Ввоз немецких урановых хвостов в Россию. Часть 2. Дообогащение
Это моя вторая статья, посвященная нашумевшей в конце прошлого года проблеме ввоза обедненного гексафторида урана (ОГФУ) из Германии в Россию. Первая была посвящена технологиям обогащения урана в России и мире. Рекомендую сначала прочесть ее, а потом уже эту.
В этой статье попробуем разобраться с тем зачем к нам везут ОГФУ, историей формирования российского рынка дообогащения обедненного урана, объемом ввезенных в Россию европейских урановых хвостов и немного с экономикой вопроса. С другими вариантами использования обедненного урана в России и мире, вопросом отнесения его к радиоактивным отходам, экологическими рисками и опасностью ОГФУ будем разбираться в следующих частях. Итак, поехали.
Контейнеры 30B с низкообогащенным ураном в Санкт-Петербурге в 2013 году. Источник.
Экспорт обогащенного урана
В прошлой статье я описал, как СССР с опережением внедрял новые технологии обогащения урана, наращивая мощности и снижая себестоимость обогащения. Конечно, это нужно было для атомного оружия, но с середины 1960-х задачи по наработке оружейного урана стали снижаться, а в мире стала бурно развиваться атомная энергетика, которой тоже нужен обогащенный уран. К тому времени США были монополистом по поставкам уранового топлива для западных АЭС. Но в 1968 году СССР заявил о готовности принимать заказы на обогащение урана. В результате в мире стал формироваться новый конкурентный рынок, стали появляться новые коммерческие компаний по обогащению (URENCO и Eurodif, — см. предыдущую статью по теме). Первый контракт СССР был подписан в 1971 году с Комиссариатом по атомной энергии Франции, где активно строились АЭС. В 1973 было подписано уже около 10 долгосрочных контрактов с энергокомпаниями из Италии, Германии, Великобритании, Испании, Швеции, Финляндии, Бельгии и Швейцарии. К 1975 году СССР занимал 9% мирового рынка обогащения урана. В конце 1980-х СССР вышел и на рынок США. При этом услуги обогащения в СССР были существенно дешевле западных (цена ЕРР в 1980-е была минимум в два раза ниже чем у европейских URENCO и Eurodif ($115–190) против $60–65 у СССР). Пик экспортных поставок услуг по обогащению советских времен к 1979–1980 годам составлял до 5 млн ЕРР в год, что составляло до ⅓ всех советских мощностей по обогащению.
Копия фрагмента первого экспортного договора на поставки обогащенного урана в 1971 году. Фото из музея УЭХК.
Для выполнения экспортных контрактов на наших заводах надо было провести некоторую модернизацию. Помимо согласования качества и состава продукта, надо было создать цеха для работы с зарубежными типами контейнеров (48Y и 30B) и их опорожнения и заполнения гексафторидом урана в жидкой фазе. Разработанный и построенный за 2 года для этих задач цех получил название «Челнок».
Интересна и разработанная схема поставок. Сырье (природный уран в виде гексафторида) поступало в контейнерах западного образца 48Y (по 15 т твердого ГФУ), а заодно заказчик отправлял пустые контейнеры 30B (меньшего размера), в которых затем ему отправлялся обогащенный гексафторид урана. Похожая схема действует до сих пор, даже контейнеры практически не поменялись. Кстати, и маршрут отгрузок, через порт Питера, тоже остался прежним, правда в конце 1970-х еще использовалась специально построенная перевалочная база в Капитолово.
Схема заполнения транспортных контейнеров для обогащенного урана участка «Челнок» на УЭХК.
Место разгрузки прибывающих контейнеров 48Y с гексафторидом урана (ГФУ) и их загрузки в автоклавы. В них они нагреваются до 105 градусов, ГФУ переходит из твердого вида, в котором он транспортируется и хранится, в газообразное состояние и поступает в технологическую цепочку для обогащения. Фото со стенда музея УЭХК.
Важно отметить, что именно на участке «Челнок», где работают с жидкой фазой ГФУ (и только тут с ней и работают), даже для того чтобы просто через него пройти в соседний цех в ходе пресс-тура, нам раздали сумки с противогазами. Такие меры защиты, не смотря на системы вентиляции и газоанализаторы. Именно обращение с жидких ГФУ наиболее опасная часть технологической цепочки. Но об опасностях я напишу в следующей статье.
