اختتام يورام-٢٠١٨: مستقبل اليورانيوم كمصدر مستدام للطاقة

من مجلة الوكالة الدولية للطاقة الذرية

وفقًا للوكالة الدولية للطاقة، يمكن أن يشهد الاستهلاك العالمي من الطاقة زيادة تصل إلى ١٨٪ بحلول عام ٢٠٣٠ و٣٩٪ بحلول عام ٢٠٥٠. وسيزيد هذا من الطلب على مصادر الطاقة المختلفة — بما في ذلك القوى النووية، ومن ثمَّ اليورانيوم.

في حين يوجد ما يكفي من اليورانيوم لما لا يقل عن ١٠٠ عام، فهناك بحوث جارية للوقوف على أساليب مختلفة لاستغلال موارد اليورانيوم في الأرض. (الصورة من: شركة أورانو)

وفقًا للوكالة الدولية للطاقة، يمكن أن يشهد الاستهلاك العالمي من الطاقة زيادة تصل إلى ١٨٪ بحلول عام ٢٠٣٠ و٣٩٪ بحلول عام ٢٠٥٠. وسيزيد هذا من الطلب على مصادر الطاقة المختلفة — بما في ذلك القوى النووية، ومن ثمَّ اليورانيوم.

وقالت آدريين هانلي، الأخصائية في موارد اليورانيوم في الوكالة الدولية للطاقة الذرية: "مع بدء تشغيل مفاعلات قوى جديدة وسحب مفاعلات أخرى من الخدمة، سيكون الحفاظ على إمدادات اليورانيوم عند مستوى مناسب وإدارته على النحو السليم عنصرين حاسمي الأهمية في إمدادات الطاقة خلال العقود المقبلة. ومن المتوقع أن يظلَّ الوقود القائم على اليورانيوم مصدراً أساسياً وموثوقاً للقوى النووية المنخفضة الكربون. وستتوقف كيفية استخدامنا لهذا الوقود في جانب كبير منها على استحداث تقنيات واستراتيجيات جديدة لإدارة الموارد على نحو مستدام".

وحتى في ظل سيناريو التوقعات المنخفضة الذي وضعته الوكالة بشأن مستقبل القوى النووية — والذي يشهد انخفاض حصة الطاقة النووية من سوق الطاقة حاليًّا من نسبة ١١٪ إلى نسبة ٦٪ فقط بحلول عام ٢٠٥٠ — فسوف تزداد قدرة توليد الطاقة النووية بنسبة ٢٤٪. أمَّا سيناريو الحالة المرتفعة فيشهد تضاعف القوى النووية بمعدَّل ٢.٨، وارتفاع حصة الطاقة النووية من سوق الطاقة العالمي إلى نسبة ١٣.٧٪ بحلول عام ٢٠٥٠.

ومع بلوغ تكنولوجيات القوى النووية الجديدة مرحلة النضج، بما ينطوي في بعض الحالات على احتياج كمية أقل من اليورانيوم أو استخدام النفايات النووية الحالية كوقود، فإنَّ الزيادة في توليد القوى النووية لن تعني بالضرورة زيادة بنفس النسبة في الطلب على اليورانيوم المستخرج. لكن من المتوقع أن يرتفع هذا الطلب على أية حال.

فكيف ستلبي الصناعة هذه الزيادة في الطلب؟ في حين توجد موارد كافية لليورانيوم يمكن الوصول إليها باستخدام ممارسات التعدين الحالية لما لا يقل عن ١٠٠ عام، فهناك بحوث جارية للوقوف على أساليب أخرى لاستغلال موارد اليورانيوم في العالم.

