Y:llä alkavista asioista Ympäristö. Yhteiskunta. Yhteisöllisyys. Ymmärrys. Ydinvoimastakin joskus vähän.

Ydinvoiman ylivoimaa, osa II: kuinka paljon uraania täytyy louhia?

  • Kuinka gigawattipäivä louhitaan.
    Kuinka gigawattipäivä louhitaan.

Aikaisemmassa kuviossa tuli havainnollistettua, miten kuljettaa gigawattipäivä. Mutta sehän ei ole koko totuus: tokihan uraanin louhimiseksi täytyy siirrellä massiivisia määriä kiveä? Totta, tonnikaupalla suorastaan - kuten selvinnee tästä seuraavasta kuvasta. 

 

Gigawattipäivän tuottaminen vaatii siis, että maasta kaivetaan jotain seuraavista: 

 

  • noin 8500 tonnia - 85 junavaunullista - kivihiiltä
  • noin 160 tonnia uraanimalmia nykyisillä reaktoreilla
  • noin 1,125 tonnia uraanimalmia tulevilla (noin vuosi 2030) reaktoreilla
  • vertailun vuoksi, puuhaketta tarvittaisiin noin 17 000 tonnia - 850 junavaunullista.

 

Muistutetaan vielä uusia lukijoita, että Suomessa tarvitaan joka päivä sähköä keskimäärin noin 9 gigawattipäivää. Tämä voitaisiin tuottaa nykyisin käytössä olevien hiilivoimaloiden jokapäiväisessä tuhkassa olevasta uraanista käyttämällä neljännen sukupolven reaktoreita, kuten mainiota IFR:ää. Koska yhden gigawatin hiilivoimala tuottaa vuorokaudessa ympäristöön noin 10-50 kiloa uraania, muista raskasmetalleista ja hiilidioksidista puhumattakaan, ydinmateriaalien vastustajien soisi kiinnittävän huomionsa nimenomaan näihin kuolemantehtaisiin. Kun poltamme fossiilisia polttoaineita, syyllistymme haudanryöstöön, ja ainakin elokuvissa haudanryöstäjiä kohtaa karmea kirous.

 

Sen sijaan suuri osa maailmalla käytetystä uraanista on - jätettä. Esimerkiksi yksi maailman suurimmista uraanikaivoksista, Australiassa sijaitseva Olympic Dam, on itse asiassa kuparikaivos: uraani on kaivoksen sivukivessä, joka muutoin läjitettäisiin avoimiin kaatopaikkoihin. Aivan sama tilanne on Talvivaaran kaivoksessa, jossa prosessiliuokseen jo liuonneen uraanin erottelu itse asiassa säästää ympäristöä, vähentää raskasta liikennettä kaivokseen ja kaivoksesta pois - ja tuottaa vuodessa noin 350 tonnia uraania, tulevaisuudessa riittävästi seitsemän Suomen kaikkiin energiatarpeisiin. 

 

Taustaa ja hyviä havainnollistuksia jälleen Kaj Luukon blogissa. Lukeminen kannattaa aina.

 

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

0Suosittele

Kukaan ei vielä ole suositellut tätä kirjoitusta.

NäytäPiilota kommentit (19 kommenttia)

Käyttäjän Veli kuva
Veli Karimies

Uraanihan voidaan ottaa talteen rikastusprosessissa ihan normaalin kaivostoiminnan yhteydessä.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Kiitos huomiosta, lisäsin sen juttuun.

Käyttäjän markok kuva
Marko Kivelä

Onko muuten Talvivaaran uraanipitoisuus korkeampi vaiko matalampi kuin tuon esimerkkikaivoksen?

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Täältä löytyvän YVA-selvityksen mukaan

http://www.talvivaara.com/files/talvivaara/uraani/...

malmin uraanipitoisuus olisi 0,002 %, eli sadasosa tuon uraanikaivoksen pitoisuudesta. Uraani erotettaisiin prosessiliuotteesta, johon se on jo joka tapauksessa liuennut. Erotuslaitos on varsin pieni ja yksinkertainen, ja jos ymmärsin oikein, sen käyttöönotto itse asiassa vähentäisi materiaalien kuljetuksia ja liikennettä hyvin huomattavasti.

