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Uranbergbau

Gewinnung von Uran aus Uranlagerstätten

Uranbergbauist die Gewinnung vonUranausUranlagerstätten.Die größten Uranbergbauländer sindKasachstan,Kanada,Australien,[1]Russland,Niger,Namibia,Usbekistanund dieUSA.Uran kann auch aus derAschevonKohlekraftwerken,einigen Phosphatmineralien sowieMeerwassergewonnen werden.

Zehn Staaten fördern 94 % des weltweit abgebauten Urans

Testbohrungen und Uranbergbau bilden den Beginn derUranwirtschaft.Über mehrereVerarbeitungsstufen(Aufbereitung zuYellowcake,dann gegebenenfalls chemische Umwandlung zuUranhexafluoridundUran-Anreicherung) entstehenBrennelementefürKernkraftwerke.Natururanreaktorenkönnen mit unangereichertem Uran (zumeist in der Form vonUrandioxid-Keramik) betrieben werden, sodass Umwandlung in UF6und Anreicherung nicht erforderlich sind. Für nicht-kerntechnische Verwendungen von Uran, wie sie vorEntdeckung der Kernspaltungder Hauptabnehmer von Uran waren, werden heutzutage andere Materialien eingesetzt oder abgereichertes Uran alsKoppelproduktder Urananreicherung verwendet, da dieses deutlich billiger verfügbar ist als Natururan aus Bergwerken.

Erkundung

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Erstes Bohrloch auf der Kupfer-Gold-Uranlagerstätte Olympic Dam aus dem Jahr 1975

Am Beginn der Erkundung steht die Wahl des Erkundungskonzeptes. Je nach Geologie zeigen verschiedene Gebiete das Potential für unterschiedliche Uranlagerstättentypen. Danach richtet sich auch die zu verwendende Erkundungsmethode. Dies kann von klassischer geologischer Feldarbeit (Kartierung von Gesteinseinheiten und tektonischen Strukturen), über Wasser- und Bodenluftmessungen bis hin zu geophysikalischen Methoden reichen, wie beispielsweisemagnetische,gravimetrischeoderradiometrischeMessungen. Aufgrund der hohen Kosten kommen Bohrungen meist erst in einer späten Phase der Erkundung zum Einsatz, wenn vorangegangene Methoden ein signifikantes Potential für eine Uranmineralisation nachweisen. Wird eine Vererzung aufgefunden, die ein weiteres Interesse rechtfertigt, folgt ein engmaschigeres Netz von Bohrungen um die Größe des Vorkommens zu ermitteln und seine Wirtschaftlichkeit zu prüfen.

Derzeit in Betrieb befindlicheLagerstättenbeinhalten zwischen einigen hunderttausend und einigen hundertmillionen Tonnen Erz mit Urangehalten zwischen 0,01 Gew.% und 15 Gew.%. Die größte Uranressource stellt derzeit die LagerstätteOlympic Damin Südaustralien dar mit mindestens 8,4 Mrd. Tonnen Erz und durchschnittlich 0,028 Gew.% Uran (Hauptressource ist allerdings Kupfer, weiterhin Gold und Silber). Größter Jahresproduzent war im Jahr 2017 dieMcArthur-River-Uranminein Kanada, welche 16,1 Millionen Pfund (etwa 7,3 Millionen Kilogramm)Triuranoctoxidproduzierte. Diese Mine war jedoch 2018–2022 aufgrund geringer Uranpreise außer Betrieb.

Gewinnung

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Uran wird imTagebau,Tiefbauoder durch in-situ-Laugung gewonnen. Die gewählte Gewinnungsmethode richtet sich nach den Eigenschaften desErzkörpers,wie Tiefe, Form, Erzgehalt, Tektonik, Art des Nebengesteins und anderen Größen. Uran kann als Nebenprodukt bei der Gewinnung anderer Rohstoffe anfallen, so wie der Uranbergbau selbst auch weitere Metalle produzieren kann.

Tiefbau

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Ein Großteil des Urans wird imTiefbauinTeufenvon 100 bis über 2000 m gewonnen. Die Lagerstätten werden überSchächte,Stollen,RampenoderWendelnerschlossen. Probleme stellen das eindringendeGrubenwassersowie dieBewetterungdar. Das Grubenwasser muss gehoben und gegebenenfalls von Schwermetallen gereinigt werden. Bei der Bewetterung muss sichergestellt werden, dass das sich beim radioaktiven Zerfall von Uran bildendeRadonund dessen Folgeprodukte nicht die maximale Arbeitsplatzkonzentration überschreitet. Früher war die unzureichende Bewetterung – neben dem häufig verbreiteten Tabakrauchen – Hauptursache für die Erkrankung vieler Bergleute anLungenkrebs.Es gibt Hinweise, dass Radon und Rauchen sich wechselseitig in ihren negativen Effekten verstärken – ein Nichtraucher wird weniger durch Radon geschädigt als ein Raucher und ein Raucher wird stärker durch Rauch geschädigt, wenn zusätzlich Radonbelastung vorliegt.[2][3]

Die spezielleAbbaumethodewird wiederum nach den Eigenschaften derLagerstättegewählt. Vor allem die Form der Erzkörper sowie die Verteilung des Urans darin sind ausschlaggebend. Im Tiefbau lässt sich ein Erzkörper gezielt abbauen, wodurch viel weniger Abraum als im Tagebau anfällt. Die Förderung wird in modernen Bergwerken hauptsächlich mit dieselgetriebener Gleislostechnik realisiert. Die größte Tiefbaugrube ist derzeitMcArthur Riverim kanadischenSaskatchewanmit einer Produktion von etwa 7200 t Uran pro Jahr.[4]

Tagebau

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Oberflächennahe oder sehr großeErzkörperwerden bevorzugt im Tagebau gewonnen. Dies ermöglicht den Einsatz kostengünstiger Großtechnik. Moderne Tagebaue können wenige Meter bis über 1000 m tief sein sowie einigeKilometerDurchmesser erreichen. DerBöschungswinkelerfordert, dass besonders tiefe Minen auch eineceteris paribusgrößere Oberfläche haben müssen, selbst wenn die Ausdehnung der Lagerstätte in der Fläche gering ist. Beim Tagebau fallen oftmals große Mengen an Abraum an. Wie im Tiefbau müssen auch für einenTagebaugegebenenfalls große MengenWassergehoben werden, allerdings stellt die Bewetterung ein weniger großes Problem dar. Der TagebauRanger IIIim australischenNorthern Territoryist derzeit der produktivste Urantagebau mit etwa 4.600 t Uran pro Jahr.[4]DieRössing-MineinNamibiagilt als größter Urantagebau der Welt.