استخراج اليورانيوم من البحر

 يتمثَّل أحد هذه الأساليب في استخراج اليورانيوم من مياه البحر، التي تحتوي على أكثر من أربعة مليارات طن من اليورانيوم الذائب — وهو ما يفوق بكثير حجم الإمدادات التي يمكن في حدود التوقعات المعقولة ضمان توفيرها من أنشطة التعدين المضطلع بها في اليابسة. كما ينطوي الاستخراج من البحر أيضاً على وعد بأن يكون طريقة مراعية للبيئة ومستدامة لتعزيز الإمدادات العالمية من اليورانيوم.

ويُعدُّ استخراج كميات يورانيوم قابلة للاستخدام من مياه البحر أسهل من الناحية النظرية من استخراجه من الخام الموجود في باطن الأرض. ويتكوَّن اليورانيوم الموجود في مياه البحر نتيجة لتفاعلات كيميائية مطردة بين الماء والصخور المحتوية على اليورانيوم. وعند أخذ كمية من اليورانيوم من مياه البحر، ينضُّ الماء نفس الكمية لاحقاً من الصخور لتحل محلَّ الكمية المستخلصة. وسوف يعني نجاح البحوث الجارية في هذا الصدد توفير إمدادات يمكن اعتبارها غير محدودة من الناحية العملية.

وتنطوي الأساليب التي يجري تطويرها لاستخراج اليورانيوم من مياه البحر على استخدام ألياف مصنوعة من البولي إيثيلين، وهو نوع شائع من المواد البلاستيكية، بعد غمسها في أحد أكسيمات الأميدات، وهي مواد تجتذب ثاني أكسيد اليورانيوم وتربطه بالألياف. وتحتوي مياه البحر على اليورانيوم بنسبة ثلاثة مليغرامات في كلِّ متر مكعب من الماء، أو ما يعادل حبة ملح لكلِّ لتر. وبعد نحو شهر من النقع في مياه البحر، يمكن للعلماء أن يقوموا بسحب الألياف ومعالجتها باستخدام حامض يلتقط اليورانيوم ويجعل الألياف مناسبة لإعادة الاستخدام.

ورغم أنَّ هذا الأسلوب يخضع للدراسة البحثية منذ عقود، فلم تثبت بعد جدوى استخدامه تجاريًّا نظراً لانخفاض سعر اليورانيوم ووفرة الإمدادات الواردة من المناجم التقليدية. وخلال السنوات الخمس الماضية، انخفضت تكلفة استخراج اليورانيوم من البحر بواقع أربعة دولارات إلى ٤٤٠ دولاراً أمريكياً للكيلوغرام الواحد. لكن لا يزال يتعين أن ينخفض السعر كثيراً حتى يكون هذا الأسلوب قابلا للاستخدام على نطاق تجاري.

في حين يوجد ما يكفي من اليورانيوم لما لا يقل عن ١٠٠ عام، فهناك بحوث جارية للوقوف على أساليب مختلفة لاستغلال موارد اليورانيوم في الأرض. (الصورة من: شركة أورانو)

استخدام اليورانيوم بكفاءة أكبر

تتَّسم الكفاءة في استخدام اليورانيوم وإدارته بنفس مستوى الأهمية الذي يتسم به الحصول على اليورانيوم بطريقة مستدامة. وقد تزايد الاهتمام في جميع أنحاء العالم باستخدام المفاعلات النمطية الصغيرة، بفضل قدرتها على توليد القوى على نحو مرن لأغراض طائفة أوسع من الاستخدامات والتطبيقات. ومن المزايا التي تكفلها المفاعلات النمطية الصغيرة أنَّها — بحسب التكنولوجيا المستخدمة — يمكن أن تتطلَّب كمية أقل من اليورانيوم لتوليد نفس القدر من القوى.

 ويمكن أن يؤدي نشر المفاعلات النمطية الصغيرة على نطاق واسع إلى تغيُّر كبير في كمية الطلب وإمكانية التنبؤ بالسوق. وفي الوقت الراهن، يلبي قطاع الصناعة الطلب الثابت من المفاعلات الكبيرة، والتي تختلف احتياجاتها من الإمدادات عن احتياجات المفاعلات الصغيرة.