Обедненный гексафторид урана в мире
Обедненный уран в цифрах и фактах из отличной обзорной статьи об использовании ОГФУ в мире из Атомного эксперта.
Всего ОГФУ в мире накоплено около 2 млн.т., из них где-то по 800 тыс. т. — в России и США, как странах, активно нарабатывавших уран в оборонных целях и для АЭС других стран. Среднее содержание урана в хвостах, оставшееся от обогащения на диффузионных технологиях и центрифугах предыдущих поколений — 0,2–0,3%. Теоретически, извлеченного по современным технологиям из этих запасов 235-го изотопа может хватить минимум на 5–10 лет работы мировой атомной энергетики. Так что ОГФУ везде в мире рассматривается как стратегический запас сырья.
Росатом, как и его российский (Минатом в 90-е) и советский (Минсредмаш) предшественники, рассматривает ОГФУ как многопрофильный запас сырья — и для доизвлечения урана, и для фабрикации топлива быстрых реакторов, и для неядерных нужд. Поэтому и контракты советских времен предполагали, что после обогащения урана ОГФУ остается в СССР. Аналогичная ситуация была и в США, которые занимались не только обогащением урана в военных целях для себя, но и занимали крупную долю (некоторое время даже будучи монополистом для западных стран) в обеспечении обогащенным ураном мировой атомной энергетики. Создание таких запасов в России уже пригодилось в 90-е годы.
Непростые 90-е
С завалом СССР атомный комплекс страны в целом, и топливная его составляющая в частности, попали в непростое положение. Россия лишилась существенной части советских урановых месторождений, расположенных в средней Азии, в первую очередь в Казахстане. Предприятия по обогащению урана остались на территории России, но прекращение производства оружейного урана (с 1988), снижение темпов развития атомной энергетики в мире после Чернобыля и переход ряда восточноевропейских и финских АЭС на западное топливо сильно снизили спрос на услуги обогащения, в результате разделительные заводы снизили мощности почти в 2 раза. Но к середине 90-х атомный комплекс адаптировался к новым условиям и стал весьма конкурентноспособным на мировом рынке благодаря крупнейшим в мире мощностям по разделению и малой стоимости производства (порядка $20 за ЕРР против около $70 за ЕРР в США на то время), достигнутой за счет эффективной центрифужной технологии и дешевой электроэнергии. Подробнее об истории советско-российского разделительного комплекса можно почитать в этой отличной обзорной статье.
Распределение запасов урана по странам мира с разбивкой на ценовые диапазоны. Слайд из презентации Вячеслава Корогодина (директор по управлению жизненным циклом ядерно-топливного цикла и АЭС ГК Росатом) на первом заседании общественного совета Росатома 12 ноября по теме ввоза ОГФУ с участием представителей Гринпис.
А вот с восстановлением потерянных урановых месторождений вопрос до сих пор полностью не решен. На трех месторождениях России (В Забайкалье, Курганской области и Бурятии) добывается всего около 3000 т природного урана в год. Это не покрывает нужды даже АЭС внутри России. При этом у Росатома существуют обязательства по поставкам топлива для зарубежных АЭС, которые он строит и построил ранее — сейчас Росатом поставляет топливо для 75 энергоблоков АЭС в 14 странах (включая 35 в РФ) и занимает 17% рынка поставок топлива. Поэтому Росатом в последние годы существенно наращивал зарубежные активы. Например, в 2013 г. купил компанию Uranium One), владеющую рудниками в Канаде, Австралии, Казахстане, ЮАР и США и добывающую 4400 тонн урана в год. Часть урана закупается напрямую в Казахстане. Однако и это не покрывает всех потребностей, превышающих 11000 т. Поэтому Росатом планирует и уже активно использует различные вторичные источники урана — ОГФУ, регенерированный уран из облученного топлива и плутоний в рамках реализации проекта по замыканию топливного цикла. Помимо решения проблемы обеспечения себя топливом это и работа на перспективу, т.к. уран в принципе ресурс исчерпаемый, и интерес к этим топливным технологиям в будущем может возрасти.
