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 producen más de 1.000 toneladas al año incluyen 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 usaba en aplicaciones como el vidrio de uranio o el ferrouranio, pero esas aplicaciones han disminuido debido a la radiactividad y toxicidad del uranio y hoy en día se abastecen principalmente con un suministro abundante y barato de uranio empobrecido que también se usa en municiones de uranio . Además de ser más barato, el uranio empobrecido también es menos radiactivo debido a un menor contenido de uranio 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 minería convencional subterránea o a cielo abierto de minerales (43% de la producción). Durante la minería in situ, se bombea una solución de lixiviación a través de pozos de perforación hasta el depósito de mineral de uranio, donde disuelve los minerales del mineral. 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 del mineral hasta obtener un tamaño de partícula uniforme y luego tratando el mineral para extraer el uranio mediante lixiviación química . [3] El proceso de molienda generalmente produce material en forma de polvo seco que consiste en uranio natural, " torta amarilla ", que actualmente se vende comúnmente en el mercado del uranio como U 3 O 8 . Si bien algunas plantas de energía nuclear, especialmente los reactores de agua pesada como el CANDU , pueden operar con uranio natural (generalmente en forma de dióxido de uranio ), la gran mayoría de las plantas de energía nuclear comerciales y muchos reactores de investigación requieren enriquecimiento de uranio , lo que aumenta el contenido de uranio.235
El enriquecimiento de uranio varía desde el 0,72 % natural hasta el 3-5 % (para su uso en reactores de agua ligera ) o incluso más , según la aplicación. El enriquecimiento requiere la conversión del uranio concentrado en hexafluoruro de uranio y la producción del combustible (de nuevo, normalmente dióxido de uranio, pero a veces carburo de uranio , hidruro de uranio o nitruro de uranio ) a partir de esa materia prima.
.jpg/1280px-Mine_on_North_Star_Mountain,_Colorado,_1879_-_DPLA_-_8d26e9b730b93baaee786d34e8d61abb_(cropped).jpg)
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 la pechblenda de la mina George Wagsfort, en las Montañas Ore , y estableció su uso comercial como colorante de vidrio. La pechblenda de estas montañas fue mencionada ya en 1565, y se produjeron 110 t de uranio desde 1825 hasta 1898. En 1852, se identificó el mineral de uranio autunita del Macizo Central . [4]
Alrededor de 1850, la minería 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, la minería de mineral de uranio comenzó en Central City, Colorado , donde se extrajeron 50 t antes de 1895. En 1873, la minería de uranio comenzó en la mina South Terras, St Stephen-in-Brannel , Cornualles, produciendo la mayor parte de las 300 tU de esa zona en el siglo XIX. En 1898, la carnotita se extrajo por primera vez en el Cinturón Mineral de Uravan , produciendo 10 tU al año. [4]
En 1898, Pierre Curie y Marie Skłodowska-Curie recibieron una tonelada de pechblenda de St. Joachimsthal, a partir de la cual Marie identificó el elemento radio . Pierre abogó por su uso como cura para el cáncer, lo que impulsó un negocio de spa para esa ciudad. [5]
En 1913 se descubrió el yacimiento de Shinkolobwe , en la provincia de Katanga. En 1931 se descubrió el yacimiento de Port Radium . Otros descubrimientos importantes fueron los de 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 fines 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 la Union Minière almacenado allí. El 18 de septiembre de 1942, se compraron 1250 t de mineral de uranio de Shinkolobwe para el Proyecto Manhattan a Edgar Sengier de la Union Minière , quien había almacenado el mineral en un almacén de Archer Daniels Midland cerca del puente Bayonne , Staten Island . En 1943, Sengier reabrió la mina Sinkolobwe con recursos del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. y una inversión de $ 13 millones de los 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 otros 101 metros de mineral estaban disponibles para la extracción. Esto ascendió 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 al Ministerio de Guerra en enero de 1940. En junio de 1940... Auer ordenó sesenta toneladas de óxido de uranio refinado a la Union Miniére en la Bélgica ocupada". [7]
Aunque 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 inmensas operaciones mineras en sus estados satélites, Alemania del Este y Checoslovaquia, que tenían depósitos de uranio conocidos en los Montes Metálicos. La SDAG Wismut, deliberadamente ambigua (el término alemán "Wismut" para bismuto debería dar la ilusión de prospección de un metal que los soviéticos definitivamente no buscaban ) se convirtió en el mayor empleador en los Montes Metálicos de Sajonia y las ciudades mineras remotas como Johanngeorgenstadt aumentaron hasta diez veces su población en pocos años. La minería costaba inmensas cantidades de dinero y los mineros estaban sujetos, por un lado, a una represión y vigilancia más duras, pero por otro lado, se les permitía un suministro más generoso de bienes de consumo que a otros alemanes del Este. Si bien la producción nunca pudo competir con los precios del mercado mundial del uranio , la naturaleza de doble uso del material extraído, así como la posibilidad de pagar a los mineros en moneda débil pero vender uranio en moneda fuerte o sustituir importaciones que habrían tenido que pagarse en moneda fuerte, inclinaron la balanza a favor de continuar con las operaciones mineras durante toda la Guerra Fría. Después de la reunificación alemana , la minería se redujo [8] y se inició la ardua tarea de rehabilitación de las tierras afectadas por la minería. [9]
Las diecisiete ciudades y minas bajo el control de Wismut aportaron 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, 1281 murieron en accidentes y 20.000 sufrieron heridas. Después de la muerte de Stalin en 1953, el Ejército Rojo entregó el control de la producción a SDAG y los trabajadores presos 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 presos políticos soviéticos. [5] : 135–142, 151–157, 161–167, 173–176
En 1975, el 75% de la producción mundial de mineral de uranio provenía de conglomerados de guijarros de cuarzo y areniscas ubicados en el área del lago Elliot en Canadá , Witwatersrand y la meseta de Colorado . [10]
En 1990, el 55% de la producción mundial provenía de minas subterráneas, pero esta proporción se redujo al 33% en 1999. A partir de 2000, nuevas minas canadienses volvieron a aumentar la proporción de minería subterránea, y con Olympic Dam ahora es del 37%. La minería por lixiviación in situ (ISL, o ISR) ha ido aumentando de forma constante su participación en el total, principalmente debido a Kazajstán. [11]
En 2009, las minas de mayor producción incluyeron la mina de uranio McArthur River 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 mina Olympic Dam con 2981 tU, la mina Arlit con 1808 tU, la mina Rabbit Lake con 1400 tU, la mina Akouta con 1435 tU y la mina McClean Lake con 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 tU, la mina Cigar Lake con 80.500 tU, las minas de Uzbekistán 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, la mina de uranio de Inkai con 51.808 tU y la mina de uranio de Inkai con 51.808 tU. 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 explotado muchos tipos diferentes de depósitos de uranio. Existen principalmente tres tipos de depósitos de uranio: los depósitos de tipo discordante, es decir, los depósitos de paleoplacer y los de tipo arenisca, también conocidos como depósitos de tipo frente rodante. [ aclaración necesaria ]
Los yacimientos de uranio se clasifican en 15 categorías según su entorno geológico y el tipo de roca en el que se encuentran. Este sistema de clasificación geológica lo determina el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). [13]
El uranio también está contenido en el agua de mar , pero a los precios actuales en el mercado del uranio , los costos tendrían que reducirse en un factor de 3 a 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 los EE. UU. ), [15] discordancias precámbricas (en Canadá), [15] fosfato , [15] conglomerado de guijarros y cuarzo precámbrico , chimeneas de brechas colapsadas (ver mineralización de uranio en chimeneas de brechas de Arizona ) y calcreta .
Los depósitos de uranio en areniscas son generalmente de dos tipos. Los depósitos de tipo frente de rodadura se producen en el límite entre la parte oxidada y con inclinación ascendente de un cuerpo de arenisca y la parte reducida y con inclinación descendente más profunda de un cuerpo de arenisca. Los depósitos de uranio en areniscas peneconcordantes , también llamados depósitos de tipo meseta de Colorado , se producen con mayor frecuencia dentro de cuerpos de areniscas 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 y cuarzo precámbricos se encuentran únicamente en rocas de más de dos mil millones de años de antigüedad. Los conglomerados también contienen pirita. Estos depósitos se han extraído en el distrito Blind River - Elliot Lake de Ontario, Canadá, y en los conglomerados auríferos de Witwatersrand, en Sudáfrica.