Lösungsbergbau

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Versuchsfeld für in-situ-Laugung,Honeymoon-Uran-Mine,Südaustralien

Sandsteingebundene Uranlagerstätten können durch Lösungsbergbau (auch ISL für engl.in-situleachingoder ISR für engl.in-situ-recovery) nutzbar gemacht werden. Der Erzkörper wird durch Bohrungen erschlossen und einoxidierendesFluid eingeleitet, welches das Uran mobilisiert. Meist handelt es sich dabei um verdünnteSchwefelsäure.Die Lösung wird über Injektionsbohrungen in den Erzkörper eingeleitet, die sich im äußeren Bereich des Erzkörpers befinden. Im Zentrum des Erzkörpers werden die Produktionsbohrungen niedergebracht, welche die uranhaltige Lösung fördern. Damit wird eine Strömung des Fluids zum Zentrum der Lagerstätte sichergestellt und eine unkontrollierte Verbreitung im Gestein verhindert. Im größeren Umfeld der Lagerstätte befinden sich Monitoring-Bohrungen, mit denen überwacht wird, dass es zu keiner Kontamination im Umfeld der Lagerstätte kommt. Ein großer Vorteil des Lösungsbergbaus ist, dass Zerfallsprodukte des Urans wie zum Beispiel Radium an Ort und Stelle verbleiben, da zum BeispielRadiumsulfatpraktisch unlöslich in Wasser ist. Bei „klassischem “Bergbau hingegen verbleiben die so genannten „Tailings “an der Oberfläche und/oder müssen aufwendig entsorgt werden. Teilweise wird auch der Grubenbau nach Ausbeutung der Lagerstätte mit ihnen verfüllt.Nach Aktivitäthat jedes der Zerfallsprodukte den gleichen Anteil an der Radioaktivität des Erzes wie Uran selbst, jedoch zerfallen nach Ausbeutung des Urans die kurzlebigen Zerfallsprodukte binnen relativ kurzer Zeit zu kaum noch relevanten Resten und werden nur noch durch den Zerfall längerlebiger Zerfallsprodukte (wie Radium) nachgebildet.[5]

Um diese Methode anwenden zu können, muss das uranhaltige Gestein eine gewisse Durchlässigkeit besitzen, um das Fließen der Lösung zu ermöglichen. Außerdem sollte sie nach oben und unten durch undurchlässige (tonige) Gesteine begrenzt sein. Lösungsbergbau ermöglicht die kostengünstige Gewinnung kleiner Erzkörper. Vorteil ist, dass es zu keiner tatsächlichen Bewegung von Gestein kommt und auch kein Abraum anfällt.

Der Lösungsbergbau soll in Zukunft eine größere Rolle einnehmen, bedeutende Betriebe gibt es in Kasachstan, Usbekistan, den USA und Australien. Der bedeutendste Betrieb im Jahr 2009 warTortkuduk(Eigentümer:ArevaundKazatomprom) in Kasachstan mit einer Urangewinnung von 2272 t pro Jahr.[4]

Eine Abwandlung der Methode kam in derLagerstätte Königstein(Sächsische Schweiz) zum Einsatz. Das Bergwerk wurde von konventionellem Tiefbau auf Untertagelaugung umgerüstet. Zur Verbesserung der Ausbeute wurde der vererzte Sandstein in Abbaublöcke unterteilt, die zunächst gesprengt und anschließend gelaugt wurden.

Von der Oberfläche betrachtet ähnelt Lösungsbergbau einer Öl- bzw. Gasbohrung, insbesondere dem VerfahrenHydraulic Fracturing.Es gilt – wo möglich – als ökonomisch und ökologisch attraktivste Methode des Bergbaus.[6][7][8]

Uran als Nebenprodukt

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In verschiedenen Betrieben wird Uran als Nebenprodukt gefördert. Am bedeutendsten aufgrund seiner Größe ist hierbei die LagerstätteOlympic Dam,in welcher zusammen mit Gold und Silber pro Jahr etwa 3.400 t Uran als Nebenprodukt des Kupferabbaus (200.000 t pro Jahr) gewonnen wird. Zurzeit läuft eine Machbarkeitsstudie durch den BetreiberBHP Billitonzur Erschließung des Südteils der Lagerstätte, wobei die Produktion schrittweise auf 700.000 t Kupfer und etwa 15.000 t Uranoxid pro Jahr gesteigert werden soll. Eine bedeutende Uranproduktion fand auch auf den Goldgruben desWitwatersrandGoldfeldes in Südafrika statt. Diese soll wieder aufgenommen werden, wobei die wirtschaftliche Bedeutung des Urans die des Goldes übersteigen könnte. Uran wurde auch aus Wässern der Erdölproduktion in der ehemaligen Sowjetunion gewonnen. In Zukunft dürfte auch Uran aus Braunkohlenfilterasche Bedeutung gewinnen. Entsprechende Projekte gibt es in Ungarn und China. In einigenPhosphatlagerstättenist Uran ebenfalls in gewinnbaren Konzentrationen enthalten. Die Gewinnung aus solchen Vorkommen spielte in der Vergangenheit vor allem in den USA eine Rolle und ist nun in verschiedenen Ländern wieder im Gespräch.

