Двухкомпонентная атомная энергетика решит вопрос исчерпаемости запасов
Об этом с аргументами одной стороны и контраргументами другой сегодня и поговорим.
Со школьных лет нас приучали к тому, что использованные тетрадки, отслужившие свое учебники и старые газеты в мусор не выбрасывают, а сдают в макулатуру - для переработки и производства других полезных вещей: картонной тары, упаковочных материалов, средств гигиены, той же газетной и даже дорогой офисной бумаги. Сегодня солидные компании и фирмы, продвинутые в экологическом отношении, почитают за правило хорошего тона вести деловую переписку на фирменных бланках с пометкой: произведено из вторичной целлюлозы.
Или еще более конкретно: "Отпечатано на бумаге, произведенной из вторичного сырья без отбеливания хлором". Мои давние знакомые из "Беллоны", "Гринписа", других экологических объединений именно на такой бумаге рассылают пресс-релизы, делают заявления и пишут запросы в официальные инстанции, когда хотят привлечь внимание или получить нужную информацию.
Осенью 2019 года со ссылкой на немецкие СМИ "зеленые" активисты сообщали о грядущих поставках из Германии в Россию обедненного гексафторида урана (сокращенно - ОГФУ), называя это отходами "радиоактивными и токсичными".
Попробуем разобраться, что тут что и где в понимании специалистов грань между вторичным сырьем и отходами.
Эмоции проигрывают фактам
Сначала о сути. Обедненный гексафторид урана - это остаточная фракция на технологическом переделе, в результате которого получают обогащенный по изотопу U-235 урановый продукт. Иными словами, "отсев" в процессе обогащения гексафторида урана (UF6) на газовых центрифугах и диффузионных установках. По форме - кристаллический порошок, способный переходить в газообразное состояние при относительно низкой температуре, из-за чего такие кристаллы называют "летучими".
Теперь о терминах. ОГФУ, как и природный уран, обладает радиоактивностью, но в сравнении с ним даже несколько меньшей. А сам этот факт не дает оснований причислять обедненный гексафторид урана к категории РАО. Такова мировая практика, так это трактуют и в России.
В соответствии с Федеральным законом "Об использовании атомной энергии" (ст. 3) радиоактивными отходами признаются материалы, не подлежащие дальнейшему использованию. Химики-технологи и специалисты-атомщики в России, Франции, Великобритании, США, Китае считают, что обедненный гексафторид урана представляет собой ценное многоцелевое сырье и подлежит дальнейшему использованию.
И что еще важно: на этот день не зафиксировано ни одного сколько-нибудь серьезного инцидента при обращении с ОГФУ, последствия которого представляли бы риск для окружающей среды и населения. А в мире, по разным оценкам, накоплено от полутора до двух миллионов тонн обедненного урана. Последние десять лет ежегодно добавлялось по 40-60 тысяч тонн. Хранится ОГФУ в специальных стальных емкостях в твердом состоянии, поэтому "утечки" исключены. Проекты химической переработки (конверсии) обедненного гексафторида урана реализуются в упомянутых выше Франции, Великобритании, США. Так что российские атомщики в своем выборе не одиноки.
- В Нидерландах, на границе с Германией, есть завод по дообогащению урана, он сродни нашему Электрохимическому заводу в Зеленогорске, - дает справку доктор технических наук Виктор Середенко.
Он профессор, консультант ВНИИ химической технологии и эксперт МАГАТЭ в области гексафторида урана. По словам Середенко, если называть ОГФУ отходами, то завод в Алмело не имеет права на существование.
- Но раз он работает, значит, не отходы, - резюмирует эксперт. - Лучшее, что можно делать с ОГФУ, - перерабатывать и доизвлекать уран.
Скажем больше. Во Франции переработка ОГФУ ведется с 80-х годов прошлого века, объем ежегодной переработки - 20 тысяч тонн. В начале 2000-х две установки мощностью 18 и 13,5 тысячи тонн в год введены в США. Мощности на 7 тысяч тонн готовят к пуску в Великобритании. По данным на 2018 год (более поздних нет), совокупный объем конверсии ОГФУ - свыше 60 тысяч тонн в год в пересчете на уран.
В России по схожей с французами технологии с 2009 года работает установка W-ЭХЗ по реконверсии (обесфториванию) ОГФУ на Электрохимическом заводе "Росатома" в Зеленогорске, который упомянул Виктор Середенко.
Это 60-тысячный город с особым режимом въезда и выезда в Красноярском крае, на левом берегу реки Кан, в устье реки Барга. За десять последних лет здесь переработано более 100 тысяч тонн ОГФУ в закись-окись обедненного урана.
В декабре 2019 года ПО "Электрохимический завод" заключил контракт с инжиниринговым дивизионом французской компании Orano (до 2018 года - AREVA) на поставку оборудования для строительства в Зеленогорске второй установки типа W-ЭХЗ. Ввод в строй намечен на 2023 год, после чего мощности предприятия по реконверсии ОГФУ достигнут 20 тысяч тонн в год.