Los depósitos de tipo discordante representan aproximadamente el 33% de los depósitos de uranio del Mundo Fuera de las Áreas de Economías de Planificación Centralizada (WOCA). [16]
Los depósitos hidrotermales de uranio abarcan los minerales de uranio de tipo veta. Los depósitos hidrotermales de uranio de tipo veta representan concentraciones epigenéticas de minerales de uranio que típicamente llenan brechas, fracturas y zonas de cizallamiento. [17] Muchos estudios han buscado identificar la fuente de uranio con depósitos hidrotermales de tipo veta 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 acumulación de sedimentos a largo plazo. [17] El Bloque de China Sur es un ejemplo de una región que ha dependido de la demanda de depósitos hidrotermales de uranio 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 los EE. UU. [18] [19]
Los depósitos de uranio en brecha se encuentran en rocas que se han roto debido a fracturas tectónicas o meteorización. Los depósitos de uranio en brecha son más comunes en India, Australia y Estados Unidos. [20] Una gran masa de brecha se llama chimenea o tubo de brecha y está compuesta por la roca que forma una forma irregular y casi cilíndrica. El origen de los tubos de brecha es incierto, pero se cree que se forman en intersecciones y fallas. Cuando las formaciones se encuentran sólidas en la roca madre del suelo llamada polvo de roca, generalmente se trata de un sitio de minería de cobre o uranio. Copper Creek, Arizona, alberga aproximadamente 500 tubos de brecha mineralizados y Cripple Creek, Colorado, también es un sitio que contiene depósitos de mineral de tubos de brecha que están asociados con un tubo volcánico.
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, que registraba la tasa de conteo total de todos los niveles de energía de la radiación. Las cámaras de ionización y los contadores Geiger se adaptaron por primera vez para su 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 liviana y práctica en 1934. Los modelos posteriores fueron los principales instrumentos utilizados para la prospección de uranio durante muchos años, hasta que los contadores Geiger fueron reemplazados por contadores de centelleo .
El uso de detectores aerotransportados para la prospección de minerales radiactivos fue propuesto por primera vez por GC Ridland, un geofísico que trabajaba en Port Radium en 1943. En 1947, el primer ensayo registrado de detectores de radiación aerotransportados (cámaras de ionización y contadores Geiger) fue realizado por Eldorado Mining and Refining Limited (una corporación de la Corona canadiense que luego fue 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 de rayos gamma aerotransportada es actualmente la técnica líder aceptada para la prospección de uranio con aplicaciones en todo el mundo para el mapeo geológico, la exploración de minerales y el monitoreo ambiental . La espectrometría de rayos gamma aerotransportada 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 erosión para ayudar a los prospectores basado en la elevación de la Misión de Topografía Radar del Transbordador Espacial (SRTM) y las imágenes de espectrometría de rayos gamma aerotransportada. [22]
Un yacimiento de uranio descubierto mediante técnicas geofísicas se evalúa y se toman muestras para determinar las cantidades de materiales de uranio que se pueden extraer a costos específicos del yacimiento. Las reservas de uranio son las cantidades de mineral que se estima que se pueden recuperar a costos establecidos. A medida que los precios aumentan o la tecnología permite un menor costo de recuperación de depósitos conocidos, que antes no eran rentables, las reservas aumentan. En el caso del uranio, este efecto es particularmente pronunciado, ya que la mayor reserva actualmente no rentable (la extracción de uranio del agua de mar ) es mayor que todos los recursos terrestres de uranio conocidos combinados. [23] [24] [25]
Desde 2008 hasta al menos 2024, los únicos cuatro países que han informado gastos no internos de exploración y desarrollo de uranio son: China, Japón, Francia y Rusia. [26] : 205
Estados Unidos está investigando si China está eludiendo una prohibición a las importaciones de uranio ruso al exportar su uranio a Estados Unidos mientras importa uranio enriquecido de Rusia. Esta investigación surge tras un aumento de las exportaciones de uranio chino a Estados Unidos después de la prohibición de diciembre de 2023, que tenía como objetivo cortar la financiación de la guerra de Rusia en Ucrania. [27]
Al igual que con otros tipos de minería de rocas duras, 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. [28]
En la minería a cielo abierto, la capa superficial se elimina mediante perforación y voladuras para exponer el cuerpo mineral, que luego se extrae mediante voladuras y excavaciones con 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 lidiar con ella (es decir, cuando el mineral objetivo se encuentra por debajo del nivel freático natural) es reducir el nivel freático bombeando el agua. El suelo puede asentarse considerablemente cuando se extrae el agua subterránea y puede volver a moverse de manera impredecible cuando se permite que el agua subterránea vuelva a subir después de que finalice la minería. La recuperación de tierras después de la minería toma diferentes rutas, dependiendo de la cantidad de material eliminado. Debido a la alta densidad energética del uranio, a menudo es suficiente rellenar la antigua mina con la capa superficial, pero en caso de un déficit de masa que exceda la diferencia de altura entre el nivel de la superficie anterior y el nivel freático natural, se forman lagos artificiales cuando se deja de extraer el agua subterránea. Si hay sulfitos, sulfuros o sulfatos en las rocas que ahora están expuestas, el drenaje ácido de las minas puede ser un problema para aquellas masas de agua que recién están explotando. Las empresas mineras están obligadas por ley a establecer un fondo para futuras recuperaciones mientras se lleva a cabo la minería y esos fondos suelen depositarse de forma que no se vean afectados por la quiebra de la empresa minera.
Si el uranio está demasiado debajo de la superficie para la minería a cielo abierto, se podría utilizar una mina subterránea con túneles y pozos excavados para acceder y extraer el mineral de uranio.
En principio, la minería subterránea de uranio no se diferencia de cualquier otra minería de roca dura y, a menudo, se extraen otros minerales en asociación (por ejemplo, cobre, oro y plata). Una vez que se ha identificado el yacimiento mineral, se excava un pozo en las proximidades de las vetas de mineral y se perforan transversalmente horizontalmente hasta las vetas a distintos niveles, generalmente cada 100 a 150 metros. Se perforan túneles similares, conocidos como galerías, a lo largo de las vetas de mineral desde el corte transversal. Para extraer el mineral, el siguiente paso es perforar túneles, conocidos como chimeneas cuando se perforan hacia arriba y chimeneas cuando se perforan hacia abajo, a través del depósito de un nivel a otro. Las chimeneas se utilizan posteriormente para desarrollar los rebajes donde se extrae el mineral de las vetas.
El tajo, que es el taller de la mina, es la excavación de la que se extrae el mineral. Se utilizan comúnmente tres métodos de explotación por tajo. En el método de "corte y relleno" o "tajo abierto", el espacio que queda después de la extracción del mineral después de la voladura se rellena con roca estéril y cemento. En el método de "contracción", sólo se extrae suficiente mineral roto a través de las canaletas inferiores para permitir que los mineros que trabajan desde la parte superior de la pila perforen y volen la siguiente capa que se va a romper, dejando finalmente un gran agujero. El método conocido como "sala y pilar" se utiliza para cuerpos de mineral más delgados y planos. En este método, el cuerpo de mineral se divide primero en bloques mediante galerías que se cruzan, extrayendo mineral al mismo tiempo y luego retirando sistemáticamente los bloques, dejando suficiente mineral para el soporte del techo.
Los efectos sobre la salud descubiertos a partir de la exposición al radón en la minería de uranio sin ventilación motivaron el cambio de la minería de uranio mediante túneles a la tecnología de tajo abierto y lixiviación in situ , un método de extracción que no produce los mismos riesgos laborales ni los mismos relaves mineros que la minería convencional.
Si se establecen normas que garanticen el uso de tecnología de ventilación de alto volumen en caso de que se realicen operaciones de extracción de uranio en espacios confinados, se podrán eliminar en gran medida la exposición ocupacional y las muertes en la minería. [29] [30] La presa Olympic y las minas subterráneas canadienses están ventiladas con potentes ventiladores y los niveles de radón se mantienen a un nivel muy bajo o prácticamente "seguro" en las minas de uranio. El radón que se produce de forma natural en otras minas que no sean de uranio también puede necesitar control mediante ventilación. [31]
La lixiviación en pilas es un proceso de extracción mediante el cual se utilizan productos químicos (normalmente ácido sulfúrico ) para extraer el elemento económico del mineral que se ha extraído y colocado en pilas en la superficie. La lixiviación en pilas suele ser económicamente viable solo para depósitos de mineral de óxido. La oxidación de los depósitos de sulfuro se produce durante el proceso geológico denominado meteorización. Por lo tanto, los depósitos de mineral de óxido suelen encontrarse cerca de la superficie. Si no hay otros elementos económicos dentro del mineral, una mina puede optar por extraer el uranio utilizando un agente de lixiviación, normalmente un ácido sulfúrico de baja molaridad.
