تهافت عالمي على امتلاك اليورانيوم.. فوائد اقتصادية تتزايد وتستمر
تهافت عالمي على امتلاك اليورانيوم.. فوائد اقتصادية تتزايد وتستمر
> «الأيام» العين الإخبارية:
> يوماً بعد آخر يتزايد تهافت الدول على معدن اليورانيوم، حتى إن تقريرا
صادرا عن شركة الأبحاث "ريبورت لينكر reportlinker" توقع أن ينمو سوق
اليورانيوم العالمي بمقدار 1.6 مليار دولار حتى عام 2027، متسارعاً بمعدل
نمو سنوي بنسبة 7.06%.
معدن استراتيجي
اليورانيوم هو عنصر كيميائي برمز U ورقم ذري 92، وهو معدن فضي رمادي في سلسلة الأكتينيدات في الجدول الدوري، وتحتوي ذرة اليورانيوم على 92 بروتوناً و92 إلكتروناً، وتعد الأنواع الأكثر شيوعاً في اليورانيوم الطبيعي هي اليورانيوم 238 واليورانيوم 235، أما كثافة اليورانيوم فهي حوالي 70% من كثافة الرصاص، وأقل قليلاً من كثافة الذهب.
واليورانيوم هو عنصر شائع نسبياً في قشرة الأرض، كما إنه معدن شائع تقريباً مثل القصدير أو الزنك، وهو مكون في معظم الصخور، ويوجد بشكل طبيعي بتركيزات منخفضة من أجزاء قليلة في المليون في التربة والصخور والمياه.
ويعتبر اليورانيوم 235 هو النظير الانشطاري الوحيد الذي يحدث بشكل طبيعي، مما يجعله مستخدماً على نطاق واسع في محطات الطاقة النووية والأسلحة النووية، ومع ذلك بسبب الانخفاض الشديد في تركيزات اليورانيوم 235 في اليورانيوم الطبيعي (والذي يتكون في الغالب من اليورانيوم 238) يحتاج اليورانيوم إلى التخصيب، حيث يتوفر ما يكفي من اليورانيوم 235، اليورانيوم 238 قابل للانشطار بالنيوترونات السريعة، وهو خصب، مما يعني أنه يمكن تحويله إلى بلوتونيوم 239 قابل للانشطار في مفاعل نووي.
ويمكن إنتاج نظير انشطاري آخر، وهو اليورانيوم -233، من الثوريوم الطبيعي ويتم دراسته للاستخدام الصناعي في المستقبل في التكنولوجيا النووية.
ويرجع الفضل في اكتشاف اليورانيوم في عام 1789 في معدن البتشبلند إلى مارتن هاينريش كلابروث، وتم اكتشاف خصائصه الإشعاعية في عام 1896، ثم أدى البحث الذي أجراه أوتو هان وليز مايتنر وإنريكو فيرمي وآخرون ابتداءً من عام 1934، إلى استخدامه كوقود في صناعة الطاقة النووية.
ويستخدم اليورانيوم كوقود للمفاعلات النووية، ويستمر تطوير ونشر هذه المفاعلات النووية على قاعدة عالمية لأنها مصادر قوية للطاقة الخالية من ثاني أكسيد الكربون، ويتم إنتاج الطاقة النووية في النهاية من النشاط الإشعاعي لذرات اليورانيوم، والتي تنتج كميات كبيرة من الطاقة عندما تنقسم بسبب عملية الانشطار، كما إن كثافة طاقته -كمية الطاقة التي يحتويها لكل وحدة كتلة- هي إحدى خصائصه الاستثنائية، مما يجعله أقوى بشكل ملحوظ من أنواع وقود الطاقة الأخرى.
ويحتوي اليورانيوم المخصب، الوقود المستخدم في المفاعلات النووية التجارية، على 3.9 مليون ميغاجول من الطاقة لكل كيلوغرام من الوزن، وهي مقادير أكبر من كثافة الطاقة للوقود الأحفوري التقليدي، ولذلك يمكن أن تنتج كمية صغيرة نسبيًا من الوقود النووي كميات كبيرة من الطاقة من خلال الانشطار، مما يترجم إلى مزايا مختلفة للطاقة النووية. وتمتلك الطاقة النووية أعلى عائد على الاستثمار من أي مصدر طاقة آخر، حيث تعيد 75 وحدة من الطاقة لكل وحدة طاقة يتم إنفاقها في البناء والتشغيل.
