แหล่งแร่ยูเรเนียม

  • ยูเรเนียมเป็นธาตุโลหะปกติธรรมดาชนิดหนึ่ง พบได้ในหินและน้ำทะเล แต่ความเข้มข้นระดับที่นำมาใช้ทางเศรษฐกิจนั้นจะสูงกว่าปกติ
  • การนำยูเรเนียมมาใช้เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานของโลกนั้น มีความเหมาะสมทั้งในแง่ธรณีวิทยาและเทคโนโลยีที่นำมาใช้
  • ปริมาณสำรองของแหล่งแร่มีมากกว่าที่เราเห็น
ยูเรเนียมเป็นธาตุที่พบได้ทั่วไปบนโลก เป็นโลหะธรรมดา เช่นเดียวกับ ดีบุกหรือสังกะสี เป็นองค์ประกอบของหินส่วนใหญ่และน้ำทะเล ความเข้มข้น (ppm = parts per million) ในแหล่งต่างๆ ได้แก่

แร่เกรดสูงมาก (แคนาดา)  - 20% U,

200,000 ppm U

แร่เกรดสูง - 2% U,

20,000 ppm U

แร่เกรดต่ำ - 0.1% U,

1,000 ppm U

แร่เกรดต่ำมาก (นามิเบีย) - 0.01% U,

100 ppm U

หินแกรนิต

4 - 5 ppm U

หินตะกอน

2 ppm U

บนผิวโลก (เฉลี่ย)

2.8 ppm U

ในน้ำทะเล

0.003 ppm U

สินแร่ คือ แร่หรือโลหะที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ที่มีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจที่จะสกัดออกมา ซึ่งต้องคำนึงถึงต้นทุนในการสกัดแยกออกมาและราคาตลาด ปัจจุบันน้ำทะเลและหินแกรนิตยังไม่นับเป็นสินแร่ยูเรเนียม แต่มีความเป็นไปได้ถ้าราคาสูงขึ้นมากพอ

การประเมินแหล่งแร่ยูเรเนียม จะต้องทราบปริมาณสินแร่เพื่อให้คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ และการเปรียบเทียบการลงทุนต่อผลตอบแทน รวมทั้งยังขึ้นกับผลการสำรวจก่อนหน้านั้น

การเปลี่ยนแปลงของต้นทุน ราคา หรือข้อมูลผลการสำรวจที่เพิ่มขึ้น ล้วนส่งผลต่อการประเมินทรัพยากรแหล่งแร่ ถ้าราคาของยูเรเนียมสูงกว่าปัจจุบันอีก 10 เท่า น้ำทะเลอาจจะกลายเป็นแหล่งแร่ยูเรเนียมขนาดใหญ่ที่มีศักยภาพ ดังนั้น การคาดการณ์ถึงอนาคตของแหล่งแร่ทุกชนิด รวมทั้งยูเรเนียม ซึ่งใช้พื้นฐานของต้นทุนและราคาตลาด รวมทั้งข้อมูลความรู้ทางธรณีวิทยา ในปัจจุบัน จึงดูเหมือนจะเป็นวิธีการที่ค่อนข้างโบราณ

เมื่อเวลาเปลี่ยนไป ปัจจัยที่เกี่ยวข้องก็มีการเปลี่ยนแปลง ทำให้แหล่งทรัพยากรที่ทราบข้อมูลแล้ว อาจจะไม่เพียงพอ ถ้าอัตราการใช้เพิ่มสูงมากขึ้น

แหล่งแร่ยูเรเนียม (Uranium availability)

จากการแบ่งคุณภาพของยูเรเนียมในตารางด้านบน เราสามารถแสดงปริมาณของแหล่งแร่ยูเรเนียมจากข้อมูลที่มีอยู่ในปัจจุบัน ได้ดังตารางด้านล่าง ซึ่งจะเห็นว่าประเทศออสเตรเลียนั้นเป็นแหล่งใหญ่ มีสัดส่วนของแหล่งแร่ยูเรเนียม 24% ของโลก ขณะที่คาซัคสถานมี 17% และแคนาดา 9%

แหล่งแร่ยูเรเนียมที่ทราบปริมาณและคุ้มค่าต่อการลงทุน

ประเทศ 

ยูเรเนียม (ตัน)

% ของโลก

ออสเตรเลีย

1,143,000

24%

คาซัคสถาน

816,000

17%

แคนาดา

444,000

9%

สหรัฐอเมริกา

342,000

7%

แอฟริกาใต้

341,000

7%

นามิเบีย

282,000

6%

บราซิล

279,000

6%

ไนเจอร์

225,000

5%

รัสเซีย

172,000

4%

อุซเบกิสถาน

116,000

2%

ยูเครน

90,000

2%

จอร์แดน

79,000

2%

อินเดีย

67,000

1%

จีน

60,000

1%

อื่นๆ

287,000

6%

รวม

4,743,000

 

Reasonably Assured Resources plus Inferred Resources, to US$ 130/kg U, 1/1/05, from OECD NEA & IAEA, Uranium 2005: Resources, Production and Demand ("Red Book").

