www.wikidata.de-de.nina.az
Unter dem Begriff Uranwirtschaft werden samtliche wirtschaftliche und kommerzielle Aktivitaten im Zusammenhang mit dem Schwermetall und Kernbrennstoff Uran zusammengefasst 1 2 Dazu zahlen u a die Exploration und der Abbau des Uranerzes die Gewinnung und verschiedene Verfahren zur Herstellung Reinigung etc zu einem verwertbaren Produkt siehe die folgenden Abschnitte Ein Teil dieser Prozesskette wird bspw in den USA von der Nuclear Regulatory Commission NRC reguliert 3 Des Weiteren zahlt der weltweite Handel mit Uranprodukten zur Uranwirtschaft Aufgrund seiner kerntechnischen Eigenschaften fur die Versorgung des nuklearen Brennstoffkreislaufs und Verwendung fur die Kernenergie ist der Handel mit Uran industriell politisch z B geschlossener Markt USA zwischen 1964 und 1977 4 und sicherheitstechnisch komplex 5 6 Im militarischen Kontext spielt Uran eine wichtige Rolle fur die Herstellung von Kernwaffen Hinweis In den folgenden Abschnitten liegt der Fokus auf der Versorgung nicht auf den wirtschaftlichen Gesichtspunkten der Entsorgung und Recycling siehe Wiederaufarbeitung Ebenfalls wird die Kernenergiewirtschaft nicht besprochen Inhaltsverzeichnis 1 Umrechnungsfaktoren 2 Uranabbau 2 1 Kennzahlen Beispiele 3 Verarbeitung 3 1 Kennzahlen Beispiele 4 Anreicherung 4 1 Kennzahlen Beispiele 5 Herstellung von Brennelementen 5 1 Kennzahlen Beispiele 6 Verwendung 6 1 Kennzahlen Beispiele 7 Weltmarktpreis Uran 7 1 Kennzahlen Beispiele 8 Konventionelle Uranvorrate 8 1 Gesicherte Reserven 8 2 Vermutete Ressourcen 8 3 Unentdeckte Ressourcen 9 Unkonventionelle Uranvorrate 10 Reichweite der Uranvorrate 11 Radioaktiver Abfall 12 Kritik 12 1 Okologische Probleme 12 2 Gesundheitliche Risiken 13 Siehe auch 14 Literatur 15 Weblinks 16 EinzelnachweiseUmrechnungsfaktoren BearbeitenDie Uranwirtschaft benutzt verschiedene Kennzahlen und Einheiten zur Beschreibung von Mengen Preisen usw Die folgende gekurzte Tabelle kann zur Umrechnung genutzt werden 7 Weitere Umrechnungsfaktoren und Einheiten siehe auch Anhang 3 und Anhang 5 im sog Red Book der OECD NEA 8 Uran Umrechnugshilfen und Einheiten sowie gebrauchliche Abkurzungen Einheit oder Abkurzung Einheit oder Bedeutung1 lb Pfund 0 45359 kg1 kg 2 20462 lbs Pfund 1 000 kg 1 Tonne 1 MT metrische Tonne auch 1 MTU metrische Tonne Uran 1 tU elementares Uran 1 17924 tU U3O81 lb U in U3O8 1 17924 lbs U3O81 kg U in U3O8 2 59979 lbs U3O81 U3O8 0 848 U1 USD lb U3O8 USD 2 6 kg U1 SWU Separative Work Unit 1 kg UTA Urantrennarbeit tSW 1 000 SWUU Urankg Kilot TonneLEU Low enriched Uranium schwachangereichertes Uran UOC Uranium ore concentrates Urankonzentrat Yellowcake U3O8 Stabiles Oxid des Urans zum Vergleich unterschiedlicher Produkte gt 70 Urangehalt Weitere Abschatzungen 1 lb 3 2 angereichertes Uran 1 250 000 000 Btu1 lb U3O8 180 000 000 Btu 3 412 Btu 1 kWhWeitere Hinweise Die meisten Angaben beziehen sich falls nichts anders definiert ist auf ein Jahr Des Weiteren sind eine reihe von Faktoren nicht Teil der Darstellung in diesem Artikel Es wird auf die genannte Fachliteratur verwiesen Uranabbau Bearbeiten Hauptartikel Uranbergbau Uran wird im Tagebau in untertagig oder durch