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May 10, 2024

石炭灰と海水からのウラン採掘の最適化

地殻を構成するすべての元素のうち、ウランはかなり豊富で、スズ、タングステン、銀などの元素を抑えて 49 位に入っています。 人類が搾取を始めて以来、

地殻を構成するすべての元素のうち、ウランはかなり豊富で、スズ、タングステン、銀などの元素を抑えて 49 位に入っています。 人類がエネルギー生産において核分裂性の特性を利用してウランを利用し始めて以来、この豊富さは採掘に広く利用できるようになりました。 2019年現在、カザフスタン、カナダ、オーストラリアが世界の主要生産国であり、生産量の約68％を占めている。

核分裂炉の燃料として使用されるウランの膨大なエネルギー密度を考慮すると、特に商業炉の燃料補給サイクルが長い（平均 2 年）ことと組み合わせると、ウランの需要は比較的低くなります。 その結果、非常に非効率なワンススルー燃料サイクル（ウラン燃料の潜在エネルギーの一部しか使用しない）にもかかわらず、地政学的危機の最中でもウラン市場価格は比較的低く安定したままである。

それにもかかわらず、ウラン市場価格の緩やかな上昇（2003年には1ポンドあたり10ドル、2022年には1ポンドあたり49ドル）と新しい原子炉の急速な建設が新たな探査を推進している。 ここでは、最近の技術革新により、普通の海水に含まれる数十億トンのウランと石炭火力発電所で毎日生産される何トンもの飛灰が解放され、すべての国がウラン燃料をさらに入手しやすくなる可能性があります。

ほとんどの原子力発電所運営者が核分裂性物質である U-235 の一部のみを使用するワンススルー燃料サイクルを選択する主な理由は、原子力発電所の燃料コストが信じられないほど低いためです。 新しいGWレベルの原子力発電所の初期費用は相当なものですが、40～100年の耐用年数にわたる運転コストは非常に低いため、新たに形成されたアクチニドを除去するために使用済み燃料を再処理する追加コストがかかります。超ウランガスは経済的にほとんど意味がありません。

この経済的な観点も、高速中性子炉 (FNR) の開発を魅力的でないものにしている要因の 1 つです。 これらの FNR は、中性子捕捉を通じて肥沃な同位体から独自の燃料を生成することができますが、軽水炉 (現在稼働している事実上すべての商用原子力発電所) よりも複雑で高価です。 これらの要因はすべて、特定のウラン資源を地面または他の資源から抽出するのが経済的であるかどうかに影響を及ぼしますが、フライアッシュや海水からのウラン抽出が以前は経済的ではなかった理由も非常に明白になります。

地球の海には推定 46 億トンのウランが含まれていますが、この広大な海域でウランが希釈されるということは、分子数が 10 億個に数個しかない物質をろ過しなければならないことを意味します。 フライアッシュの場合も同様に、灰中の他の成分からウランを分離することは、原位置浸出（ISL）などの既存の採掘方法と競合するのに十分効率的な方法で行う必要があります。

ただし、海水と飛灰からウランを抽出するもう 1 つの潜在的な利点は、従来の採掘による環境への影響を完全に回避できると同時に、飛灰によってもたらされる環境危険への対処に役立つ可能性があることです。

石炭灰は、ボイラーの底に残る灰と、石炭火力発電所の煙突内またはその近くに設置された電気集塵機または同様の装置によって捕集される微細な灰または飛灰から構成されます。 これには、大量の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化カルシウムとともに、いくらかの残留炭素が含まれています。 さらに、ヒ素、カドミウム、六価クロム、鉛、水銀など、多くの重金属や同様に問題のある物質の微量元素が含まれています。

飛灰をリサイクルまたは処理する方法を見つけることは、特に現在、飛灰が大気中に放出されなくなり、代わりに巨大な石炭灰池に保管されるようになったことで、ますます問題となっている。 2008 年のキングストン化石燃料工場のスラリー流出事故で示されているように、これらの池は潜在的な危険を形成しており、水と混合した 420 万立方メートル (11 億 US ガロン) の飛灰が隣接するエモリー川に放出されました。 その後の清掃では、危険な化学物質への曝露により約 40 人の作業員の命が奪われました。