Si las condiciones económicas y geológicas son las adecuadas, la empresa minera nivelará grandes áreas de tierra con un pequeño desnivel, cubriéndolas con una capa de plástico grueso (normalmente HDPE o LLDPE ), a veces con arcilla, limo o arena debajo del revestimiento de plástico. El mineral extraído normalmente se pasará por una trituradora y se colocará en montones sobre el plástico. A continuación, se rociará el mineral con el agente de lixiviación durante 30 a 90 días. A medida que el agente de lixiviación se filtra a través del montón, el uranio romperá sus enlaces con la roca de óxido y entrará en la solución. La solución se filtrará a lo largo del gradiente hacia piscinas de recogida que luego se bombearán a plantas del lugar para su posterior procesamiento. En realidad, solo se extrae una parte del uranio (normalmente alrededor del 70%).
Las concentraciones de uranio en la solución son muy importantes para la separación eficiente del uranio puro del ácido. Como las distintas pilas producen concentraciones diferentes, la solución se bombea a una planta mezcladora que se controla cuidadosamente. La solución correctamente equilibrada se bombea luego a una planta de procesamiento donde se separa el uranio del ácido sulfúrico.
La lixiviación en pilas es significativamente más barata que los procesos tradicionales de molienda. Los bajos costos permiten que sea económicamente viable utilizar minerales de menor calidad (siempre que se trate del tipo adecuado de yacimiento). La legislación ambiental de los Estados Unidos exige que se controle continuamente el agua subterránea circundante para detectar posibles contaminaciones. La mina también deberá contar con un control continuo incluso después de su cierre. En el pasado, las empresas mineras a veces se declaraban en quiebra, lo que dejaba la responsabilidad de la recuperación de la mina en manos del público. Las incorporaciones del siglo XXI a la legislación minera de los Estados Unidos exigen que las empresas reserven el dinero para la recuperación antes del inicio del proyecto. El dinero quedará en poder del público para garantizar el cumplimiento de las normas ambientales en caso de que la empresa se declare en quiebra. [32]
La lixiviación in situ (ISL), también conocida como minería por disolución o recuperación in situ (ISR) en América del Norte, implica dejar el mineral en el lugar donde se encuentra en el suelo y recuperar los minerales disolviéndolos y bombeando la solución cargada a la superficie, donde se pueden recuperar los minerales. En consecuencia, hay poca alteración de la superficie y no se generan relaves ni rocas de desecho. Sin embargo, el yacimiento debe ser permeable a los líquidos utilizados y estar ubicado de manera que no contaminen las aguas subterráneas que se encuentran lejos del yacimiento.
La lixiviación de uranio utiliza el agua subterránea nativa del yacimiento, que se enriquece con un agente complejante y, en la mayoría de los casos, con un oxidante. Luego, se bombea a través del yacimiento subterráneo para recuperar los minerales que contiene mediante lixiviación. Una vez que la solución madre regresa a la superficie, el uranio se recupera de la misma manera que en cualquier otra planta (molino) de uranio.
En las minas de lixiviación in situ australianas ( Beverley , Four Mile y Honeymoon Mine ), el oxidante utilizado es peróxido de hidrógeno y el agente complejante ácido sulfúrico. Las minas de lixiviación in situ kazajas generalmente no emplean un oxidante, sino que utilizan concentraciones de ácido mucho más altas en las soluciones circulantes. Las minas de lixiviación in situ de los 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. Cualquier porcentaje superior a unos pocos minerales carbonatados significa que se debe utilizar la lixiviación alcalina en lugar de la lixiviación ácida, que es 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. [33]
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. [34] 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 incluso una parte del uranio en el agua de mar pudiera usarse, se podría proporcionar todo el combustible para la generación de energía nuclear del mundo durante un largo período de tiempo. [35] Algunos defensores afirman que esta estadística es exagerada. [36] [ mejor fuente necesaria ] Aunque la investigación y el desarrollo para la recuperación de este elemento de baja concentración mediante adsorbentes inorgánicos como compuestos de óxido de titanio se ha producido desde la década de 1960 en el Reino Unido, Francia, Alemania y Japón, esta investigación se detuvo debido a la baja eficiencia de recuperación.
En el Establecimiento de Investigación de Química de Radiación Takasaki del Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón (JAERI Takasaki Research Establishment), la investigación y el desarrollo han continuado y 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 consiste en utilizar una tela no tejida específica para uranio como adsorbente. La cantidad total de uranio recuperado de tres cajas de recolección que contenían 350 kg de tela fue de más de 1 kg de torta amarilla después de 240 días de inmersión en el océano. [37] El experimento de Seko et al. fue repetido por Tamada et al. en 2006. Encontraron que el costo variaba de ¥15.000 a ¥88.000 dependiendo de las suposiciones y "El costo más bajo alcanzable ahora es ¥25.000 con 4 g-U/kg de adsorbente utilizado en el área marina de Okinawa, con 18 usos repetidos [ sic ]". Con el tipo de cambio de mayo de 2008, esto era de aproximadamente $240/kg-U. [38]
En 2012, los investigadores del 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 sólidas o gaseosas, átomos o iones. [39] "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 los resultados verificados por investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste . [40] [41]
En 2012 se estimó que esta fuente de combustible podría extraerse a un precio 10 veces superior al precio actual del uranio. [42] En 2014, con los avances logrados en la eficiencia de la extracción de uranio del agua de mar, se sugirió que sería económicamente competitivo producir combustible para reactores de agua ligera a partir del agua de mar si el proceso se implementara a gran escala. [43] 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 disolución del uranio de la superficie del fondo del océano, los cuales mantienen los equilibrios de solubilidad de la concentración del agua de mar a un nivel estable. [44] Algunos comentaristas han argumentado que esto fortalece el caso de que la energía nuclear se considere una energía renovable . [45]
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 los que debe eliminarse porque el fosfato se utiliza principalmente para fertilizantes. 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 una fuente para la extracción de uranio.
