rusas dará como resultado aproximadamente 15 kilotones (33 000 × 10 3 lb) de uranio poco enriquecido (UBE) en 20 años. Esto equivale a unos 152 kilotones (340 × 10 6 lb) de U natural, o poco más del doble de la demanda mundial anual. Desde 2000, 30 toneladas (66 × 10 3 lb) de UME militar están desplazando alrededor de 10,6 kilotones (23 × 10 6 lb) de producción minera de óxido de uranio por año, lo que representa alrededor del 13% de las necesidades mundiales de reactores. [74] El programa Megatons to Megawatts llegó a su fin en 2013. [73]
El plutonio recuperado de armas nucleares u otras fuentes se puede mezclar con combustible de uranio para producir un combustible de óxidos mixtos. En junio de 2000, Estados Unidos y Rusia acordaron deshacerse de 34 kilotones (75 × 10 6 lb) cada uno de plutonio apto para armas para 2014. Estados Unidos se comprometió a llevar a cabo un programa de doble vía autofinanciado (inmovilización y MOX). Las naciones del G-7 proporcionaron mil millones de dólares para establecer el programa de Rusia. Este último era inicialmente MOX diseñado específicamente para los reactores VVER, la versión rusa del reactor de agua a presión (PWR), cuyo elevado coste se debía a que no formaba parte de la política del ciclo del combustible de Rusia. Este combustible MOX para ambos países equivale a unas 12 kilotones (26 × 10 6 lb) de uranio natural. [75] Estados Unidos también se ha comprometido a eliminar 151 toneladas (330 × 10 3 lb) de UME no residual. [76]
El reprocesamiento (o reciclaje) nuclear puede aumentar el suministro de uranio al separar el uranio del combustible nuclear gastado . El combustible nuclear gastado está compuesto principalmente de uranio, con una concentración típica de alrededor del 96% en masa. [77] La composición del uranio reprocesado depende del tiempo que el combustible ha estado en el reactor, pero es principalmente uranio-238 , con aproximadamente un 1% de uranio-235 , un 1% de uranio-236 y cantidades más pequeñas de otros isótopos, incluido el uranio-236. 232 .
Actualmente existen once plantas de reprocesamiento en el mundo. De ellas, dos son plantas operadas comercialmente a gran escala para el reprocesamiento de elementos combustibles gastados de reactores de agua ligera con rendimientos de más de 1 kilotonelada (2,2 × 10 6 lb) de uranio por año. Se trata de La Hague, Francia, con una capacidad de 1,6 kilotones (3,5 × 10 6 lb) por año y Sellafield , Inglaterra, con 1,2 kilotones (2,6 × 10 6 lb) de uranio por año. El resto son pequeñas plantas experimentales. [78] Las dos plantas de reprocesamiento comercial a gran escala juntas pueden reprocesar 2.800 toneladas de desechos de uranio al año. [79] Estados Unidos tuvo plantas de reprocesamiento en el pasado, pero prohibió el reprocesamiento a fines de la década de 1970 debido a los altos costos y el riesgo de proliferación nuclear a través del plutonio.
Los principales problemas del reprocesamiento de uranio son el costo del uranio extraído en comparación con el costo del reprocesamiento, [80] [81] En la actualidad, el reprocesamiento y el uso de plutonio como combustible para reactores son mucho más costosos que usar combustible de uranio y eliminar el uranio gastado. combustible directamente, incluso si el combustible sólo se reprocesa una vez. [82] El reprocesamiento es más útil como parte de un ciclo de combustible nuclear que utiliza reactores de neutrones rápidos, ya que el uranio reprocesado y el plutonio apto para reactores tienen composiciones isotópicas que no son óptimas para su uso en los reactores de neutrones térmicos actuales .
Los recursos no convencionales son sucesos que requieren tecnologías novedosas para su explotación y/o uso. A menudo los recursos no convencionales se encuentran en baja concentración. La explotación de uranio no convencional requiere esfuerzos adicionales de investigación y desarrollo para los cuales no existe una necesidad económica inminente, dada la gran base de recursos convencionales y la opción de reprocesar el combustible gastado. [83] Los fosfatos, el agua de mar, las cenizas de carbón uranífero y algunos tipos de esquistos bituminosos son ejemplos de recursos de uranio no convencionales.
El uranio se encuentra en concentraciones de 50 a 200 partes por millón (ppm) en tierras o rocas fosfatadas cargadas de fosfato . A medida que aumentan los precios del uranio, ha surgido interés en la extracción de uranio de la roca fosfórica, que normalmente se utiliza como base para los fertilizantes fosfatados. [84] Hay 22 millones de toneladas de uranio en depósitos de fosfato. La recuperación de uranio a partir de fosfatos es una tecnología madura ; [83] se ha utilizado en Bélgica y Estados Unidos, pero los altos costos de recuperación limitan el uso de estos recursos, con costos de producción estimados en el rango de 60 a 100 dólares EE.UU./kgU, incluida la inversión de capital, según un informe de la OCDE de 2003 sobre un nuevo proyecto de 100 tU/año. [85] Los costos operativos históricos para la recuperación de uranio a partir de ácido fosfórico oscilan entre 48 y 119 dólares/kg de U 3 O 8 . [86] En 2011, el precio medio pagado por el U 3 O 8 en los Estados Unidos fue de 122,66 dólares el kg. [87]
En todo el mundo estaban en funcionamiento aproximadamente 400 plantas de ácido fosfórico de proceso húmedo. Suponiendo un contenido recuperable promedio de 100 ppm de uranio, y que los precios del uranio no aumenten de modo que el uso principal de los fosfatos sea para fertilizantes , este escenario daría como resultado una producción anual teórica máxima de 3,7 kilotones (8,2 × 10 6 lb). U3O8 . [88]
Los recursos de uranio no convencionales incluyen hasta 4.000 megatones (8.800 × 10 9 lb) de uranio contenido en el agua de mar. Se han demostrado a escala de laboratorio varias tecnologías para extraer uranio del agua de mar. Según la OCDE, el uranio se puede extraer del agua de mar por unos 300 dólares el kgU. [85]
En 2012, los investigadores de ORNL anunciaron el desarrollo exitoso de un nuevo material absorbente denominado HiCap, que supera ampliamente a los mejores adsorbentes anteriores, que realizan la retención superficial de moléculas, átomos o iones sólidos o gaseosos. "Hemos demostrado que nuestros adsorbentes pueden extraer de cinco a siete veces más uranio a tasas de absorción siete veces más rápidas que los mejores adsorbentes del mundo", dijo Chris Janke, uno de los inventores y miembro de la División de Ciencia y Tecnología de Materiales del ORNL. HiCap también elimina eficazmente los metales tóxicos del agua, según resultados verificados por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico . [89] [90] [91] [92] [93]
Según un estudio realizado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge , el potencial energético máximo teórico (cuando se utiliza en reactores reproductores ) de trazas de uranio y torio en el carbón en realidad excede la energía liberada al quemar el propio carbón. [95] Esto es a pesar de la muy baja concentración de uranio en el carbón, de sólo unas pocas partes por millón en promedio antes de la combustión.