Nebenprodukte des Uranbergbaus

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Die Uranlagerstätten desColorado-Plateausin den USA waren in der Vergangenheit auch ein sehr bedeutender Lieferant für den StahlveredlerVanadium.Die große UranlagerstätteJabilukaim australischen Northern Territory enthält einen großen Goldanteil. Allerdings wurden weitere Arbeiten auf dieser Lagerstätte durch den Eigner ERA (Energy Resources Australia) vorerst eingestellt, da es großen Widerstand gegen den Abbau durch die Lage imKakadu-Nationalparkgab. Ähnliche Lagerstätten wie Jabiluka enthalten in Kanada auch teilweise hohe Gehalte an Nickel, allerdings wurde dieses Metall aufgrund der schwierigen Aufbereitung nicht gewonnen. Auf Uranlagerstätten im Erzgebirge wurde in geringem Umfang durch dieSAG/SDAG Wismutauch Kupfer, Kobalt, Nickel, Wismut, Blei, Zink, Silber, Zinn, Selen sowie Baustoffe gewonnen. Kurz nach Entdeckung desRadiumswar selbiges für einige Jahrzehnte Hauptprodukt des Bergbaus in Uranlagerstätten. Teilweise wurde sogar das Uran auf Halde gelegt, da man keine Verwendung für die großen anfallenden Mengen hatte – entsprechend der Halbwertszeit ergeben sich etwa 300 Milligramm Radium pro Tonne Uran. Da der Bedarf an Radium enorm zurückgegangen ist, spielt dies heute aber keine Rolle mehr.

Unkonventionelle Gewinnung

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Verfahren, die zurzeit nicht in industriellem Maßstab zum Einsatz kommen, werden als unkonventionelle Verfahren bezeichnet. Darunter fällt zum Beispiel die Urangewinnung ausSchwarzschiefer,Phosphatgesteinoder Braunkohle bzw. deren Asche.

Aus Meerwasser

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Prinzipiell ist auch die Uran-Extraktion ausMeerwassermöglich, das mit einem Urangehalt von etwa 4,5 Milliarden Tonnen[9]das größte bekannte Uran-Vorkommen darstellt. Der Gehalt ist dabei relativ konstant bei 3,3ppbMasseanteil. Dazu könnten spezielle Absorber an Küsten mit hohem Tidenhub oder innerhalb natürlicher Meeresströmungen platziert werden. Auf Basis von Versuchen in den USA und in Japan wurden die Kosten für Uran aus Meerwasser auf ca. 300 $/kg geschätzt.[10][11]Dies liegt weit über den heutigen Marktpreisen. Die Gestehungskosten von elektrischer Energie würden sich bei Einsatz dieses teuren Urans um weniger als 0,01 €/kWh erhöhen (Einsatz in heutigen Leichtwasserreaktoren, ohne Wiederaufarbeitung). Da diese Mehrkosten überschaubar sind, muss man Uran aus Meerwasser als wirtschaftlich zugängliche Langzeitreserve (einige Zehntausend Jahre bei heutigem Verbrauch) betrachten, sofern sich die Extraktionsverfahren auch großtechnisch umsetzen lassen. Durch den Eintrag aus Flüssen sowie durch Lösung aus dem Sediment am Meeresboden wird der Urangehalt der Weltmeere immer wieder „aufgefüllt “, so dass auch bei starker Nutzung mittelfristig nicht mit einer nennenswerten Abnahme des Urangehalts von Meerwasser zu rechnen wäre. Ähnlich verhält es sich ja auch mit der Gewinnung vonMeersalz,welche kaum dieSalinitätder Ozeane beeinflusst. Einige Flüsse haben – sei es aufgrund der natürlich vorherrschenden geologischen Bedingungen oder aufgrund Bergbau in Gegenwart oder Vergangenheit – deutlich höhere Urangehalte als die Weltmeere. Eine Extraktion wäre hier nicht nur potentiell preiswerter als aus den Weltmeeren, sondern brächte auch den Vorteil, dass die Belastung von Trink- und Brauchwasser mit demSchwermetallUran mittelfristig gesenkt werden könnte.

Im Zuge derUranpreisblase um 2007stieg der Uranpreis zeitweilig auf über 300 $/kg (135 $/lb), sodass bereits zu oben angegebenen Kosten die Gewinnung von Uran aus Meerwasser hätte lukrativ werden können. Jedoch fiel der Preis am Weltmarkt fast ebenso schnell wieder, wie er gestiegen war und lag Ende 2010 nur noch bei rund 100 $/kg. Im Zuge desrussischen Überfalls auf die Ukraineim Jahr 2022 stieg der Uranpreis aufgrund von Spekulation um die künftige Verfügbarkeit von Uran aus Russland, Kasachstan und der Ukraine, sowie der Ankündigung mehrerer Länder, den Neubau von Kernkraftwerken zu planen oder die geplante Stilllegung herauszuschieben oder abzusagen, zeitweise wieder auf über 60 $/lb (=~ 130 $/kg), im Februar 2024 gar auf über 100 $/lb.[12]

Aus Kohleasche

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Kohle enthält fast immer auch Spuren der radioaktiven ElementeUran,ThoriumundRadium.Der Gehalt liegt je nach Lagerstätte zwischen wenigenppmund 80 ppm.[13]Da weltweit etwa 7800 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr inKohlekraftwerkenverbrannt wird, schätzt man den Gesamtausstoß auf 10.000 Tonnen Uran und 25.000 Tonnen Thorium, der zum großen Teil in der Asche enthalten ist. Die Asche von europäischer Kohle enthält etwa 80–135 ppm Uran.

Zwischen 1960 und 1970 wurde in den USA etwa 1100 Tonnen Uran aus Kohleasche gewonnen. 2007 beauftragte die chinesische National Nuclear Corp die kanadische Firma Sparton Resources, in Zusammenarbeit mit dem Beijing No. 5 Testing Institute Versuche durchzuführen, Uran aus der Asche des Kohlekraftwerks Xiaolongtang in der ProvinzYunnanzu gewinnen. Der Urangehalt der Asche aus diesem Kraftwerk liegt mit durchschnittlich 210 ppm Uran (0,021 % U)überdem Urangehalt mancher Uranerze.[14]

Aufbereitung des Uranerzes

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Schlammteicheder ehemaligen Uranerzaufbereitungsanlage MAPEMydlovaryin Tschechien

Das im Erz vorhandene Uran wird durch physikalische und chemische Verfahren vom übrigen Gestein getrennt (aufgeschlossen). Dazu wird das Erz zerkleinert (gebrochen, fein gemahlen) und das Uran herausgelöst (ausgelaugt). Dies geschieht mitSäureoderLaugeunter Hinzufügung einesOxidationsmittels,um das Uran vom sehr schlecht löslichen chemisch 4-wertigen Zustand in die gut lösliche 6-wertige Form zu überführen. Auf diese Weise lassen sich über 90 Prozent des im Erz befindlichen Urans gewinnen.

