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May 10, 2024

석탄재와 바닷물에서 우라늄 채굴 최적화

지각을 구성하는 모든 원소 중에서 우라늄은 상당히 풍부하여 주석, 텅스텐, 은과 같은 원소에 앞서 49위를 차지합니다. 인류가 착취를 시작한 이후로

지각을 구성하는 모든 원소 중에서 우라늄은 상당히 풍부하여 주석, 텅스텐, 은과 같은 원소에 앞서 49위를 차지합니다. 인류가 에너지 생산의 핵분열성 특성을 위해 우라늄을 이용하기 시작한 이래로 이러한 풍부함은 채굴을 위한 광범위한 가용성으로도 해석되었습니다. 2019년 현재 카자흐스탄, 캐나다, 호주가 세계 생산량의 약 68%를 차지하는 주요 생산국을 이루고 있습니다.

핵분열 원자로에서 연료로 사용될 때 우라늄의 엄청난 에너지 밀도를 고려할 때 우라늄 수요는 상대적으로 낮으며, 특히 상업용 원자로의 긴(평균 2년) 재급유 주기와 결합하면 더욱 그렇습니다. 그 결과, 우라늄 연료의 잠재적 에너지의 일부만 사용하는 매우 비효율적인 일회성 연료 사이클에도 불구하고 우라늄 시장 가격은 지정학적 위기 속에서도 상대적으로 낮고 안정적으로 유지되었습니다.

그럼에도 불구하고 우라늄 시장 가격의 점진적인 상승(2003년 $10/lb, 2022년 $49/lb)과 새로운 원자로의 급속한 건설이 새로운 탐사를 주도하고 있습니다. 최근 혁신을 통해 일반 바닷물에서 발견되는 수십억 톤의 우라늄은 물론 매일 석탄 발전소에서 생산되는 수많은 비산회를 발견함으로써 우라늄 연료를 모든 국가에서 더욱 쉽게 이용할 수 있게 만들 수 있습니다.

대부분의 원자력 발전소 운영자가 핵분열성 U-235의 일부만 사용하는 일회성 연료 사이클을 선택하는 주된 이유는 원자력 발전소의 연료 비용이 엄청나게 낮기 때문입니다. 새로운 GW급 원자력 발전소의 초기 비용은 상당하지만, 40~100년 수명에 걸친 운영 비용은 매우 낮습니다. 이는 새로 형성된 악티나이드를 제거하기 위해 사용후 연료를 재처리하는 추가 비용이 드는 부분입니다. 그리고 초우라늄은 경제적으로 거의 의미가 없습니다.

이러한 경제적 측면은 고속 중성자로(FNR) 개발을 매력적이지 않게 만든 요인 중 하나이기도 합니다. 이러한 FNR은 중성자 포획을 통해 비옥한 동위원소로부터 자체 연료를 생산할 수 있지만 경수로(현재 가동 중인 사실상 모든 상업용 원자력 발전소)보다 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 이러한 요인들은 모두 특정 우라늄 자원이 땅이나 다른 자원에서 추출하는 것이 경제적인지 여부에 영향을 미치며, 이전에는 비산회와 바닷물에서 우라늄을 추출하는 것이 왜 경제적이지 않았는지 분명하게 보여줍니다.

지구의 바다와 바다에는 약 46억 톤의 우라늄이 포함되어 있지만 이를 이 광대한 물로 희석한다는 것은 10억 당 몇 개의 분자만 있는 물질을 걸러내야 한다는 것을 의미합니다. 비산재의 경우에도 유사하게, 재의 다른 성분으로부터 우라늄을 분리하는 작업은 현장 침출(ISL)과 같은 기존 채광 방법과 경쟁할 수 있을 만큼 효율적인 방식으로 수행되어야 합니다.

그러나 바닷물과 비산회에서 우라늄을 추출하는 또 다른 잠재적 이점은 전통적인 채굴이 환경에 미치는 영향을 완전히 피할 수 있는 동시에 비산재로 인한 환경 위험을 해결하는 데 잠재적으로 도움이 된다는 것입니다.

석탄재는 석탄 발전소의 굴뚝 안이나 근처에 설치된 전기 집진기 또는 유사한 장비에 의해 포집된 미세한 재 또는 비산회와 함께 보일러 바닥에 남아 있는 재로 구성됩니다. 여기에는 다량의 이산화규소, 산화알루미늄 및 이산화칼슘과 함께 약간의 남은 탄소가 포함되어 있습니다. 또한 이 제품에는 비소, 카드뮴, 6가 크롬, 납, 수은 등 많은 중금속과 유사한 문제가 있는 물질의 미량 원소가 포함되어 있습니다.

비산회를 재활용하거나 처리하는 방법을 찾는 것은 점점 더 문제가 되는 주제가 되어 왔습니다. 특히 비산회는 일반적으로 더 이상 대기로 방출되지 않고 대신 대규모 석탄재 연못에 저장되기 때문에 더욱 그렇습니다. 이러한 연못은 2008년 Kingston 화석 연료 공장 슬러리 유출 사고에서 알 수 있듯이 잠재적인 위험을 형성합니다. 이 사고로 인해 물과 혼합된 420만 입방미터(11억 미국 갤런)의 비산재가 인근 에모리 강으로 방출되었습니다. 후속 청소 작업으로 인해 유해 화학물질에 노출되어 약 40명의 근로자가 목숨을 잃었습니다.