In einem der letzten Artikel habe ich erwähnt, dass es im Meer etwa 4,5 Mrd. Tonnen Uran gibt und man dieses potentiell gewinnen könnte. Es wurde aber mehrfach angezweifelt, dass man dieses Uran überhaupt aus dem Meerwasser gewinnen kann. Immerhin sind es nur 3,3 Milligramm Uran pro Kubikmeter Meerwasser.

Es ist nun schon länger bekannt, dass es Uran im Meerwasser gib. Seit der Entwicklung der ersten Kernreaktoren gibt es auch Forschungsprogramme, die versuchen möglichst elegant (und billig) an dieses Uran heran zu kommen.

1980 hat A.D.Kelmers erste Ergebnisse zusammengetragen in “The recovery of uranium from seawater – Status of Technology and Needed Future Research and Development“. Stand der Technik war damals das Meerwasser durch ein Bett aus einem Titanoxidadsorber zu pumpen und anschließend das Uran von dort zu extrahieren. Industrielle Prozesse wurden daraus nie konkret entwickelt, oder kamen zumindest nicht sonderlich weit über den Punkt der Notizzettelsammlung auf einem Schreibtisch hinaus.

Die geschätzten Kosten beliefen sich 1980 auf $2100-3600 pro Pfund Uran, was inflationsbereinigt etwa 14-20.000 Euro pro kg entspricht. Das wäre das 200-fache des aktuellen Marktpreise. Zur Erinnerung: Mit Uran kann man in schnellen Brütern (oder ähnlichen Reaktoren) im günstigsten Fall etwa 8mio kWh Strom pro kg erzeugen. Das würde 0,25 Cent pro kWh entsprechen. Wenn man dieses Uran im ungünstigsten Fall ohne Anreicherung direkt in einem Schwerwasserreaktor verwendet und nicht aufarbeitet, dann kann man pro kg nur 56.000kWh Strom erzeugen. In dem Fall würde das Uran noch im ungünstigesten Fall 36ct pro kWh kosten.

Ein Schwerwasserreaktor erreicht mit Natururan einen Abbrand von etwa 7000 MWd pro Tonne. (Das sind Megawatt Tage Wärme.) Bei einer Effizienz des Kraftwerks von 33% sind das 56000 kWh pro kg.

Das Jahr 1980 liegt jetzt 35 Jahre in der Vergangenheit. Schon in den 10 Jahren danach hat sich einiges getan. Es wurden Adsorber auf Kunststoffbasis entwickelt, die deutlich besser funktionieren als Titanoxid. In den 90er Jahren wurden diese Kunststoffe so weit entwickelt, dass sie stabil genug waren um eine möglichst große Oberfläche zu haben und trotzdem noch im Meer frei schwimmen können, ohne dabei zu zerfallen.

Anstatt Meerwasser durch den Adsorber hindurch zu pumpen, lässt man ihn einfach im Meerwasser treiben und wartet ein paar Wochen ab. Die Arbeit der Pumpen wird dann von der Meeresströmung übernommen. (Was natürlich auch heißt, dass die Menge die man so pro Jahr gewinnen kann, von der stärke der Strömung begrenzt wird.) Dann holt man den Adsorber wieder ein und spült das Uran aus. Es sollte klar sein, dass man so einiges an Kosteneinsparungen haben kann.

Diese Entwicklung führte dazu, dass man ab 1999 nicht nur Notizzettel auf Schreibtischen ausbreitete, sondern in den folgenden zwei Jahren eine Anlage im Meer betrieb. (Die Bilder von dem Paper in Farbe gibt es in dieser Präsentation der IAEA.) Im Testbetrieb wurde mit der Anlage im Pazifik vor Japan ein Kilogramm Uran gewonnen. Damit kann man ernsthafte Kostenabschätzungen machen, die nicht nur aus theoretischen Betrachtungen bestehen. Das beste erzielte Ergebnis entsprach Kosten von 32.000 Yen/kg Uran (knapp $300 pro kg) wobei man glaubt mit dem gleichen Verfahren die Kosten auf 25.000 Yen/kg reduzieren zu können. (Durch die 18-fache Verwendung des Adsorbers, anstatt nur 8-facher Verwendung.)

Natürlich muss man solche Zahlen mit Vorsicht betrachten. Die Realität hat die Angewohnheit, Dinge schwieriger und teurer zu machen, als man zunächst glaubt. Und selbst wenn die Kostenschätzung stimmt, ist sie immernoch ein mehrfaches des aktuellen Marktpreises. Es würde sich also aus betriebswirtschaftlichen Gründen nicht lohnen, auf diese Weise Uran zu gewinnen. Aber das ist nicht das Maß aller Dinge. Selbst ein Preis von $1000/kg würden im ungünstigsten Fall mit Schwerwasserreaktoren ohne Aufbereitung der Brennstäbe weniger als 2 Cent pro kWh zum Strompreis beitragen.