Unerwünschte Begleitstoffe werden in mehreren Reinigungsschritten durchDekantieren,Filtern,Extrahierenusw. entfernt. Aus der Flüssigkeit wird Uranausgefällt,beispielsweise durch Zugabe vonAmmoniak.Das ausgefällte Produkt (chemisch:Ammoniumdiuranat) wird wegen seiner gelben Farbe als „Yellowcake“bezeichnet. In getrockneter Form enthält es 70 bis 80 Gewichtsprozent Uran. Dieses Material wird teilweise noch am Abbauort durchKalzinierungin Uranoxid umgewandelt.

Die Rückstände der Uranaufbereitung (Tailings) müssen in speziellen Becken langfristig sicher gelagert werden. Sie enthalten noch den größten Teil des Aktivitätsinventars des ursprünglichen Uranerzes (in Form der Zerfallsprodukte des Urans wie beispielsweise Radium) sowie Schwermetalle. Teilweise wird der Grubenbau nach Abschluss des Bergbaus wieder mit den Tailings verfüllt. In Ländern des globalen Nordens kann keine Uranmine ohne genehmigte Pläne für den Umgang mit Tailings und Renaturierung bzw. Rekultivierung nach Abschluss des Bergbaus ihren Betrieb aufnehmen.

Uranabbau nach Ländern

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Deutschland

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In Deutschland wurde das ersteUranerz1839 inJohanngeorgenstadtabgebaut.

Bis 1939 wurden in

ca. 104 Tonnen Uranerz abgebaut.

Davon lieferten Schneeberg 60 und Johanngeorgenstadt 29 t. Die Gewinnung war nur sporadisch und erreichte zwischen 1880 und 1890 ihren Höhepunkt. Trotz staatlicher Förderprogramme zwischen 1910 und 1921 sowie ab 1934 wurden keine nennenswerten Uranvorkommen in den genannten Revieren aufgefunden. Am Ende des Zweiten Weltkrieges verfügte das untergegangene Deutsche Reich über die größten Uranoxidvorräte der Welt, die jedoch zum größten Teil nicht aus Deutschland, sondern aus anderen Ländern stammten. Durch den Überfall auf Belgien hatte Deutschland 1940 Teile der Uranvorräte Belgiens erbeutet, welche ausBelgisch-Kongostammten. Darüber hinaus erfolgte auch auf der tschechischen Seite des Erzgebirges Uranabbau, welcher im Zuge des Krieges in deutsche Hände fiel. Führend beteiligt an der Akquise von Uran für den „Uranverein“war die kurz zuvor „arisierte“(d. h. ihren rechtmäßigen Eigentümern genommene)Auergesellschaft.Da die Kolonialverwaltung des Kongo weiter auf alliierter Seite stand, konnten auch die USA für ihrManhattan Projectauf Uran aus dem Kongo zugreifen.

Ostdeutschland

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DerSchacht 371in Hartenstein, ehemaliger Hauptschacht auf der LagerstätteNiederschlema-Alberoda

Nach demZweiten Weltkriegwurde in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands und später derDDRdurch die SAG/SDAG Wismut intensiver Uranbergbau betrieben. Die Uranlagerstätten desErzgebirgeswaren vor dem Krieg zwar teilweise bekannt, wurden jedoch nur in einem geringen Umfang ausgebeutet. Bis 1945 ging man davon aus, dass es sich nur um geringe Vorräte handelt. Die 1945 durch die Sächsische Erzsuchgruppe und ab 1946 durch die Sächsische Gewinnungs- und Erkundungsgruppe durchgeführten Untersuchungen führten zur Entdeckung größerer Vorräte. Das Erkundungsprogramm der SAG/SDAG Wismut wurde auf die gesamte SBZ/DDR ausgeweitet. Dabei wurden die Schwarzschieferlagerstätten beiRonneburgin Ostthüringen, die Uranvererzung der Kohlen desDöhlener Beckensund die Sandsteinlagerstätte Königstein in der Sächsischen Schweiz entdeckt.

Gefördert wurden bis 1990 ca. 216.300 Tonnen Uran.[15],davon jeweils die Hälfte in Thüringen und Sachsen. Die letzte Vorratsbilanz der SDAG Wismut lag zum 1. Januar 1991 vor. Diese nannte gelöschte Vorräte in Höhe von 251.510 t Uran, Bilanzvorräte von 57.922 t Uran sowie prognostische Ressourcen von 74.078 t Uran.[16]

Westdeutschland

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In den drei Westzonen gab es demgegenüber nur kleinere Uranlagerstätten imSchwarzwald,imBayerischen Waldund imFichtelgebirge.Erkundet wurden die Kleinstlagerstätten Poppenreuth,Mähring,Wittichen und Rudolphstein, sowie die Kleinlagerstätten Müllenbach (3000 Tonnen), Großschloppen (1500 Tonnen) und Hebanz. Untersucht wurden ebenfalls die im Flussspatrevier Wölsendorf vorkommenden Uranerze. Die einzige Lagerstätte, die über das Erkundungsstadium hinauskam, warMenzenschwand.Hier wurden zwischen 1973 und 1991 ca. 480 Tonnen metallisches Uran abgebaut. Die prognostischen Vorräte belaufen sich auf ca. 3500 Tonnen Uran.