Понимание приходит в диалоге
Еще до того, как "Росатом" договорился с французской Orano Projects о строительстве второй установки, программа безопасного обращения с обедненным гексафторидом урана была вынесена для открытого обсуждения на Общественный совет "Росатома". И там же заявлена главная цель - переход от накопления ОГФУ к планомерному сокращению и полной ликвидации его запасов.
Какая просматривается последовательность шагов?
Сначала займутся "богатыми" отвалами, которые образовались на ранней стадии Атомного проекта, когда для разделения изотопов урана использовали несовершенные диффузионные установки и первые поколения газовых центрифуг. Доля остаточного содержания урана-235 в таких отвалах делает экономически оправданным его повторное использование для наработки обогащенного урана. Достаточно сказать, что Ангарский электрохимический комбинат (Иркутская область), который входит в Топливную компанию "Росатома" ТВЭЛ, сейчас полностью загружен на переработке и обогащении своих запасов ОГФУ.
Второй приоритет - тиражирование установок типа W и опыта зеленогорцев по реконверсии ОГФУ в оксиды обедненного урана. Это химически безопасная форма долговременного хранения.
В хронологическом отношении программа разбита на несколько основных этапов. Переломным должен стать 2024 год: с учетом пуска второй установки W-ЭХЗ и доведения годового объема реконверсии до 20 тысяч тонн в России будет остановлен общий прирост запасов ОГФУ.
С рубежа 2027-2028 годов, когда планируется ввести в эксплуатацию на Уральском электрохимическом комбинате (город Новоуральск, Свердловская область) установку W-УЭХК мощностью 20 тысяч тонн и третью установку W3-ЭХЗ мощностью 10 тысяч тонн в год, общие запасы ОГФУ в России начнут планомерно снижаться.
К 2035 году планируется полностью освободить от него площадку Ангарского ЭХК, в 2038-м - площадку Сибирского химкомбината (город Северск, Томская область).
А ликвидация всех накопленных в России запасов ОГФУ на всех площадках намечена в программе к 2057 году. Срок, прямо скажем, не близкий. Но если учесть, что накапливалось это все с середины 40-х прошлого века, то есть 75 лет, кавалерийским наскоком тут не возьмешь.
Члены Общественного совета "Росатома" не остались лишь слушателями того, что было доложено в проекте программы. После довольно острого обсуждения в финальный вариант внесли несколько существенных корректировок и дополнений.
В частности, введен раздел с описанием физических и химических свойств гексафторида урана и результатами радиоэкологического мониторинга на площадках хранения ОГФУ. Дана информация об объемах переработки на установке W-ЭХЗ с 2009 по 2019 годы. Включены результаты радиоэкологического мониторинга (мощность дозы гамма-излучения) при транспортировании контейнеров с обедненным гексафторидом урана. А главное - создан новый подраздел с описанием механизма общественного контроля за реализацией всей программы.
"Соло на центрифуге" продолжится
Теперь вернемся к вопросу "зеленых" - каверзному, но вполне резонному: если в России своих запасов обедненного урана много, зачем ввозить еще из Германии? Пусть и небольшое (в сравнительном отношении) количество, но все-таки?
В "Росатоме" объясняют такого рода контракты и поставки дальновидным расчетом и общей стратегией корпорации на укрепление своих позиций как глобального лидера на мировом рынке.
Для большего понимания поясним этот тезис на цифрах. Уже сейчас в портфеле российских атомщиков зарубежные заказы на строительство 36 энергоблоков АЭС в двенадцати странах мира. Это 70 процентов от всего мирового рынка зарубежного строительства атомных электростанций. Как правило, в каждом таком проекте заключаются долгосрочные контракты на гарантированное обеспечение новых АЭС ядерным топливом. А это, в свою очередь, обязывает страну-поставщика иметь достаточное количество урановых ресурсов, чтобы топливо бесперебойно производилось и поставлялось - с момента первой загрузки до вывода энергоблока из эксплуатации. Заметим, что для новых реакторов российской конструкции жизненный цикл составляет 60 и более лет.
Из этого с неизбежностью следует вывод: обеспеченность урановым сырьем сегодня и в перспективе чрезвычайно важна. В период до 2030 года уже действующие обязательства и запускаемые проекты "Росатома" примерно на 70-75 процентов обеспечены собственным сырьем с низкой себестоимостью. Это добыча урана в России, добыча на зарубежных активах "Росатома" и запас вторичных источников. А еще на 25-30 процентов требуются иные поступления: ввоз зарубежного сырья, включая "богатый" ОГФУ, расширение проектов с высокой себестоимостью добычи, регенерированное сырье.
Если речь вести о природном уране, то на долю России приходится 8 процентов его мировых запасов (четвертое место в мире), но лишь 2 процента с низкой себестоимостью добычи. В отличие от Казахстана (31 процент), Канады (15), Бразилии, Китая и ЮАР (по 11 процентов) России тут не подфартило. Но мы, что называется, не обиде и берем другим: российские ученые, конструкторы, инженеры разработали и отшлифовали самую эффективную технологию обогащения урана, довели до совершенных кондиций необходимое для этого оборудование.