หมายเหตุ: ผลการสำรวจในเดือนสิงหาคม ปี 2007 แหล่งแร่ของยูเรเนียมของออสเตรเลียได้เพิ่มขึ้นเป็น 1,558,000 ตัน ประเทศอื่นๆ ก็มีค่าเพิ่มขึ้นเช่นกัน แต่รานยงานยังไม่ได้รับการตีพิมพ์

ปัจจุบันมีการใช้ยูเรเนียมประมาณ 66,550 ตันต่อปี (tU/yr) ขณะที่ผลการสำรวจแหล่งแร่ยูเรเนียมอยู่ที่ 4.7 ล้านตัน ซึ่งจะเพียงพอต่อการใช้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบปกติที่ใช้ในปัจจุบันได้ประมาณ 70 ปี ตัวเลขที่ได้นี้ คำนวณด้วยพื้นฐานของแหล่งแร่ยูเรเนียมที่ทราบข้อมูลแล้ว ซึ่งจะมีการเปลี่ยนแปลง ถ้ามีการสำรวจเพิ่มขึ้นหรือแร่มีราคาสูงขึ้น

ระหว่างปี 1985 ถึง 2005 มีการสำรวจแหล่งแร่ยูเรเนียมน้อยมาก ดังนั้น ถ้ามีการสำรวจอย่างจริงจัง เราอาจจะได้ข้อมูลของแหล่งแร่ที่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจเพิ่มขึ้นถึง 2 เท่า และถ้าเปรียบเทียบด้วยพื้นฐานเดียวกับแร่โลหะชนิดอื่น ถ้าราคาเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า ปริมาณของแหล่งสำรองจะเพิ่มขึ้นเป็น 10 เท่า

ข้อมูลเหล่านี้ IAEA-NEA ได้รายงานในรูปของประมาณการจากแหล่งแร่ทั้งหมด ที่ 10 ล้านตัน (นอกเหนือจากแหล่งที่มีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ 4.7 ล้านตัน) ซึ่งสามารถรองรับตามอัตราการใช้ในปัจจุบันได้มากกว่า 200 ปี โดยยังไม่ได้รวมปัจจัยการพัฒนาทางด้านเทคโนโลยี ที่จะกล่าวถึงต่อไป ยังไม่รวมถึงแหล่งทรัพยากรแหล่งอื่น เช่น แร่ฟอสเฟตและแร่ฟอสฟอไรต์ (phosphate/ phosphorite) ที่มียูเรเนียมอยู่ในหางแร่ประมาณ 22 ล้านตัน และในน้ำทะเลที่มียูเรเนียมประมาณ 4,000 ล้านตัน ซึ่งในอนาคตอันใกล้นี้ ยังไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจที่จะสกัดออกมา

ประมาณ 20% ของยูเรเนียมในสหรัฐอเมริกา อยู่ตอนกลางของรัฐฟลอริดา ซึ่งเป็นหางแร่ฟอสเฟตที่ทำการผลิตมาตั้งแต่กลางทศวรรษ 1990 ซึ่งขณะนั้นยังไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ แต่ด้วยราคาที่สูงขึ้นของแร่ยูเรเนียมในปัจจุบัน จึงต้องมีการกลับมาประเมินใหม่ รวมทั้งแหล่งแร่คุณภาพต่ำในมอรอคโค โดยมีการวางแผนที่จะขยายการผลิตที่ฟลอริดา 400 ตันยูเรเนียมต่อปี นอกจากนั้น ยังมีการวางแผนที่จะสกัดยูเรเนียมจากเถ้าของถ่านหิน (coal ash) ด้วยเช่นกัน

การใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็ว (fast breeder reactor) จะทำให้เพิ่มประสิทธิภาพการใช้ยูเรเนียมได้มากกว่า 50 เท่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ชนิดนี้สามารถใช้เชื้อเพลิงพลูโตเนียม ที่ได้มาจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบปกติ ที่มียูเรเนียมธรรมชาติหรือ depleted uranium ทำหน้าที่เป็น "fertile blanket" เมื่อนำไปสกัดในโรงงานสกัดซ้ำ (reprocessing plant) จะทำให้แต่ละตันของยูเรเนียม สามารถให้พลังงานมากกว่าเครื่องปฏิกรณ์ปกติถึง 60 เท่า