Bundesrepublik Deutschland nach der Wiedervereinigung

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Nach der Wiedervereinigung war die schon vorher nicht kostendeckende Uranförderung in der DDR, nachdem die Sowjetunion 1990 die Zahlungen eingestellt hatte, nicht mehr überlebensfähig und wurde im Jahr 1991 eingestellt. Im gleichen Jahr wurde die SDAG Wismut in die bundeseigene Wismut GmbH umgewandelt. Nach dem Entzug der Abbaurechte ging dieGewerkschaftBrunhilde 1991 in Insolvenz und der Bergbau in Menzenschwand wurde eingestellt. Die Sanierung der Hinterlassenschaften der Wismut wurde im2+4-Vertragder Bundesrepublik übertragen und festgelegt, dass die Sowjetunion und deren Nachfolgestaaten diese Kosten nicht tragen müssen. Seit 1990 wurden die verschiedenen Bergbaubetriebe der Wismut GmbH stillgelegt, in Sanierungsbetriebe umgewandelt und nach und nach geschlossen. Bei der Sanierung fällt, hauptsächlich durch die Reinigung des Flutungswassers des SanierungsbetriebesKönigstein,weiterhin Uran an. Dieses wurde verkauft und die Erlöse für die Sanierung verwendet. Diese Lieferungen wurden 2021 eingestellt, nachdem auf diesem Weg seit 1990 noch etwa 2.000 Tonnen Urankonzentrat verkauft wurden. Die Einstellung dieser Lieferungen bedeutete gleichzeitig den Ausstieg Deutschlands aus der Reihe uranproduzierender Staaten.[17]An anderen Standorten, wieSchlema,RonneburgundPöhlawerden anfallende Schadstoffe (Uran,Radium,Arsen,EisenundMangan) in Wasserbehandlungsanlagen (WBA) aus den Grubenwässern entfernt, mitZementverfestigt und deponiert. Die behandelten Wässer werden überFließgewässerdem natürlichen Kreislauf zugeführt.

USA

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Die US-Regierung verhängte wegen möglicher Konflikte mit touristischen und Umweltbelangen Anfang 2012 ein 20-jährigesMoratoriumfür die Erkundung neuer Uranlagerstätten amGrand Canyon.[18]

Der EnergiekonzernAnadarko Petroleumverständigtesich im April 2014 mit demJustizministerium der Vereinigten Staatenauf die Zahlung von 5,15 Milliarden US-Dollar (3,75 Milliarden Euro) wegenUmweltverschmutzungder Tochtergesellschaft Kerr-McGee Corporation an 2700 verseuchten Standorten durch den Uranbergbau. Rund 4,4 Milliarden US-Dollar der vereinbarten Zahlung sollen für dieDekontaminierungvon verseuchten Böden ausgegeben werden.[19]

Andere Staaten

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Die bedeutendsten produzierenden Urangruben der Welt
Wenn Sie eine detailliertere Weltkarte zum Bergbau „frei verschiebbar “im Großformat (5,6 MB) betrachten möchten, folgen Sie diesemLink

Weltweit gibt es viele andere Staaten, in denen Uranabbau betrieben wird, wie beispielsweise Kasachstan, Kanada, Australien, Niger, Brasilien, China, Kongo, Namibia, Südafrika.

Natururanproduktion
Rang Land Förderung 2012 (in kt) Förderung 2020 (in kt)
1 KasachstanKasachstan 21,3 19,5
2 KanadaKanada 9,0 3,9
3 AustralienAustralien 7,0 6,2
4 NigerNiger 4,7
5 NamibiaNamibia 4,5 5,4
6 RusslandRussland 2,9
7 UsbekistanUsbekistan 2,4 3,5
8 Vereinigte StaatenVereinigte Staaten 1,6
9 China VolksrepublikVolksrepublik China 1,5
10 MalawiMalawi 1,1

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe.[20][21]

Risiken

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Uranist ein schwach radioaktiv strahlendes Element, welches in seinen natürlichen Lagerstätten zunächst keine Gefahr für die Umwelt darstellt. Uran ist Ursprung derZerfallsreihein dessen Zuge222Rnentsteht. Radonbelastung wird quasi immer durch Uranvorkommen im Untergrund ausgelöst. Jedoch nimmt auch nach vollständigem Abbau des Urans die Radonbelastung nicht nennenswert ab, da dessen Mutternuklid226Ra zumeist an Ort und Stelle verbleibt und mit 1600 JahrenHalbwertszeitauf absehbare Zeit nicht verschwindet. Der Urangehalt derzeit genutzter Lagerstätten schwankt mit 0,03 bis 18 Prozent erheblich.[22]Die radiotoxische Gefährlichkeit des Abraums liegt etwa in der gleichen Größenordnung wie die der natürlichen Strahlungsintensität. Außerdem besitzt dastaube Gestein,aus dem der Abraum besteht, teilweise hohe Konzentrationen von anderen Metallen, welche eine Gefährdung für die Umwelt darstellen können. Je nach Lagerstättenart, Gewinnungsmethode und Lagerung können die auf den Abraumhalden noch vorhandenen Uran- und Schwermetallverbindungen das Trinkwasser belasten[23],oder durch Staubverbreitung entfernte Gebiete kontaminieren.

Nachdem der Uranabbau in fünf westeuropäischen Ländern komplett eingestellt wurde, findet etwa die Hälfte der Uranförderung derzeit in dünn besiedelten Gebieten Kasachstans, Kanadas und Australiens statt.[4]In Kanada und Australien sind hauptsächlichUreinwohnerbetroffen, die sich mittlerweile politisch und rechtlich gegen die auftretenden Schäden wehren. Gleichzeitig profitieren indigene Gruppen teilweise von Arbeitsplätzen und Investitionen in die Infrastruktur.[24][25][26]Wurde früher über den Kopf der Betroffenen hinweg entschieden, bemüht man sich inzwischen mehr um die Zustimmung der örtlichen Bevölkerung.[27]Ein weiteres Viertel des Urans wird in Usbekistan,Niger,Namibia[28]und Russland abgebaut.[4]

Abraum

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Hinterlassenschaften des Uranabbaus in Form vonAbraumhalden,Absetzseen,Abfalldeponien usw. führen auch in Ländern, die heute kein Uranerz mehr fördern, beispielsweiseTadschikistanundDeutschland,zu einer langfristigen Gefährdung der dort ansässigen Bevölkerung und der Umwelt durch die im Uranerz natürlich vorkommendenRadionuklide.[29]VergleichbareEwigkeitslastentreten zum Beispiel auch im Ruhrgebiet im Zusammenhang mit dem historischen Steinkohlebergbau auf. Aufgrund der höherenEnergiedichteist dabeipro enthaltener Energiemengedeutlich weniger Gestein zu bewegen, wenn Uran anstatt Kohle „verfeuert “wird.