Совокупные возможности созданных в нашей стране разделительных производств (то есть мощностей по обогащению) составляют около 40 процентов от общемировых. Поставки урановой продукции из России идут в 16 стран, не считая предприятий российского ядерного топливного цикла.
Российский метод обогащения урана на газовых центрифугах непрерывно совершенствуется и дает фору конкурентам. Здесь тот самый случай, когда основной доход приносит не продажа сырья, а высокие технологии. "Соло на центрифуге", как уже рассказывала "РГ", наши атомщики научились исполнять лучше других. А если так, зачем уступать рынок?
Важно и другое. "Росатом" развивает и активно внедряет технологии, которые ориентированы на максимальное использование потенциала ранее добытых природных ресурсов - без увеличения объема разработки месторождений. Как минимум, это свидетельствует об ответственной экологической политике. А если учесть, что последние семь лет (с 2014 года) при ценах на природный уран менее 80 долларов за килограмм его мировые запасы с низкой себестоимостью убывают со скоростью 55 тысяч тонн в год, накопленные запасы ОГФУ и вторичное сырье из других переделов становятся все более востребованным продуктом.
А в том, что касается организации производственного процесса, утверждают на предприятиях Топливной компании ТВЭЛ, нет принципиальной разницы, с каким сырьем работать - технологии переработки сырьевого ГФУ, то есть полученного из природного урана, и складированного ОГФУ идентичны.
- Более того, перерабатывать (доизвлекать или дообогащать) первые хвосты от диффуззии, так называемые "богатые" хвосты, значительно дешевле, чем добывать урановую руду, затем ее сублимировать, - уверяют на Зеленогорском ЭХЗ. - И с экологической точки зрения это гораздо лучше: на поверхность земли не выводятся дополнительные объемы урана, который в дальнейшем также превратиться в хвосты и потребует защитных мер.
При этом "Росатом", который позиционируется как глобальная технологичная компания, на практике демонстрирует современный и ответственный подход в обращении с ресурсами и активно продвигает технологии рециклирования ядерных материалов. Более того - становится лидером в разработке таких решений, которые позволяют повторно использовать продукты технологических переделов.
Ситуация с ОГФУ наиболее показательна, но есть и примеры другого порядка, прямо связанные с замыканием ядерного топливного цикла.
Взгляд со стороны
Валерий Меньщиков, член Совета Центра экологической политики России (ЦЭПР) и Общественного совета "Росатома":
На заседании Общественного совета "Росатома", где обсуждалась тема ОГФУ и причины ввоза его из-за границы, глава корпорации Алексей Лихачев напомнил, что мы уже встроены в международный рынок. При выполнении всех имеющихся заказов за рубежом мы будем испытывать большой топливный дефицит. Поэтому, запасая сейчас обедненный гексафторид урана, мы обеспечиваем себя сырьем под программы и контракты за горизонтом 2050 года. Какая-то часть, я думаю, пойдет на создание МОКС-топлива. Уже сейчас обедненный гексафторид урана может использоваться при фабрикации МОКС-топлива. Пока эти объемы незначительные, но со временем, конечно, возрастут. Большой плюс и в том, что на этом направлении мы имеем разработки мирового уровня. Это научно-производственное достижение, которым можно гордиться. В будущем же ОГФУ скорее будет необходим при неизбежном истощении наших природных запасов урана.
Не будем сбрасывать со счетов и сложности с закупками урана на международном рынке - притом что его доступные запасы неизбежно сокращаются. Занимаясь сегодня ОГФУ, мы создаем на будущее подушку безопасности для выполнения контрактных обязательств по поставкам топлива для АЭС по нашим проектам за рубежом.
Алексей Екидин, ведущий научный сотрудник радиационной лаборатории Института промышленной экологии Уральского отделения РАН:
Двухкомпонентная атомная энергетика решает проблему исчерпаемости запасов урана-238. Ни один другой исчерпаемый ресурс на нашей планете в таком объеме не представлен - ни уголь, ни нефть, ни газ, ни уран-235. Пожалуй, лишь торий может превосходить по объему уран-238, но и этот ресурс реализуем только в двухкомпонентной схеме, где должен присутствовать реактор на быстрых нейтронах. Запуск в серию таких реакторов параллельно решает задачу утилизации накопленных запасов обедненного гексафторида урана. Некоторые "зеленые" склонны называть это угрозой, хотя на самом деле это реальный и прагматичный путь увеличения энергоресурсов.
Двухкомпонентная схема - большой козырь "Росатома" в настоящий момент, никто иной в мире не может продемонстрировать коммерческое применение данных технологий. Попытки в этом направлении предпринимали и французы, и японцы, но никаких прорывов, сопоставимых с нашими БН-600 и БН-800, стабильно работающими на Белоярской АЭС, там не случилось. А два наших энергоблока на быстрых нейтронах - зримое подтверждение того, что коммерческое использование таких технологий возможно.