In situ Laugung gelegentlich auch als Nebenprodukt anderer Bodenschatze z B Kupfer gewonnen nbsp Ranger Uran Mine Australien produzierte in dem Jahr 2022 4 820 t U3O8 bzw 4 087 tU und gilt mit einem Weltmarktanteil von 8 als viertgrosster Produzent 9 Kennzahlen Beispiele Bearbeiten Zwischen 1945 und 2022 wurden weltweit rund 3 2 Mio Tonnen Uran kurz tU abgebaut 2 Aktueller Weltbedarf Stand 2023 sind ca 65 650 tU 10 Davor im Jahr 2021 schatzte die World Nuclear Association WNA die Produktion auf 48 303 tU angefuhrt von Kasachstan mit 21 819 tU Die EU hatte in dem Jahr 2021 einen Bedarf von 11 975 tU was ca 18 des Weltmarktbedarf entsprechen 11 Laut Analysen zweijahrlicher Nuclear Fuel Report der WNA wird eine erhohte Nachfrage bis in das Jahr 2040 erwartet 12 Urankaufe Bedarf von EU Energieversorgern Vgl ESA 11 Annex 4 Auswahl Stand 2021 Land EU27 ohne UK 2021 in tUNigeria 2 905Kasachstan 2 753Russland 2 358Australien 1 860Kanada 1 714EU 163 Total 11 975Historische Werte Uranproduktion Weltweit 4 Jahr 1963 23 800Jahr 1970 18 300Verarbeitung Bearbeiten Hauptartikel Urankonversion Nach der Forderung wird das Uranerz in Aufbereitungsanlagen zerkleinert flotiert und mit Ionenaustauschern extrahiert Das Endprodukt ist Yellowcake ein gelbes Feststoffkonzentrat das mehr als 80 Uranverbindungen gemessen als Uran V VI oxid U3O8 enthalt Fur eine anschliessende Anreicherung des Urans muss der Yellowcake in der sogenannten Urankonversion chemisch in Uranhexafluorid UF6 uberfuhrt werden UF6 ist eine chemische Verbindung die vergleichsweise einfach in die Gasphase uberfuhrt werden kann Dieser Umstand ist aufgrund der technischen Anforderungen der Anreicherungs Verfahren bedeutend Kennzahlen Beispiele Bearbeiten Die US Produktion von U3O8 Yellowcake erreicht Anfang der 1980er Jahre ihren Hochststand mit uber 40 Mio Pfund pro Jahr 13 Ab diesem Zeitpunkt sank die nationale Produktion durch Bezug von Importen 14 Seit 2014 befindet sich die nationale US Produktion auf einem historischen Minimum Geschatzt werden ca 200 t Yellowcake fur den jahrlichen Betrieb eines 1 GWe Kernkraftwerks benotigt 15 Die Weltkapazitat fur Urankonversion liegt bei ca 62 Mio kgU als UF6 Fur Preise siehe weiter unten Kommerzielle UF Umwandlungsanlagen Vgl ESA 11 S 65 Angaben circa und gerundet Stand 2020 Unternehmen Kapazitat tU als UF6 Anteil GlobalOrano 15 000 24CNNC 15 000 24Rosatom 12 500 20Cameco 12 500 20ConverDyn USA 7 000 11Total 62 000 100Historische WerteJahr 1976 4 32 800Jahr 1979 4 46 800Hinweise ca 10 500 installiert unsichere Angaben gestoppt seit 2017Anreicherung Bearbeiten Hauptartikel Uran Anreicherung Uran kommt in der Natur als Gemisch dreier Isotope vor 234U 235U und 238U Der Anteil des spaltbaren Isotops 235U betragt nur 0 7 und muss fur die Nutzung in einem Leichtwasserreaktor durch Anreicherung erhoht werden Zur Anreicherung wird gasformiges Uranhexafluorid UF6 entweder in Gaszentrifugen oder durch Gasdiffusion in eine leichtere und eine schwerere Fraktion getrennt Der erforderliche Anreicherungsgrad hangt vom Reaktortyp ab und liegt meist zwischen 2 und 5 Schwerwasserreaktoren wie der CANDU Reaktor benotigen hingegen keine Anreicherung