وعندما يكون اليورانيوم عند مستويات منخفضة في الصخور أو الرمال يجب أن يكون في شكل يمكن فصله بسهولة حتى يطلق على تلك التركيزات اسم "خام"، مما يعني أنه يمكن الاستقادة من اليورانيوم اقتصادياً.
وتم استخراج اليورانيوم بنجاح منذ الأربعينيات، ويمكن تقسيم إنتاج اليورانيوم خلال الفترة من 1945 إلى 2022 إلى أربع مراحل متميزة:
وتشمل المرحلة الأولية من عام 1945 حتى منتصف الستينيات، وكان توليد الكهرباء من الوقود النووي وأدى لسباق التسلح النووي وارتفع الإنتاج بسرعة في الخمسينيات من القرن الماضي لتلبية متطلبات اليورانيوم والبلوتونيوم عالي التخصيب وانخفض الطلب على اليورانيوم بشكل حاد في الستينيات، واستجابة لذلك انخفض الإنتاج إلى النصف بحلول منتصف الستينيات.
وشهدت الفترة من منتصف الستينيات إلى منتصف الثمانينيات التوسع السريع في الطاقة النووية المدنية، زيادة في إنتاج اليورانيوم مع توسع طلبات المفاعلات وتم إدخال العديد من المناجم الجديدة إلى الإنتاج، وغالبًا ما يتم إبرامها بموجب عقود طويلة الأجل يتم الاتفاق عليها مع مرافق الكهرباء في أمريكا الشمالية واليابان وأوروبا الغربية، وبلغ الإنتاج الغربي ذروته في عام 1980 وظل فوق متطلبات المفاعل السنوية حتى عام 1985.
وخلال الفترة من منتصف الثمانينيات إلى حوالي عام 2002 تم تقليص برنامج البناء النووي بشدة، حيث خفضن العديد من المناجم الإنتاج أو أغلقوا واستوفت المرافق المتطلبات من خلال سحب مخزوناتها الكبيرة.
واعتبارا من أوائل الألفية الجديدة حتى الوقت الحاضر كان هناك تصور بأن هناك حاجة إلى إنتاج أولي جديد لتسهيل النهضة المتوقعة في النمو النووي، وواجه قطاع تعدين اليورانيوم ظروفاً اقتصادية غير مواتية لسنوات عديدة وكان بحاجة إلى تعويض الإمدادات الثانوية المتناقصة والمحدودة.
وشهد عام 2003 حركة تصاعدية قوية في أسعار اليورانيوم العالمية استمرت حتى عام 2007، لكن الإنتاج دخل في تصحيح هبوطي، زاد من حدته حادث فوكوشيما في عام 2011، حيث إنه منذ وقوع الحادث انخفضت أسعار اليورانيوم إلى واحدة من أدنى المستويات المعدلة حسب التضخم على الإطلاق.
متطلبات وقود المفاعل
وتتطلب مفاعلات الطاقة في العالم، التي تبلغ طاقتها الإجمالية حوالي 400 غيغاوات، حوالي 67500 طن من اليورانيوم من المناجم أو في أي مكان آخر كل عام، وفي حين أنه يتم تشغيل هذه السعة بشكل أكثر إنتاجية، مع عوامل السعة العالية ومستويات طاقة المفاعل، إلا أن متطلبات وقود اليورانيوم آخذة في الازدياد.
وزادت الكهرباء المولدة من الطاقة النووية خلال الفترة من 1980 إلى 2008، بنحو 3.6 ضعفًا بينما زاد اليورانيوم المستخدم بمعدل 2.5 مرة فقط.
وعلى مدى عقدين من الزمن تم توليد ما يصل إلى 10% من الكهرباء المنتجة في الولايات المتحدة من الوقود المصنوع باستخدام اليورانيوم الذي تم تحويله من مادة من الدرجة الأولى في إطار برنامج شهد القضاء على ما يكفي من المواد المستخدمة في صنع القنابل لـ20000 رأس نووي.
وكان تحويل اليورانيوم عالي التخصيب العسكري في جميع أنحاء العالم، حتى عام 2013 يوفر حوالي 15% من متطلبات المفاعلات في العالم، ويعتبر اليورانيوم المعاد تدويره والبلوتونيوم مصدرا آخر، ويوفر حاليًا حوالي 2000 طن سنويًا من الإمدادات الأولية.
وتم استخدام اليورانيوم المعاد معالجته بكمية حوالي 16000 طن في مفاعلات ماجنكس بالمملكة المتحدة لإنتاج حوالي 1650 طنًا من وقود إيه آر آر المخصب. وفي بلجيكا وفرنسا وألمانيا وسويسرا تم إعادة معالجة أكثر من 8000 طن اليورانيوم في محطات الطاقة النووية.