De 1965 a 1967, Union Carbide operó una fábrica en Dakota del Norte , Estados Unidos, quemando lignito uranífero y extrayendo uranio de las cenizas. La planta produjo alrededor de 150 toneladas métricas de U 3 O 8 antes de cerrar. [96]
Un consorcio internacional se ha propuesto explorar la extracción comercial de uranio a partir de cenizas de carbón uranífero de centrales eléctricas de carbón ubicadas en la provincia de Yunnan, China. [83] La primera cantidad a escala de laboratorio de uranio de torta amarilla recuperada de cenizas de carbón uranífero se anunció en 2007. [97] Las tres centrales eléctricas de carbón en Xiaolongtang, Dalongtang y Kaiyuan han acumulado sus cenizas residuales. Las pruebas iniciales de la pila de cenizas de Xiaolongtang indican que el material contiene (160-180 partes por millón de uranio), lo que sugiere que se podría recuperar un total de 2,085 kilotones (4,60 × 10 6 lb) de U 3 O 8 solo de esa pila de cenizas. [97]
Algunas lutitas bituminosas contienen uranio, que puede recuperarse como subproducto. Entre 1946 y 1952, se utilizó un tipo marino de esquisto Dictyonema para la producción de uranio en Sillamäe , Estonia, y entre 1950 y 1989 se utilizó esquisto de alumbre en Suecia con el mismo propósito. [98]
Un reactor reproductor produce más combustible nuclear del que consume y, por tanto, puede ampliar el suministro de uranio. Por lo general, convierte el isótopo dominante del uranio natural, el uranio-238, en plutonio fisionable-239. Esto se traduce en un aumento de cien veces en la cantidad de energía que se producirá por unidad de masa de uranio, porque el uranio-238, que comprende el 99,3% del uranio natural, no se utiliza en los reactores convencionales, que en su lugar utilizan uranio-235 (que comprende el 0,7% del uranio natural). de uranio natural). [99] En 1983, el físico Bernard Cohen propuso que el suministro mundial de uranio es efectivamente inagotable y, por lo tanto, podría considerarse una forma de energía renovable . [54] [53] Afirma que los reactores reproductores rápidos , alimentados con uranio-238 repuesto naturalmente y extraído del agua de mar, podrían suministrar energía al menos durante la vida útil restante del sol, que se espera sea de cinco mil millones de años. [54]
Hay dos tipos de reproductoras: reproductoras rápidas y reproductoras térmicas. Los esfuerzos por comercializar reactores reproductores han sido en gran medida infructuosos, debido a los mayores costos y la complejidad en comparación con los LWR, así como a la oposición política. [100] Existen algunos reactores reproductores comerciales. En 2016, el reactor reproductor de neutrones rápidos ruso BN-800 comenzó a producir comercialmente a plena potencia (800 MWe), uniéndose al anterior BN-600 . A partir de 2020 , el CFR-600[actualizar] chino se encuentra en construcción tras el éxito del Reactor Rápido Experimental de China , basado en el BN-800. Actualmente, estos reactores generan principalmente electricidad en lugar de combustible nuevo porque la abundancia y el bajo precio del óxido de uranio extraído y reprocesado hacen que la reproducción sea antieconómica, pero pueden cambiar para producir combustible nuevo y cerrar el ciclo según sea necesario. El reactor CANDU , que fue diseñado para funcionar con uranio natural, es capaz de utilizar como combustible combustible gastado de Reactores de Agua Ligera, ya que contiene más material fisionable que el uranio natural. La investigación sobre "DUPIC" (uso directo de combustible gastado PWR en reactores tipo CANDU) está en curso y podría aumentar la utilizabilidad del combustible sin necesidad de reprocesamiento. [101]
Un reproductor rápido, además de consumir uranio-235, convierte el uranio-238 fértil en plutonio-239 , un combustible fisible . Los reactores reproductores rápidos son más caros de construir y operar, incluido el reprocesamiento, y sólo podrían justificarse económicamente si los precios del uranio aumentaran a los valores anteriores a 1980 en términos reales. Además de ampliar considerablemente el suministro de combustible explotable, estos reactores tienen la ventaja de que producen residuos transuránicos de vida menos larga y pueden consumir residuos nucleares de los actuales reactores de agua ligera , generando energía en el proceso. [102]
El uranio resultó ser mucho más abundante de lo previsto y el precio del uranio disminuyó rápidamente (con un alza en los años setenta). Esta es la razón por la que Estados Unidos detuvo su uso en 1977, [103] y el Reino Unido abandonó la idea en 1994. [104] Se encontraron importantes problemas técnicos y materiales con los RFB, y la exploración geológica demostró que la escasez de uranio no iba a ser mayor. una preocupación desde hace algún tiempo. En la década de 1980, debido a ambos factores, estaba claro que los RFB no serían comercialmente competitivos con los reactores de agua ligera existentes. La economía de las RFB todavía depende del valor del combustible de plutonio que se genera, en relación con el costo del uranio fresco. [105]
A precios más altos del uranio, los reactores reproductores pueden estar económicamente justificados. Muchas naciones tienen programas de investigación de mejoradores en curso. China, India y Japón planean el uso a gran escala de reactores reproductores durante las próximas décadas. En su explotación se ha adquirido una experiencia de 300 años-reactor. [106]
Se puede producir uranio fisible a partir de torio en reactores reproductores térmicos. El torio es tres veces más abundante que el uranio. El torio-232 no es fisible en sí mismo, pero puede convertirse en uranio-233 fisible en un reactor reproductor. A su vez, el uranio-233 puede fisionarse, con la ventaja de que mediante captura de neutrones se producen cantidades menores de transuránicos , en comparación con el uranio-235 y especialmente en comparación con el plutonio-239 .
A pesar de que el ciclo del combustible de torio tiene una serie de características atractivas, su desarrollo a gran escala puede tropezar con dificultades, principalmente debido a la complejidad de la separación y el reprocesamiento del combustible. [107] Los defensores de los reactores de núcleo líquido y de sales fundidas , como el LFTR, afirman que estas tecnologías anulan las desventajas del torio mencionadas anteriormente, presentes en los reactores de combustible sólido.