Сырьевые источники для традиционной тепловой атомной энергетики. Слайд оттуда же. Отмечу, что тут именно речь о тепловой атомной энергетике, пока даже без упоминания быстрых реакторов, о которых часто говорят применительно к вариантам будущего использования обедненного урана. Регенерированный уран широко применяется во Франции, причем СССР и Россия занимается дообогащением регенерированного урана (один из видов услуг по обогащению) в Северске.
В программах развития атомной энергетики России с 1990-х годов (от 1993-го, и от 1998-го годов) накопленные запасы обедненного урана (ОГФУ) рассматриваются именно как топливный запас. А работы по повторному обогащению ОГФУ должны составлять существенную часть работ обогатительных мощностей (более 25%, или более 6,4 млн ЕРР).
Ориентировочное распределение российских обогатительных мощностей по задачам в 2000-м году. Как видим, около 13% (2,6 из 20 млн ЕРР) работы — это именно дообогащение ОГФУ Источник. При этом другая часть работ по проекту ВОУ-НОУ — это тоже дообогащение ОГФУ, но для США, и об этом позже.
На встрече с общественностью в Новоуральске 5 декабря при мне представители УЭХК сообщили, что на следующий год комбинат на 40% (т.е. около 5 млн. ЕРР) будет загружен обогащением ОГФУ, а не работой с природным ураном.
На сайте Urenco есть очень простой калькулятор, позволяющий связывать объем ЕРР, степень обогащенного, обедненного и сырьевого продукта, а также их массы. Можно прикинуть, что затраты в 2,6–5 млн ЕРР для обогащения ОГФУ с содержанием 0,25% U-235 дают от 1400 до 2800 тонн эквивалентного природному урана (т.е. с 0,711% U-235). Эти данные вполне согласуются с другими оценками, например, от Валентина tnenergy Гибалова, в примерно 2000 т. в последние годы) природного урана.
Скрин калькулятора Urenco.
Так что накопленный в России ОГФУ уже около 30 лет активно используется как вторичный источник обогащенного или эквивалентного природному урана для российской и мировой атомной энергетики.
ВОУ-НОУ или Мегатонны в Мегаватты
Говоря о дообогащении ОГФУ и истории развития российского обогатительного комплекса, нельзя обойти вниманием тему российско-американского соглашения ВОУ-НОУ об утилизации оружейного урана. Вообще, это один из самых громких и успешных проектов по ядерному разоружению и сокращению ядерных материалов в мире, логически вытекающий из родства мирного и военного атома, использующих один и тот же ядерный материал. Аналогичный проект по утилизации оружейного плутония (СОУП), к сожалению, недавно окончательно провалился.
Развал СССР, прекращение холодной войны и общий настрой на ядерное разоружение в конце 1980-х- начале 1990-х привели к пониманию того, что накопленные запасы ядерных материалов в СССР не только избыточны (как и в США), но и опасны, т.к. потенциально могут попасть в третьи руки (с развалом СССР риск таких утечек сильно беспокоил запад, поэтому они многое сделали и делали вплоть до настоящего времени для усиления контроля и защиты в нашей атомной сфере и в области химического оружия). К этому прибавлялся кризис с атомной отрасли США, не имевших собственных эффективных технологий обогащения урана (см. мою прошлую статью).
Все это привело к заключению соглашения ВОУ-НОУ 1993 года, согласно которому США выкупали у России 500 т высокообогащенного оружейного урана (ВОУ), извлеченного из ядерных боеголовок (около 20 тыс. штук, или примерно ½ российских боеголовок, хранящихся на складах и для которых все равно не было носителей), который мы разбавляли и переводили в низкообогащенный уран (НОУ) для топлива АЭС. Соглашение, заключенное на 20 лет (закончилось в 2013 году) позволило привлечь в Россию до $17 млрд ($13 млрд — в бюджет), сохранить российский ядерный комплекс от коллапса в 1990-е годы. При этом собственное развитие технологий обогащения урана в США фактически затормозилось на эти 20 лет соглашения.