مصادر اليورانيوم الثانوية
ويعد أبرز مصدر ثانوي هو المخزونات التي تحتفظ بها المرافق والحكومات، ومن الصعب تحديد حجم المخزونات المحتفظ بها بسبب السرية.
وبحسب تقرير نشره موقع "وورلد نيوكلار أسوشييشن"، فقد قُدر إجمالي مخزونات اليورانيوم المحتفظ بها عالميًا حوالي 282 ألف طنً وتشمل الولايات المتحدة الأمريكية 41000 طن والاتحاد الأوروبي 42000 طن، والصين 129000 طن، والهند 9600 طن وشرق آسيا الأخرى 60.000 طن.
الاستخدامات غير النووية لليورانيوم المنضب
وتعد الاستخدامات غير النووية لليورانيوم المنضب قليلة جدًا بالنسبة للناتج السنوي الذي يزيد عن 40.000 طن سنويًا، وهذا يترك معظم اليورانيوم المستنفد متاحًا للخلط مع البلوتونيوم المعاد تدويره.
وفي عام 2005، أعلنت الحكومة الأمريكية عن خطط لإنشاء آلية لضمان إمدادات الوقود لاستخدامها في المفاعلات التجارية في الدول الأجنبية، حيث كان هناك انقطاع في الإمداد. وسيأتي الوقود من مزج 17.4 طن من اليورانيوم عالي التخصيب.
وأعلنت وزارة الطاقة الأمريكية في أغسطس/آب 2011 عن نطاق موسع لبرنامج ايه اف اس، حيث يخدم أيضًا احتياجات المرافق الأمريكية، وفي تلك المرحلة تم الانتهاء من معظم عمليات مزج اليورانيوم عالي التخصيب، وكان المخطط جاهزًا للعمل وأكملت الولايات المتحدة عملية إعداد 20.1 طن أخرى من اليورانيوم عالي التخصيب.
وإلى جانب القيم العسكرية والسياسية لامتلاك اليورانيوم هناك أيضاً القيمة الاقتصادية، إذ بات اليورانيوم وجهة أساسية في جهود تحول الطاقة اللازمة للتعامل مع أزمة تغير المناخ.
اليورانيوم هو عنصر كيميائي برمز U ورقم ذري 92، وهو معدن فضي رمادي في سلسلة الأكتينيدات في الجدول الدوري، وتحتوي ذرة اليورانيوم على 92 بروتوناً و92 إلكتروناً، وتعد الأنواع الأكثر شيوعاً في اليورانيوم الطبيعي هي اليورانيوم 238 واليورانيوم 235، أما كثافة اليورانيوم فهي حوالي 70% من كثافة الرصاص، وأقل قليلاً من كثافة الذهب.
واليورانيوم هو عنصر شائع نسبياً في قشرة الأرض، كما إنه معدن شائع تقريباً مثل القصدير أو الزنك، وهو مكون في معظم الصخور، ويوجد بشكل طبيعي بتركيزات منخفضة من أجزاء قليلة في المليون في التربة والصخور والمياه.
ويعتبر اليورانيوم 235 هو النظير الانشطاري الوحيد الذي يحدث بشكل طبيعي، مما يجعله مستخدماً على نطاق واسع في محطات الطاقة النووية والأسلحة النووية، ومع ذلك بسبب الانخفاض الشديد في تركيزات اليورانيوم 235 في اليورانيوم الطبيعي (والذي يتكون في الغالب من اليورانيوم 238) يحتاج اليورانيوم إلى التخصيب، حيث يتوفر ما يكفي من اليورانيوم 235، اليورانيوم 238 قابل للانشطار بالنيوترونات السريعة، وهو خصب، مما يعني أنه يمكن تحويله إلى بلوتونيوم 239 قابل للانشطار في مفاعل نووي.
ويمكن إنتاج نظير انشطاري آخر، وهو اليورانيوم -233، من الثوريوم الطبيعي ويتم دراسته للاستخدام الصناعي في المستقبل في التكنولوجيا النووية.
ويرجع الفضل في اكتشاف اليورانيوم في عام 1789 في معدن البتشبلند إلى مارتن هاينريش كلابروث، وتم اكتشاف خصائصه الإشعاعية في عام 1896، ثم أدى البحث الذي أجراه أوتو هان وليز مايتنر وإنريكو فيرمي وآخرون ابتداءً من عام 1934، إلى استخدامه كوقود في صناعة الطاقة النووية.