El uranio se encuentra de forma natural 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 que sea económicamente recuperable. [46] Como cualquier recurso, el uranio no se puede extraer en cualquier concentración deseada. Sin importar la tecnología, en algún momento es demasiado costoso extraer minerales de menor calidad. Las compañías mineras generalmente consideran que las concentraciones superiores al 0,075% (750 ppm) son minerales o rocas económicas para extraer a los precios actuales del mercado del uranio. [47] 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 19 toneladas de masa. [48] [49] Las estimaciones de la cantidad concentrada en minerales que se pueden extraer por menos de 130 dólares por kg pueden ser menos de una millonésima parte de ese total. [50]
El uranio-235, el isótopo fisionable del uranio utilizado en los reactores nucleares, constituye aproximadamente el 0,7% del uranio del mineral. Es el único isótopo natural capaz de generar directamente energía nuclear. Si bien el uranio-235 se puede "reproducir" a partir de234
U , un producto de descomposición natural de238
El uranio-235 , presente en 55 ppm en todas las muestras de uranio natural, es en última instancia un recurso finito no renovable . [53] [54]
Debido al bajo precio actual del uranio, la mayoría de los reactores comerciales de agua ligera funcionan con un "ciclo de combustible de un solo uso" que deja prácticamente toda la energía contenida en el reactor original.238
El U , que constituye más del 99% del uranio natural, no se utiliza. El reprocesamiento nuclear puede recuperar parte de esa energía mediante la producción de combustible MOX o Remix Fuel para su uso en reactores de agua ligera generadores de energía convencionales. Esta tecnología se utiliza actualmente a escala industrial en Francia, Rusia y Japón. Sin embargo, a los precios actuales del uranio, se considera que es poco rentable si solo se considera el lado de los "ingresos". [ Aclaración necesaria ]
La tecnología de reactores reproductores podría permitir que las actuales reservas de uranio proporcionen energía a la humanidad durante miles de millones de años, convirtiendo así la energía nuclear en una energía sostenible . [55] [56]
Las reservas son los recursos más fácilmente disponibles. [57] 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. [58]
Los recursos de uranio conocidos representan un nivel de recursos asegurados superior al normal para la mayoría de los minerales. Con base en el conocimiento geológico actual, la exploración ulterior y los precios más altos producirán, sin duda, más recursos a medida que se agoten los actuales. Entre 1985 y 2005 hubo muy poca exploración de uranio, de modo que el aumento significativo de las actividades 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 de los precios con respecto a los niveles de precios de 2007 genere aproximadamente un aumento de diez veces en los recursos medidos, con el tiempo. [59]
Los recursos convencionales conocidos son aquellos cuya existencia se sabe que es fácil de extraer. [57] En 2006, había alrededor de 4 millones de toneladas de recursos convencionales. [60] 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 en 2011. [61]
Los mayores yacimientos de uranio del mundo se encuentran en tres países. Australia posee poco más del 30% de los recursos razonablemente seguros e inferidos de uranio del mundo, alrededor de 1,673 megatoneladas (3,69 × 10 9 lb). [46] Kazajstán posee alrededor del 12% de las reservas mundiales, o alrededor de 651 kilotoneladas (1,4 × 10 9 lb). [62] Canadá tiene 485 kilotoneladas (1.100 × 10 6 lb) de uranio, lo que representa alrededor del 9%. [46]
Los recursos convencionales no descubiertos son aquellos que se cree que existen pero que no se han extraído. [57] Se necesitará un esfuerzo significativo de exploración y desarrollo para localizar los depósitos restantes y comenzar a explotarlos. Sin embargo, dado que en este momento no se ha explorado toda la geografía de la Tierra en busca de uranio, aún existe el potencial de descubrir recursos explotables. [63] 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 gradiómetro aeromagnético 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. [64] El Departamento de Energía de los EE. UU. realizó la primera y única evaluación nacional de uranio en 1980: el programa de Evaluación Nacional de Recursos de Uranio (NURE). [65]
Los recursos secundarios de uranio se recuperan de otras fuentes, como las armas nucleares, los inventarios, el reprocesamiento y el reenriquecimiento. Como los recursos secundarios tienen costos de descubrimiento extremadamente bajos y costos de producción muy bajos, han desplazado una parte importante de la producción primaria. [66] En 2017, aproximadamente el 7% de la demanda de uranio se satisfizo con recursos secundarios. [67] [68]
Debido a la reducción de los arsenales de armas nucleares, una gran cantidad de uranio que se utilizaba para armas se liberó para su uso en reactores nucleares civiles. Como resultado, a partir de 1990, una parte importante de las necesidades de energía nuclear se cubrían con uranio que se utilizaba para armas, en lugar de con uranio recién extraído. En 2002, el uranio extraído cubría sólo el 54 por ciento de las necesidades de energía nuclear. [69] Pero como el suministro de uranio que se utilizaba para armas se ha agotado, la extracción ha aumentado, de modo que en 2012, la extracción cubría el 95 por ciento de las necesidades de los reactores, y la Agencia de Energía Nuclear de la OCDE y el Organismo Internacional de Energía Atómica proyectaron que la brecha en el suministro se eliminaría por completo en 2013. [70] [71]
Los inventarios son mantenidos por una variedad de organizaciones: gubernamentales, comerciales y otras. [72] [73]
El Departamento de Energía de Estados Unidos mantiene inventarios para garantizar el suministro y cubrir emergencias en las que el uranio no esté disponible a ningún precio. [74]
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 . [75] La mezcla descendente de 500 toneladas (1100 × 10 3 lb) de uranio altamente enriquecido (HEU) para armas rusas dará como resultado alrededor de 15 kilotoneladas (33 000 × 10 3 lb) de uranio poco enriquecido (LEU) en 20 años. Esto equivale a unas 152 kilotoneladas (340 × 10 6 lb) de U natural, o un poco más del doble de la demanda mundial anual. Desde 2000, 30 toneladas (66 × 10 3 lb) de HEU militar están desplazando alrededor de 10,6 kilotoneladas (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. [76] El programa de Megatones a Megavatios finalizó en 2013. [75]
El plutonio recuperado de armas nucleares u otras fuentes se puede mezclar con combustible de uranio para producir un combustible de óxido mixto. En junio de 2000, Estados Unidos y Rusia acordaron deshacerse de 34 kilotoneladas (75 × 10 6 lb) cada uno de plutonio apto para armas para 2014. Estados Unidos se comprometió a seguir un programa de doble vía autofinanciado (inmovilización y MOX). Las naciones del G-7 proporcionaron 1.000 millones de dólares para establecer el programa de Rusia. Este último era inicialmente MOX diseñado específicamente para reactores VVER, la versión rusa del reactor de agua presurizada (PWR), el alto costo se debió a que esto no era parte de la política del ciclo de combustible de Rusia. Este combustible MOX para ambos países equivale a aproximadamente 12 kilotoneladas (26 × 10 6 lb) de uranio natural. [77] Estados Unidos también tiene compromisos de deshacerse de 151 toneladas (330 × 10 3 lb) de HEU no residual. [78]
El reprocesamiento nuclear (o reciclaje) 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. [79] La composición del uranio reprocesado depende del tiempo que el combustible ha estado en el reactor, pero es principalmente uranio-238 , con aproximadamente 1% de uranio-235 , 1% de uranio-236 y cantidades más pequeñas de otros isótopos, incluido el uranio-232 .
En la actualidad, existen once plantas de reprocesamiento en el mundo. De ellas, dos son plantas de gran escala que se utilizan comercialmente para reprocesar elementos de combustible gastados de reactores de agua ligera con una capacidad de más de 1 kilotonelada (2,2 × 10 6 lb) de uranio al año. Se trata de La Hague, Francia, con una capacidad de 1,6 kilotones (3,5 × 10 6 lb) al año, y Sellafield , Inglaterra, con 1,2 kilotones (2,6 × 10 6 lb) de uranio al año. El resto son pequeñas plantas experimentales. [80] Las dos plantas de reprocesamiento comerciales a gran escala juntas pueden reprocesar 2.800 toneladas de desechos de uranio al año. [81] 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 al riesgo de proliferación nuclear a través del plutonio.
Los principales problemas con el reprocesamiento de uranio son el costo del uranio extraído en comparación con el costo del reprocesamiento, [82] [83] En la actualidad, el reprocesamiento y el uso de plutonio como combustible de reactor es mucho más caro que usar combustible de uranio y desechar el combustible gastado directamente, incluso si el combustible solo se reprocesa una vez. [84] 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 de grado reactor tienen composiciones isotópicas que no son óptimas para su uso en los reactores de neutrones térmicos actuales .
Los recursos no convencionales son aquellos que requieren tecnologías novedosas para su explotación y/o uso. A menudo, los recursos no convencionales se encuentran en concentraciones bajas. La explotación del 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. [85] 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 cargadas de fosfato o rocas fosfóricas . A medida que aumentan los precios del uranio, ha habido interés en la extracción de uranio de la roca fosfórica, que normalmente se utiliza como base de fertilizantes fosfóricos. [86] Hay 22 millones de toneladas de uranio en depósitos de fosfato. La recuperación de uranio de los fosfatos es una tecnología madura ; [85] se ha utilizado en Bélgica y los Estados Unidos, pero los altos costos de recuperación limitan el uso de estos recursos, con costos de producción estimados en el rango de US$60–100/kgU incluyendo la inversión de capital, según un informe de la OCDE de 2003 para un nuevo proyecto de 100 tU/año. [87] Los costos operativos históricos para la recuperación de uranio del ácido fosfórico varían de $48–$119/kg U 3 O 8 . [88] En 2011, el precio promedio pagado por el U3O8 en los Estados Unidos fue de 122,66 dólares/kg. [ 89]
En todo el mundo, estaban en funcionamiento aproximadamente 400 plantas de ácido fosfórico por vía húmeda . Suponiendo un contenido recuperable promedio de 100 ppm de uranio y que los precios del uranio no aumentaran de modo que el uso principal de los fosfatos fuera para fertilizantes , este escenario daría como resultado una producción anual teórica máxima de 3,7 kilotoneladas (8,2 × 10 6 lb) de U 3 O 8 . [90]
Los recursos de uranio no convencionales incluyen hasta 4.000 megatoneladas (8.800 × 10 9 lb) de uranio contenidas en el agua de mar. Se han demostrado varias tecnologías para extraer uranio del agua de mar a escala de laboratorio. Según la OCDE, el uranio puede extraerse del agua de mar por unos 300 dólares estadounidenses/kgU. [87]
En 2012, los investigadores del 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 sólidas o gaseosas, átomos o iones. "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 los resultados verificados por investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste . [91] [92] [93] [94] [95]
Según un estudio del Laboratorio Nacional de Oak Ridge , el potencial energético máximo teórico (cuando se utiliza en reactores reproductores ) del uranio y el torio traza en el carbón en realidad supera la energía liberada al quemar el propio carbón. [97] Esto es a pesar de la concentración muy baja de uranio en el carbón de solo unas pocas partes por millón en promedio antes de la combustión.