ความต้องการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ (Reactor Fuel Requirements)

เครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วโลก มีกำลังผลิตไฟฟ้าประมาณ 370 GWe ต้องการยูเรเนียมประมาณ 57,000 ตัน โดยกำลังการผลิตนี้ สามารถเพิ่มขึ้นได้อีก โดยเพิ่มกำลังการเดินเครื่อง ซึ่งจะทำให้ความต้องการยูเรเนียมสูงขึ้นไม่มากนัก ปัจจัยทางด้านความต้องการเชื้อเพลิง จะถูกจำกัดด้วยแนวโน้มที่จะมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงได้มากขึ้น รวมทั้งประสิทธิภาพทางด้านอื่นที่สูงขึ้น ทำให้ความต้องการเชื้อเพลิงยังค่อนข้างคงที่ (กว่า 18 ปี จนถึงปี 1993 การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น 5 เท่า ขณะที่มีการใช้ยูเรเนียมเพิ่มขึ้นเพียง 3 เท่า) และดูเหมือนความต้องการใช้ยูเรเนียมต่อปีจนถึงปี 2010 จะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย

การลดปริมาณของแร่ที่เหลือในกระบวนการเสริมสมรรถนะ ก็มีส่วนทำให้ความต้องการใช้ยูเรเนียมสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงลดลง

กระบวนการสกัดซ้ำ (reprocessing) เชื้อเพลิงใช้แล้ว (spent fuel) ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำมวลเบา (light water reactors) ทำให้มีการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นประมาณ 1.3 เท่า

แหล่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สำคัญแหล่งหนึ่ง คือ คลังอาวุธนิวเคลียร์ ตั้งแต่ปี 1987 สหรัฐอเมริกาและประเทศในกลุ่มอดีตสหภาพโซเวียต ได้ลงนามในสนธิสัญญาลดอาวุธนิวเคลียร์ ทำให้หัวรบของประเทศเหล่านี้มีจำนวนลดลง 80%

อาวุธนิวเคลียร์มียูเรเนียมเสริมสมรรถนะ ยูเรเนียม-235 สูงกว่า 90% ซึ่งสูงกว่าที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กว่า 25 เท่า อาวุธนิวเคลียร์บางประเภทมีพลูโตเนียม-239 สามารถทำให้เจืองจาง (dilute) และนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบธรรมดาหรือแบบนิวตรอนเร็ว (fast breeder reactors) ตั้งแต่ปี 2000 มีการเจืองจางยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (high-enriched uranium) ที่ใช้ทางการทหารไปแล้วประมาณ 30 ตัน ซึ่งเทียบเท่ากับยูเรเนียมออกไซด์จากการทำเหมืองประมาณ 10,600 ตันต่อปี เท่ากับ 13% ของปริมาณที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วโลก

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทอเรียม (Thorium as a nuclear fuel)

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในปัจจุบันมีเพียงแต่ยูเรเนียมเท่านั้น แต่ความจริงทอเรียมก็สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบ CANDU หรือเครื่องปฏิกรณ์ที่ออกแบบพิเศษโดยเฉพาะ เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้นิวตรอนเร็ว เช่น เครื่องปฏิกรณ์แบบ CANDU สามารถเดินเครื่องได้ด้วยวัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียม โดยการเริ่มต้นเดินเครื่องด้วยวัสดุฟิสไซล์ (fissile material) เช่น U-235 หรือ Pu-239 เมื่ออะตอมของทอเรียม (Th-232) จับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์แล้วกลายเป็นเชื้อเพลิงฟิสไซล์ (U-233) ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องได้ เครื่องปฏิกรณ์ที่มีการออกแบบก้าวหน้า อาจจะเดินเครื่องได้โดยใช้เชื้อเพลิงทอเรียมเป็นเชื้อเพลิงหลักได้

วัฏจักรเชื้อเพลิงอาจจะมีความน่าสนใจ แต่ก็ยังไม่สามารถใช้ในเชิงพาณิชย์ จากรายงานปริมาณทอเรียมบนเปลือกโลกมีมากกว่ายูเรเนียมประมาณ 3 เท่า ในรายงาน 2005 IAEA-NEA "Red Book" ได้แสดงข้อมูลว่าทอเรียมมีปริมาณสำรอง 4.5 ล้านตัน โดยยังไม่รวมแหล่งอื่นในโลกที่ยังมีอีกมาก

 
ถอดความจาก: Uranium supply
เวบไซต์: www.uic.com