El primer reactor comercial exitoso en el Indian Point Energy Center en Buchanan, Nueva York , (Unidad 1 de Indian Point) funcionó con torio. El primer núcleo no estuvo a la altura de las expectativas. [108] [ se necesita aclaración ]
Los principales productores de uranio del mundo en 2017 fueron Kazajstán (39% de la producción mundial), Canadá (22%) y Australia (10%). Otros productores importantes son Namibia (6,7%), Níger (6%) y Rusia (5%). [66] La producción de uranio en 2017 fue de 59.462 toneladas, el 93% de la demanda. [65] El saldo provino de inventarios mantenidos por servicios públicos y otras compañías del ciclo del combustible, inventarios mantenidos por gobiernos, combustible de reactor usado que ha sido reprocesado, materiales reciclados de programas nucleares militares y uranio en reservas de uranio empobrecido. [109] [ necesita actualización ]
La demanda de uranio fue de 62,8 kilotones (138 × 10 6 lb) en 2017. [110]
Como algunos países no pueden satisfacer económicamente sus propias necesidades de uranio, han recurrido a importar mineral de uranio de otros lugares. Por ejemplo, los propietarios de reactores nucleares estadounidenses compraron 67 millones de libras (30 kt) de uranio natural en 2006. De ese total, el 84%, o 56 millones de libras (25 kt), fueron importados de proveedores extranjeros, según el Departamento de Energía. [111]
Debido a las mejoras en la tecnología de centrifugación de gas en la década de 2000, que reemplazaron a las antiguas plantas de difusión gaseosa , unidades de trabajo de separación más baratas han permitido la producción económica de más uranio enriquecido a partir de una cantidad determinada de uranio natural, al volver a enriquecer las colas dejando en última instancia una cola de uranio empobrecido. de menor enriquecimiento. Esto ha reducido un poco la demanda de uranio natural. [110]
Según Cameco Corporation, la demanda de uranio está directamente relacionada con la cantidad de electricidad generada por las centrales nucleares. La capacidad de los reactores está creciendo lentamente, los reactores funcionan de manera más productiva, con factores de capacidad y niveles de potencia de los reactores más altos. Un mejor rendimiento del reactor se traduce en un mayor consumo de uranio. [112]
Las centrales nucleares con una capacidad de generación eléctrica de 1000 megavatios requieren alrededor de 200 toneladas (440 × 10 3 lb) de uranio natural por año. Por ejemplo, Estados Unidos tiene 103 reactores en funcionamiento con una capacidad de generación promedio de 950 M. En 2005 demandamos más de 22 kilotones (49 × 10 6 lb) de uranio natural. [113] A medida que aumenta el número de centrales nucleares, también aumenta la demanda de uranio.
Como las centrales nucleares tardan mucho en construirse y el reabastecimiento de combustible se realiza a intervalos esporádicos y predecibles, la demanda de uranio es bastante predecible a corto plazo. También depende menos de los ciclos económicos de corto plazo de auge y caída, ya que la energía nuclear tiene una de las relaciones entre costos fijos y costos variables más fuertes (es decir, los costos marginales de operar, en lugar de dejar inactiva una planta de energía ya construida, son muy bajos, en comparación con ( los costes de capital de construcción) y, por lo tanto, casi nunca es aconsejable dejar una central nuclear inactiva por razones económicas. Sin embargo, la política nuclear puede provocar fluctuaciones a corto plazo en la demanda, como lo demuestra la eliminación gradual de la energía nuclear en Alemania , decidida por el gobierno de Gerhard Schröder (1998-2005) y revocada durante el segundo gabinete de Merkel (2009-2013) sólo por un tiempo. La reversión de esa inversión se produjo como consecuencia del accidente nuclear de Fukushima , que también provocó el cierre temporal de varias centrales nucleares alemanas.
En términos generales, en el caso de la energía nuclear, el costo del combustible tiene la proporción más baja en los costos energéticos totales de todas las formas de energía que consumen combustible (es decir, combustibles fósiles, biomasa y nuclear). Además, dada la inmensa densidad energética del combustible nuclear (particularmente en forma de uranio enriquecido o plutonio de alta calidad), es fácil almacenar cantidades de material combustible para que dure varios años con un consumo constante. Las plantas de energía que no tienen capacidades de reabastecimiento de combustible en línea , como es el caso de la gran mayoría de las plantas de energía comerciales en operación, repostarán lo menos posible para evitar costosos tiempos de inactividad y generalmente planifican las paradas para reabastecimiento de combustible con mucha anticipación para permitir el mantenimiento y la inspección. utilizar también el tiempo de inactividad programado. Como tales, los operadores de centrales eléctricas tienden a tener contratos a largo plazo con proveedores de combustible que, en todo caso, se ven sólo ligeramente afectados por las fluctuaciones de los precios del uranio. El efecto sobre el precio de la electricidad para los consumidores finales es insignificante incluso en países como Francia, que obtienen la mayor parte de su energía eléctrica de la energía nuclear. Sin embargo, la evolución de los precios a corto plazo, como la burbuja del uranio de 2007 , puede tener efectos drásticos en las empresas mineras, la prospección y los cálculos económicos sobre si un determinado depósito vale la pena para fines comerciales.