Entre 1965 y 1967, Union Carbide operó una planta en Dakota del Norte (Estados Unidos) que quemaba lignito uranífero y extraía uranio de las cenizas. La planta produjo alrededor de 150 toneladas métricas de U3O8 antes de cerrar. [98]
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. [85] La primera cantidad a escala de laboratorio de uranio de torta amarilla recuperado de cenizas de carbón uranífero se anunció en 2007. [99] 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 kilotoneladas (4,60 × 10 6 lb) de U 3 O 8 solo de esa pila de cenizas. [99]
Algunas pizarras bituminosas contienen uranio, que puede recuperarse como subproducto. Entre 1946 y 1952, se utilizó un tipo marino de pizarra de Dictyonema para la producción de uranio en Sillamäe , Estonia, y entre 1950 y 1989 se utilizó pizarra de alumbre en Suecia para el mismo fin. [100]
Un reactor reproductor produce más combustible nuclear del que consume y, por lo tanto, puede ampliar el suministro de uranio. Normalmente convierte el isótopo dominante en el uranio natural, el uranio-238, en plutonio-239 fisible. Esto da como resultado un aumento de cien veces en la cantidad de energía a producir 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). [101] 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 . [56] [55] Afirma que los reactores reproductores rápidos , alimentados con uranio-238 extraído del agua de mar y reabastecido naturalmente, podrían suministrar energía al menos durante el lapso de vida restante esperado del Sol, de cinco mil millones de años. [56]
Existen dos tipos de reactores reproductores: los rápidos y los térmicos. 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. [102] 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 [actualizar], el CFR-600 chino está en construcción después del éxito del reactor rápido experimental de China , basado en el BN-800. Estos reactores actualmente 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 ser alimentado con uranio natural, es capaz de utilizar combustible gastado de reactores de agua ligera como combustible, ya que contiene más material fisionable que el uranio natural. Se están realizando investigaciones sobre el "DUPIC" (uso directo del combustible gastado de reactores de agua ligera en reactores de tipo CANDU) que podrían aumentar la utilidad del combustible sin necesidad de reprocesarlo. [103]
Un reactor reproductor rápido, además de consumir uranio-235, convierte el fértil uranio-238 en plutonio-239 , un combustible fisible . Los reactores reproductores rápidos son más caros de construir y operar, incluido el reprocesamiento, y solo 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 menos desechos transuránicos de larga duración y pueden consumir desechos nucleares de los actuales reactores de agua ligera , generando energía en el proceso. [104]
El uranio resultó ser mucho más abundante de lo previsto y su precio disminuyó rápidamente (con un repunte en la década de 1970). Por ello, Estados Unidos suspendió su uso en 1977 [105] y el Reino Unido abandonó la idea en 1994 [ 106] . Los reactores de agua ligera (FBR) presentaron importantes problemas técnicos y materiales y la exploración geológica demostró que la escasez de uranio no iba a ser un problema durante algún tiempo. En la década de 1980, debido a ambos factores, quedó claro que los FBR no serían comercialmente competitivos con los reactores de agua ligera existentes. La economía de los FBR todavía depende del valor del combustible de plutonio que se produce, en relación con el costo del uranio fresco [107] .
Si los precios del uranio son más altos, los reactores reproductores pueden justificarse económicamente. Muchos países tienen en marcha programas de investigación sobre reactores reproductores. China, India y Japón planean utilizarlos a gran escala durante las próximas décadas. Se han adquirido 300 años de experiencia en su funcionamiento. [108]
El uranio fisible se puede producir a partir del torio en reactores reproductores térmicos. El torio es tres veces más abundante que el uranio. El torio-232 en sí no es fisible, pero se puede convertir en uranio-233 fisible en un reactor reproductor. A su vez, el uranio-233 se puede fisionar, con la ventaja de que se producen cantidades menores de transuránicos por captura de neutrones , 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 enfrentar dificultades, principalmente debido a la complejidad de la separación y reprocesamiento del combustible. [109] Los defensores de los reactores de núcleo líquido y de sal fundida como el LFTR afirman que estas tecnologías eliminan las desventajas del torio mencionadas anteriormente presentes en los reactores de combustible sólido.
El primer reactor comercial exitoso del Indian Point Energy Center en Buchanan, Nueva York (Indian Point Unit 1) funcionaba con torio. El primer núcleo no estuvo a la altura de las expectativas. [110] [ Se necesita aclaración ]
La producción de uranio está altamente concentrada. [26] : 191 Los principales productores de uranio del mundo en 2017 fueron Kazajstán (39% de la producción mundial), Canadá (22%) y Australia (10%). Otros productores importantes incluyen Namibia (6,7%), Níger (6%) y Rusia (5%). [68] La producción de uranio en 2017 fue de 59.462 toneladas, el 93% de la demanda. [67] El resto provino de inventarios en poder de empresas de servicios públicos y otras empresas del ciclo del combustible, inventarios en poder de los gobiernos, combustible de reactor usado que ha sido reprocesado, materiales reciclados de programas nucleares militares y uranio en existencias de uranio empobrecido. [111] [ necesita actualización ]
Las necesidades anuales mundiales de uranio relacionadas con los reactores comerciales ascendieron a alrededor de 60.100 toneladas en enero de 2021. [112]
Como algunos países no pueden satisfacer económicamente sus propias necesidades de uranio, han recurrido a la importación de 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 esa cantidad, el 84%, o 56 millones de libras (25 kt), fueron importados de proveedores extranjeros, según el Departamento de Energía. [113]
Gracias a las mejoras en la tecnología de centrifugación de gas en la década de 2000, que reemplazaron a las antiguas plantas de difusión gaseosa , las unidades de separación más baratas han permitido la producción económica de uranio más enriquecido a partir de una cantidad dada de uranio natural, mediante el reenriquecimiento de los residuos, lo que finalmente deja un residuo de uranio empobrecido de menor enriquecimiento. Esto ha reducido un poco la demanda de uranio natural. [114]
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 aumenta lentamente, se están haciendo funcionar de forma más productiva, con factores de capacidad y niveles de potencia más elevados. La mejora del rendimiento de los reactores se traduce en un mayor consumo de uranio. [115]
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 operativos con una capacidad de generación promedio de 950 MWe, lo que demandó más de 22 kilotoneladas (49 × 10 6 lb) de uranio natural en 2005. [116] A medida que aumenta el número de plantas de energía nuclear, también lo hace 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 en el corto plazo. También depende menos de los ciclos económicos de auge y caída de corto plazo, ya que la energía nuclear tiene una de las relaciones de costos fijos a costos variables más sólidas (es decir, los costos marginales de funcionamiento, en lugar de dejar inactiva una central eléctrica ya construida, son muy bajos, en comparación con los costos de capital de la construcción) y, por lo tanto, casi nunca es aconsejable dejar inactiva una central nuclear por razones económicas. Sin embargo, la política nuclear puede conducir a fluctuaciones de corto plazo en la demanda, como lo demuestra el abandono progresivo de la energía nuclear alemana , que fue decidido por el gobierno de Gerhard Schröder (1998-2005) y revertido durante el segundo gabinete de Merkel (2009-2013) solo para que se produjera una reversión de esa reversión como consecuencia del accidente nuclear de Fukushima , que también llevó al 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 totales de energía 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 (en particular en forma de uranio enriquecido o plutonio de alto grado), es fácil almacenar cantidades de material combustible para que dure varios años con un consumo constante. Las centrales eléctricas que no tienen capacidades de recarga en línea , como es el caso de la gran mayoría de las centrales eléctricas comerciales en funcionamiento, recargarán combustible lo menos posible para evitar costosos tiempos de inactividad y generalmente planean paradas de recarga con mucha anticipación para permitir que el mantenimiento y la inspección también utilicen el tiempo de inactividad programado. Por lo tanto, los operadores de las centrales eléctricas tienden a tener contratos a largo plazo con proveedores de combustible que, si es que lo tienen, solo se ven afectados de manera mínima 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, los cambios de precios a corto plazo, como la burbuja del uranio de 2007 , pueden tener efectos drásticos sobre 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 de los Estados Unidos informa sobre los precios y las cantidades de uranio en ese país . [117] [118] El precio de importación cayó de 32,90 USD/lb-U 3 O 8 en 1981 a 12,55 en 1990 y a menos de 10 USD/lb-U 3 O 8 en el año 2000. Los precios pagados por el uranio durante la década de 1970 fueron más altos; el Centro de Información Nuclear informa que el precio de venta del uranio australiano en 1978 fue de 43 USD/lb-U 3 O 8. Los precios del uranio alcanzaron un mínimo histórico en 2001, con un coste de 7 USD/lb, pero en abril de 2007 el precio del uranio en el mercado al contado subió a 113,00 USD/lb, [119] un punto alto de la burbuja del uranio de 2007 . Este nivel estuvo muy cerca del máximo histórico (ajustado a la inflación) de 1977. [120]
