Új Szó - Vasárnap, 1979. január-június (12. évfolyam, 1-25. szám)
1979-05-13 / 19. szám
TUDOMÁNY és TECHNIKA Az uránércek hidrokémiai jövesztése A legközelebbi évtizedek energetikai helyzetének fejlődéséről világszerte élénk vita folyik, amely mély nyugtalanságot tükröz: vajon fedezhető-e a növekvő energiaszükséglet a természetes anyagi, energetikai és biológiai egyensúly felborulása nélkül? Az 1968—1978-as években az energiafogyasztás évi átlagban 5 százalékkal növekedett. Hasonló ütemű növekedés mellett az évezred végére az energia- fogyasztásnak 3,5-szörösére kellene növekednie, vagyis a jelenlegi mintegy 4200 megatonnáról 15 000 megatonna egyezményes tüzelőanyagra. E tüzelőanyag-mennyiség egyenlő értékű Szaúd-Arábia jelenleg ismert kőolajkészletével. Tuda- dosítanunk kell, hogy a fogyasztás jelenlegi növekedési ütemének megtartása mellett a fosszilis tüzelőanyagok már csak 50 évre lennének elegendők. A világ azonban távlatilag nincs csupán a fosszilis tüzelőanyagokra utalva, hiszen a korlátlan energiaellátásnak a jövőben több alternatívája is létezik. Elsősorban a maghasadásról, a megfűzióról, a napenergia és a geotermális energia kihasználásáról lehet szó. Az említett alternatívák közül egyelőre csak a magenergia kihasználása érte el az iparilag is érvényesíthető technológiai színvonalat. A jelenlegi időszakban a magenergetika nagyobb méretű fejlődését azonban a műszaki problémákon kívül egyes megoldatlan ökológiai kérdések is fékezik. A nyugat-európai országokban az atomenergetika és a környezet viszonya nemegyszer vált a politikai zsarolás, a pártok közötti harc témájává, sőt kormányválságok indítékává, anélkül, hogy figyelembe vették volna a kérdés gazdasági jelentőségét, s az illető országok népének valódi érdekeit. A szocialista országokban ilyen problémák nem fordulnak elő. Még a nyugati hírügynökségek is elismerően nyilatkoznak arról, hogy a szocialista országok lakosságának széles rétegei tisztában vannak az atomenergetika jelentőségével, érdekükben áll annak gyors kihasználása, beleértve a lakótelepek és az ipari központok fűtését is. Éppen ezért továbbra is gondoskodni kell a lakosság kellő tájékoztatásáról, hogy megszűnjenek az esetenként még tapasztalható aggodalmak, főleg az uránércek jö- vesztésével és a radioaktív hulladékok feldolgozásával kapcsolatban. Az atomenergetika fejlődése elsősorban a tüzelőanyagként felhasználható urán jövesztett mennyiségétől függ. A prognózisok szerint 2000-ben az uránszükséglet eléri a 2—3 millió tonnát. Ma még nem tudjuk, hogy ez a mennyiség a jövesztés jelenlegi módszereinek kihasználásával rendelkezésre áll-e a Földön. Világszerte körülbelül 1 millió tonna olyan készletet mutattak ki, amely kilogrammonként 40 dollárnál olcsóbban jöveszthető Feltételezhető azonban, hogy a jelenleg ismert uránlelőhelyek közelében, vagy más, eddig még fel nem kutatott térségekben további lelőhelyekre találnak, ezek készlete az említett kategóriában további 1 millió tonnára teliető. Számításba jöhet továbbá az az ismert, körülbelül 750 000 tonnára becsült készlet is, melynek jö- vesztési költsége kilogrammonként 40 dollártól 100 dollárig terjed. Léteznek azonban különleges uránforrások is, ezek hasznosítása azonban egyelőre áthidalhatatlan anyagi és technikai akadályokba ütközik. A világon jelenleg kitermelt összes foszfátból például évente 5000 tonna urán nyerhető. A feltételezések szerint az 1986-ban kitermelendő urán teljes mennyiségének ez mindössze 5 százalékát, 2000-ben pedig csak 2 százalékát jelentené. Hasonló mennyiségű urán nyeréséhez gránitból