Iso osa uraanista on myös "louhittavissa" liuotusmenetelmällä (In-Situ Leaching), joka - oikein toteutettuna - ei käytännössä näy maan pinnalle yhtään mitenkään.

Käyttäjän markok kuva
Marko Kivelä

Jatkan kyselyä. Uraanin erottaminen kaivosjätteestä vaatinee vastauksesi perusteella kahta menetelmää. Ainakin kullan erottelussa syntyvät liuokset ovat varsin vakava ympäristöongelma. Millaisia liuoksia uraanin erottelussa käytetään, kuinka paljon ja kuinka pitkään liuokset ovat käyttökelpoisia? Ja tietysti mitä tehdään noille käyttökelvottomiksi muuttuneille liuoksille?

Toinen kysymys koskee kaivosjätteen radioaktiivisuutta. Sinällään kiven radioaktiivisuudella (matalalla) ei ole väliä, mutta ongelmaksi muodostuu jos kaivuuprosessissa radioaktiivinen aine vapautuu kiertoon radioaktiivisina hiukkasina. Eli kysymys on, että miten uraanin talteenotto vaikuttaa radioaktiivisen materiaalin leviämiseen luontoon ja vaikkapa kaivostyöntekijöiden keuhkoihin?

Käyttäjän Veli kuva
Veli Karimies

Melkein ainoat lisääntyneet riskit koskevat tuota uraanipölyn syntymistä. Muuten ympäristöön aiheutuvat päästöt vähenevät. Pölystä syntyvät riskit ovat todellisia silloin jos suodatus + muut varatoimet pettävät. Ja tämäkin riski koskee suurimmaksi osaksi vain kaivoksella työskenteleviä. Terveysvaikutukset ovat samoja, kuin muillakin raskasmetalleilla. Kemiallinen myrkyllisyys on suurempaa, kuin säteilyn aiheuttama riski.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Hyviä kysymyksiä! Vastaan nyt nopeasti, tarpeen vaatiessa palataan tähän myöhemmin.

"Jatkan kyselyä. Uraanin erottaminen kaivosjätteestä vaatinee vastauksesi perusteella kahta menetelmää. Ainakin kullan erottelussa syntyvät liuokset ovat varsin vakava ympäristöongelma. Millaisia liuoksia uraanin erottelussa käytetään, kuinka paljon ja kuinka pitkään liuokset ovat käyttökelpoisia? Ja tietysti mitä tehdään noille käyttökelvottomiksi muuttuneille liuoksille?"

Tuolta yllä linkkaamastani selvityksestä käy ilmi, että ainakin Talvivaarassa käytetään tarkemmin määrittelemättömiä liuottimia ja apuaineita, sekä natriumkarbonaattia ja vetyperoksidia. Liuottimet ovat suljetussa kierrossa, nähtävästi lähinnä natriumkarbonaattia ja vetyperoksidia sekä saostusainetta joudutaan lisäämään. Kemikaaleista ei selvityksen mukaan aiheudu terveydellistä vaaraa. Koska malmissa on rikkiä, jonkin verran haisevia rikkivetypäästöjä (4 kg/päivä, 30 ppm) ilmeisesti tapahtuu, vaikka poistoilma pestäänkin. Kaiken kaikkiaan sanoisin valistuneena arvauksena, että kyseessä on melko normaali teollinen prosessi, jonka ympäristövaikutukset jäänevät vähäisiksi tai olemattomiksi. Mikähän olisi sopiva vertailukohta, ehkä joku suuri kemiallinen pesula?

"Toinen kysymys koskee kaivosjätteen radioaktiivisuutta. Sinällään kiven radioaktiivisuudella (matalalla) ei ole väliä, mutta ongelmaksi muodostuu jos kaivuuprosessissa radioaktiivinen aine vapautuu kiertoon radioaktiivisina hiukkasina. Eli kysymys on, että miten uraanin talteenotto vaikuttaa radioaktiivisen materiaalin leviämiseen luontoon ja vaikkapa kaivostyöntekijöiden keuhkoihin?"