Desde 1981, el Departamento de Energía informa sobre los precios y las cantidades de uranio en Estados Unidos . [114] [115] El precio de importación cayó de 32,90 dólares EE.UU./lb-U 3 O 8 en 1981 a 12,55 en 1990 y a menos de 10 dólares EE.UU./lb-U 3 O 8 en el año 2000. Precios pagados por el uranio durante el decenio de 1970 fueron superiores: 43 dólares EE.UU./lb-U 3 O 8 fue el precio de venta del uranio australiano en 1978 según el Centro de Información Nuclear. Los precios del uranio alcanzaron un mínimo histórico en 2001, costando 7 dólares EE.UU./libra, pero en abril de 2007 el precio del uranio en el mercado al contado subió a 113,00 dólares EE.UU./libra, [116] un punto máximo de la burbuja del uranio de 2007 . Esto estuvo muy cerca del máximo histórico (ajustado por inflación) en 1977. [117]
Tras el desastre nuclear de Fukushima de 2011 , el sector mundial del uranio siguió deprimido: el precio del uranio cayó más del 50%, el valor de las acciones disminuyó y la rentabilidad de los productores de uranio se redujo desde marzo de 2011 y hasta 2014. Como resultado, las empresas de uranio de todo el mundo están reduciendo costos. y limitar las operaciones. [118] [ ¿ fuente poco confiable? ] Por ejemplo, Westwater Resources (anteriormente Uranium Resources), ha tenido que cesar todas las operaciones con uranio debido a precios desfavorables. Desde entonces, Westwater ha intentado expandirse a otros mercados, concretamente el litio y el grafito . [119]
En julio de 2014, el precio del concentrado de uranio se mantenía cerca de su nivel más bajo en cinco años; el precio del uranio había caído más del 50% desde el precio máximo al contado en enero de 2011, lo que refleja la pérdida de la demanda japonesa tras el desastre nuclear de Fukushima de 2011 . [120] Como resultado de los bajos precios continuos, en febrero de 2014 la empresa minera Cameco aplazó sus planes de ampliar la producción de las minas canadienses existentes, aunque continuó trabajando para abrir una nueva mina en Cigar Lake. [121] También en febrero de 2014, Paladin Energy suspendió las operaciones en su mina en Malawi, diciendo que la operación de alto costo estaba perdiendo dinero a los precios actuales. [122]
En general, las fluctuaciones a corto plazo en el precio del uranio preocupan más a los operadores y propietarios de minas y depósitos potencialmente lucrativos que a los operadores de centrales eléctricas. Debido a su alta densidad energética , el uranio es fácil de almacenar en forma de reservas estratégicas y, por lo tanto, un aumento de precios a corto plazo puede compensarse accediendo a esas reservas. [123] Además, muchos países tienen reservas de facto en forma de uranio reprocesado [124] o uranio empobrecido que todavía contienen una parte de material fisionable que puede hacer que valga la pena reenriquecerlo si las condiciones del mercado lo requieren. [125] El reprocesamiento nuclear del combustible gastado , a partir de la década de 2020, se realiza comercialmente principalmente para utilizar el material fisionable que aún está contenido en el combustible gastado. El proceso PUREX, comúnmente empleado, recupera uranio y plutonio que luego pueden convertirse en combustible MOX para su uso en los mismos reactores de agua ligera que produjeron el combustible gastado. Si el reprocesamiento es económico es objeto de mucho debate y depende en parte de suposiciones sobre el precio del uranio y el costo de su eliminación a través de un depósito geológico profundo o de la transmutación nuclear . [126] [127] [128] Los reactores que pueden funcionar con uranio natural consumen menos uranio extraído por unidad de energía producida, pero pueden tener costos de capital más altos para construir debido a la necesidad de agua pesada como moderador . [129] Además, deben ser capaces de repostar combustible en línea porque el quemado que se puede lograr con uranio natural es menor que el que se puede lograr con uranio enriquecido; tener que apagar todo el reactor para cada reabastecimiento de combustible rápidamente haría que dicho reactor fuera antieconómico. [130] Los reactores reproductores también se vuelven más económicos a medida que aumentan los precios del uranio y fue, entre otras cosas, una disminución de los precios del uranio en la década de 1970 lo que llevó a una disminución del interés en la tecnología de reactores reproductores. [131] [132] El ciclo del combustible de torio es una alternativa adicional siempre y cuando los precios del uranio se mantengan en un nivel alto y sostenido y, en consecuencia, el interés en esta alternativa a la actual tecnología "convencional" de reactores de agua ligera depende en gran parte de los precios del uranio. [133]
La extracción de uranio es ilegal en varias jurisdicciones. Como el uranio a menudo se extrae de manera incidental junto con otros minerales, una prohibición en la práctica generalmente significa que el uranio se vuelve a enterrar en la mina después de la extracción inicial.
En marzo de 1951, la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (AEC) fijó un precio elevado para el mineral de uranio. La resultante fiebre del uranio atrajo a muchos buscadores al suroeste. Charles Steen hizo un descubrimiento importante cerca de Moab, Utah , mientras que Paddy Martinez hizo otro cerca de Grants, Nuevo México . Sin embargo, en la década de 1960, Estados Unidos, la URSS, Francia y China estaban reduciendo sus adquisiciones de uranio. Estados Unidos comenzó a enriquecer sólo el uranio extraído dentro de su país, pero en 1965 la producción había caído un 40 por ciento. En 1971, en un intento por impedir nuevas reducciones de precios, los ejecutivos mineros de UCAN, Nufcor, Rio Tinto y representantes del gobierno acordaron compartir el mercado: los canadienses obtendrían el 33,5 por ciento, Sudáfrica el 23,75 por ciento, Francia el 21,75 por ciento, Australia el 17 por ciento. y Rio Tinto Zinc, 4 por ciento. En 1974, este acuerdo de participación de mercado terminó cuando los precios del uranio aumentaron junto con los precios de la energía debido a los boicots de la OPEP y Estados Unidos puso fin a su prohibición comercial de uranio extranjero. [5] : 131–135, 144–151, 157–161, 191–196
En Europa existe una situación mixta. Se han desarrollado considerables capacidades de energía nuclear, especialmente en Bélgica, Finlandia, Francia, Alemania, España, Suecia, Suiza y el Reino Unido. En muchos países el desarrollo de la energía nuclear ha sido detenido y eliminado gradualmente mediante acciones legales. En Italia, el uso de la energía nuclear fue prohibido mediante un referéndum en 1987; esto ahora está bajo revisión. [134] Irlanda en 2008 tampoco tenía planes de cambiar su postura no nuclear . [135]
En los años 1976 y 1977, la minería de uranio se convirtió en un tema político importante en Australia, y el informe Ranger Inquiry (Fox) abrió un debate público sobre la minería de uranio. [136] El grupo Movimiento Contra la Minería de Uranio se formó en 1976 y se llevaron a cabo muchas protestas y manifestaciones contra la minería de uranio. [136] [137] Las preocupaciones se relacionan con los riesgos para la salud y el daño ambiental de la minería de uranio. Entre los activistas australianos notables contra el uranio se encuentran Kevin Buzzacott , Jacqui Katona , Yvonne Margarula y Jillian Marsh. [138] [139] [140]
La Audiencia Mundial sobre el Uranio se celebró en Salzburgo, Austria , en septiembre de 1992. Oradores antinucleares de todos los continentes, incluidos oradores y científicos autóctonos, testificaron sobre los problemas sanitarios y medioambientales de la extracción y el procesamiento del uranio, la energía nuclear , las armas nucleares y los ensayos nucleares. y eliminación de desechos radiactivos . [141] Las personas que hablaron en la audiencia de 1992 incluyen: Thomas Banyacya , Katsumi Furitsu , Manuel Pino y Floyd Red Crow Westerman . Destacaron la amenaza de la contaminación radiactiva para todos los pueblos, especialmente las comunidades indígenas, y dijeron que su supervivencia requiere autodeterminación y énfasis en los valores espirituales y culturales. Se abogó por una mayor comercialización de energía renovable . [142]