Tras el desastre nuclear de Fukushima en 2011 , el sector mundial del uranio siguió deprimido, con un precio del uranio que cayó más del 50%, valores de las acciones en descenso y una rentabilidad reducida de los productores de uranio desde marzo de 2011 hasta 2014. Como resultado, las empresas de uranio de todo el mundo están reduciendo los costos y limitando las operaciones. [121] [ ¿Fuente poco fiable? ] Por ejemplo, Westwater Resources (anteriormente Uranium Resources) ha tenido que cesar todas las operaciones de uranio debido a precios desfavorables. Desde entonces, Westwater ha intentado diversificarse en otros mercados, a saber, el litio y el grafito . [122]
En julio de 2014, el precio del concentrado de uranio se mantuvo cerca de un mínimo de cinco años, habiendo caído el precio del uranio más del 50% desde el precio spot máximo en enero de 2011, lo que refleja la pérdida de demanda japonesa tras el desastre nuclear de Fukushima de 2011. [ 123 ] Como resultado de los bajos precios continuos, en febrero de 2014 la empresa minera Cameco aplazó los planes de ampliar la producción de las minas canadienses existentes, aunque continuó trabajando para abrir una nueva mina en Cigar Lake. [124] 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. [125]
En general, las fluctuaciones a corto plazo del precio del uranio preocupan más a los operadores y propietarios de minas y depósitos potencialmente lucrativos que a los operadores de plantas de energía. Debido a su alta densidad energética , el uranio es fácil de almacenar en forma de reservas estratégicas y, por lo tanto, un aumento a corto plazo de los precios puede compensarse accediendo a esas reservas. [126] Además, muchos países tienen reservas de facto en forma de uranio reprocesado [127] o uranio empobrecido que aún contienen una parte de material fisible que puede hacer que valga la pena el reenriquecimiento si las condiciones del mercado lo requieren. [128] El reprocesamiento nuclear del combustible gastado se realiza, a partir de la década de 2020, comercialmente principalmente para utilizar el material fisible que aún contiene 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 o no es tema 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 . [129] [130] [131] Los reactores que pueden funcionar con uranio natural consumen menos uranio extraído por unidad de energía producida, pero pueden tener mayores costos de capital para construirse debido a la necesidad de agua pesada como moderador . [132] Además, deben ser capaces de recargarse en línea porque el quemado alcanzable con uranio natural es menor que el alcanzable con uranio enriquecido –tener que apagar todo el reactor para cada recarga haría rápidamente que un reactor de este tipo fuera antieconómico. [133] 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. [134] [135] El ciclo del combustible de torio es una alternativa adicional siempre y cuando los precios del uranio se mantengan en un nivel alto sostenido y, en consecuencia, el interés en esta alternativa a la tecnología actual de reactores de agua ligera "convencionales" depende en gran medida de los precios del uranio. [136]
La extracción de uranio es ilegal en varias jurisdicciones. Como el uranio suele extraerse junto con otros minerales, en la práctica la prohibición suele significar 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 alto para el mineral de uranio. La fiebre del uranio resultante atrajo a muchos buscadores al suroeste. Charles Steen hizo un descubrimiento significativo 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 solo el uranio extraído dentro de su país, pero en 1965, la producción había disminuido en un 40 por ciento. En 1971, en un intento de detener nuevas reducciones de precios, los ejecutivos mineros de UCAN, Nufcor, Rio Tinto y representantes del gobierno acordaron compartir el mercado con los canadienses obteniendo 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 el 4 por ciento. En 1974, este acuerdo sobre la cuota de mercado terminó, ya que los precios del uranio aumentaron junto con los precios de la energía debido a los boicots de la OPEP y a que Estados Unidos puso fin a su prohibición comercial del 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, en particular en Bélgica, Finlandia, Francia, Alemania, España, Suecia, Suiza y el Reino Unido. En muchos países se ha detenido y eliminado progresivamente el desarrollo de la energía nuclear mediante acciones legales. En Italia, el uso de la energía nuclear fue prohibido mediante un referéndum en 1987; esta medida está siendo revisada actualmente. [137] Irlanda en 2008 tampoco tenía planes de cambiar su postura no nuclear . [138]
En los años 1976 y 1977, la minería de uranio se convirtió en un importante problema político en Australia, y el informe de la Investigación Ranger (Fox) abrió un debate público sobre la minería de uranio. [139] En 1976 se formó el grupo Movimiento contra la Minería de Uranio, y se celebraron muchas protestas y manifestaciones contra la minería de uranio. [139] [140] Las preocupaciones se relacionan con los riesgos para la salud y el daño ambiental de la minería de uranio. Entre los activistas australianos antiuranio más destacados se incluyen Kevin Buzzacott , Jacqui Katona , Yvonne Margarula y Jillian Marsh. [141] [142] [143]
La Audiencia Mundial sobre el Uranio se celebró en Salzburgo (Austria ) en septiembre de 1992. Oradores antinucleares de todos los continentes, incluidos oradores indígenas y científicos, testificaron sobre los problemas sanitarios y ambientales de la minería y el procesamiento del uranio, la energía nuclear , las armas nucleares , los ensayos nucleares y la eliminación de desechos radiactivos . [144] Entre las personas que hablaron en la audiencia de 1992 se encuentran: 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 la energía renovable . [145]
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 promover la tecnología nuclear. Sin embargo, el Ministro de Energía saudí negó haber construido una instalación de extracción de uranio y afirmó que la extracción de minerales es una parte fundamental de la estrategia del reino para diversificar su economía. [146]
A pesar de las sanciones a Rusia, algunos países todavía comprarán su uranio en 2022, [147] y algunos sostienen que la UE debería dejar de hacerlo. [148] A partir de 2022, S&P Global dice que las mineras no rusas esperan más certeza antes de decidir si invertir en nuevas minas. [149][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 minería de uranio; se han identificado un exceso significativo de muertes por cáncer de pulmón en estudios epidemiológicos de mineros de uranio empleados en los decenios de 1940 y 1950. [150] [151] [152]
Los primeros estudios importantes sobre el radón y la salud se realizaron 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). [153] Esto se debe en parte a la prohibición religiosa de fumar en el mormonismo. [154] [155] Las normas de seguridad que requieren ventilación costosa no se implementaron ni se controlaron ampliamente durante este período. [156] Si bien la exposición al radón es la principal fuente de cáncer de pulmón en los no fumadores que no están expuestos al asbesto , hay 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. [157] [158]
En estudios realizados a mineros de uranio, los trabajadores expuestos a niveles de radón de 50 a 150 picocurios de radón por litro de aire (2000–6000 Bq/m 3 ) durante unos 10 años han mostrado una mayor frecuencia de cáncer de pulmón. [159] Se observaron excesos estadísticamente significativos en las muertes por cáncer de pulmón después de exposiciones acumuladas de menos de 50 WLM. [159] Hay una heterogeneidad inexplicable en estos resultados (cuyos intervalos de confianza no siempre se superponen). [160] El tamaño del aumento relacionado con el radón en el riesgo de cáncer de pulmón varió en más de un orden de magnitud entre los diferentes estudios. [161]
Desde entonces, se han utilizado sistemas de ventilación y otras medidas para reducir los niveles de radón en la mayoría de las minas afectadas que siguen en funcionamiento. En los últimos años, la exposición anual media de los mineros de uranio ha descendido a niveles similares a las concentraciones inhaladas en algunos hogares. Esto ha reducido el riesgo de cáncer inducido por el trabajo a causa del radón, aunque sigue siendo un problema tanto para quienes trabajan actualmente en las minas afectadas como para quienes lo han hecho en el pasado. [161] Es probable que hoy en día sea poco probable que se detecten riesgos excesivos en los mineros, ya que las exposiciones son mucho menores que en los primeros años de la minería. [162] Además de otros riesgos para la salud, la minería del carbón también puede exponer a los mineros al radón, ya que el uranio (y su producto de descomposición, el radón) se encuentran a menudo en los depósitos de carbón y cerca de ellos y pueden acumularse bajo tierra, ya que el radón es más denso que el aire. [163] [164]
En los Estados Unidos, la Ley de Compensación por Exposición a la Radiación ofrece una compensación a quienes sufren diversos problemas de salud relacionados con la exposición a la radiación o a sus familiares supervivientes. Los mineros de uranio, los trabajadores de las plantas de uranio y los trabajadores del transporte de uranio han sido indemnizados en virtud de este plan.