Die Gewinnung von Uran aus Meerwasser ist unter den heutigen Marktbedingungen und mit der heutigen Technik unwirtschaftlich. Aber sie ist mit der heutigen Technik möglich, ohne dabei einen utopischen Aufwand betreiben zu müssen.

Einen Überblick über die diversen Techniken zur Urangewinnung aus Meerwasser, inklusive Details zu den chemischen Prozessen, gibt es hier. Ich bin aber kein Chemiker und kann nicht beurteilen, wieviel man damit anfangen kann.

Kommentare (6)

  1. #1 werner
    11. September 2015

    Im Gleichen Rutsch sollte sich doch auch das im Meerwasser gelöste Gold konzentrieren lassen und die Kostenseite somit verbessern , oder ?

  2. #2 werner
    11. September 2015

    …und sollten das nicht 3.3 Microgramm (anstatt Milligramm) pro Kubikmeter Wasser sein?

  3. #3 Johannes
    11. September 2015

    @werner: Bei Gold stelle ich mir das schwieriger vor, da es ja ein Edelmetall ist und daher nur ungern reagiert. Lasse mich aber gern eines Besseren belehren :)

    LG Johannes

  4. #4 Struppi
    11. September 2015

    Interessante Verfahren. Was mir in diesen Studien fehlen sind die Seiteneffekte.

    Zum einen, welche Mengen an Säuren und Laugen in Relation zum gewonnenen Uran benötigt werden. Und das andere – da muss ich mir aber noch mal das Verfahren genauer anschauen – was passiert mit den anderen Inhaltsstoffen des Meerwasser? Kann damit tatsächlich selektiv Uran extrahiert werden?

    [angeschaut]
    Diese Studie zeigt das Verhältnis zu Ca/Mg also zu unproblematische Stoffe, andere werden nicht erwähnt.
    http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.690340308/citedby

    Das wäre für die tatsächlichen kosten relevant, wenn ich Millionen Tonnen mit Schwermetall belastende Säure habe, dann muss diese entsorgt werden werden.

    Und was in diesen Modellen auch fehlt ist die Konzentrationabhängigkeit. Da U in sehr geringer Konzentration im Meerwasser ist, ich aber grosse Mengen daraus entferne verringert das die Gesamtkonzentration an dieser Stelle. D.h. man muss Stellen suchen wo es fortwährend steten Austausch von Meerwasser gibt.

    Und was ich auch nicht genau sehe, sind das die Kosten für das Verfahren der Anreicherung oder für den gesamtprozess zu einem nutzbaren Produkt?

    Also werden da Äpfel mit Birnen verglichen oder beziehen sich die kosten pro Tonne Uran tatsächlich auf das gleiche Endprodukt? Oder wird da einfach die Förderung mit der Anreicherung verglichen ohne die notwenidgen weiteren Verarbeitungsschritten?

    wg. dem Gold

    Das Verfahren soll und muss selektiv sein, ansonsten lohnt es sich nicht. Die von mir verlinkte Studie spricht von einer Anreicherung vom Faktor 200.000 des U im gegensatz zu <10 von Mg/Ca ob Gold (oder andere Stoffe) auch angereichert wird, steht da leider nicht.

    Die Reaktivität spielt in dem Verfahren aber keine Rolle, da es sich um eine Adsorbtion an ein Kunstoff handelt, da spielen die Ionenladung und Molekülgrösse eine Rolle.

    Ich kann mir aber gut vorstellen, dass es für Gold ähliche Forschungen existieren. vielleicht ein Thema für weniger Diskussionswürdige Artikel ;-)

    Und was nun endgültig geklärt ist: Das Uran ist Sicher!

  5. #5 BreitSide
    Beim Deich
    11. September 2015

    Abo :-)

  6. #6 dgbrt
    12. September 2015

    Nur um mal die Größenordnungen der Zahlen zu verdeutlichen:
    Die Weltgesundheitsbehörde (WHO) empfiehlt für Uran im Trinkwasser einen Grenzwert von 30 µg/l. Das sind sogar 30 Milligramm pro Kubikmeter! Ein Milligramm ist natürlich nicht viel, aber bei Spurenelementen?

    Vielleicht lohnt es sich da mehr, einige bestimmte Mineralwasserquellen auszubeuten. Da wird das Zeugs ja tatsächlich aus dem Gestein heraus gespült.