olygn nagy külszíni bányát kellene nyitni, amely tízszerese volna a jelenlegi legnagyobb külszíni bányának. Egy ilyen bánya építési költsége meghaladná az 1 milliárd dollárt. Ha tengervízből akarnánk előteremteni ezt a meny- nyiséget, ehhez 5000 km3 tengervizet kellene feldolgozni. Mindez azt bizonyítja, hogy az urán kiegészítő forrásaival egyelőre nem lehet komolyan foglalkozni. A számítások szerint 1985-ig összesen 500—600 ezer tonna uránra lesz szükség. Ebből arra lehet következtetni, hogy a kilogrammonként 40 dollárnál olcsóbban jövesztett urán legalább a nyolcvanas évek végéig fedezheti a szükségleteket. Ez a megállapítás azonban nem általános érvényű. A készletek elhelyezkedése geográfiai szempontból nagyon eltérő, ezért az egyes országokban a kevésbé értékes nyersanyagokat is feldolgozzák saját magenergetikájuk fejlesztése érdekében. Mindez azt jelenti, hogy nagyobb mennyiségű kőzet kerül feldolgozásra, nagyobb teljesítményű technológiai berendezéssel, nagyobb termelési és beruházási költségekkel. Ezek a technológiai folyamatok kedvezőtlenül hatnak a környezetre, főleg a talajra és a vízre. A környezetvédelmi normák és szabványok eddig is meghatározó szerepet játszottak az uránércek feldolgozásának technológiái fejlesztésében, s a jövőben is érvényesülni fognak. Ezek a körülménvek a tudományos kutatók és a műszaki dolgozók munkáját arra irányítják, hogy kifejlesszék és bevezessék a mélyművelésű jövesztés nem hagyományos módszereit. Ilyen új módszer például a mélyen fekvő rétegek kilúgozása anorganikus lú- gozó médiumok segítségével. Az uránt tartalmazó rétegekbe először lyukakat fúrnak, majd a kőzet jellege szerint vagy kénsavat, vagy pedig nátriumkarbonátot nyomnak a rétegbe. Az így keletkező mesterséges áramlás átjárja a kőzetet, az oldatot kiszivattyúzzák, s kivonják belőle az uránt. Az oldószer továbbterjedését hidraulikus függönnyel akadályozzák meg. A jövesztés más módszereihez viszonyítva az urán kilúgozása minimális mértékben hat a környezetre. A hidrokémiai jövesztés emellett a víz- áteresztő kőzetekben olcsóbb eljárás, mint a hagyományos bányászat. Munkavédelmi és higiéniai szempontból is lényegesen előnyösebb. A hidrokémiai eljárásnál keletkező hulladék minősége és jellege az alkalmazott technológiai folyamattól függően változik. Lényegesen több hulladék keletkezik a savanyú oldatok alkalmazásánál. A gyakorlatban inkább a lúgos, re- cirkulációs eljárást alkalmazzák, amelynél 1 kg uránra számítva mindössze 1.5 kg hulladék keletkezik. A leginkább vitatott kérdés a hidrokémiai jövesztés hatása a talajvízre. Az urán jelenléte azonban egyébként is károsan hat a talajvízre. Előfordulhat, hogy a felhasznált oldószer nem kívánatos irányban megszökik, ilyen esetben fel kell számolni a furatot. Preventív intézkedésekkel, a furatok állandó ellenőrzésével és a csővezetékek minőségének javításával azonban az ilyen esetek kiküszöbölhetők. A hagyományos bányászatnak és a hidrokémiai jövesztésnek azonban eltérő követelményeik vannak a talajvíz állapotával szemben. Amíg a bányászatnak inkább lecsapolt, víztelenített terepre van szüksége, az új eljárás számára előnyösebb, ha megmarad az eredeti állapot. Ezért igen körülményes mindkét módszert egyidejűleg alkalmazni aránylag egymáshoz közel fekvő területeken. Egyrészt az a veszély fenyegetne, hogy az oldat könnyen utat találna a lecsapolt rétegekbe, ahol jelentős károkat okozna, rontaná a bányászok munkájának higiéniai feltételeit, meggyorsítaná a berendezések korrózióját, másrészt pedig az így elszivárgó oldat a benne levő uránnal