О соглашении ВОУ-НОУ можно посмотреть в этом ролике:
Важную роль с реализации соглашения сыграл именно обедненный уран в форме того самого ОГФУ. Он нужен как разбавитель. В принципе, чтобы из высокообогащенного до 90% по U235 урана сделать низкообогащенный до 4,4%, можно разбавить ВОУ природным ураном. Но тут есть нюанс. Дело в том, что российский ВОУ, большая часть которого была произведена из урана, переработанного из отработанного топлива для получения плутония, был загрязнен примесями и актинидами, а так же содержал нежелательные изотопы образовавшихся в реакторе урана-232 и урана-236, и высокую концентрацию урана-234, получающегося при обогащении урана (доля 234-го изотопа в природном уране очень мала, но т.к. по массе он близок к 235-му, то при высоком обогащении его доля растет).
Поэтому российскими специалистами была разработана специальная технология, по которой ВОУ надо разбавлять 1,5% обогащенным ураном (это увеличивает количество конечной продукции, что увеличивает фактор разбавления нежелательных примесей), полученным из чистого ОГФУ. Вот тут-то запасы ОГФУ и пригодились.
К 1999 году выполнение соглашения вышло на максимальные показатели производительности — разбавлялось по 30 т. ВОУ в год. При этом материальный баланс процесса выглядел так: около 8 555 т ОГФУ с 0,25% U-235 обогащали до 1,5% и получали 916,6 т. НОУ, которым затем разбавляли 30 т. ВОУ (90–93% U-235) и получали 949,9 т. конечного продукта с 4,4% U-235, который отправлялся в США для фабрикации топлива АЭС.
ИТОГО: за 20 лет разбавлено 500 т ВОУ (90–93%), получено около 14400 т НОУ (с обогащением до 4,9%), которые на протяжении 20 лет давали около 10% всей электроэнергии в США (суммарно 7 млрд МВт*ч). При этом, ориентировочно, использовано около 143000 т. ОГФУ (0,25%) с получением около 120000 т. дважды обедненного ОГФУ (0,1%), который оставался в России.
Отправка последней партии НОУ в США в рамках программы ВОУ-НОУ в 2013 г. в контейнерах 30B в форме гексафторида урана. Источник фото.
Кстати, транспортировка гексафторида урана и в советское время и в годы действия соглашения ВОУ-НОУ (причем, в обе стороны) шла через порт Санкт-Петербурга (либо в 2000-х через соседний с ним порт Усть-Луга) через который сейчас к нам поступает ОГФУ из Германии. Так что переваленный за все время через Питер гексафторид урана суммарно исчисляется сотнями тысяч тонн.
Маршруты поставок материалов, в т.ч. гексафторида урана, в рамках соглашения ВОУ-НОУ. Источник.
Ввоз европейских хвостов ОГФУ
Итак, как мы уже видели, с 1990-х Россия как и СССР продолжила оказание международных услуг по обогащению природного урана, но при этом начала дообогащать собственные урановые хвосты для восполнения дефицита своего урана. Но с подписанием Соглашения ВОУ-НОУ появился и международный интерес к дообогащению «хвостов». Для выполнения Соглашения, а так же для заработка на оказании услуг по дообогащению, в Россию с 1996 года начался ввоз иностранного ОГФУ.
Ниже представлен список контрактов, заключенных с 1995 года на поставки в Россию европейского ОГФУ (и не только) до 2014 года. Это таблица из ответа Минатома РФ от 29.09.2003 на запрос депутата госдумы Мирохина, выложенный Гринписом (ссылка на весь документ):
Контракты на поставку европейского уранового сырья (источник)
Итак, мы видим, что французская Eurodif (это которые специализировались на обогащении по диффузионной технологии) и англо-германо-нидерландская URENCO поставили в Россию для переработки давальческое сырье в виде около 105 000 т. ОГФУ со средним обогащением 0,3%, при этом после обогащения в России остаются довольно богатые хвосты с содержанием не менее 0,2% и даже выше.