وقالت هانلي إنَّه بالإضافة إلى استكشاف تكنولوجيات جديدة للحصول على المزيد من اليورانيوم، فسوف يتعين على قطاع صناعة الطاقة النووية دراسة الممارسات المتَّبعة في إدارة الموارد من أجل ضمان الاستدامة. وقد عملت الوكالة مع لجنة الأمم المتحدة الاقتصادية لأوروبا في السنوات الأخيرة من أجل التصدي للمسائل المتعلقة بإدارة الموارد، بما في ذلك الجدوى الاجتماعية والاقتصادية وقابلية التنفيذ من الناحية التكنولوجية والثقة في التقديرات.

 وقال هاريكريشنان تولسيداس، وهو مسؤول معني بالشؤون الاقتصادية في لجنة الأمم المتحدة الاقتصادية لأوروبا: "يجب النظر إلى اليورانيوم باعتباره وقوداً منخفض الكربون يمكن أن يسهم في تحقيق العديد من أهداف التنمية المستدامة التي وضعتها الأمم المتحدة والوفاء بالعديد من الالتزامات المناخية. وسيكون للتكنولوجيات الجديدة دور حاسم في جعل إنتاج اليورانيوم مستداماً".

نُشر هذا المقال في عدد حزيران/يونيه ٢٠١٨ للمجلة بشأن اليورانيوم: من الاستكشاف إلى الاستصلاح.

Uranium from the sea

One such method consists of extracting uranium from seawater, which contains more than four billion tonnes of dissolved uranium — far outweighing the volume of reasonably assured supply from mining activities on land. Extraction from the sea also promises to be an environmentally friendly and sustainable way to supplement the global uranium supply.

Extracting usable quantities of uranium from seawater is theoretically simpler than from ore. The uranium found in seawater is created by steady chemical reactions between the water and rocks that contain uranium. And when uranium is taken from the seawater, the same amount later leaches from the rocks to replace it. Success in this research would mean a virtually unlimited supply.

Methods under development for extracting uranium from seawater involve infusing fibres made of polyethylene, a common plastic, with amidoxime, a substance that attracts uranium dioxide and binds it to the fibre. There are approximately three milligrams of uranium per cubic metre of water, or about the equivalent of a grain of salt per litre. After about a month of soaking them, scientists can remove the fibres and treat them with an acid that collects the uranium and makes the fibres suitable
for reuse. 

Although this method has been researched for decades, its commercialization has not yet proven to be economical given the low price of uranium and the abundance of supply from conventional mines. Over the past five years, the cost of uranium extraction from the sea dropped by a factor of four to US $440 per kilogramme. But the price needs to fall significantly further for this method to be usable on a commercial scale.

While there is enough uranium for at least 100 years, research is under way to identify different methods for tapping into the Earth’s uranium resources. (Photo: Orano)

Using uranium more efficiently

Equally important as sustainable uranium acquisition is the efficient use and management of the uranium. Interest worldwide has increased in the use of small modular reactors (SMRs), thanks to their ability to generate flexible power for a wider range of uses and applications. One advantage of SMRs is that — depending on the technology used — less uranium could be required for the same output.

Large scale SMR deployment could significantly alter demand and the predictability of the market. Today, the industry caters to a constant demand from large reactors, whose supply needs are different from those of small reactors.

In addition to exploring new technologies for obtaining more uranium, the nuclear energy industry will have to examine practices in resource management to ensure sustainability, Hanly said. The IAEA has been working with the United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) in recent years to address issues in resource management, including socioeconomic viability, technological feasibility and confidence in estimates.

“Uranium has to be seen as a low-carbon fuel that can help realize many of the United Nations Sustainable Development Goals and climate commitments,” said Harikrishnan Tulsidas, Economic Affairs Officer at UNECE. “New technologies will have a critical role to play in making uranium production sustainable.”