Mögliche CO2-Belastung der Umwelt

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Die vomÖsterreichischen Ökologie-Institutund derÖsterreichischen Energieagenturerstellte Studie „Energiebilanz der Nuklearindustrie “vom November 2011 prognostiziert, dass aufgrund der starken Nachfrage nach Uran und der weltweit abnehmenden Uranreserven die Urangewinnung aufgrund der abnehmenden Uranerzkonzentration in den Lagerstätten immer aufwändiger werden könnte und mit steigenden CO2-Belastungen für die Umwelt verbunden sein würde.[30]

Der Uranerzgehalt würde dabei zum entscheidenden Faktor in der Energiegewinnungskette: ab einem Grenzwert von ca. 0,01 % wird bei der Energiebilanz die Aufbereitung des gewonnenen Uranerzes zum Prozessschritt mit dem höchsten Energieaufwand (über 40 % der eingesetztenPrimärenergie) und die Energieintensität des nuklearen Energieerzeugungsprozesses steigt auf über 100 %, d. h., die eingesetzte Energie übersteigt die erzeugte: dieUmweltenergiebilanzwird negativ (siehe auchEnergieerhaltungssatz); die nukleare Energieproduktion wäre aus energetischer Sicht nicht mehr sinnvoll (bzw.nachhaltig); ab hier wird der Wert von bis zu 288 g CO2-Emission pro nuklear erzeugterkWhelektrischerEnergiegenannt.[31]

Die Studie wurde im Rahmen des Programms „Neue Energien 2020 “durchgeführt und aus Mitteln der Klima- und Energiefonds gefördert.[32]

Laut einer Studie aus 2008 wäre ab einem Gehalt von„200 Gramm pro Tonne Gestein “(vermutlich abgeleitet vomangloamerikanischen Maßsystem) oder 200 mg/kg„Kohle-Äquivalenz “gegeben; der aus dem Uranerz erzielbare Netto-Energiegewinn wäre gleich der zur Gewinnung nötigen (aus Kohleverbrennung erzeugten) Energie.[33]

Radon

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Ein gefährlichesZerfallsproduktdes Urans ist dasEdelgasRadon,das farb- und geruchlos aus Aufbereitungsanlagen, Halden, Absetzbecken und Mülldeponien ebenso wie aus Bergwerkstollen entweicht, auchstillgelegten.Ohne Abdeckung können ausHaldenundAbsetzbeckendauerhaft erhebliche Mengen Radon freigesetzt werden. Die Freisetzungsrate kann bis zu 10Bqje Quadratmeter betragen.[34]

In ungenügend belüfteten Räumen oberhalb dieser Anlagen/Orte kann es sich ansammeln und bei einer langandauernden Belastung zu einem deutlich erhöhtenLungenkrebsrisiko führen (Schneeberger Krankheit). DieInternationale Agentur für KrebsforschungderWHOwie auch dasBundesamt für Strahlenschutzund dieStrahlenschutzkommissionsehen es als erwiesen an, dass Radon auch schon in geringen Dosen signifikant Krebs auslöst. Ein Schwellenwert konnte nicht ausgemacht werden.[35][36]Das arbeitsmedizinische Maß der Radonbelastung im Uranbergbau ist derWorking Level Month.

Unfälle

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Ganz im Schatten des Reaktorunfalles imKernkraftwerk Three Mile Island(TMI) 1979 ereignete sich im selben Jahr ein Unfall mit Uranabbau-Abraum, der radiologisch als der schwerwiegendere gilt. Um die Strahlung des Abraumes zu reduzieren, werden oftmals Dämme errichtet und der Abfall dahinter wird mit Wasser überflutet. Der Bruch eines solchen Dammes amRio PuercoinNew Mexico(USA) verursachte das Abströmen von rund 335.000 Tonnen radioaktiven Wassers mit etwa 1.000 Tonnen verseuchter Substanzen in den Rio Puerco, der alsWasserreservoirvor allem derDiné-,Hopi- undPueblo-Indianer dient. Eine unmittelbar vorgenommene Messung ergab einen gegenüber dem Grenzwert um das 7000-fache erhöhten Messwert für Trinkwasser. Die Information und Aufklärung der betroffenen Menschen gestaltete sich aufgrund des Mangels an elektronischen Kommunikationsmitteln sowie von Bildungsdefiziten äußerst schwierig, man geht von nicht wenigen Krebs-Todesfällen aus.[37]

Preisschwankungen und „Peak Uranium “

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Wie alle natürlichen Rohstoffe ist auch Uran Preisschwankungen ausgesetzt. Der Uranpreis wird – da Uran fast ausschließlich in Kernreaktoren eingesetzt wird – vornehmlich durch die Entwicklung der Kernenergie (nachfrageseitig) sowie die Erschließung und Entdeckung von neuen bzw. Erschöpfung vorhandener Lagerstätten (angebotsseitig) bestimmt. Uran und in gewissen Ausmaß auchPlutoniumwurde in der Vergangenheit teilweise im Zuge der nuklearen Abrüstung und der so genanntenFriedensdividendevon militärischen (=Bomben) zu zivilen Zwecken transferiert, was einen Druck auf den Uranpreis ausübte und zeitweise dazu führte, dass die jährliche Produktion im Uranbergbau nur einen Bruchteil des jährlichen Verbrauchs in Kernreaktoren decken konnte. Zu all diesen „harten “Faktoren kommt Spekulation.

