Notizia

May 10, 2024

Ottimizzazione dell'estrazione dell'uranio dalle ceneri di carbone e dall'acqua di mare

Tra tutti gli elementi che compongono la crosta terrestre, l'uranio è ragionevolmente abbondante e si colloca al 49° posto, davanti a elementi come stagno, tungsteno e argento. Da quando l'umanità ha cominciato a sfruttare

Tra tutti gli elementi che compongono la crosta terrestre, l'uranio è ragionevolmente abbondante e si colloca al 49° posto, davanti a elementi come stagno, tungsteno e argento. Da quando l’umanità ha iniziato a sfruttare l’uranio per le sue proprietà fissili nella produzione di energia, questa abbondanza si è tradotta anche in un’ampia disponibilità per l’estrazione mineraria. Nel 2019, Kazakistan, Canada e Australia costituivano i principali produttori mondiali, rappresentando circa il 68% della produzione.

Considerando l’enorme densità energetica dell’uranio quando utilizzato come combustibile in un reattore a fissione nucleare, la domanda di uranio è relativamente bassa, soprattutto se combinata con i lunghi cicli di rifornimento (due anni in media) dei reattori commerciali. L'effetto è che anche con il ciclo del combustibile unico, molto inefficiente – che utilizza solo una frazione dell'energia potenziale del combustibile a base di uranio – i prezzi di mercato dell'uranio sono rimasti relativamente bassi e stabili anche in mezzo alle crisi geopolitiche.

Nonostante ciò, il graduale aumento dei prezzi di mercato dell’uranio (10 dollari/libbra nel 2003, 49 dollari/libbra nel 2022), così come la rapida costruzione di nuovi reattori, stanno spingendo nuove esplorazioni. Qui le recenti innovazioni potrebbero rendere il combustibile a base di uranio ancora più accessibile a tutte le nazioni, liberando i miliardi di tonnellate di uranio presenti nell’acqua di mare e le molte tonnellate di ceneri volanti prodotte ogni giorno dalle centrali a carbone.

Il motivo principale per cui la maggior parte degli operatori di impianti nucleari opta per un ciclo del combustibile a ciclo unico che utilizza solo una frazione dell’U-235 fissile è che i costi del carburante per un impianto nucleare sono incredibilmente bassi. Mentre i costi iniziali per una nuova centrale nucleare di livello GW sono considerevoli, i costi operativi nel corso della sua vita di 40-100 anni sono molto bassi, ed è qui che si aggiunge il costo aggiuntivo del ritrattamento del combustibile esaurito, per rimuovere gli attinidi appena formati e transuranici, ha poco senso dal punto di vista economico.

Questo aspetto economico è anche uno dei fattori che hanno reso poco attraente lo sviluppo dei reattori a neutroni veloci (FNR). Sebbene questi FNR possano produrre il proprio combustibile da isotopi fertili attraverso la cattura di neutroni, sono più complicati e costosi di un reattore ad acqua leggera – praticamente tutti gli impianti nucleari commerciali in funzione oggi. Tutti questi fattori giocano un ruolo nel determinare se è economico estrarre determinate risorse di uranio dal suolo o da altre fonti, rendendo abbastanza ovvio il motivo per cui l’estrazione dell’uranio dalle ceneri volanti e dall’acqua di mare non era economica prima.

Anche se i mari e gli oceani della Terra contengono circa 4,6 miliardi di tonnellate di uranio, la sua diluizione in queste vaste acque significa che è necessario filtrare una sostanza di cui esistono solo poche molecole per miliardo. Allo stesso modo per le ceneri volanti, la separazione dell’uranio dagli altri componenti delle ceneri deve essere effettuata in modo sufficientemente efficiente da competere con i metodi di estrazione esistenti, come la lisciviazione in situ (ISL).

Tuttavia, un altro potenziale vantaggio dell’estrazione dell’uranio dall’acqua di mare e dalle ceneri volanti è che può evitare completamente l’impatto ambientale dell’estrazione mineraria tradizionale, contribuendo potenzialmente ad affrontare il rischio ambientale rappresentato dalle ceneri volanti.

La cenere di carbone è costituita dalla cenere che rimane sul fondo della caldaia insieme alla cenere fine, o cenere volante, che viene catturata da precipitatori elettrostatici o apparecchiature simili installate all'interno o in prossimità dei camini della centrale a carbone. Contiene parte del carbonio residuo, insieme a grandi quantità di biossido di silicio, ossido di alluminio e biossido di calcio. Inoltre contiene oligoelementi di molti metalli pesanti e sostanze altrettanto problematiche, tra cui arsenico, cadmio, cromo esavalente, piombo e mercurio.

Trovare un modo per riciclare o trattare le ceneri volanti è stato un argomento sempre più problematico, soprattutto ora che le ceneri volanti generalmente non vengono più rilasciate nell’atmosfera, ma invece immagazzinate in enormi bacini di cenere di carbone. Questi stagni costituiscono un potenziale pericolo, come illustrato dalla fuoriuscita di liquami della Kingston Fossil Fuel Plant del 2008, che ha rilasciato 4,2 milioni di metri cubi (1,1 miliardi di galloni USA) di ceneri volanti mescolate con acqua nell'adiacente fiume Emory. La successiva bonifica costò la vita a circa 40 lavoratori a causa dell'esposizione alle sostanze chimiche pericolose.