A pesar de los esfuerzos realizados para limpiar los yacimientos de uranio, todavía hoy existen en el territorio de la Nación Navajo y en los estados de Utah, Colorado, Nuevo México y Arizona importantes problemas derivados del legado de la explotación del uranio. Cientos de minas abandonadas no se han limpiado y presentan riesgos ambientales y de salud en muchas comunidades. [165] A petición del Comité de Supervisión y Reforma Gubernamental de la Cámara de Representantes de 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 Comisión Reguladora Nuclear (NRC), el Departamento de Energía (DOE) y el Servicio de Salud Indígena (IHS), desarrollaron un Plan Quinquenal coordinado para abordar la contaminación con uranio. [166] 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 Residuos de Molienda de Uranio (UMTRCA), una medida diseñada para ayudar en la limpieza de 22 sitios inactivos de procesamiento de mineral en todo el suroeste. Esto también incluyó la construcción de 19 sitios de disposición de relaves, que contienen un total de 40 millones de yardas cúbicas de material radiactivo de bajo nivel. [167] La Agencia de Protección Ambiental estima que hay 4000 minas con producción documentada de uranio y otras 15 000 ubicaciones con presencia de uranio en 14 estados occidentales, [168] la mayoría se encuentran en el área de Four Corners y Wyoming. [169]
La Ley de Control de Radiación de Relaves de Molienda de Uranio es una ley ambiental de los Estados Unidos que modificó la Ley de Energía Atómica de 1954 y dio a la Agencia de Protección Ambiental la autoridad para establecer estándares de salud y ambientales para la estabilización, restauración y disposición de relaves de molienda de uranio . El Título 1 de la Ley requería que la EPA estableciera estándares de protección ambiental consistentes con la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos , incluyendo límites de protección de aguas subterráneas ; que el Departamento de Energía implementara los estándares de la EPA y proporcionara cuidado perpetuo para algunos sitios; y que la Comisión Reguladora Nuclear revisara las limpiezas y otorgara licencias a los estados o al DOE para el cuidado perpetuo de los sitios. [170] El Título 1 estableció un programa de acción correctiva de molinos de uranio financiado conjuntamente por el gobierno federal y el estado. [171] El Título 1 de la Ley también designó 22 sitios de molinos de uranio inactivos 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 UMTRCA. [172]
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 enormemente. Las predicciones pesimistas sobre la futura producción de uranio de alto grado se basan en la tesis de que o bien el pico ya se produjo en la década de 1980 [173] o bien puede producirse un segundo pico en algún momento alrededor de 2035. [ cita requerida ] Las predicciones optimistas sostienen que la oferta es mucho mayor que la demanda y no predicen el pico de uranio.
En 2017 [actualizar], las reservas de uranio identificadas recuperables a 130 dólares estadounidenses/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 un poco más de 130 años de suministro. Las reservas identificadas a 2017 recuperables a 260 dólares estadounidenses/kg son de 7,99 millones de toneladas (en comparación con 7,64 millones de toneladas en 2015). [68]
La cantidad esperada de uranio utilizable para la energía nuclear que se puede recuperar depende en gran medida de cómo se use. El factor principal es la tecnología nuclear: los reactores de agua ligera , que comprenden la gran mayoría de los reactores actuales, solo consumen alrededor del 0,5% de su combustible de uranio, dejando más del 99% como residuo de combustible gastado. Los reactores reproductores rápidos , en cambio, 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 a partir del agua de mar a aproximadamente 10 veces el precio actual del uranio con la tecnología de extracción actual, lo que es aproximadamente mil veces las reservas de uranio conocidas. [174] La corteza terrestre contiene aproximadamente 65 billones de toneladas de uranio, de las cuales alrededor de 32 mil toneladas fluyen a los océanos por año a través de los ríos, que a su vez se alimentan a través de ciclos geológicos de erosión, subducción y elevación. [55] Por lo tanto, la capacidad de extraer uranio del agua de mar de manera económica haría que el uranio fuera un recurso renovable en la práctica.
El uranio también puede producirse a partir del torio (que es de por sí tres o cuatro 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 se justifica dados los bajos precios actuales del uranio natural. [175]
Trece países han alcanzado el pico y agotado sus recursos de uranio económicamente recuperables a los precios actuales, según el Energy Watch Group . [50]
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 los minerales de menor calidad disponibles que luego se volverían económicos. [52] La teoría se pudo observar en la práctica durante la burbuja del uranio de 2007, cuando un aumento de precios sin precedentes condujo a inversiones en el desarrollo de la minería de uranio de depósitos de menor calidad, que en su mayoría se convirtieron en activos varados 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 concentraciones traza bajas de partes por millón a lo largo de su superficie.3 × 10 19 toneladas de masa. [48] [49] Las estimaciones de la cantidad concentrada en minerales que se pueden extraer por menos de 130 dólares el kilo pueden ser menos de una millonésima parte de ese total. [50]
Un estudio del ciclo de vida muy criticado [176] realizado por Jan Willem Storm van Leeuwen sugirió que por debajo del 0,01–0,02% (100–200 ppm) en el mineral, la energía requerida para extraer y procesar el mineral para suministrar el combustible, operar reactores y desecharlo adecuadamente se acerca a la energía obtenida al usar el uranio como material fisible en el reactor. [177] Sin embargo, los investigadores del Instituto Paul Scherrer que analizaron el documento 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 minería de Olympic Dam es energía utilizada en la minería de uranio, cuando esa mina es predominantemente una mina de cobre y el uranio se produce solo como un coproducto, junto con oro y otros metales. [176] El informe de Jan Willem Storm van Leeuwen también supone que todo el enriquecimiento se realiza mediante la tecnología de difusión gaseosa , más antigua y con mayor consumo energético , mientras que la tecnología de centrifugación de gas, que requiere menos consumo energético , ha producido la mayor parte del uranio enriquecido del mundo durante varias décadas.