Aufgrund der enorm hohenEnergiedichteund der Relevanz alsDual UseMaterial, ist es sowohl einfach als auch üblich, beträchtliche Mengen Uran „auf Halde “zu haben, sodass kurzfristige Preisschwankungen auf Endverbraucher zumeist keine oder nur geringe Einflüsse haben. Selbst wenn ein langfristig hoher Uranpreis auf die Stromkosten „durchschlägt “, so bewegt sich dies üblicherweise im Bereich von Centbruchteilen prokWhda Personal- und Fixkosten einen höheren Anteil der Kosten eines Kernkraftwerks ausmachen als „Brennstoff “.[38]

Im Zuge unter anderem der sinkenden Förderung nach Ende des kalten Krieges und der erlahmendenProspektionwurde verschiedentlich – analog zuPeak Oil– einpeak Uraniumprognostiziert. Wie bei allen Rohstoffen sind jedoch die Angaben über „Reserven “immer auf diewirtschaftlichgewinnbaren bekannten Vorkommen bezogen. Ist der Preis bei – zum Beispiel – 30 €/kg so ist es nicht wirtschaftlich, Vorkommen zu gewinnen, deren Kosten 40 €/kg betragen. Dadurch steigt bei steigenden Preisen automatisch die Menge wirtschaftlich nutzbarer Reserven, wodurch mittelfristig die Produktion steigt, und nach dem Gesetz vonAngebot und Nachfrageder Preis bis zur Etablierung eines neuen Gleichgewichts wieder sinkt.

Die um 2007 zu beobachtenden Anstiege des Uranpreises wurden unter anderem durch Spekulation um eineRenaissance der Kernenergiesowie Probleme in einzelnen Abbauländern angeheizt. In der Folge erfolgte intensivierte Prospektion und auch eine Erhöhung der Produktion, wodurch die Preise ab 2008 wieder sanken. Spätestens die Ereignisse von 2011, welche in Deutschland und anderswo zum Anlass genommen wurden, Kernkraftwerke stillzulegen oder Neubaupläne aufzugeben, führten zu einer langfristigen Konsolidierung niedriger Uranpreise und auch dem Bankrott einiger Firmen, die in den Jahren zuvor in Prospektion investiert hatten.

Zusammenhang zwischen Uranpreis und Kerntechnologie

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Der üblicheBrennstoffkreislauf,wie er in der Mehrheit der kommerziellen Kernkraftwerke der Welt Verwendung findet, ist der „verschwenderischste “denkbare Kreislauf. Nach Urananreicherung (wobei sowohl „fertiles “238U als auch fissiles235U im abgereicherten Uran als „Abfall “zurückbleibt) wird der Brennstoff inLeichtwasserreaktoren(LWR) einmalig „verbrannt “und anschließend entsorgt. „Erbrütetes “239Pu bzw.241Pu sowie verbleibendes235U wird hierbei als „Atommüll“entsorgt. Der Anteil an spaltbaren Material in„abgebranntem “Brennstoffvon LWRs isthöherals der in Natururan. Dennoch kann – hinreichend und dauerhaft niedrige Uranpreise vorausgesetzt – dieser Brennstoffkreislauf der ökonomisch sinnvollste sein, wenn die Kosten vonEndlagerungnicht berücksichtigt werden oder nicht mit Gewicht bzw. Volumen skalieren.

Natururanreaktorenerlaubenpro Gramm Natururaneine höhere Energiegewinnung, jedoch istpro Gramm Brennstoffweniger Energie gewinnbar. Insgesamt sind diese also „brennstoffsparender “als LWRs, produzieren aber mengenmäßig mehr „Abfall “(der jedoch zu noch größeren Teilen aus Uran besteht als bei LWRs) pro produzierter Energie. Aufgrund technischer Probleme (Magnox,UNGG) bzw. aufgrund des hohen Preises vonschwerem Wasser(Schwerwasserreaktor) blieben diese Reaktoren jedoch insgesamt ein „Nischenprodukt “, auch wenn Indien nach wie vor Neubauten seinerIPHWR-Linie vornimmt.

Diese Problematik war schon in der Frühzeit der kommerziellen Nutzung der Kernspaltung allgemein bekannt. Man ging bis zu den 1970er Jahren auch von global relativ geringen Uranvorkommen aus und hielt die Tatsache, dass „nur “0,72 % der Masse von Natururan235U sind, für ein weiteres Hindernis bei der geplanten Nutzung der Kernenergie in großem Maßstab. Daher erfolgten in allen Ländern, die in den 1950er und 1960er Jahren in die Kernenergie einstiegen verschiedene Versuche zur „Brennstoffeinsparung “.

Zum einen waren frühe Reaktordesigns oft auf die Verwendung von Natururan ausgelegt (Magnox, UNGG,CANDU) oder sollten dies zumindest ursprünglich sein (RBMK). Dies war jedoch zuvorderst darauf zurückzuführen, dassUrananreicherungeine aufwendige, teure, energieintensiveDual UseTechnologie darstellte, welche zunächst einde factoMonopol der USA war, und erst später von anderen Ländern repliziert werden konnte, bzw. unter Aufsicht derIAEOauch nicht-Großmächten schwach angereichertes Uran zugänglich gemacht werden konnte.

Zum anderen bestand von Anfang an großes Interesse an derWiederaufarbeitungdes „abgebrannten “Brennstoffs, um darin enthaltene spaltbare Nuklide zurückzugewinnen und damit „den Brennstoffkreislauf zu schließen “. Beim Magnox war aufgrund der Unbeständigkeit der Hüllrohre der Brennelemente die Wiederaufarbeitung sogarzwingendnotwendig, da eine langfristige Lagerung in einemAbklingbeckennicht möglich war.

Nach einigen Versuchen setzte sich letztlich dasPUREX-Verfahren allgemein durch, auch wenn auf niedriger Intensität weiter Forschung bzgl. anderer Verfahren der Wiederaufarbeitung betrieben wurde und wird. Beim PUREX-Verfahren, einem nasschemischen Verfahren, welches bei moderaten Temperaturen abläuft, kann Uran und Plutonium zurückgewonnen werden,minore ActinoideundSpaltprodukteverbleiben jedoch als „Abfall “.