El Reino de Arabia Saudita, con la ayuda de China, ha construido una instalación de extracción para obtener torta amarilla de uranio a partir del mineral de uranio. Según funcionarios occidentales con información sobre el lugar de extracción, el proceso lo lleva a cabo el reino rico en petróleo para defender la tecnología nuclear. Sin embargo, el ministro saudí de Energía negó haber construido una instalación de mineral de uranio y afirmó que la extracción de minerales es una parte fundamental de la estrategia del reino para diversificar su economía. [143]
A pesar de las sanciones a Rusia, algunos países todavía compran su uranio en 2022, [144] y algunos argumentan que la UE debería dejar de hacerlo. [145] A partir de 2022, S&P Global dice que los mineros no rusos esperan más certeza antes de decidir si invertir en nuevas minas. [146][actualizar]
El mineral de uranio emite gas radón . Los efectos sobre la salud de la alta exposición al radón son un problema particular en la extracción de uranio; En estudios epidemiológicos de los mineros de uranio empleados en las décadas de 1940 y 1950 se ha identificado un exceso significativo de muertes por cáncer de pulmón . [147] [148] [149]
Los primeros estudios importantes sobre el radón y la salud se produjeron en el contexto de la minería de uranio, primero en la región de Joachimsthal en Bohemia y luego en el suroeste de los Estados Unidos durante los inicios de la Guerra Fría . Debido a que el radón es un producto de la desintegración radiactiva del uranio, las minas subterráneas de uranio pueden tener altas concentraciones de radón. Muchos mineros de uranio en la región de Four Corners contrajeron cáncer de pulmón y otras patologías como resultado de los altos niveles de exposición al radón a mediados de la década de 1950. La mayor incidencia de cáncer de pulmón fue particularmente pronunciada entre los mineros navajos y mormones (que generalmente tienen bajas tasas de cáncer de pulmón). [150] Esto se debe en parte a la prohibición religiosa de fumar en el mormonismo. [151] [152] Las normas de seguridad que requerían ventilación costosa no se implementaron ni controlaron ampliamente durante este período. [153] Si bien la exposición al radón es la principal fuente de cáncer de pulmón en los no fumadores que no están expuestos al asbesto , existe evidencia de que la combinación de fumar y la exposición al radón aumenta el riesgo por encima de los riesgos combinados de cualquiera de las sustancias nocivas. [154] [155]
En estudios de mineros de uranio, los trabajadores expuestos a niveles de radón de 50 a 150 picocurios de radón por litro de aire (2000 a 6000 Bq/m 3 ) durante aproximadamente 10 años han mostrado una mayor frecuencia de cáncer de pulmón. [156] Excesos estadísticamente significativos en las muertes por cáncer de pulmón estuvieron presentes después de exposiciones acumuladas de menos de 50 WLM. [156] Hay una heterogeneidad inexplicable en estos resultados (cuyos intervalos de confianza no siempre se superponen). [157] La magnitud del aumento del riesgo de cáncer de pulmón relacionado con el radón varió en más de un orden de magnitud entre los diferentes estudios. [158]
Desde entonces, se han utilizado ventilación y otras medidas para reducir los niveles de radón en la mayoría de las minas afectadas que continúan operando. En los últimos años, la exposición media anual de los mineros de uranio ha caído a niveles similares a las concentraciones inhaladas en algunos hogares. Esto ha reducido el riesgo de cáncer inducido ocupacionalmente por el radón, aunque sigue siendo un problema tanto para quienes trabajan actualmente en las minas afectadas como para quienes han trabajado en el pasado. [158] Es probable que hoy en día el poder para detectar cualquier riesgo excesivo en los mineros sea pequeño, ya que las exposiciones son mucho menores que en los primeros años de la minería. [159] La minería del carbón, además de otros riesgos para la salud, también puede exponer a los mineros al radón, ya que el uranio (y su producto de desintegración, el radón) a menudo se encuentra en y cerca de los depósitos de carbón y puede acumularse bajo tierra ya que el radón es más denso que el aire. [160] [161]
En EE.UU., la Ley de Compensación por Exposición a la Radiación proporciona compensación a quienes padecen diversos problemas de salud relacionados con la exposición a la radiación , o a sus familiares supervivientes. Los mineros de uranio, los trabajadores de las fábricas de uranio y los trabajadores del transporte de uranio han sido compensados en virtud de este plan.
A pesar de los esfuerzos realizados para limpiar los yacimientos de uranio, todavía existen problemas importantes derivados del legado del desarrollo del uranio en el territorio de la Nación Navajo y en los estados de Utah, Colorado, Nuevo México y Arizona. Cientos de minas abandonadas no han sido limpiadas y presentan riesgos ambientales y de salud en muchas comunidades. [162] A petición del Comité de Supervisión y Reforma Gubernamental de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos en octubre de 2007, y en consulta con la Nación Navajo, la Agencia de Protección Ambiental (EPA), junto con la Oficina de Asuntos Indígenas (BIA), la Oficina de Regulación Nuclear (NRC), el Departamento de Energía (DOE) y el Servicio de Salud Indígena (IHS) desarrollaron un plan quinquenal coordinado para abordar la contaminación por uranio. [163] También se están iniciando esfuerzos similares de coordinación interinstitucional en el estado de Nuevo México. En 1978, el Congreso aprobó la Ley de Control de Radiación de Relaves de Molinos de Uranio (UMTRCA), una medida diseñada para ayudar en la limpieza de 22 sitios de procesamiento de mineral inactivos en todo el suroeste. Esto también incluyó la construcción de 19 sitios de eliminación de relaves, que contienen un total de 40 millones de yardas cúbicas de material radiactivo de bajo nivel. [164] La Agencia de Protección Ambiental estima que hay 4.000 minas con producción de uranio documentada y otras 15.000 ubicaciones con presencia de uranio en 14 estados del oeste, [165] la mayoría se encuentran en el área de Four Corners y Wyoming. [166]
La Ley de Control de Radiación de Relaves de Molinos de Uranio es una ley ambiental de los Estados Unidos que modificó la Ley de Energía Atómica de 1954 y otorgó a la Agencia de Protección Ambiental la autoridad para establecer estándares de salud y ambientales para la estabilización, restauración y eliminación de relaves de molinos de uranio . El Título 1 de la Ley requería que la EPA estableciera estándares de protección ambiental consistentes con la Ley de Recuperación y Conservación de Recursos , incluidos los límites de protección del agua subterránea ; el Departamento de Energía implementará los estándares de la EPA y brindará atención perpetua a algunos sitios; y la Comisión Reguladora Nuclear para revisar las limpiezas y otorgar licencias de sitios a los estados o al DOE para su cuidado perpetuo. [167] El Título 1 estableció un programa de medidas correctivas para plantas de uranio financiado conjuntamente por el gobierno federal y el estado. [168] El Título 1 de la Ley también designó 22 sitios de procesamiento de uranio inactivo para su remediación, lo que resultó en la contención de 40 millones de yardas cúbicas de material radiactivo de bajo nivel en celdas de retención del Título 1 de la UMTRCA. [169]
El pico de uranio es el momento en el que se alcanza la tasa máxima de producción mundial de uranio . Las predicciones sobre el pico de uranio difieren mucho. Las predicciones pesimistas sobre la futura producción de uranio de alta calidad se basan en la tesis de que el pico ya ocurrió en la década de 1980 [170] o que un segundo pico puede ocurrir en algún momento alrededor de 2035. [ cita necesaria ] Las predicciones optimistas afirman que el suministro es mucho mayor que la demanda y no predicen el pico de uranio.