Samassa raportissa todetaan, että - kuten käytännössä aina uraanista puhuttaessa - uraanin kemiallinen myrkyllisyys on se potentiaalinen ongelma, radioaktiivisuuden osuus on triviaali. Normaalissa toiminnassa syntyvä vähäinen pöly on suodatettavissa. Erottelu paikan päällä vähentää riskejä mm. saostusaltaiden vuotoriskin vuoksi ja uraania sisältävän kipsisakan kuljetuksissa (kuljetukset vähenevät n. 50 rekasta ja 20 junasta viikossa 5-8 rekkaan ja 1-2 junaan). Käsittely vähentää selvästi (90 %) luontoon päätyvän uraanin määrää, joka tosin nykyisinkin alittaa selvästi kaikki raja-arvot.

Kaiken kaikkiaan, tuo uraanin erottelu näyttää todelliselta win-win-win-skenaariolta. Mutta jos joku tietää paremmin, kertokoon toki!

Käyttäjän markok kuva
Marko Kivelä

Tuo kuljetusten määrän vähentäminen jäi mietityttämään. Eli mistä se syntyy? Jos uraania ei erotella kiviaineesta, ei kai se sinällään aiheuta lisäkuljetuksia? Käytännössä tuolla olisi sama määrä kiviainesta, mutta aavistuksen uraanirikkaampaa. Eli ei kai tuon pitoisuuden takia tarvitse mitään erityistoimia tehdä? Jos ei, niin uraanin talteenotto ei itsessään vähentäisi lainkaan kuljetustarvetta. Toki tilanne on toinen jos tuo talteenotto tapahtuu muualla, mutta sehän ei nyt muutenkaan ole se varsinainen vaihtoehto. Vaihtoehtohan on, että otetaanko talteen vai ei.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Vähän samaa ihmettelin itse, ja tuo powerpoint oli vähän sekava, joten tein virheen. Ilmeisesti - lueskelin nyt nopeasti läpi varsinaisen YVA-selvityksen - tuossa tarkoitettiinkin _lisä_kuljetuksia, eli kuljetusten määrä lisääntyy hieman. Tässä siis kuljetusten lisääntyminen YVA:sta

Rautatiekuljetuksia noin +1/viikko (yht. noin 22/viikko)
Rekkakuljetuksia noin +10/viikko (yht. noin 60/viikko)

YVA löytyy täältä:

http://www.talvivaara.com/files/talvivaara/uraani/...

Siellä on myös tarkka selostus prosessissa käytettävistä kemikaaleista ja menetelmistä.

Ymmärsin, että uraania erotetaan nykyisinkin ainakin Kokkolassa nikkelirikasteesta, sillä se parantaa nikkelin laatua. Tälle uraanille ei ilmeisesti ole aiemmin tehty muuta kuin läjitys muun sulatusjätteen yhteydessä. Pitäisi lukea tuo koko YVA ajatuksen kanssa, saatan siis olla väärässä.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Laitetaan vielä tänne, kun joku saattaa ihmetellä: kuinka paljon energiaa sitten uraanin rikastamiseen kuluu? Kuinka monta hiilivaunullista tarvittaisiin uraanin rikastamiseen?

Suurin osa uraanipolttoaineesta tuotetaan seuraavasti:

- kaivos
- murskaus
- liuotus
- konvertointi yellowcakeksi (U3O8)
- konvertointi uraaniheksafluoridiksi (UF6) rikastusta varten, tai uraanioksidiksi (UO2) luonnonuraanireaktoreita varten, tai konvertointi metalliksi IFR:ää/vast. varten
- rikastus
- polttoainenippujen valmistus

Näistä rikastus on ylivoimaisesti energiaintensiivisin osuus. Kokonaisuutena, nykyaikaisen ydinvoiman energiatase näyttää olevan jotakuinkin luokkaa 17-19,5, tarkoittaen että prosessista saadaan ulos 17-19,5 kertaa enemmän energiaa kuin siihen tarvitaan. Tämä riippuu kuitenkin valtavasti oletuksista, sillä esimerkiksi polttoaineen jälleenkäsittely muuttaisi pelin luonteen oleellisesti.