Waren bis zu den 1970er Jahren alle größeren Nutzer der Kernenergie davon überzeugt, dass Wiederaufarbeitung sinnvoll war, führten ökonomische und politische Probleme, als Auslöser jedochdie Zündung einer indischen Atombombe,zu einer schlagartigen Verringerung des Interesses an Wiederaufarbeitung. In den USA mussten mehrere kommerzielle Projekte zur Wiederaufarbeitung eingestellt oder im Bau abgebrochen werden. In der Folge intensivierten die USA den außenpolitischen Druck gegen Wiederaufarbeitung. Proteste deranti-Atom Bewegunggegen geplante PUREX-Anlagen inGorlebenoderWackersdorftaten ihr Übriges.

In den 1960er Jahren gab es darüber hinaus Versuche mitFlüssigsalzreaktoren,bei denen die Abtrennung von Spaltprodukten bzw. das „Nachfüllen “von Brennstoff kontinuierlich erfolgen sollte. Unter der RegierungRichard Nixonwurde dieses Projekt jedoch zugunsten desschnellen Brüterswieder aufgegeben, bevor die Forschung abschließend beantworten konnte, ob aufgetretene ProblemeKinderkrankheitenoder „K.O.-Kriterien “waren.

Auch die Verwendung vonThoriumals „Brennstoff “wurde in jener Zeit erfolgreich erprobt. ImKernkraftwerk Shippingportwurde ein Kern, der aus einer Mischung von Uran und Thorium besteht, eingesetzt, ohne dass Sicherheit oder Effizienz gelitten hätten. Neben der besseren Verfügbarkeit von Thorium insgesamt, ist bei Thorium der Vorteil gegeben, dass es fast ausschließlich aus dem gewünschten Isotop232Th besteht. Dadurch können aus einer gegebenen Menge Thorium quasi alle Atome zu233U „gebrütet “und anschließend gespalten werden. Nachteilig ist jedoch, dass232Th für sich genommen keine Kettenreaktion aufrechterhalten kann, und daher eine „Startladung “Uran oder Plutonium benötigt wird.

Der Verfall der Uranpreise in den 1970er Jahren, die oben erwähnten politischen Entwicklungen und die aufkommende anti-Atom Bewegung, die sich mit besonderer Verve auf Projekte wie den schnellen Brüter oder Wiederaufarbeitungsanlagen kaprizierte undGrundlagenforschungim kerntechnischen Bereich als „Subvention der Atomkraft “schmähte, führten recht bald zu einem Erlahmen all dieser Projekte, da sie ökonomisch weniger attraktiv und politisch nicht durchsetzbar erschienen.

Nachdem in den mittleren 2000er Jahren die Uranpreise wieder stiegen, entstand langsam aber sicher wieder Interesse an einigen dieser „Brennstoff sparenden “Verfahren. Neben den ökonomischen Aspekten wurden von Befürwortern nun auch Aspekte der Ressourcenschonenung sowie der Verringerung vonAtommüllins Feld geführt. Das oft in der populären Presse zu findende Argument, ein Reaktor „verbrenne Atommüll “bezieht sich zumeist darauf, dass dieser neben Uran und Plutonium auchminore Actinoidespalten kann, was für die meisten Flüssigsalzreaktoren und alle Reaktoren im schnellen Neutronenspektrum zutrifft. Nichtsdestotrotz bleiben auch bei solchen ReaktorenSpaltproduktezurück, diese sind jedoch bzgl. Radiotoxizität und Langlebigkeit weit weniger bedenklich als Actinoide.

Mit Stand ca. 2022 betreiben Frankreich, Japan, Indien, Russland und in kleinerem Maßstab Großbritannien und China zivile Wiederaufarbeitung von Uran-Brennstoff mittels des PUREX-Verfahrens. Die daraus hergestelltenMOX-Brennelementeverringern den Uranverbrauch pro kWh Strom aus Kernkraft. Ob diese Verfahren bei gegenwärtigen Uranpreisenökonomischsinnvoll sind, wird in vielen Veröffentlichungen bestritten, jedoch gilt zu bedenken, dass im Falle einer Aufgabe der Wiederaufarbeitung die Kosten für den Bau von entsprechenden Anlagenversunkene Kostenwären. Da die Kernenergie starken Regularien unterliegt und oftmals in staatlicher oder quasistaatlicher Hand ist, istKostenwahrheitgerade im Bereich der Wiederaufarbeitung beinahe unmöglich zu erlangen.

In Russland ist mit demBN-800ein schneller Brüter in Betrieb und liefert Strom ins öffentliche Stromnetz. 2022 wurde er erstmals mit einem Kern vollständig aus Plutonium und abgereicherten Uran betrieben, demonstrierte damit also die Fähigkeit zum „Recycling “von „Atommüll “. In China ist unterdessen ein experimenteller Flüssigsalzreaktor (TMSR-LF1) im Bau und mehrereStart-upsversprechen so genannte „Generation IV Reaktoren“,welche auf den Prinzipien Flüssigsalzreaktor, schneller Brüter oder verwandten Technologien beruhen. Diese sind teilweise als so genanntesmall modular reactorsmit geringerer Leistung pro Einheit und schnelleren Bauzeiten konzipiert als bisherige Reaktoren.

Hörfunk

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Siehe auch

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Literatur

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  • W. G. Bachurow, S. G. Wetscherkin, I. G. Luzenko:Untertägige Laugung von Uranerzen.Hrsg.: Kammer der Technik.Atomisdat,Moskau 1969 (150 S., russisch:Подземное выщелачивание урановых руд.Übersetzt von Dothar Hartmann, Peter Fichtner).
  • C. Keller:Kernbrennstoffkreislauf.Hrsg.: H. Möllinger.BandI.Hüthig, Heidelberg 1978,ISBN 3-7785-0507-6.
  • F.-K. Pickert:Brennstoffkreislauf.Deutsches Atomforum,Bonn 1981,ISBN 3-922798-03-4.
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  • Landtag Sachsen, Parlamentsdokumente, Drs. 4/51 25-2
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Wiktionary: Uranbergbau– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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