együtt veszendőbe menne. Hidraulikus gátakkal azonban ez a probléma megoldható. A hidrokémiai jövesztés a kutatók tapasztalatai szerint nagy jövő előtt áll, bár még számos problémát meg kell oldani mind a bánya- mind a vegyipar területén. Ez a korszerű eljárás már a közeljövőben más fémek jövesztésénél is bevezethető. RENÉ LASTOVKA Az atomenergetika biztonságos fejlesztésének egyik fontos követelménye, hogy a berendezések, különösen a reaktortartály és a primer kör tartozékai megfelelő tulajdonságú öntvényekből készüljenek. Az új rendszerű cirkóniumöntvények fejlesztése arra irányul, hogy nagyobb nyomás hatására 450—500 C" hőmérsékleten se deformálódjanak. Ezzel a kutatási feladattal foglalkoznak Josef Cadek, a Csehszlovák Tudományos Akadémia levelező tagja, valamint Maria Pahutová mérnök, a műszaki tudományok kandidátusa, a CSTA brnói Fizikális Kohászati Kutatóintézetének dolgozói (A CSTK felvétele) M ivel a villamos energia napjainkban még nem tárolható, a hálózatba mindig annyi energiát kell táplálni, hogy kielégíthessék vele a pillanatnyi igényeket. Az energiafelvétel na;j- szakok szerinti ingadozását csúcserőművek beiktatásával oldják meg, amelyek a hirtelen megnőtt fogyasztás közötti időszakokban üresen járnak. Ezek ún. meddő energiáját a leggyakrabban víz szivatíyúzásra használják fel: a csúcsidőszakban a turbinákra zúdult víz egy részét a meddő időszakban visszaszivattyúzzák a víztárolóba. Vannak azonban olyan csúcserőművek is, amelyek a fölös energiát vízbontásra használják, oxigént és hidrogént nyerve. Mind a két elem az ip;jr fontos alapanyaga, az utóbbi rendkívül értékes energiahordozó. Az űrkutatási kísérletek során merült fel először a' hidrogén hajtóanyagként való hasznosítása. A mai rakéták nagy része hidrogén és oxigén keverékével működik. A kísérletek során sikerült kidolgozni a rendkívül gyúlékony — oxigénnel keveredve pedig veszedelmesen robbanékony — hidrogén tárolásának, szállításának és a vele való manipuláció alapvető problémáit, így megnyílt az új hajtóanyag előtt az ipari aikalmazáshoz vezető út. A hidrogén ugyanolyan sokoldalúan felhasználható fűtőanyag, mint a jelenleg forgalomban levő folyékony társai, a benzin és a fűtőolaj: kazánok, tűzhelyek, erőművek fűtésére csakúgy alkalmas, mint autók, jármüvek meghajtására. A jelenlegi tüzelőanyagokkal szemben van egy néhány lényeges előnye: égése során a hidrogén háromszor annyi energiát szolgáltat, mint azonos súlyú kőolaj, csaknem kétszer annyit, mint a földgáz. Ezenkívül a hidrogén égése során csupán vízgőz keletkezik, nem kerül a környezetbe semmilyen szennyező anyag. Bár a hidrogén ipari méretű előállítása évtizedek óta megoldott — a már említett elektrolízis, valamint izzó szén vízgőzzel történő kezelése útján —, az így előállított energia nagyon drága, ez szab gátat elterjedésének. A napsugárzás vegyi energiává való közvetlen á'ala- kításánál elhanyagolhatók az átalakulás folyamán fellépő veszteségek és ez megnyithatja az utat a tömeges felhasználás felé/ NAPSUGÁRBÓL VEGYI ENERGIA A hetvenes évek kezdetén japán kutatók laboratóriumi kísérletei vetették fel először a fény- és hőenergia vízbontásra való . alkalmazásának lehetőségét. Kísérleteikben n-típusú félvezető (amelyben az elektronok vezetik az áramot) szerepelt az elektrolízis anódjóként (pozitív elektródjaként), a katód (negatív elektród) platina lemez volt. Az elektrolit közönséges víz volt. A hagyományos elektrolízissel ellentétben, ahol a vízbontás megfelelő nagyságú feszültség hatására jön létre, a két elektródra olyan kis feszültséget kapcsoltak, amely