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Ökonomischer und ökologischer Vergleich der konventionellen und unkonventionellen Urangewinnungsmethoden

Seminararbeit 2015 20 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Bergbau

Leseprobe

INHALTSVERZEICHNIS

1 EINLEITUNG
1.1 Problemstellung
1.2 Gang durch die Arbeit

2 AKTUELLER WELTWEITER URANBEDARF

3 URANGEWINNUNGSMETHODEN
3.1 Konventionelle Urangewinnung
3.1.1 Uran als Nebenmineral 7.
3.2 Unkonventionelle Urangewinnung
3.2.1 Urangewinnung aus Meerwasser
3.2.2 Urangewinnung aus Phosphatlagerstätten
3.2.3 Urangewinnung aus Schwarzschiefer
3.2.4 Urangewinnung aus Kohleasche

4 VERGLEICH DER VORGESTELLTEN METHODEN
4.1 Ökonomischer Vergleich
4.2 Ökologischer Vergleich
4.2.1 Uranbergbau
4.2.2 In-Situ-Leaching-Verfahren (ISL)
4.2.3 Unkonventionelle Methoden

5 AUSWERTUNG DES VERGLEICHS

LITERATURVERZEICHNIS

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Diese Arbeit behandelt im Schwerpunkt den ökonomischen sowie ökologischen Vergleich der konventionellen und unkonventionellen Urangewinnungsmethoden. Inhaltlich soll im Verlauf der Arbeit erörtert und dargelegt werden, welche unkonventionellen Urangewinnungsmethoden bekannt und technisch realisierbar sind. Anschließend sollen die Gewinnungsmethoden anhand von wirtschaftlichen Faktoren auf ihre Rentabilität geprüft, sowie die ökologischen Folgen der verschiedenen Gewinnungsmethoden evaluiert werden.

1.2 Gang durch die Arbeit

Zu Beginn dieser Seminararbeit wird in Kapitel 2 ein kurzer Ausblick auf den momentanen weltweiten Uranbedarf sowie die vorhandenen Ressourcen geworfen. Anschließend werden in Kapitel 3.1 die konventionellen Urangewinnungsmethoden kurz analysiert und erläutert. Kapitel 3.2 stellt im ersten Schritt die unkonventionellen Urangewinnungsmethoden vor, welche in den weiteren Unterkapiteln dargestellt und konkretisiert werden. Im Kapitel 4 findet schließlich ein Vergleich zwischen den verschiedenen Methoden auf ökonomischer (Kapitel 4.1) und ökologischer (Kapitel 4.2) Ebene statt. Kapitel 5 liefert eine kurze Auswertung des Vergleichs, sowie eine Schlussbetrachtung der Seminararbeit und der Zukunft der Urangewinnung.

2 Aktueller weltweiter Uranbedarf

ln Deutschland beschloss 2011 die Bundesregierung nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima den stufenweisen Atomausstieg bis 2022.[1] Dennoch nimmt der weltweite Uranbedarf zu. Laut Analysten ist im Jahre 2020 mit einer Zunahme des Uranbedarfs von 50% gegenüber dem Jahre 2011 zu rechnen. Vor allem durch die zunehmende Industrialisierung von Schwellenländern wie Indien, Russland und China steigt auch deren Energiebedarf, welcher zum großen Teil mit Kernenergie gedeckt werden soll. Vor allem in China findet ein Umdenken statt, weg von fossilen Brennstoffen - hin zur treibhausarmen Kernenergie. Ebenfalls wird in den Regionen Nordamerika, Lateinamerika und Afrika mit einem Anstieg des Uranverbrauchs gerechnet. Weltweit befinden sich 60 Reaktoren in der Bauphase und 163 in der Planungsphase (Stand: 2012).[2] [3]

Aktuell gehen die in Japan abgeschalteten Atomkraftwerke (AKWs) wieder in Betrieb. Zusammen mit den neu errichteten AKWs steigt damit die weltweite Nachfrage nach Uran sowie deren Marktpreis auf den Spotmärkten. Langfristig wird der Uranmarkt eine Angebotsknappheit о aufweisen, welche durch geschlossen werden muss.