En 2017 [update], las reservas de uranio identificadas recuperables a 130 dólares EE.UU./kg eran de 6,14 millones de toneladas (en comparación con 5,72 millones de toneladas en 2015). Al ritmo de consumo de 2017, estas reservas son suficientes para algo más de 130 años de suministro. Las reservas identificadas a partir de 2017 recuperables a 260 dólares EE.UU./kg son 7,99 millones de toneladas (en comparación con 7,64 millones de toneladas en 2015). [66]
La cantidad esperada de uranio utilizable para la energía nuclear que sea recuperable depende en gran medida de cómo se utilice. El factor principal es la tecnología nuclear: los reactores de agua ligera , que constituyen la gran mayoría de los reactores actuales, sólo consumen alrededor del 0,5% de su combustible de uranio, dejando más del 99% como residuo de combustible gastado. En cambio , los reactores reproductores rápidos consumen cerca del 99% del combustible de uranio. Otro factor es la capacidad de extraer uranio del agua de mar. Alrededor de 4.500 millones de toneladas de uranio están disponibles en el agua de mar a aproximadamente 10 veces el precio actual del uranio con la tecnología de extracción actual, que es aproximadamente mil veces las reservas de uranio conocidas. [171] La corteza terrestre contiene aproximadamente 65 billones de toneladas de uranio, de las cuales alrededor de 32 mil toneladas fluyen hacia los océanos por año a través de ríos, que a su vez se alimentan a través de ciclos geológicos de erosión, subducción y elevación. [53] Por lo tanto, la capacidad de extraer uranio del agua de mar de forma económica haría del uranio un recurso renovable en la práctica.
También se puede obtener uranio a partir de torio (que es de 3 a 4 veces más abundante que el uranio) en ciertos reactores reproductores, aunque actualmente no existen reactores de torio comercialmente prácticos en el mundo y su desarrollo requeriría una inversión financiera sustancial que no está justificada dada la los bajos precios actuales del uranio natural. [172]
Trece países han alcanzado su punto máximo y han agotado sus recursos de uranio económicamente recuperables a los precios actuales, según Energy Watch Group . [48]
De manera similar a cualquier otro recurso metálico natural, por cada aumento de diez veces en el costo por kilogramo de uranio, hay un aumento de trescientas veces en minerales disponibles de menor calidad que luego serían económicos. [50] La teoría se pudo observar en la práctica durante la burbuja del uranio de 2007, cuando un aumento de precios sin precedentes llevó a inversiones en el desarrollo de la minería de uranio en depósitos de menor calidad, que en su mayoría se convirtieron en activos abandonados después de que los precios del uranio regresaron a un nivel más bajo.
Hay alrededor de 40 billones de toneladas de uranio en la corteza terrestre, pero la mayor parte se distribuye en bajas concentraciones de trazas de partes por millón sobre su superficie.3 × 10 masa de 19 toneladas . [46] [47] Las estimaciones de la cantidad concentrada en minerales asequibles para extraer por menos de $130/kg pueden ser menos de una millonésima parte de ese total. [48]
Un estudio del ciclo de vida muy criticado [173] realizado por Jan Willem Storm van Leeuwen sugirió que por debajo del 0,01-0,02% (100-200 ppm) de mineral, la energía necesaria para extraer y procesar el mineral para suministrar el combustible, operar los reactores y eliminarlo adecuadamente se acerca a la energía obtenida al utilizar uranio como material fisible en el reactor. [174] Sin embargo, los investigadores del Instituto Paul Scherrer que analizaron el artículo de Jan Willem Storm van Leeuwen han detallado el número de suposiciones incorrectas de Jan Willem Storm van Leeuwen que los llevaron a esta evaluación, incluida su suposición de que toda la energía utilizada en La extracción de Olympic Dam es energía utilizada en la extracción de uranio, cuando esa mina es predominantemente una mina de cobre y el uranio se produce sólo como coproducto, junto con el oro y otros metales. [173] El informe de Jan Willem Storm van Leeuwen también supone que todo el enriquecimiento se realiza con la tecnología de difusión gaseosa más antigua y con mayor uso de energía, mientras que la tecnología de centrifugación de gas, que consume menos energía, ha producido la mayor parte del uranio enriquecido del mundo durante varios años. de décadas.
En los primeros días de la industria nuclear, se pensaba que el uranio era muy escaso, por lo que sería necesario un ciclo de combustible cerrado . Se necesitarían reactores reproductores rápidos para crear combustible nuclear para otros reactores productores de energía. En la década de 1960, nuevos descubrimientos de reservas y nuevas técnicas de enriquecimiento de uranio disiparon estas preocupaciones. [59] Una evaluación de la energía nuclear realizada por un equipo del MIT en 2003, y actualizada en 2009, afirmó que: [175]
La mayoría de los comentaristas concluyen que es posible medio siglo de crecimiento sin obstáculos, especialmente porque recursos que cuestan varios cientos de dólares por kilogramo (no estimados en el Libro Rojo) también serían económicamente utilizables... Creemos que el suministro mundial de mineral de uranio es suficiente para alimentar el despliegue de 1.000 reactores durante el próximo medio siglo.