sondern verarbeiten Uran in naturlicher Isotopenzusammensetzung Fur den Bau effektiver Kernwaffen ist ein Anreicherungsgrad von mindestens 85 notig Kennzahlen Beispiele Bearbeiten Die EU wurde im Jahr 2021 mit der folgenden Menge angereichertem Uran LEU beliefert vgl ESA Report S 23 ff 11 10 290 tSW geliefert als 1 569 tLEU aquivalent 12 176 tU naturliches Uran Davon stammen ca 2 3 aus der EU Urenco und 1 3 aus Russland Tenex und TVEL Die Spotpreise fur Anreicherung bewegen sich konstant in einem Bereich zwischen 16 und 19 kgU 11 In dem Jahr 2020 waren die Anreicherungskapazitaten wie folgt verteilt Betrieb kommerzieller Urananreicherungsanlagen Vgl ESA 11 S 68 Angaben circa u gerundet Stand 2020 Unternehmen Kapazitat tSW Anteil GlobalRosatom 27 654 46Urenco 18 230 30Orano 7 500 12CNNC 6 750 11Andere 66 lt 1Total 60 200 100Historische WerteJahr 1983 4 32 900Herstellung von Brennelementen BearbeitenBrennelemente werden in Brennelementefabriken hergestellt In Deutschland ist eine einzige die Brennelementfertigungsanlage Lingen Lingen in Niedersachsen in Betrieb 16 Sie hat drei Betriebsstatten Duisburg Karlstein Bayern und Lingen Kennzahlen Beispiele Bearbeiten Cameco produziert fur die kanadischen CANDU Reaktoren nach Angaben ca 1 500 t Brennelemente 11 Verwendung Bearbeiten Hauptartikel Kernkraftwerk Uran wird heutzutage fast ausschliesslich zur Energiegewinnung benutzt Im Kalten Krieg wurde ein erheblicher Teil zu Kernwaffen verarbeitet Die USAEC bezog 1960 einen Maximum von 34 000 tU U3O8 und betrieb rund 90 der weltweiten Anreicherungskapazitaten ausserhalb der Sowjetunion 4 Seither wird ein Teil des Kraftwerksbrennstoffes aus der Abrustung dieser Waffen gewonnen siehe das Plutonium Management and Disposition Agreement sowie Strategic Arms Reduction Treaty 17 Wegen seiner besonders hohen Dichte wird abgereichertes Uran das bei der Produktion von Kernbrennstoff als Abfallprodukt anfallt als Ballastgewicht in Flugzeugen 18 und fur panzerbrechende Munition verwendet Kennzahlen Beispiele Bearbeiten In der EU genauer EU27 ohne UK waren 2021 die folgenden Mengen Uran in Verwendung in Kernreaktoren EU KKW Beladung mit Kernbrennstoff Angaben ohne Forschungsreaktoren Vgl ESA 11 Annex 2 Stand 2021 Brennstoffbeladung Lieferungen neuer BrennstoffeJahr LEU tU Feed Aquivalent tU Anreicherungs Aquivalent tSW Naturliches Uran tU Anteil Spot Anreicherung tSW 2021 2 197 15 401 11 588 11 975 4 10 290Weltmarktpreis Uran Bearbeiten nbsp Verlauf des Preis von Yellowcake U3O8 am Spotmarkt in lb U3O8 nicht inflationsbereinigt seit 1987 bis 2009 Fur aktuelle Marktdaten vgl die Weblinks UxC FRED oder ESA Stand 08 2023 46 lb nbsp Verlauf des Spotpreis U3O8 von 2003 bis 2017 Stand 08 2023 46 lbDer Weltmarkt fur Uran war und ist neben den kommerziellen Marktteilnehmern sehr stark durch staatliche Akteure gepragt die zur Zeit des Kalten Krieges einen Teil der Nachfrage stellten und seit dessen Ende im Rahmen begrenzter Abrustung als Verkaufer auftreten Ein Grossteil des Marktvolumens ist uber langfristige Liefervertrage in US Dollar abgedeckt Nur ein sehr geringer Teil des jahrlichen Bedarfs wird uber den Spotmarkt umgesetzt Dort sind auch