Momentan betragen die aktuellen weltweiten Uranressourcen 13,4 Millionen Tonnen. Die Besonderheit im Gegensatz zu anderen Energierohstoffen ist, dass die Vorräte (Ressourcen und Reserven) nach Gewinnungskosten unterteilt werden. Die momentane Grenze liegt bei <80USD/kg Uran. Einige Länder wie Argentinien, Iran oder Indien veröffentlichen keine Daten bezüglich ihrer Vorkommen, weshalb der angegebene Wert von 13,4 Millionen Tonnen spekulativer Natur ist.[4]

Um Langfristig den weltweit steigenden Uranbedarf decken zu können, wird es nötig sein neben dem konventionellen Abbauverfahren sowie der Abrüstung von Kernwaffen und der Wiederaufbereitung von Kernelementen auch unkonventionelle Abbauverfahren wie der Urangewinnung aus Schwarzschiefer oder auch Kohle in Betracht zu ziehen.

3 Urangewinnungsmethoden

3.1 Konventionelle Urangewinnung

Grundsätzlich gibt es vier verschiedene konventionelle Urangewinnungsmethoden mit folgenden Anteilen: Tagebau 27,3%; Untertagebau 32,0%; Lösungsbergbau 27,2% und Uran als Nebenprodukt £T 8,9%. Die größten Uranerzvorkommen der Erde befinden sich in Kanada, Russland, Kasachstan, Australien, USA, Südamerika sowie Namibia und Niger. Die Konzentration von Uran in der Erdkruste beträgt 2 bis 3 ppm. Uran kann in den meisten magmatischen, metamorphen sowie sedimentären Prozessen angereichert und umverteilt werden. Bei Uranerzlagerstätten gibt es sieben verschiedene Typen, wobei drei davon besonders wichtig sind, nämlich die Diskordanzlagerstätten, die Konglomeratlagerstätten, sowie die in Sandsteinen vorkommenden Lagerstätten.[5] [6] Konventionell wird Uran in diesen Lagerstätten im Tiefbau, im Tagebau sowie im sogenannten Lösungsbergbau gewonnen. Das Verfahren zur Exploration, Gewinnung und Förderung ist dabei dasselbe, wie bei den üblichen nichtregenerativen Energieressourcen wie Braun­oder Steinkohle.

Die Exploration beginnt in der Regel mit großräumigen Untersuchungen (spektrometrische Befliegungen sowie geochemische Beprobungen) als auch elektromagnetische, gravimetrische und magnetische Vermessungen des potentiellen Abbaugebiets. Aufschlussbohrungen zur lithrochemischen Beprobung als auch der Bestimmung des Erzgehaltes folgen anschließend.

Die nächsten Schritte sind die sogenannte pre- feasibility sowie die feasibility Studie, welche die Wirtschaftlichkeit der Unternehmung betrachten. Der Aufschluss der Lagerstätte erfolgt dabei analog zu den Parametern der Lagerstätte (Lage, geologische Beschaffenheit des Rohstoffkörpers, Lagerstättenmächtigkeit sowie Hydrogeologie, Diskontinuitäten im Gebirge etc.), wobei die meisten gängigen Abbauverfahren angewendet werden.[7]

Der überwiegende Teil des Uranerzevorkommens wird im Tiefbau in einer Tiefe von mehr als 200 Metern unter Tage gewonnen. Erschlossen wird die Lagerstätte über die bekannten Aufschlussgrubenbaue wie Stollen, Rampen, Wendel, und Schächte. Des Weiteren wird zwischen dem Magazinabbau bei festem Nebengestein und dem Firstenstoßbau bei Lagerstätten mit geringer Mächtigkeit unterschieden. Zum Schutz der Bergarbeiter werden reiche massige Uranerze, in denen die Strahlenbelastung besonders hoch ist mittels besonderen maschinellen Abbauverfahren gewonnen (״non-entry-mining“).[8]

Bei Tiefen von bis zu 200 Metern wird das Uranerz im Tagebau ausgebeutet. Darüber hinaus hat sich ein weiteres konventionelles Abbauverfahren gebildet, welches geringe Kosten aufweist, weniger anspruchsvoll und angeblich umweltfreundlich ist, nämlich das In-Situ- Leaching-Verfahren (ISL) oder auch Lösungsbergbau. Um Zugang zu dem Uran zu erhalten, werden zuerst mehrere Löcher in die poröse Lagerstätte gebohrt und anschließend werden die Uranbestandteile mit Hilfe von meist verdünnter Schwefelsäure gelöst und durch die Bohrlöcher an die Oberfläche befördert. Folgend wird durch chemische Reaktionen das gelöste Uran weiterverarbeitet und kann als Kernbrennstoff für Kernkraftwerke fungieren.[9]