Обратно европейцам вернулись около 8200 т. обогащенного уранового продукта (ОУП) с 0,7% U-235 (эквивалентный природному), 1060 т. ОУП с обогащением 3,5% и около 450 т. ОУП с обогащением около 4,5%. По калькулятору URENCO можно прикинуть, что для получения таких ОУП и хвостов с 0,2% U235 надо как раз около 100 000 т ОГФУ с 0,3% U-235.
Таким образом, эти контракты не только принесли прибыль (ЕРР как и ОУП стоит денег и немалых), но и дали нам примерно половину сырья-разбавителя для выполнения соглашения ВОУ-НОУ.
Кстати, то же письмо Минатома содержит и информацию о прибылях и налоговых отчислениях предприятий по обогащению урана. С 1995-го по 2002 г прибыль составила 52,3 млрд р., а налоги 29,8 млрд р.
И в очередной раз в этом письме министр атомной энергетики Румянцев подчеркивает отношение к ОГФУ как к важному сырью (привет Гринпису, говорящему что это отходы). С 2003 года отношение не поменялось: 
И не смотря на то, что соглашение ВОУ-НОУ не получило продолжения (по некоторым оценкам, Россия имеет еще около 800 т. ВОУ), контракт позволил укрепить атомную отрасль России и зарекомендовать Росатом как надежного поставщика. К настоящему времени Россия является крупнейшим зарубежным поставщиком обогащенного урана для США, обеспечивая до 30% их потребностей. При этом средняя цена за ЕРР по контрактам для США в 2018 — около $115, т.е., грубо, Росатом в США может получать до $400 млн. ежегодно.
Текущий контракт с Urenco
Итак, вернемся к текущему моменту и ситуации, обсуждаемой с октября 2019 года, и породившей в итоге эту серию публикаций. В Россию начали поставлять обедненный гексафторид урана с немецкого завода компании Urenco в Гронау. Росатом (как в прочем и Urenco) не раскрывает деталей соглашения — ни объемы, ни финансовые параметры, ни даже подробности того что буду делать с ОГФУ, ссылаясь на коммерческую тайну. Однако подробности договора мы знаем от немецкой стороны благодаря их развитым гражданским институтам — прессе, самостоятельному парламенту, открытому правительству и сильным общественным экологическим организациям.
Согласно протоколу заседания Бундестага от 16.10.19 (вот почему в октябре шумиха и поднялась), представитель немецкого министра окружающей среды на вопрос депутата от партии DIE LINKE подтвердил, что поставки ОГФУ в Россию идут в соответствии с договором от 2018 года между компанией Urenco (и филиалами) и экспортной дочерней компанией Росатома (Tradewill Ltd., дочка Техснабэкспорта). Согласно договору с 2019 по 2022 год в РФ планируется отправить 12 000 тонн ОГФУ: 6000 т до 2020 г из Гронау (к настоящему моменту все 6000 т. уже отправлены — прим. мое), и еще 6000 т с трех площадок Urenco (кроме Гронау имеются в виду филиалы Urenco в Нидерландах и Великобритании — прим. мое) до 2020 года. При этом отмечается, что по договору Urenco получит обратно обогащенный до природного эквивалента (т.е. до 0,711%) урановый продукт (от первой партии или от всех 12 тыс.т. — непонятно).
Таким образом, из ответа становится понятен смысл договора и интересы сторон. Urenco заказывает Росатому дообогащение своего ОГФУ, так же, как делало это в начале 2000-х. При этом дообогащение будет до природного урана, а значит в Германию вернется не 10% от ввезенного ОГФУ, как заявляет Гринпис (при этом постоянно говоря что идет ввоз отходов), а около 30%.
В целом это согласуется с заявлениями Росатома: «вопреки озвученным в публичном пространстве позициям, иностранный обедненный уран ввозится в Россию не «на захоронение», а на обогащение: полученный в результате продукт (обогащенный уран) поставляется на экспорт.»
Экономика обогащения
Давайте попробуем оценить экономическую целесообразность такого договора. Поскольку стороны не раскрывают финансовых деталей контракта и цен, придется обратиться к рыночным данным, собираемым консалтинговой компанией Uranium Exchange Company (UxC), специализирующейся на анализе рынка урана и услуг по обращению с ним, в т.ч. обогащению. Стоимость обогащенного урана укрупненно складывается из цены природного урана (его добычи), стоимости перевода его в форму гексафторида и цены обогащения. Если мы дообогащаем хвосты, то цена складывается только из стоимости работы разделения, сами хвосты практически бесплатны.
