Jak doskonale wiemy, zanieczyszczenie środowiska, ochrona klimatu oraz odnawialne źródła energii, to jedne z absolutnie najgorętszych tematów ostatnich kilkunastu lat. Coraz silniej odchodzimy od tradycyjnych metod pozyskiwania prądu, zamykamy elektrownie węglowe, przesiadamy się do samochodów elektrycznych, a fotowoltaika i energia wiatrowa gigantycznie zyskują na znaczeniu, za co w dużej mierze odpowiada Unia Europejska.
W ostatnim czasie coraz głośniej znów się mówi również o energetyce jądrowej – zarówno na całym świecie jak i w Unii Europejskiej. Polska także planuje budowę takich elektrowni. Tego typu reaktory potrzebują do obsługi odpowiedniego paliwa jądrowego, na które najczęściej składają się izotopy uranu. Jaka jest jego charakterystyka? Jakie kraje są największymi producentami paliwa jądrowego? Ile kosztuje obecnie to paliwo? Odpowiedzi na te pytania zostaną zaprezentowane poniżej:
Paliwo jądrowe – podstawowe informacje 
Zacznijmy od tego, iż nazwa „paliwo jądrowe”, mimo iż jest prawidłowa, to jednak niezbyt trafna w języku polskim, ponieważ sugeruje spalanie, a paliwo jądrowe nie ulega procesowi spalania (czyli utleniania) w reaktorach, jak benzyna w silnikach samochodowych.
Spalanie lub wypalanie paliwa jądrowego oznacza wykorzystywanie go w reaktorach do przeprowadzania reakcji rozszczepień jąder atomowych aż do momentu, kiedy zabraknie jąder nadających się do rozszczepienia.
W praktyce, paliwo jądrowe to umieszczony w specjalnych pojemnikach (zwykle prętach lub kulach) tlenek uranu UO2, zawierający określone ilości izotopu rozszczepialnego uranu, zwykle U-235 lub U-238.
Wytwarzanie paliwa jądrowego i produkcja energii
Jak to działa? Po konwersji i wzbogaceniu izotop uranu zamieniany jest w tlenek uranu UO2. Ze sproszkowanego UO2 wypieka się w temperaturze ponad 1400 stopni Celsjusza pastylki o przeciętnej długości 1,5 centymetra i średnicy 1 cm, które umieszcza się w cyrkonowych rurkach zwanych koszulkami.
Wypełniona i szczelnie zamknięta koszulka określana jest mianem pręta paliwowego. Kilkadziesiąt, a nawet kilkaset takich prętów wraz z prętami regulacyjnymi tworzy natomiast zestaw paliwowy (nazywany także wiązką paliwową, który umieszczany jest w reaktorze i umożliwia produkcję energii dzięki reakcji rozszczepienia jąder atomowych.
W reaktorach jądrowych każdy zestaw paliwowy (jest ich 100-200) liczy z reguły 179-264 prętów paliwowych. W takim zestawie znajduje się miejsce na wsunięcie wiązki prętów regulacyjnych. Długość zestawu paliwowego wynosi około 4 metry.
W czasie eksploatacji paliwa jądrowego w reaktorze wzrasta w nim ilość produktów rozszczepienia i aktywacji, aż do poziomu uniemożliwiającego przebieg reakcji rozszczepienia z odpowiednią wydajnością, wymuszające wymianę paliwa jądrowego.
Co ze zużytymi prętami paliwowymi?
Po osiągnięciu tego projektowego wypalenia paliwa (zwykle okres 3-6 lat) pręty paliwowe są wyjmowane z reaktora i umieszczane na kilka lat w basenie z wodą. Zużyte pręty zawierają bardzo duże ilości silnie promieniotwórczych produktów rozpadu jąder które wydzielają stosunkowo duże ilości ciepła.
Złożenie ich do basenu z wodą i przechowywanie przez dłuższy czas (od kilku do kilkudziesięciu lat) powoduje, że ich aktywność drastycznie spada a z czasem wydzielane są też coraz mniejsze ilości ciepła. Woda w basenie pełni rolę chłodziwa, które uniemożliwia samoistne przegrzanie się zużytych prętów. Po tym czasie poddaje się je procesowi oczyszczenia w celu ponownego wykorzystania.
Stabilność, wydajność, bezpieczeństwo
Rozszczepienie w kontrolowany sposób atomów izotopów, daje nam najczystszą, najbardziej efektywną i przede wszystkim najtańszą energię. Wbrew pozorom, paliwo jądrowe stanowi najbezpieczniejsza i najstabilniejsza forma pozyskiwania energii.
Producenci paliwa jądrowego
Liderzy wydobycia uranu
Zacznijmy od tego gdzie w ogóle wydobywa się uran, z którego jak już zostało wyżej wyjaśnione, paliwo jądrowe powstaje. Do liderów państw zajmujących się wydobyciem tego surowca należą:
- Kazachstan
- Kanada
- Australia
- Niger
- Namibia
- Rosja
- Uzbekistan
- USA
- Chiny
W ostatnich kilkudziesięciu latach na rynek uran trafiał uran nie tylko z kopalni. Pod koniec zimnej wojny Rosjanie i Amerykanie zrealizowali porozumienie rozbrojeniowe, w wyniku którego wysoko wzbogacony uran z broni nuklearnej został przetworzony na nisko wzbogacony i następnie wykorzystany w elektrowniach atomowych.
Najwięksi producenci paliwa jądrowego
To tyle, jeśli chodzi o samo wydobycie uranu. Jakie firmy natomiast wytwarzają paliwo jądrowe z tego surowca? Najwięksi światowi producenci to:
- Francuska firma Framatome
- Rosyjska firma Rosatom
- Japońskie przedsiębiorstwo Global Nuclear Fuel
- Amerykańska firma Westinghouse Electric Company
- Rosyjska spółka TVEL
- Kanadyjska firma Cameco
- Kazachska spółka Kazatomprom
Ile kosztuje paliwo jądrowe?
Obecnie 1 tona kosztuje paliwa jądrowego kosztuje około 2,6 miliona dolarów. w tym koszt uranu naturalnego przekracza 1,4 miliona USD. Co istotne, do wyprodukowania tony paliwa jądrowego, trzeba przetworzyć średnio 8-9 ton uranu naturalnego. Jak zatem widzimy, to jego koszt w największym stopniu wpływa na cenę paliwa jądrowego. A on podlega ciągłym wahaniom.
Od sierpnia ubiegłego roku na rynku uranu panuje silny trend wzrostowy. Ceny kontraktów terminowych na ten surowiec poszybowały w ciągu ostatnich 8 miesięcy z okolic 30.5 dolara za funt aż do poziomu 62.8 USD – to właśnie po tej cenie kontrakty terminowe na uran są notowane dziś. Oznacza to, że dalszy wzrost kosztów paliwa jądrowego w najbliższym czasie jest bardzo prawdopodobny.
Warto dodać, że polski rząd zapowiedział plany budowy elektrowni jądrowych. Według nich do 2030 roku w naszym kraju mają powstać reaktory jądrowe o mocy 4800 megawatów. Do ich obsługi potrzebne byłoby około 100 ton paliwa jądrowego łącznie. Jako, że dziś w Polsce nie wydobywa się uranu, paliwo będzie trzeba kupować i ponosić przy tym całkowity koszt jego produkcji. Przy dzisiejszych cenach mówimy więc tutaj o rocznych wydatkach na ten cel przekraczających 1 miliard złotych.