Preisschwankungen moglich Beispielsweise fuhrten Produktionsausfalle in wichtigen Minen im Sommer 2007 zu einem Allzeithoch von 350 kg Uran inzwischen ist der Uranpreis jedoch wieder zuruckgegangen 19 Kennzahlen Beispiele Bearbeiten Nach Angaben der Supply Agency of the European Atomic Energy Community ESA Euroatom wurden die folgenden Preise aus Vertragen von EU Energieversorgern ermittelt vgl ESA Report S 17 ff 11 Spotpreis Nicht verfugbar fur 2021 da zu wenig Handelsvolumen Langfristige Vertrage 2021 EUR 89 00 kgU in U3O8 USD 40 49 lb U3O8 Der Preis lag 2020 bei EUR 75 51 kgU in U3O8 USD 42 17 lb U3O8 Der Preis aus den Staaten Russland Kasachstan und Usbekistan lagen rund 17 tiefer Daten ab 1980 siehe ESA Report Annex 3 11 Hinweis Die genauen Details und Methodiken zu der Kalkulation konnen der zitierten ESA Publikation oder Webseite entnommen werden 20 Analysten bewerten aufgrund der erhohten Nachfrage und des Ukrainekriegs den Preis fur das Jahr 2023 auf uber 50 lb 21 Historische Preise fur den US Markt 4 bezogen auf 1970 lb U3O8 Jahr 1970 lb1948 13 41960 12 71972 6 3 6 3 in 1970 Historischer Preis der USAEC 18 10 1956 Tabl 912 1 22 U235 Konzentration Preis fur Isotopengemisch in DM kgU0 72 naturliches Uran 170 etwa 40 kgU 3 5 1 91020 13 530Wahrungsfaktoren 1958 1 USD Dollar 4 20 DM Die Preise gelten fur UF6 ohne Kosten fur Umwandlung zu Metall nach erstmaliger Freigabe der Uranpreise durch die USAEC im Jahr 1956 22 Konventionelle Uranvorrate BearbeitenUnter konventionellen Uranvorraten versteht man Erzlagerstatten aus denen Uran als Hauptprodukt oder als wichtiges Nebenprodukt gewonnen werden kann Zur Zeit fallen alle Uranproduzenten in diese Kategorie Bei der Beurteilung der verfugbaren Vorrate wird zwischen gesicherten Reserven vermuteten Ressourcen und spekulativen Ressourcen unterschieden Im Laufe des Jahres 2008 wurden 778 000 t Uran als neue Reserven und vermutete Ressourcen durch Explorationsunternehmen bekanntgegeben 23 Gesicherte Reserven Bearbeiten Von der Internationalen Atomenergieorganisation IAEO und der OECD Nuclear Energy Agency werden im so genannten Red Book 24 die nachgewiesenen reasonably assured resources RAR und zu Kosten von bis zu 130 kg forderbaren Reserven fur das Jahr 2007 mit 3 3 Mio Tonnen angegeben fur eine kritische Wurdigung der IAEO Zahlen siehe Energy Watch Group 25 Vermutete Ressourcen Bearbeiten Zusatzlich fuhrt das Red Book vermutete Ressourcen inferred resources in Hohe von 2 1 Mio Tonnen forderbares Uran bei Forderkosten von bis zu 130 kg auf deren Existenz nach Betrachtung direkter geologischer Hinweise wahrscheinlich ist 24 Unentdeckte Ressourcen Bearbeiten Weiterhin wird im Red Book der Urangehalt noch nicht entdeckter aber erwarteter Lagerstatten prognosticated resources zu 2 8 Mio Tonnen und der Urangehalt moglicherweise existierender Lagerstatten speculative resources zu 4 8 Mio Tonnen jeweils forderbar zu max 130 kg angegeben 24 Dazu kommen mogliche Vorkommen von 3 0 Mio Tonnen Uran ohne Angabe von Forderkosten fur die nicht sichergestellt ist dass sie sich wirtschaftlich bzw mit positiver Gesamtenergiebilanz fordern lassen 26 Im Gegensatz zu gesicherten Reserven