még nem okoz semmiféle bomlást a vízben, csupán az elektródok között kis áram folydo- gált. Az elektródokat napfénnyel megvilágítva hirtelen megnőtt az átfolyó áram, miközben az anódon oxigén, a katódon pedig hidrogén kezdett fejlődni. A világítás megszűnése után az áram visszaesett az eredeti értékre, az oxigén és a hidrogén kiválása pedig abbamaradt, tehát a napenergia „konzerválódott“ vegyi energia — a kivált oxigén és hidrogén — formájában. Hamarosan európai laboratóriumok is felfigyeltek ezekre a kísérletekre és tovább kezdték vizsgálni az érdekes jelenséget. Kiderült, hogy minden félvezető alkalmas a gázkiválasztásra — csak a p-típusú (pozitív típusú, amelyben az elektronhiány, a „lyukak“ vezetik az áramot) a katódra kapcsolva reagál ily módon. Hamarosan sikerült kielégítő magyarázatot adni a jelenségre. Az már korábban is ismeretes volt, hogy két félvezető lapocska, vagy félvezető és fém szoros érintkezései helyén határfelület alakul ki, amelyen megváltozik a vezetési és vegyérték- sávok energiája. Ennek következtében a félvezetőben az áramot szállító elektronok és „lyukak nem tudnak minden irányban egyforma sebességgel mozogni, a negatív töltésű elektronok az egyik, a pozitív töltésű „lyukak“ a másik irányban ütköznek kisebb ellenállásba, tehát a határfelület egyfajta egyenirányítóként viselkedik. Ugyanez a helyzet alakul ki a vízbe mártott félvezető esetében: a folyadék és az elektród között határfelület alakul ki. Az n- típusú félvezetőben a gyenge feszültség hatására az elektronok a fé'vezető belsejébe, a „lyukak“ a vizes oldatba vándorolnak. A vízben levő negatív hidroxil ionokkal azonnal reagálnak a pozitív „lyukak“, semleges hidroxil gyök létrejötte és oxigéngáz felszabadulása közben. A félvezető belsejében maradt elektron az áramkörön keresztül az ellentétes elektródra, a katódra vándorol, ahol a jelenlevő pozitív hidrogén ionnal egyesülve szabadul fel a semleges töltésű hidrogén gáz. A hagyományos hidrogénfelszabadító eljárásokkal szemben ez a módszer egyszerűbb és kényelmesebb. A napenergia közvetlenül vegyi energiává való átalakításának lehetősége, a napenergia kimeríthetetlensége további kutatásra ösztönözte a tudósokat. A hagyományos félvezető kristályok elő állítása azonban meglehetősen drága, ezért szélesebb körű alkalmazásra csak az elektródok olcsóbbá tételével kerülhet sor. A kö zelmúltban sikerült is megoldani az olcsó szilícium szalagkristályok növesztését, a módszer ipari méretű alkalmazása az eddig használt eljárásoknál olcsóbbá teheti a hidrogén előállítását. A további kísérletek kimutatták, hogy a jelenség nemcsak az aránylag költségesen előállítható félvezetőkkel, de egyszerű, olcsó vegyületekke! is lejátszódik, mint a kadmiumszulfid, a wolf- ramtrioxid és a vasoxid. Mivel a hidrogénfejlesztés vízbontás útján történik, ezek az elektródok nagymértékű korróziónak vannak kitéve, ami élettartamukat jelentősen megrövidíti, ezért végső soron olcsóbb a félvezető szalagkristályok alkalmazása. Az újfajta energiaelőállításnak nagy előnye a világszerte szór galmazott nap- és szélerőművekkel szemben, hogy a villamos hálózat nem függ közvetlenül az időjárás viszontagságaitól, mivel a napsütéses időben kitermeit többlethidrogén fedezheti a borús idő termelésének deficitjét. A gyors fejlődés következtében már a közeljövőben felmerülhet a napenergia vegyi energiává való átalakításának szélesebb körű alkalmazása. Bár még egy sor kérdésre kell megtalálniuk a ku totóknak a választ, az eddigi eredmények biztató sikerekkel kecsegtetnek. OZOGÄNY ERNŐ 1979. V. 13. N C/3