Ranskassa polttoaineen valmistus- ja jälleenkäsittelylaitos pyörii kokonaan kahdella kolmasosalla Tricastinin ydinvoimalan (4 x 915 MW, 25 TWh/vuosi) tehosta, eli noin 16,5 TWh:lla. Sen tuottamalla ja jälleenkäsittelemällä polttoaineella ruokitaan Ranskan 425,8 TWh ydinvoimaa, ja lisäksi vielä koko joukko saksalaisia ja muunmaalaisia reaktoreita. Taitaapa OL3:n alkulatauskin tulla sieltä. Eli näin äkkipäätä laskettuna, 1000 MW-päivän polttoaineen tuottaminen nykyisille reaktoreille veisi 39 MW-päivää, eli semmoiset vajaat 5 vaunua hiiltä.

Tai, kun rikastamiseen käytetään modernia ydinvoimaa, noin 2,2 kiloa rikastettua polttoainetta - 1,2 desilitraa.

Ja sitten on IFR ja muut luonnon- ja köyhdytettyä uraania käyttävät reaktorit. Koska rikastus jää pois, ja koska uraania yksinkertaisesti käytetään valtavan paljon tehokkaammin, energiataseen pitäisi olla selkeästi ylivoimainen mihin tahansa muuhun vaihtoehtoon nähden. En ole nähnyt laskelmia, mutta energiataseen 100-kertaistuminen olisi varmaan suuruusluokaltaan oikeansuuntainen, kun raakamateriaalia tarvitaan noin 160 kertaa vähemmän eikä sitä tarvitse rikastaa (köyhdytettykin uraani kelpaisi). Kaivostoiminnankin voisi lopettaa useammaksi sadaksi vuodeksi - köyhdytettyä uraania on jo nyt varastot pullollaan.

Jouko Koskinen

Onko kuulakeko -reaktoreiden kehitys vaiheessa. Vai onko jo parempia tapoja pienempien laitosten rakentamiseen tulossa. Esim. raskasvesi?

Suomeksi on kovin vähän aineistoa. Helium kaasusyklijäähdytteinen kuulakeko näytti lupaavalta. 950 C. asteen lämpötilassa voisi tehdä vetyä höyryreformoinnilla. Luonnonuraani ja torium seoksella.

http://www.tkk.fi/Units/AES/courses/crspages/Tfy-5...

Pari tuollaista mahtuu hyvin Hesassa jo olevin tyhjiin kallioluoliin. Ei tarvitse turhaan lämmittää merivettä mutta lumen voi sulattaa vedeksi sitä mukaa kun sitä sataa.

Tuo IFR sitten ohittaa kaiken entisen? Pitääpä lukea tarkemmin.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Tässä asiassa on erityisen hienoa vielä se, että mahdollisuuksia taitaa olla noin puolen tusinaa. Tuo mainitsemasi korkean lämpötilan kaasujäähdytteinen reaktori taitaa olla jo Yhdysvalloissa rakenteilla, tosin vasta prototyyppinä. Itse suhtaudun "vetytalouteen" hyvin nuivasti (muiden ongelmien ohella, laajamittainen vetytalous saattaisi tarkoittaa otsonikerroksen tuhoa), mutta vedylle on kyllä joitain eteviä käyttötarpeita. Ainakin avaruusraketteihin jos ei muuhun ;).

IFR on yksi lupaavimmista neljännen sukupolven reaktorikonsepteista. Muitakin erittäin potentiaalisia mahdollisuuksia on: päällimmäisenä tulee mieleen MSR (Molten Salt Reactor), joka toimii toriumillakin, ja jollaista eiliset uutiset kertovat Kiinan ryhtyvän vakavasti rakentamaan. Toinen, MSR:stä kehitetty vaihtoehto on LFTR, Liquid Fluoride Thorium Reactor. Venäläisillä on oma nopean reaktorin konseptinsa, ja intialaisilla omansa. Kanadalaisillakin on se raskaalla vedellä tankattu CANDU, jota taidettiin Suomeenkin 1960-luvulla harkita. Vaihtoehtoja siis riittää, ja näistä olisi tarkoitus kirjoittaa joskus lisääkin.