ويستخدم اليورانيوم كوقود للمفاعلات النووية، ويستمر تطوير ونشر هذه المفاعلات النووية على قاعدة عالمية لأنها مصادر قوية للطاقة الخالية من ثاني أكسيد الكربون، ويتم إنتاج الطاقة النووية في النهاية من النشاط الإشعاعي لذرات اليورانيوم، والتي تنتج كميات كبيرة من الطاقة عندما تنقسم بسبب عملية الانشطار، كما إن كثافة طاقته -كمية الطاقة التي يحتويها لكل وحدة كتلة- هي إحدى خصائصه الاستثنائية، مما يجعله أقوى بشكل ملحوظ من أنواع وقود الطاقة الأخرى.
ويحتوي اليورانيوم المخصب، الوقود المستخدم في المفاعلات النووية التجارية، على 3.9 مليون ميغاجول من الطاقة لكل كيلوغرام من الوزن، وهي مقادير أكبر من كثافة الطاقة للوقود الأحفوري التقليدي، ولذلك يمكن أن تنتج كمية صغيرة نسبيًا من الوقود النووي كميات كبيرة من الطاقة من خلال الانشطار، مما يترجم إلى مزايا مختلفة للطاقة النووية. وتمتلك الطاقة النووية أعلى عائد على الاستثمار من أي مصدر طاقة آخر، حيث تعيد 75 وحدة من الطاقة لكل وحدة طاقة يتم إنفاقها في البناء والتشغيل.
وعندما يكون اليورانيوم عند مستويات منخفضة في الصخور أو الرمال يجب أن يكون في شكل يمكن فصله بسهولة حتى يطلق على تلك التركيزات اسم "خام"، مما يعني أنه يمكن الاستقادة من اليورانيوم اقتصادياً.
وهذا يعني أنه يجب أن يكون في صورة معدنية يمكن إذابتها بسهولة عن طريق حمض الكبريتيك، وتبلغ موارد العالم الحالية من اليورانيوم 6 ملايين طن.
استخراج اليورانيوم
وتم استخراج اليورانيوم بنجاح منذ الأربعينيات، ويمكن تقسيم إنتاج اليورانيوم خلال الفترة من 1945 إلى 2022 إلى أربع مراحل متميزة:
وتشمل المرحلة الأولية من عام 1945 حتى منتصف الستينيات، وكان توليد الكهرباء من الوقود النووي وأدى لسباق التسلح النووي وارتفع الإنتاج بسرعة في الخمسينيات من القرن الماضي لتلبية متطلبات اليورانيوم والبلوتونيوم عالي التخصيب وانخفض الطلب على اليورانيوم بشكل حاد في الستينيات، واستجابة لذلك انخفض الإنتاج إلى النصف بحلول منتصف الستينيات.
وشهدت الفترة من منتصف الستينيات إلى منتصف الثمانينيات التوسع السريع في الطاقة النووية المدنية، زيادة في إنتاج اليورانيوم مع توسع طلبات المفاعلات وتم إدخال العديد من المناجم الجديدة إلى الإنتاج، وغالبًا ما يتم إبرامها بموجب عقود طويلة الأجل يتم الاتفاق عليها مع مرافق الكهرباء في أمريكا الشمالية واليابان وأوروبا الغربية، وبلغ الإنتاج الغربي ذروته في عام 1980 وظل فوق متطلبات المفاعل السنوية حتى عام 1985.
وخلال الفترة من منتصف الثمانينيات إلى حوالي عام 2002 تم تقليص برنامج البناء النووي بشدة، حيث خفضن العديد من المناجم الإنتاج أو أغلقوا واستوفت المرافق المتطلبات من خلال سحب مخزوناتها الكبيرة.
واعتبارا من أوائل الألفية الجديدة حتى الوقت الحاضر كان هناك تصور بأن هناك حاجة إلى إنتاج أولي جديد لتسهيل النهضة المتوقعة في النمو النووي، وواجه قطاع تعدين اليورانيوم ظروفاً اقتصادية غير مواتية لسنوات عديدة وكان بحاجة إلى تعويض الإمدادات الثانوية المتناقصة والمحدودة.
وشهد عام 2003 حركة تصاعدية قوية في أسعار اليورانيوم العالمية استمرت حتى عام 2007، لكن الإنتاج دخل في تصحيح هبوطي، زاد من حدته حادث فوكوشيما في عام 2011، حيث إنه منذ وقوع الحادث انخفضت أسعار اليورانيوم إلى واحدة من أدنى المستويات المعدلة حسب التضخم على الإطلاق.