Die Aufbereitung des Urans beinhaltet im ersten Schritt das Entfernen von unerwünschten Begleitstoffen durch Extraktion, Filtern und Dekantieren. Folgend wird durch eine Addition von Ammoniak Uran aus der Flüssigkeit ausgefällt. Schließlich entsteht durch Trocknung und Eindickung der Lösung der sogenannte ״Yellowcake“, welcher einen Urangehalt von etwa 70-80% aufweist. In einem weiteren Schritt, dem sogenanntem Calzinieren kann Urankonzentrat (Uranoxid U308) hergestellt werden.[10] Nicht zu vernachlässigen ist bei dem ISL-Verfahren noch der ökologische Aspekt sowie die langfristigen Folgen für die Umwelt. Bei allen konventionellen Gewinnungsarbeiten fallen radioaktive Abfallprodukte und problematische Schwermetalle an. Insbesondere bei dem In-Situ- Leaching-Verfahren besteht eine große Gefahr der Kontamination des Grundwassers durch eine Mischung aus Schwermetallen, Säure und Radionukliden. Die Uranmine Königstein der Wismut GmbH im östlichen Erzgebirge, welche das ISL-Verfahren anwandte wird seit 1990 aufwendig saniert um die entstandenen ökologischen Schaden dauerhaft zu beseitigen. Darüber hinaus waren zahlreiche Mitarbeiter über einen längeren Zeitraum der Belastung ausgesetzt und erlitten dabei häufig Krebserkrankungen oder verstarben früh.[11]

3.1.1 Uran als Nebenmineral

ln Südafrika, Australien und Indien gibt es Lagerstätten, in denen Uran lediglich als Nebenmineral ökonomisch effizient gewonnen werden kann. Aufgrund wirtschaftlicher Umstände Südafrikas existiert momentan nur ein Goldbergwerk, nämlich ״Vaal River“, in dem das Uran als Nebenprodukt zu Gold gewonnen wird. In den übrigen Goldbergwerken des Landes landet das Uran auf den Deponien unter weiteren Aufbereitungsrückständen. In der massiven Kupferlagerstätte Olympic Dam, Australien, ist Uran mit einer Konzentration von 0,053 % vorhanden, was 302 Tonnen Uran entspricht. Ebenfalls Kupfererze aus den Lagerstätten Rakha, Surda und Mosaboni, Indien enthalten eine Urankonzentration von etwa 0,0085 %, welches in den dortigen Aufbereitungsanlagen von Kupfer und weiteren Abbaurückständen getrennt wird.[12]

[...]


[1] Vgl. http://www.sueddeutsche.de/politik/gesetzespaket-zur-energiewende-kabinett- beschliesst-atomausstieg-bis-1.1105474

[2] Vgl. http://www.wiwo.de/finanzen/boerse/atomkraft-der-globale-uranbedarf-wird- zunehmen/6619648.html

[3] Vgl. http://www.investor-verlag.de/rohstoffe/der-uranbedarf-ist-nur-voruebergehend- aesunken-trendwende-voraus/111199571/

[4] Vgl. Andruleit, Energiestudie 2014, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) S.41 ff

[5] Vgl. OECD/NEA (2010): Uranium 2009: Resources, Production and Demand; Daten aus 2008

[6] Vgl. Das Bergbau-Handbuch, s. 215 ff.

[7] Vgl. Das Bergbau-Handbuch, s. 217

[8] Vgl. Das Bergbau-Handbuch, s. 217

[9] Vgl. http://www.energiewendebuendnis.de/Uranabbau/uranabbau.html

[10] Vgl. http://www.kernbrennstoff.de/inhalte/brennstoffkreislauf/uran-reichweite.html

[11] Vgl. http://www.umweltanwaltschaft.at/atomschutz/glossar-zum-thema/8830-situ- laugung

[12] Vgl. Diehl Peter, Greenpeace Reichweite der Uran-Vorräte der Welt, Berlin 2006 s. 13

Details

Seiten
20
Jahr
2015
ISBN (eBook)
9783668728424
ISBN (Buch)
9783668728431
Dateigröße
563 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v428150
Institution / Hochschule
Technische Universität Clausthal – Institut für Bergbau
Note
2,0
Schlagworte
Uran Urangewinnung konventionelle Urangewinnung unkonventionelle Urangewinnung

Autor

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