und vermuteten Ressourcen wird hier im Red Book nicht der forderbare Urananteil sondern das Gesamtvorkommen zitiert Bei der Interpretation den Daten muss daher berucksichtigt werden dass sich wie auch bei anderen Bodenschatzen nicht der gesamte Urangehalt einer Lagerstatte wirtschaftlich gewinnen lasst Je nach Art des Abbaus verbleiben ungefahr 10 30 des Uranerzes ungenutzt Unkonventionelle Uranvorrate BearbeitenDie Ausbeutung unkonventioneller Vorkommen ist zurzeit nicht wirtschaftlich in der Regel weil die Urankonzentration darin zu niedrig ist Darunter fallen zum Beispiel Uranvorkommen in Schwarzschiefer Phosphatgestein oder in Braunkohle Auch die Gewinnung von Uranoxid aus radioaktiven Aschen von Kohlekraftwerken wird gepruft und wurde erfolgreich erprobt 27 Die weltweit jahrlich fur die Stromerzeugung verwendete Kohle enthalt unter anderem etwa 10 000 t Uran und 25 000 t Thorium die entweder in die Umwelt gelangen oder sich in Kraftwerksasche und Filterstauben anreichern Vereinzelt gibt es daher schon Bestrebungen Uran aus Kraftwerksasche zu gewinnen 28 Fur die Ressourcen aus unkonventionellen Erzen gibt es laut Red Book stark unterschiedliche Schatzungen zwischen 7 und 22 Mio Tonnen jeweils ohne Angabe von Forderkosten 24 Nachdem im Meerwasser etwa 4 Mrd Tonnen Uran gelost sind Gehalt 3 3 µg l 29 wird auch an Methoden zur Extraktion von Uran und anderen Schwermetallen aus Meerwasser geforscht Bislang ist jedoch kein Verfahren bekannt das wirtschaftlich ware Publikationen von H Nobukawa geben zum Beispiel Kosten von 310 kg 1994 30 bzw 390 kg 2001 31 an wahrend im Red Book 700 kg zitiert werden 24 Ein Bericht uber Forschungsaktivitaten aus dem Jahr 2012 beschreibt die Extraktion von Uran aus Meerwasser durch verschiedene Adsorptionsmittel die in Japan und den USA entwickelt worden 32 Reichweite der Uranvorrate BearbeitenEin Abschatzen der Reichweite bekannter Vorrate ist schwierig da Uran im Gegensatz zu fossilen Energietragern keinen eindeutig definierbaren Heizwert besitzt Die extrahierbare Energie pro Gewichtseinheit ist stark vom Brennstoffkreislauf dem benutzten Reaktortyp und der Kernbeladungsstrategie abhangig Diese Eigenheit wird im unterschiedlichen Uranverbrauch einzelner Lander ersichtlich So wird in Frankreich das teilweise wiederaufgearbeitete MOX Brennelemente einsetzt laut Red Book 24 mit 59 MWh fast doppelt so viel Strom pro kg Natur Uran erzeugt wie in den USA 34 MWh kg Natur Uran Bei einem Uranpreis von 113 US Dollar pro Pfund 2007 entsprach das einem Kostenanteil von 0 55 Eurocent pro kWh 33 Legt man der Berechnung der Reichweite die gesicherten und die vermuteten Vorrate zu Grunde so stehen dem jahrlichen Verbrauch von 67 000 Tonnen Vorrate von 5 5 Mio Tonnen gegenuber was zu einer rechnerischen Reichweite von ungefahr 80 Jahren fuhrt Allerdings wird nach dem Red Book 24 von einer Steigerung des Uranverbrauchs auf 94 000 122 000 Tonnen bis zum Jahr 2030 ausgegangen so dass sich die Reichweite entsprechend verringert Durch Einsatz von Brutreaktoren Wiederaufarbeitung und Nutzung der erbruteten Brennstoffe liesse sich die Energieausnutzung und damit die Reichweite um bis zu Faktor 30 100 