Pienistä laitoksista puhuttaessa ei sovi unohtaa esim. Hyperion Power Module-konseptia, joka on nyt hyväksymisvaiheessa. Yksi sinetöity, maahan porattuun "kaivoon" sijoitettu pikkureaktori tuottaisi esim. 25 MW sähköä 40 vuoden ajan, huoltovapaasti. Käytetty reaktori palautettaisiin kokonaisena tehtaalle jälleenkäsittelyä varten ja uusi mötikkä laskettaisiin tilalle.

Todennäköistä ja toivottavaa on, että vähän kaikkia näistä tullaan rakentamaan. Varsinkin torium-reaktoreiden kehitystyö saattaa saada uutta puhtia Kiinan eilisestä ilmoituksesta: amerikkalaisilla on todellinen huoli heidän alunperin kehittämänsä teknologian karkaamisesta täysin kiinalaisten haltuun, ellei vastaavaa kehitystyötä aloiteta.

Jouko Koskinen

Tuo IFR vaikuttaa pintapuolisesti katsoen taikatempulta, itse vierastan sulametallin pumppaamista kun olen pikkuisen pumppaillut eestaas vain neseitä ja kaasuja. Mm. petrokemian myrkkyjä. Joten en ainakaan vetyä halua pumpata minnekkään, se natrium taitaa sittenkin olla paremmin hallittavissa.

Kiinassa sulasuolareaktori polttaa toriumia?
http://www.wired.com/wiredscience/2011/02/china-th...

Jarmo Ala-Heikkilä Tekniikan Päiviltä PDF- tiedostosaan "Neljännen sukupolven fissioreaktorit" esittää SFR-kaavion jossa myös toisiokierossa kiertää natrium. Liki paineettomasti, mikä helpotta hommaa.

Vetyä ei tarvitsisi pitkään siirrellä jos se käytetään FT- tai vastaavassa prosessissa nestepolttoaineita valmistaessa. Jenkeissä vetyä yritetään kai käyttää myös polttokennoissa.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Itsekin ajattelin muinoin, että natriumin kanssa läträäminen on kyllä hullun hommaa. Mutta tutustuin sitten tuohon ajatukseen paremmin, ja nyt täytyy myöntää, että se vaikuttaa nerokkaalta: painekattilasta ja monesta muusta kommervenkistä päästään eroon, kun ei ole painettakaan. Ja mahdolliset vuodotkin pysyvät hallinnassa. Ilmeisesti vielä tuo natrium on teräksen suhteen niin inerttiä, että IFR:n prototyypistä löytyi vielä 30 käyttövuoden jälkeen hitsausmerkit sisäpuolelta.

Olen joskus männävuosina pintapuolisesti tutustunut nesteheliumin käsittelyyn. Niillä kokemuksilla en oikein halua edes ajatella nestevedyn käsittelyä. Pirunliemi kun haurastuttaa teräksen, syö tiivisteitä ja taitaapa vielä pyrkiä räjähtelemään jos käytetään vääriä voiteluaineita. Ja tulee ulos vaikka teräslevyn läpi. Ja ilmakehään karatessaan voi tuhota otsonikerroksen.'

Näkyipä Daimler juuri julistaneen, että 2015 polttokennoauto maksaa saman kuin dieselhybridi. Saas nähdä. Mutta jos vetytalouteen tosiaan aiotaan siirtyä (henkeäni en pidättele, kun kukaan ei oikein viitsisi maksaa infrastruktuuriakaan), niin ydinvoiman perustelut vain vahvistuvat.

http://green.autoblog.com/2011/01/30/daimler-fuel-...

Jouko Koskinen

Mersun hypetys on myynti/mainosoasaton kikka. Tuskin kukaan vakavissaan puhuu vetytaloudesta. Vedynkin ongelmia voidaan tosin kiertää kuten jo yllä esitin.

Tiivisteongelma ratkeaa jättämällä tiiviste pois. Annetaan vain koneistajalle uudet ohjeet. Asentajalle myös.