Según Robert Vance de la Agencia de Energía Nuclear de la OCDE, la tasa de producción mundial de uranio ya alcanzó su punto máximo en 1980, ascendiendo a 69.683 toneladas (150 × 10 6 lb) de U 3 O 8 de 22 países. Sin embargo, esto no se debe a falta de capacidad de producción. Históricamente, las minas y plantas de uranio de todo el mundo han operado a aproximadamente el 76% de la capacidad de producción total, variando dentro de un rango del 57% y el 89%. Las bajas tasas de producción se han atribuido en gran medida al exceso de capacidad. El crecimiento más lento de la energía nuclear y la competencia del suministro secundario redujeron significativamente la demanda de uranio recién extraído hasta hace muy poco. Los suministros secundarios incluyen inventarios militares y comerciales, colas de uranio enriquecido, uranio reprocesado y combustible de óxidos mixtos. [170]
Según datos de la Agencia Internacional de Energía Atómica , la producción mundial de uranio extraído ha alcanzado su punto máximo dos veces en el pasado: una vez, alrededor de 1960 en respuesta al almacenamiento para uso militar, y nuevamente en 1980, en respuesta al almacenamiento para uso en energía nuclear comercial. Hasta aproximadamente 1990, la producción de uranio extraído superaba el consumo de las centrales eléctricas. Pero desde 1990, el consumo de las centrales eléctricas ha superado el uranio que se extrae; el déficit se compensa con la liquidación de los arsenales militares (mediante el desmantelamiento de las armas nucleares) y civiles. La extracción de uranio ha aumentado desde mediados de los años 1990, pero sigue siendo inferior al consumo de las centrales eléctricas. [176]
Varias agencias han intentado estimar cuánto durarán los recursos primarios de uranio, suponiendo un ciclo único . La Comisión Europea dijo en 2001 que con el nivel actual de consumo de uranio, los recursos de uranio conocidos durarían 42 años. Si se suman a las fuentes militares y secundarias, los recursos podrían extenderse a 72 años. Sin embargo, este ritmo de uso supone que la energía nuclear sigue proporcionando sólo una fracción del suministro energético mundial. Si la capacidad eléctrica se multiplicara por seis, entonces el suministro de 72 años duraría sólo 12 años. [177] Los recursos medidos actuales de uranio en el mundo, económicamente recuperables a un precio de 130 dólares EE.UU./kg según los grupos industriales Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), la Agencia de Energía Nuclear (AEN) y la Agencia Internacional de Energía Atómica ( OIEA), son suficientes para durar "al menos un siglo" al ritmo de consumo actual. [178] [68] Según la Asociación Nuclear Mundial , otro grupo industrial más, suponiendo que la tasa de consumo mundial actual sea de 66.500 toneladas de uranio por año y los recursos medidos actuales de uranio del mundo (4,7 a 5,5 Mt) [178] son suficiente para durar entre 70 y 80 años. [60]
Ha habido numerosas predicciones sobre el pico de uranio en el pasado. En 1943, Alvin M. Weinberg et al. Creía que había serias limitaciones a la energía nuclear si sólo se utilizaban 235 U como combustible para las centrales nucleares. [179] Llegaron a la conclusión de que era necesaria la reproducción para marcar el comienzo de la era de la energía casi infinita. En 1956, M. King Hubbert declaró que las reservas fisionables mundiales eran adecuadas para al menos los próximos siglos, asumiendo que el mejoramiento y el reprocesamiento se convertirían en procesos económicos. [180] En 1975, el Servicio Geológico del Departamento del Interior de Estados Unidos distribuyó el comunicado de prensa "Las reservas de uranio conocidas de Estados Unidos no cubrirán la demanda". Se recomendó que Estados Unidos no dependiera de las importaciones extranjeras de uranio. [179]
Muchos analistas predijeron un pico de uranio y el agotamiento de las reservas de uranio en el pasado o en un futuro próximo. Edward Steidle, decano de la Escuela de Industrias Minerales del Pennsylvania State College , predijo en 1952 que los suministros de elementos fisionables eran demasiado pequeños para sustentar la producción de energía a escala comercial. [182] Michael Meacher , ex ministro de Medio Ambiente del Reino Unido (1997-2003), informa que el pico de uranio se produjo en 1981. También predice una importante escasez de uranio antes de 2013, acompañada de acaparamiento y su valor elevado a niveles de metales preciosos. [183] MC Day proyectó en 1975 que las reservas de uranio podrían agotarse ya en 1989, pero, más optimistamente, se agotarían en 2015. [181] Jan Willem Storm van Leeuwen , analista independiente de Ceedata Consulting, sostiene que los suministros de El mineral de uranio de alta calidad necesario para alimentar la generación de energía nuclear durará, con los niveles actuales de consumo, hasta aproximadamente 2034. Después, espera que el costo de la energía para extraer el uranio supere el precio de la energía eléctrica proporcionada. [184] El Energy Watch Group ha calculado que, incluso con precios elevados del uranio, la producción de uranio habrá alcanzado su punto máximo en 2035 y que sólo será posible satisfacer la demanda de combustible de las plantas nucleares hasta entonces. [185]
Varias agencias han intentado estimar cuánto durarán estos recursos. La Comisión Europea dijo en 2001 que con el nivel actual de consumo de uranio, los recursos de uranio conocidos durarían 42 años. Si se suman a las fuentes militares y secundarias, los recursos podrían extenderse a 72 años. Sin embargo, este ritmo de uso supone que la energía nuclear sigue proporcionando sólo una fracción del suministro energético mundial. Si la capacidad eléctrica se multiplicara por seis, entonces el suministro de 72 años duraría sólo 12 años. [177] Según los grupos industriales OCDE , AEN y OIEA , los actuales recursos medidos de uranio en el mundo, económicamente recuperables a un precio de 130 dólares EE.UU./kg, son suficientes para durar 100 años con el consumo actual. [68] Según la Asociación Australiana del Uranio , otro grupo industrial, suponiendo que la actual tasa de consumo mundial es de 66.500 toneladas de uranio por año y los actuales recursos medidos de uranio en el mundo (4,7 Mt) son suficientes para durar 70 años. [60]
Todas las referencias siguientes afirman que la oferta es mucho mayor que la demanda. Por lo tanto, no predicen el pico de uranio. En su artículo de 1956, M. King Hubbert escribió que la energía nuclear duraría "un futuro previsible". [180] El estudio de Hubbert supuso que los reactores reproductores reemplazarían a los reactores de agua ligera y que el uranio se convertiría en plutonio (y posiblemente el torio se convertiría en uranio). También supuso que se encontrarían medios económicos de reprocesamiento. Por razones políticas, económicas y de proliferación nuclear, la economía del plutonio nunca se materializó. Sin él, el uranio se agota en un proceso único y alcanzará su punto máximo y se agotará mucho antes. [186] [ ¿ fuente poco confiable? ] Sin embargo, en la actualidad, generalmente se considera más barato extraer uranio nuevo del suelo que utilizar uranio reprocesado y, por lo tanto, el uso de uranio reprocesado se limita sólo a unas pocas naciones.