steigern 34 Allerdings ist diese Technik schwer beherrschbar und teuer und die Verbreitung von waffenfahigem Plutonium nicht erwunscht so dass die zahlreichen Forschungs und Demonstrationsanlagen fast alle endgultig abgeschaltet sind Unabhangig von der Frage der Reichweite der Vorrate besteht die Moglichkeit dass aufgrund begrenzter jahrlicher Fordermengen bereits vor dem vollstandigen Ausschopfen der Vorrate Versorgungsengpasse eintreten Von dem jahrlichen Verbrauch von 67 000 Tonnen werden momentan lediglich etwa 40 000 Tonnen durch laufenden Uranabbau gedeckt der Rest stammt aus staatlichen oder kommerziellen Lagerbestanden aus der Aufarbeitung von Tailings oder abgebrannten Brennelementen und aus der Abrustung 24 Es wird davon ausgegangen dass diese sogenannten sekundaren Quellen insbesondere ab 2013 eine geringere Rolle spielen werden und somit der Uranbergbau vor der Herausforderung steht innerhalb relativ kurzer Zeit die jahrliche Fordermenge deutlich zu erhohen 24 Radioaktiver Abfall Bearbeiten Hauptartikel Radioaktiver Abfall Bei der Energiegewinnung in Kernreaktoren entstehen radioaktive Abfalle die dauerhaft von der Biosphare abgeschlossen werden mussen Bislang existiert weltweit kein zugelassenes Endlager fur hochradioaktiven Abfall Die Aufbereitungsruckstande enthalten neben Schwermetallen auch den Grossteil der naturlichen Radioaktivitat des Erzes und mussen sachgemass gelagert werden Kritik BearbeitenOkologische Probleme Bearbeiten Uranabbau ohne ausreichende Umweltschutzvorkehrungen fuhrt regelmassig zu grossflachigen Umweltzerstorungen Nachlassig angelegte Tailings haben in der Vergangenheit mehrfach durch Sickerwasser oder Dammbruch zu chemischen und radioaktiven Belastungen von Grundwasser Flussen und Seen gefuhrt 35 36 37 In mehreren Fallen wurden dabei Indigene Volker ionisierender Strahlung in gefahrlichen Dosen ausgesetzt und durch die Kontamination ihrer angestammten Okosysteme der Lebensgrundlage beraubt 38 39 Ein Beispiel fur Langzeitfolgen des Uranabbaus sind die ehemaligen Bergwerksstandorte im Osten Deutschlands Seit 1990 werden die in der DDR Zeit verursachten Umweltschaden mit einem Gesamtetat von 6 2 Milliarden Euro durch die Wismut GmbH saniert 40 Gesundheitliche Risiken Bearbeiten Arbeiter in kerntechnischen Anlagen und im Uranbergbau sowie deren Anrainer sind selbst bei Einhaltung strenger Strahlenschutzvorschriften einem erhohten Strahlenrisiko ausgesetzt Ein grosseres Problem stellen jedoch Falle dar in denen entweder keine wirksamen Vorschriften existieren oder Betriebe sich uber solche hinwegsetzen wie zum Beispiel fur Uranium City dokumentiert ist 41 39 Siehe auch BearbeitenUran Tabellen und Grafiken Globales UranfordermaximumLiteratur BearbeitenSiehe auch Brennstoffkreislauf Kerntechnik und Kernenergie Fachartikel oder Reports H Albrethsen F McGinley Summary history of domestic uranium procurement under US Atomic Energy Commission contracts Final report 1982 doi 10 2172 6743792 NEA Global uranium supply ensured for long term www oecdbookshop org In MRS Bulletin Band 37 Nr 11 November 2012 S 991 992 doi 10 1557 mrs 2012 285 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