У UxC есть онлайн-калькулятор, который в отличие от калькулятора Urenco которым мы пользовались выше, считает не только материальный баланс процесса обогащения, но и его цену, учитывает перечисленные мной выше факторы. Причем, по умолчанию он задает текущие спотовые биржевые цены составляющих. Но проблема в том, что по этим ценам торгуется небольшая часть урана, а основные объемы продаются в обход открытого рынка в рамках долгосрочных контрактов между участниками, параметры которых (как и в данном случае у Urenco и Росатома) закрыты коммерческой тайной. Но за неимением других, воспользуемся данными рынка от UxC. Сейчас цена фунта U3O8 (закис-окись урана) — $25/фунт ($55/кг), стоимость перевода в гексафторид $22,25/кгU в UF6 (при этом цена «готового» UF6 $87,6/кгU), цена ЕРР (SWU) — 47$. Рассчитаем стоимость получения природного эквивалента из хвостов с 0,3%, допустив что стоимость хвостов условно $1/кгU:
Расчет стоимости эквивалентного природному урана, дообогащенного из 0,3% ОГФУ на онлайн-калькуляторе UxC.
Как видим, цена получаемого продукта (EUP cost в виде ГФУ = $73,9) ниже, чем у природного ГФУ (UF6 cost = $87.6/кгU). При том, что мы не знаем реальной себестоимости ЕРР у Росатома (знаем лишь что она раньше была в разы ниже цены конкурентов, а к 2000-м составляла около $20), а она может быть и ниже среднерыночной, что может еще повысить экономическую привлекательность процесса. И мы не знаем конечный уровень обеднения, который может быть выбран и более оптимально, чем 0,1% (калькулятор советует 0,219% для минимизации затрат). Таким образом, несмотря на множество неизвестных, вполне возможно, что при текущей конъюнктуре рынка дообогащение ОГФУ может быть экономически оправдано и выгодно.
При этом из 6000 т. ОГФУ (столько уже ввезено из Германии в 2019 году) получится около 2000 т. эквивалентного природному урана и будет затрачено около 2,7 млн ЕРР (УЭХК этой партии меньше чем на год работы). Из 2000 т природного урана можно сделать до 200 т. обогащенного топливного урана на $200 млн., которым можно целый год питать до 10 гигаваттных энергоблоков АЭС, способных выработать около 80 ТВт*ч электроэнергии. Это больше половины того, что произвели угольные ТЭЦ Германии в 2019 году (со всеми соответствующими выбросами). Нормальные такие «отходы», как называет ОГФУ Гринпис, получаются.
И везут их сюда скорее всего потому, что у Urenco нет свободных и дешевых мощностей, поэтому тратить 2,7 млн ЕРР на дообогащение хвостов им экономически невыгодно. Им выгоднее тратить в три раза меньше мощностей, обогащая до 4,4% полученный обратно из России природный уран. Хотя, справедливости ради, и их желание попутно избавиться от хвостов тоже нельзя исключать. Это коммерческая структура, и если они не могут сделать из него еще что-то полезное, в отличие от нас, они это не делают. Это просто бизнес.
Но что же мы делаем с дважды обедненными отвалами ОГФУ, оставшимися после дообогащения? И почему не возвращаем их обратно? Что делают с ОГФУ в других странах и относится ли он где-то к категории радиоактивных отходов (спойлер — где-то таки да)? Об этом — в следующих частях.
PS: Если вы дочитали статью до конца и она вам понравилась, то помимо лайков, репостов и комментариев, благодаря встроенному сервису Хабра вы можете поддержать меня и финансово, нажав кнопочку «Отправить деньги» чуть ниже этих строк, сразу над кнопками репоста в соцсети. Критических комментариев от сторонников Гринпис я еще начитаюсь, но тратить свое свободное время на написание научно-популярных статей будет проще, если я буду видеть, что это кому-то нужно.