متطلبات وقود المفاعل
وتتطلب مفاعلات الطاقة في العالم، التي تبلغ طاقتها الإجمالية حوالي 400 غيغاوات، حوالي 67500 طن من اليورانيوم من المناجم أو في أي مكان آخر كل عام، وفي حين أنه يتم تشغيل هذه السعة بشكل أكثر إنتاجية، مع عوامل السعة العالية ومستويات طاقة المفاعل، إلا أن متطلبات وقود اليورانيوم آخذة في الازدياد.
وزادت الكهرباء المولدة من الطاقة النووية خلال الفترة من 1980 إلى 2008، بنحو 3.6 ضعفًا بينما زاد اليورانيوم المستخدم بمعدل 2.5 مرة فقط.
وعلى مدى عقدين من الزمن تم توليد ما يصل إلى 10% من الكهرباء المنتجة في الولايات المتحدة من الوقود المصنوع باستخدام اليورانيوم الذي تم تحويله من مادة من الدرجة الأولى في إطار برنامج شهد القضاء على ما يكفي من المواد المستخدمة في صنع القنابل لـ20000 رأس نووي.
وكان تحويل اليورانيوم عالي التخصيب العسكري في جميع أنحاء العالم، حتى عام 2013 يوفر حوالي 15% من متطلبات المفاعلات في العالم، ويعتبر اليورانيوم المعاد تدويره والبلوتونيوم مصدرا آخر، ويوفر حاليًا حوالي 2000 طن سنويًا من الإمدادات الأولية.
وتم استخدام اليورانيوم المعاد معالجته بكمية حوالي 16000 طن في مفاعلات ماجنكس بالمملكة المتحدة لإنتاج حوالي 1650 طنًا من وقود إيه آر آر المخصب. وفي بلجيكا وفرنسا وألمانيا وسويسرا تم إعادة معالجة أكثر من 8000 طن اليورانيوم في محطات الطاقة النووية.
ويتم تلبية متطلبات وقود المفاعلات اليوم من الإمدادات الأولية والمصادر الثانوية: المخزونات التجارية، ومخزونات الأسلحة النووية، والبلوتونيوم المعاد تدويره واليورانيوم من خلال إعادة معالجة الوقود المستخدم.
ويعد أبرز مصدر ثانوي هو المخزونات التي تحتفظ بها المرافق والحكومات، ومن الصعب تحديد حجم المخزونات المحتفظ بها بسبب السرية.
وبحسب تقرير نشره موقع "وورلد نيوكلار أسوشييشن"، فقد قُدر إجمالي مخزونات اليورانيوم المحتفظ بها عالميًا حوالي 282 ألف طنً وتشمل الولايات المتحدة الأمريكية 41000 طن والاتحاد الأوروبي 42000 طن، والصين 129000 طن، والهند 9600 طن وشرق آسيا الأخرى 60.000 طن.
ومن المتوقع أن يتم الاحتفاظ بهذه الاحتياطيات عند مستوى عالٍ إلى حد ما لتوفير أمن الطاقة للمرافق والحكومات وكانت الرؤوس الحربية العسكرية مصدرًا مهمًا للوقود النووي منذ عام 1987.
وتعد الاستخدامات غير النووية لليورانيوم المنضب قليلة جدًا بالنسبة للناتج السنوي الذي يزيد عن 40.000 طن سنويًا، وهذا يترك معظم اليورانيوم المستنفد متاحًا للخلط مع البلوتونيوم المعاد تدويره.
وفي عام 2005، أعلنت الحكومة الأمريكية عن خطط لإنشاء آلية لضمان إمدادات الوقود لاستخدامها في المفاعلات التجارية في الدول الأجنبية، حيث كان هناك انقطاع في الإمداد. وسيأتي الوقود من مزج 17.4 طن من اليورانيوم عالي التخصيب.
وأعلنت وزارة الطاقة الأمريكية في أغسطس/آب 2011 عن نطاق موسع لبرنامج ايه اف اس، حيث يخدم أيضًا احتياجات المرافق الأمريكية، وفي تلك المرحلة تم الانتهاء من معظم عمليات مزج اليورانيوم عالي التخصيب، وكان المخطط جاهزًا للعمل وأكملت الولايات المتحدة عملية إعداد 20.1 طن أخرى من اليورانيوم عالي التخصيب.