Yksi kiertotie voi olla joku alkaani - pysyy pullossa pienemmässä paineessa ja voidaan reformoida polttokennolle sopivaksi vasta ajoneuvossa ellei suoraan polttava kenno kehity kelvolliseksi. Ja ainahan se käy mäntämoottoriin.

Sulasuolahommakin näyttää ongelmaiselta ensi silmäyksellä. Se siis on Kiinan valinta. Kun Puolue on päättänyt jotain niin ongelmat on ratkaistava. Puolue on ilmeisestikin herännyt - savusumulle ja pölylle on pakko jotain tehdä. Käsky on käynyt myös akkujen ja sähköautojen suunnittelijoille / valmistajille.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Joo, kyllähän tuon vetytalouden tiellä on aika monta isoa mutkaa. Pitäisi taas kaivaa lähteitä, mutta muistelen, että sekä vedyn varastoinnissa, käsittelyssä että "polttamisessa" täytyisi saavuttaa dekadiluokan suorituskykyparannus ennen kuin niitä voisi sanoa käytännöllisiksi. Suoraan sanottuna, sen jälkeen kun tuohon suurten nesteheliummäärien käsittelyyn vähän tutustuin, olen pitänyt ajatusta nestevetyä tankkaavista huoltoasemista joka niemessä, notkossa ja saarelmassa lähinnä pähkähulluna.

Tom Blees esittää kirjassa Prescription for the Planet booriin siirtymistä. Palaisi hapen kanssa siististi boorioksidiksi ja voisi pyörittää esim. turbiinia. Olisi halpaa, inerttiä, ja riittoisaa. Ei vaatisi massiivisia infrastruktuuri-investointeja - uuden boorikelan voisi käydä ostamassa vaikka supermarketista ja jättää boorioksidin panttia vastaan kierrätettäväksi. (Tämä olisi varmaan yksi idean parhaista puolista.) Kierrätettäisiin sitten esim. sähköllä ja lämmöllä takaisin boorioksidista takaisin vaikkapa boorilangaksi. Kynnyskysymys autoon sopivan happigeneraattorin rakentaminen.

Toinen vaihtoehto olisi sitten joku neste. Metanoli on yksi, butanoli taitaisi olla jopa parempi (ilmeisesti vaatisi vähemmän muutostöitä autoihin).

Kiinassahan on toki tuo hyvä puoli, että kun siellä päätetään jotakin, niin asioita alkaa yleensä tapahtua. Taitaa käydä niin, että 20 vuoden kuluttua olemme lakki kourassa ostelemassa sulasuolareaktoreita sieltä päin.

Jouko Koskinen

Vety kannattaa käyttää tuotantopaikan lähellä.
Happipoltto taasen olisi ratkaisu esim. jätepolttoon.
Ei syntyisi NOXseja juuri lainkaan ja tuhkaakin vähemmän.
Fosfori pitäisi ottaa talteen - se on katovaa luonnonvaraa.

Se ei tee ydinsähköä tarpeettomaksi - tasan päinvastoin.

Metanolia polttava kennokehitelmä vilahti jossain jenkkiaviisissa.
Jotain vaikeuksia joista en olemattomilla perustiedoillani saanut selvää.
Jos Marsmönkijän rikki/rauta-akulla satakiloisena voisi ajaa h-autolla hesasta
Rovaniemelle liikenteen mukana niin en kyllä alkaisi leikkimään millään kaasuvehkeellä.
Eikä se kehitys siihen pysähdy. Raskas liikenne voi nähdä asian toisin.

Käyttäjän yyyy kuva
Janne Korhonen

Vielä: täälläpä on muuten erinomainen "klubiaskin kansi"-tason laskelma uraanin riittävyydestä. Sitä kannattaisi erottaa vaikka ihan mistä tahansa satunnaisesta kivestä, jos käytössä olisi jokin nopea reaktori. Vaikka näin erotettu uraani maksaisi kaksi kertaa enemmän kuin kulta (jota erotetaan kivistä, joissa sen pitoisuus on pienempi kuin uraanin pitoisuus maankuoressa keskimäärin), sen osuus sähkön hinnasta olisi sentti per kWh.

http://passiiviidentiteetti.blogspot.com/2011/02/u...

Toimituksen poiminnat