En los primeros tiempos de la industria nuclear, se pensaba que el uranio era muy escaso, por lo que se necesitaría 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. [61] Una evaluación de la energía nuclear realizada por un equipo del MIT en 2003, y actualizada en 2009, afirmó que: [178]
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 alcanzó su pico en 1980, con 69.683 toneladas (150 × 10 6 lb) de U 3 O 8 en 22 países. Sin embargo, esto no se debe a una falta de capacidad de producción. Históricamente, las minas y plantas de uranio de todo el mundo han funcionado a alrededor del 76% de la capacidad de producción total, con una variación de entre el 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 de la oferta secundaria redujeron significativamente la demanda de uranio recién extraído hasta hace muy poco. Los suministros secundarios incluyen inventarios militares y comerciales, restos de uranio enriquecido, uranio reprocesado y combustible de óxido mixto. [173]
Según datos del Organismo Internacional de Energía Atómica , la producción mundial de uranio extraído alcanzó su punto máximo en dos ocasiones en el pasado: una, alrededor de 1960, en respuesta al almacenamiento para uso militar, y otra en 1980, en respuesta al almacenamiento para uso en energía nuclear comercial. Hasta aproximadamente 1990, la producción de uranio extraído excedía el consumo de las centrales eléctricas. Pero desde 1990, el consumo de las centrales eléctricas ha superado el uranio extraído; el déficit se ha compensado con la liquidación de las reservas militares (mediante el desmantelamiento de 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. [179]
Varias agencias han tratado de estimar cuánto durarán los recursos primarios de uranio, suponiendo un ciclo de una sola pasada . La Comisión Europea dijo en 2001 que al nivel actual de consumo de uranio, los recursos conocidos de uranio durarían 42 años. Si se suman las fuentes militares y secundarias, los recursos podrían extenderse a 72 años. Sin embargo, esta tasa de uso supone que la energía nuclear continúa proporcionando sólo una fracción del suministro energético mundial. Si la capacidad eléctrica se incrementara seis veces, entonces el suministro de 72 años duraría sólo 12 años. [180] Los recursos mundiales medidos actuales de uranio, económicamente recuperables a un precio de 130 dólares por kilo según los grupos industriales Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE), Agencia de Energía Nuclear (AEN) y Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA), son suficientes para durar "al menos un siglo" al ritmo actual de consumo. [181] [70] Según la Asociación Nuclear Mundial , otro grupo industrial, suponiendo que la tasa actual de consumo mundial es de 66.500 toneladas de uranio por año y los recursos mundiales medidos actuales de uranio (4,7–5,5 Mt) [181] son suficientes para durar unos 70–80 años. [62]
En el pasado se han hecho numerosas predicciones sobre el pico de uranio. En 1943, Alvin M. Weinberg et al. creían que la energía nuclear tendría serias limitaciones si se utilizaba únicamente 235 U como combustible en una central nuclear. [182] Llegaron a la conclusión de que era necesario reproducirlo para dar paso a una era de energía casi infinita. En 1956, M. King Hubbert declaró que las reservas mundiales de uranio fisionable eran suficientes al menos para los próximos siglos, suponiendo que la reproducción y el reprocesamiento se convertirían en procesos económicos. [183] En 1975, el Servicio Geológico del Departamento del Interior de los Estados Unidos distribuyó el comunicado de prensa "Las reservas conocidas de uranio de los Estados Unidos no cubrirán la demanda". Se recomendaba que los Estados Unidos no dependieran de las importaciones extranjeras de uranio. [182]
Muchos analistas predijeron un pico de uranio y el agotamiento de las reservas de uranio en el pasado o en el futuro cercano. 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. [185] Michael Meacher , ex ministro de medio ambiente del Reino Unido (1997-2003), informa que el pico de uranio ocurrió en 1981. También predice una escasez importante de uranio antes de 2013 acompañada de acaparamiento y su valor impulsado hasta los niveles de los metales preciosos. [186] MC Day proyectó en 1975 que las reservas de uranio podrían agotarse tan pronto como en 1989, pero, de manera más optimista, se agotarían en 2015. [184] Jan Willem Storm van Leeuwen , un analista independiente de Ceedata Consulting, sostiene que los suministros de mineral de uranio de alta calidad necesarios para alimentar la generación de energía nuclear durarán, a 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. [187] El Energy Watch Group ha calculado que, incluso con los altos precios del uranio, la producción de uranio habrá alcanzado su pico en 2035 y que sólo será posible satisfacer la demanda de combustible de las plantas nucleares hasta entonces. [188]
Diversos organismos han tratado de calcular cuánto durarán estos recursos. La Comisión Europea afirmó en 2001 que, al nivel actual de consumo de uranio, los recursos conocidos de uranio durarían 42 años. Si se añadieran a ellos las fuentes militares y secundarias, los recursos podrían llegar a durar hasta 72 años. Sin embargo, este ritmo de uso supone que la energía nuclear sigue proporcionando sólo una fracción del suministro energético mundial. Si se multiplicara por seis la capacidad eléctrica, el suministro para 72 años duraría sólo 12 años. [180] Según los grupos industriales OCDE , AEN y OIEA , los recursos mundiales medidos actuales de uranio, económicamente recuperables a un precio de 130 dólares por kilo, son suficientes para durar 100 años con el consumo actual. [70] Según la Asociación Australiana del Uranio , otro grupo industrial, suponiendo que la tasa actual de consumo mundial es de 66.500 toneladas de uranio por año y los recursos mundiales medidos actuales de uranio (4,7 Mt) son suficientes para durar 70 años. [62]
Todas las referencias siguientes sostienen 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 en el "futuro previsible". [183] El estudio de Hubbert suponía 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 descubrirían medios económicos de reprocesamiento. Por razones políticas, económicas y de proliferación nuclear, la economía del plutonio nunca se materializó. Sin él, el uranio se consume en un proceso de un solo uso y alcanzará su pico y se agotará mucho antes. [189] [ ¿ Fuente poco fiable? ] Sin embargo, en la actualidad, se considera que es generalmente más barato extraer uranio nuevo del suelo que utilizar uranio reprocesado y, por lo tanto, el uso de uranio reprocesado está limitado a sólo unas pocas naciones.
La OCDE estima que, con las tasas de generación de electricidad nuclear a nivel mundial de 2002, con reactores de agua dulce de ciclo único, existen suficientes recursos convencionales para durar 85 años utilizando los recursos conocidos y 270 años utilizando los recursos conocidos y aún no descubiertos. Con los reactores reproductores, esta duración se amplía a 8.500 años. [190]
Si uno está dispuesto a pagar 300 dólares por kilo de uranio, hay una enorme cantidad disponible en el océano. [70] Cabe 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, un aumento de ese tipo en los precios del uranio no implicaría un aumento muy significativo en el costo total por kWh producido.
En 1983, el físico Bernard Cohen propuso que el uranio es efectivamente inagotable y, por lo tanto, podría considerarse una fuente renovable de energía. [56] Afirma que los reactores reproductores rápidos , alimentados por uranio extraído del agua de mar que se repone naturalmente, podrían suministrar energía al menos durante la vida útil restante esperada del sol de cinco mil millones de años. [56] 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 de combustible nuclear puede durar tales escalas de tiempo, como sostiene Cohen, entonces la energía nuclear es tan sostenible como la energía solar o cualquier otra fuente de energía, en términos de sostenibilidad durante la escala de tiempo de la vida que sobrevive en este planeta. Su artículo asume la extracción de uranio del agua de mar a un ritmo de 16 kilotoneladas (35 × 10 6 lb) por año de uranio. [56] La demanda actual de uranio es cercana a 70 kilotoneladas (150 × 10 6 lb) por año; [ cita requerida ] sin embargo, el uso de reactores reproductores significa que el uranio se utilizaría al menos 60 veces más eficientemente que hoy.
James Hopf, 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". [191]
El OIEA estima que, utilizando únicamente las reservas conocidas al ritmo actual de demanda y suponiendo un ciclo nuclear de un solo paso, hay suficiente uranio para al menos 100 años. Sin embargo, si se utilizan todas las reservas primarias conocidas, las reservas secundarias, las fuentes no descubiertas y no convencionales de uranio, el uranio se agotará en 47.000 años. [70] Kenneth S. Deffeyes estima que si se puede aceptar un mineral un décimo tan rico, entonces el suministro de uranio disponible aumenta 300 veces. [52] Su artículo muestra que la concentración de uranio en los minerales tiene una distribución log-normal. Hay relativamente poco uranio de alto grado y un gran suministro de uranio de muy bajo grado. Ernest Moniz , profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts y ex Secretario de Energía de los Estados Unidos , testificó en 2009 que la abundancia de uranio había puesto en tela de juicio los planes para reprocesar el combustible nuclear gastado. Los planes de reprocesamiento databan de décadas anteriores, cuando se pensaba que el uranio era escaso. Pero ahora, "en términos generales, tenemos uranio saliendo de nuestras orejas, durante mucho, mucho tiempo". [192]
A medida que la producción de uranio disminuye, se espera que los precios del uranio aumenten. Sin embargo, el precio del uranio representa sólo el 9% del costo de funcionamiento de una planta de energía nuclear, mucho menor que el costo del carbón en una planta de energía a carbón (77%) o el costo del gas natural en una planta de energía a gas (93%). [193] [194]
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 ninguna influencia en el agotamiento final. 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 alrededor de 40 veces la cantidad de energía por unidad de masa. [196] Sin embargo, la creación de la tecnología, la infraestructura y los conocimientos técnicos necesarios para una economía basada en el combustible de torio no es rentable a los precios actuales y previstos del uranio.
Las minas de uranio australianas han sido en su mayoría a cielo abierto y, por lo tanto, están bien ventiladas de forma natural. Las minas subterráneas
de Olympic Dam
y de Canadá están ventiladas con potentes ventiladores. Los niveles de radón se mantienen a un nivel muy bajo y ciertamente seguro en las minas de uranio. (El radón en minas que no contienen 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 que funcione con un ciclo de combustible de un solo paso...
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )3.4.2. El Gobierno mantendrá la prohibición legal de la generación nuclear en Irlanda. El Gobierno considera 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 transfronterizas en materia de seguridad 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 lo que respecta a sus implicaciones para Irlanda.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )El informe Uranium 2007: Resources, Production and Demand
, también conocido como el Libro Rojo, estima que la cantidad identificada de recursos de uranio convencionales 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 notificados en 2005. Los recursos no descubiertos, es decir, los depósitos de uranio que se puede esperar encontrar en función de las características geológicas de los recursos ya descubiertos, también han aumentado a 10,5 millones de toneladas. Esto supone 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, alentadas por precios más altos.