La OCDE estima que con las tasas de generación mundial de electricidad nuclear de 2002, con LWR, ciclo de combustible de un solo uso, hay suficientes recursos convencionales para durar 85 años utilizando recursos conocidos y 270 años utilizando recursos conocidos y aún no descubiertos. Con los criadores, esto se extiende a 8.500 años. [187]
Si uno está dispuesto a pagar 300 dólares por kg de uranio, hay una gran cantidad disponible en el océano. [68] Vale la pena señalar que dado que el costo del combustible sólo representa una pequeña fracción del costo total de la energía nuclear por kWh, y el precio del uranio en bruto también constituye una pequeña fracción de los costos totales del combustible, tal aumento en los precios del uranio no implicaría un costo muy alto. aumento significativo del coste total por kWh producido.
En 1983, el físico Bernard Cohen propuso que el uranio es efectivamente inagotable y, por tanto, podría considerarse una fuente de energía renovable. [54] Afirma que los reactores reproductores rápidos , alimentados con uranio reabastecido naturalmente y extraído del agua de mar, podrían suministrar energía al menos durante el tiempo que se espera que le quede al Sol, que es de cinco mil millones de años. [54] Si bien el uranio es un recurso mineral finito dentro de la Tierra, el hidrógeno en el sol también es finito; por lo tanto, si el recurso del combustible nuclear puede durar en tales escalas de tiempo, como sostiene Cohen, entonces la energía nuclear es igualmente sostenible. como la energía solar o cualquier otra fuente de energía, en términos de sostenibilidad en la escala temporal de la vida que sobrevive en este planeta. Su artículo supone una extracción de uranio del agua de mar a razón de 16 kilotones (35 × 10 6 lb) por año de uranio. [54] La demanda actual de uranio es de cerca de 70 kilotones (150 × 10 6 lb) por año; [ cita necesaria ] sin embargo, el uso de reactores reproductores significa que el uranio se usaría al menos 60 veces más eficientemente que en la actualidad.
James Hopf, un ingeniero nuclear que escribió para American Energy Independence en 2004, cree que hay suministro de uranio recuperable para varios cientos de años, incluso para reactores estándar. Para los reactores reproductores, "es esencialmente infinito". [188]
La OIEA estima que utilizando sólo reservas conocidas al ritmo actual de demanda y suponiendo un ciclo nuclear de una sola vez, habrá suficiente uranio para al menos 100 años. Sin embargo, si se utilizan todas las reservas primarias conocidas, las reservas secundarias y las fuentes de uranio no descubiertas y no convencionales, el uranio se agotará en 47.000 años. [68] Kenneth S. Deffeyes estima que si se puede aceptar un mineral con una décima parte de su riqueza, entonces el suministro de uranio disponible aumenta 300 veces. [50] Su artículo muestra que la concentración de uranio en los minerales tiene una distribución logarítmica normal. Hay relativamente poco uranio de alta calidad y una gran oferta de uranio de muy baja calidad. Ernest Moniz , profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts y exsecretario de Energía de los Estados Unidos , declaró en 2009 que la abundancia de uranio había puesto en duda los planes de reprocesamiento del combustible nuclear gastado. Los planes de reprocesamiento databan de décadas antes, cuando se pensaba que el uranio era escaso. Pero ahora, "en términos generales, tenemos uranio saliendo de nuestros oídos, desde hace mucho, mucho tiempo". [189]
A medida que la producción de uranio disminuya, se esperaría que los precios del uranio aumenten. Sin embargo, el precio del uranio representa sólo el 9% del coste de funcionamiento de una central nuclear, cifra muy inferior al coste del carbón en una central alimentada por carbón (77%), o al coste del gas natural en una central a gas. central eléctrica encendida (93%). [190] [191]
El uranio se diferencia de los recursos energéticos convencionales, como el petróleo y el carbón, en varios aspectos clave. Esas diferencias limitan los efectos de la escasez de uranio a corto plazo, pero la mayoría no tienen relación con el eventual agotamiento. Algunas características clave son:
Una alternativa al uranio es el torio , que es tres veces más común que el uranio. No se necesitan reactores reproductores rápidos. En comparación con los reactores de uranio convencionales, los reactores de torio que utilizan el ciclo del combustible de torio pueden producir aproximadamente 40 veces la cantidad de energía por unidad de masa. [193] Sin embargo, crear la tecnología, la infraestructura y los conocimientos técnicos necesarios para una economía basada en el combustible de torio no es económico a los precios actuales y previstos del uranio.
Las minas de uranio australianas han sido en su mayoría a cielo abierto y, por tanto, naturalmente bien ventiladas. La
presa Olímpica
y las minas subterráneas canadienses están ventiladas con potentes ventiladores. Los niveles de radón se mantienen en un nivel muy bajo y ciertamente seguro en las minas de uranio. (El radón en minas sin uranio también puede necesitar control mediante ventilación).
... este recurso ... podría sustentar durante 6.500 años 3.000 GW de capacidad nuclear ... La investigación sobre un proceso que se está desarrollando en Japón sugiere que podría ser factible recuperar uranio del agua de mar a un costo de 120 dólares por libra de U
3
O
8
.
[40]
Aunque esto es más del doble del precio actual del uranio, contribuiría sólo con 0,5 centavos por kWh al costo de la electricidad para un reactor de próxima generación operado con un ciclo de combustible de un solo paso—...
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )3.4.2. El Gobierno mantendrá la prohibición legal de la generación nuclear en Irlanda. El Gobierno cree que por razones de seguridad, viabilidad económica y funcionamiento del sistema, la generación nuclear no es una opción adecuada para este país. El Gobierno seguirá expresando su firme posición en relación con la generación nuclear y las preocupaciones de seguridad transfronteriza en Europa en el contexto de la Estrategia Energética de la UE. Se seguirán de cerca los acontecimientos relacionados con la generación nuclear en el Reino Unido y otros Estados miembros en términos de implicaciones para Irlanda.
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )Uranio 2007: Recursos, producción y demanda
, también conocido como el Libro Rojo, estima que la cantidad identificada de recursos de uranio convencional que pueden extraerse por menos de 130 USD/kg es de aproximadamente 5,5 millones de toneladas, frente a los 4,7 millones de toneladas reportados en 2005. Los recursos no descubiertos, es decir, los depósitos de uranio que se pueden encontrar basándose en las características geológicas de los recursos ya descubiertos, también han aumentado a 10,5 millones de toneladas. Se trata de un aumento de 0,5 millones de toneladas en comparación con la edición anterior del informe. Los aumentos se deben tanto a nuevos descubrimientos como a reevaluaciones de recursos conocidos, alentados por precios más altos.