Vil kjernekraft bremses av uranmangel - eller finnes løsninger?

[Telehiv]

David Archibald har levert en utfyllende analyse av dette, vi kan se på noen hovedpoenger her:

Det forventes økende knapphet på fossilt brensel - mer kjernekraft som løsning?
USAs oljeproduksjon fikk et løft med skiferfeltene, men forventes å falle etterhvert:
- Oljeproduksjonen fra Permian-bassenget i Texas forventes å toppe seg i år og deretter synke fra 2026 med en hastighet på rundt én million fat per dag per år.
- Dette i tillegg til nedgangsraten i oljeproduksjonen utenfor USA som allerede er i gang på rundt én million fat per dag per år.
- Det er ikke forventet store fravik fra dette i det globale produksjonbildet for overskuelig framtid

Uten alternativer vil dette kjøre opp oljeprisen markant i årene framover
Oljeprisen reagerer normalt raskt på innstramminger av tilbudet og vil her kunne stige opp gjennom 110 dollar per fat, som er prisen som konvertering av kull til syntetisk flytende drivstoff blir lønnsomt til. Kull blir priset til oljeprisen minus konverteringskostnadene.
Utlagt: Det blir like dyrt å produsere elektrisk kraft fra kull som det ville vært å bruke olje som energikilde.
- alt dette gjør det stadig mer attraktivt å investere i mer kjernekraft

Mengden fossilkraft som kjernekraft kan erstatte:


Figur 1: Denne grafen viser verdens totale produksjon av fossilt brensel etter type. Innen olje og gass var det produksjon fra USA som leverte etterspørselsvekst, så USAs bidrag i disse sektorene skilles ut. På samme måte innen kull leverte Kina all veksten i tilbudet de siste 15 årene. Uten disse to faktorene ville energikostnadene ha steget.

Vil kjernekraft ha tilgang til nok uran i takt med fallet i fossilenergi?
Mens oljeprisen stiger, forblir kostnadene for kraft fra atomreaktorer omtrent de samme og blir derfor langt billigere enn kull for kraftproduksjon. Problemet er at det ikke er mye uutvunnet uran tilgjengelig for å bli brakt i produksjon:
- Dagens totale forbruk av fossilt brensel er nær 300 millioner fat per dag målt i oljeekvivalenter.
- Det forventes å falle med 100 millioner fat per dag innen 2040, med halvparten av det på grunn av at kinesisk kullproduksjon faller.

Å erstatte det fallet med kjernekraft ved å bruke den nåværende dominerende teknologien med U235-brennende lettvannsreaktorer vil være vanskelig fordi det ville kreve en utvidelse av uranutvinningen fra dagens hastighet på rundt 70 000 tonn per år til ti ganger den mengden innen 2040. Vanskeligheten kommer fra det faktum at de gjenværende uutviklede uranforekomstene rundt om i verden bare kan bære en brøkdel av den nye forsyningen som trengs.

Alternative uranløsninger
Det finnes imidlertid en løsning i form av alt uranet som allerede er utvunnet til dags dato på 3,3 millioner tonn:
- Bare 0,4 % av dette er fisjonert, og resten er fortsatt tilgjengelig. Dette fordi lettvannsreaktorens vei til kjernekraft har konsentrert U235-innholdet av det utvunnede uranet fra 0,7 % til rundt 4 % for å lage brenselstaver.
- Halene fra denne prosessen kalles "utarmet uran" som utgjør 0,2 % U235. Det er rundt 2,8 millioner tonn utarmet uran på lager.
- Av de 15 % av utvunnet uran som ble brenselstaver, ble bare en trettidel av det forbrukt i fisjonsprosessen, og resten er fortsatt tilgjengelig for resirkulering. Dette utgjør en halv million tonn, ledsaget av rundt 5.000 tonn plutonium skapt av nøytronfluksen i reaktorene.
- Faktisk, ved brenselstavers rute i lettvannsreaktoren kommer halvparten av energien fra plutonium avlet fra U238 i stengene.

Måten å utnytte uranet som allerede er utvunnet, er å behandle det brukte brenselet for å skille plutoniumet fra uranet ved hjelp av en hydrometallurgisk prosess kalt Purex (Plutonium Uranium Reduction Extraction).
- Dette innebærer å løse opp drivstoffet i salpetersyre og bruke løsemiddelekstraksjon med en blanding av tributylfosfat og et hydrokarbonfortynningsmiddel. Fisjonsproduktene fjernes også. Purex-prosessen koster rundt 1,000 USW$ per behandlet kilo.
- I forhold til kostnadene ved å forsyne en reaktor med anriket uran, tilsvarer dette en yellowcake (U3Eller8) pris på 160 dollar per pund. Det pleide å være høyere enn det, men forstyrrelsen i forsyningskjeden for kjernefysisk brensel forårsaket av Ukraina-krigen har økt kostnadene for anrikning av uran.
- Kostnaden for rå uran, til dagens pris, bidrar bare med 0,003 dollar per kWh til kostnadene for kjernekraft. Dette er bare fem prosent eller så av de totale kostnadene for kraft fra nybygde reaktorer. - Prisen på uran kan dobles eller tredobles fra dagens pris på 64 USD/lb U3Eller8 uten å flytte nålen mye for forbrukeren.

Historiske forsøk og nye muligheter mht optimal utnyttelse av reaktorbrensel
Helt i begynnelsen av atomalderen ble det innsett at det på et tidspunkt ville bli mangel på uran. Verdens første kommersielle reaktor ved Shippingport, Pennsylvania i 1957 kombinerte thorium i brenselstavene for å avle det til uran. På slutten av 1970-tallet var det mye aktivitet rundt om i verden med å utvikle design for plutoniumreaktorer. I Frankrike ble Phoenix-demonstrasjonsreaktoren på 250 MWe satt i drift i 1973 og etterfulgt av Superphenix-reaktoren på 1,200 MWe i 1985. Den ble stengt 13 år senere etter en politisk avtale med De Grønne som krevde at den skulle legges ned. Superphenix hadde operert med opptil 96 % driftsgrad. I Russland ble BN 350-demonstrasjonsreaktoren etterfulgt av BN 600-reaktoren med en effekt på 600 MWe. Denne reaktoren ble satt i drift i 1980 og vil være i drift til minst 2040. I sin tur ble det etterfulgt av BN 800 på 880 MWe i 2016. Russland har hatt flere tiår med stabil plutoniumreaktordrift. Hvis Russland kan gjøre det, kan vi også.

Plutoniumreaktorer kan utformes for å ha en avlsmargin på opptil 40 %, det vil si at de vil produsere 40 % mer plutonium enn de forbruker. Som en praktisk sak er de vanligvis designet for å operere med en avlsmargin på 20%. Thorium har en teoretisk avlsmargin på 8 %, men vil sannsynligvis trenge hjelp fra overflødig plutonium for å få det over streken når det gjelder nøytronøkonomi. Dette er viktig fordi det er fire ganger så mye thorium som kan utvinnes enn uran. En sivilisasjon på virkelig høyt nivå vil begynne å arbeide mot dette målet nå.

Lenke: https://wattsupwiththat.com/2025/04/23/the-nuclear-imperative/