С тех пор как в 1950-х годах первые коммерческие реакторы начали производить электроэнергию для сети (уже около 70 лет назад...), мы продолжаем слышать, что ядерная энергия — это чистая, зеленая энергия будущего. Никаких выбросов, никаких ограничений, только бесконечная сила атома. Даже М. Кинг Хабберт, известный геолог-нефтяник, который указал на реальность пикового производства нефти, видел в ней бесконечный и стабильный источник энергии. (Не спрашивайте меня, как он мог держать в голове эти два противоречивых мнения одновременно.)
Сегодня мы знаем — хотя многие продолжают отрицать, — что он был абсолютно прав в своем первом наблюдении. Нефть — это конечный ресурс, и ее добыча следует кривой роста, пика, плато и падения. Традиционная нефть (предмет исследований Хабберта) достигла пика около 2005 года и с тех пор находится на неустойчивом плато, с ростом, обусловленным только нетрадиционными и все более сложными и энергозатратными ресурсами. Я написал много статей о не столь фантастических перспективах, которые это сулит нам, так что давайте теперь рассмотрим предложенную альтернативу ископаемым топливам: ядерную энергию.
Я упомянул в введении к этой статье, как Хабберт представил явное противоречие между реальностью пикового производства нефти и его ожиданиями по поводу ядерной энергии, которая якобы будет обеспечивать нас всей необходимой энергией на протяжении бесчисленных тысячелетий. Я говорю явное, потому что как геологу ему должно было быть очевидно, что ядерная энергия исходит из урана, минерала, который встречается в ограниченных количествах, в конечных запасах на этой конечной планете. Другими словами: тот же самый рост и падение в его добыче практически гарантированы.
Добыча начинается в лучших местах, где можно найти самые плотные и легкодоступные формы урановой руды. Например, в Канаде, с содержанием U 20% (что, кстати, является фантастически высокой концентрацией для любого металла). Проблема в том, что такие высококачественные руды редки. Они как золотая вершина пирамиды Хефрена. Блестящие, легкие в работе, но их мало по сравнению с остальными запасами.
Представьте, что все когда-либо добытые (и еще не добытые) урановые руды были собраны в одном месте Богами. Там они сложили бы их в форму гигантской пирамиды, поставив высококачественные руды из Канады, как вишенку, на вершину. Следующий, более объемный слой в этой воображаемой пирамиде урановых ресурсов будет состоять из руд с содержанием урана 2% (где остальное — это отходы добычи, содержащие менее ценные металлы в различных количествах). Как видите, у нас их гораздо больше, но все еще недостаточно для обеспечения всей планеты энергией. Спустившись еще на один слой ниже, мы найдем гораздо больше урана, но запертого в рудах все более низкого качества, содержащих всего килограмм чистого урана на каждую тонну добытой руды (или 0,1%).
Обратите внимание, как мы переходим на порядки плотности, двигаясь вверх и вниз по этой пирамиде: 20% на вершине в десять раз плотнее, чем 2% руда, которая в двадцать раз плотнее, чем 0,1% руда в ряду ниже. На нижних слоях мы найдем обычный гранит и осадочные породы, содержащие всего несколько граммов урана на тонну добытой руды: 3–5 ppm (или 0,0003%). Удачи в добыче, транспортировке и измельчении тонн самых твердых пород этой планеты, чтобы попытаться извлечь из них несколько граммов урана.
Долгий рассказ коротко: у нас есть только очень небольшое количество высококачественного, легкодоступного урана и миллиарды тонн низкокачественного, труднодоступного металла, рассеянного по поверхности планеты. Так же, как и с каждым другим материалом, который мы когда-либо добывали.
Теперь, вооружившись этими знаниями, взгляните на график ниже.
Как бы абсурдно это ни звучало, наши запасы урана отказываются расти в соответствии с деньгами, которые мы вкладываем в разведку. Мы просто не можем увеличить наши старые, высококачественные, дешевые запасы. Вместо этого мы находим все более низкокачественные типы руды, содержащие все меньше урана на тонну и стоящие все больше для добычи. Несмотря на виртуальный взрыв затрат на разведку (удвоение общей суммы, потраченной за 12 лет между 2005 и 2017 годами), наши запасы выросли только на 60% — затем выровнялись, указывая на пик разведки.
Давайте признаем: разведка урана достигла убывающей отдачи, и текущие запасы оцениваются как достаточные на 90 лет — а не на 5000, как предполагал Хабберт. Траты на разведку не дадут нам больших количеств высококачественных ресурсов в ответ. То, что у нас осталось, все хуже по качеству и дороже в добыче. Не имеет значения, что теоретически океаны или земная кора содержат миллионы тонн урана. На практике он находится в такой разбавленной форме, что потребуется больше энергии для очистки и сбора радиоактивного металла, чем энергии, которую мы могли бы получить из реакторов в конце концов.
Что важно, так это чистая энергия: если нечего получить, то зачем это делать...?
Так, дорогой читатель, выглядит естественный предел роста. (Не в отличие от ситуации с нефтью.) Поддержание мифа о том, что «высокие цены приводят к увеличению предложения», здесь не поможет. Ожидание того, что более высокие цены сделают добычу низкокачественных резервов экономически выгодной (в основном все новые открытия) в мире с ограниченной энергией, ничто иное как магическое мышление.
Уран все еще добывается (и по сей день) с использованием дизельной техники и все более дорогой электроэнергии. Добыча низкокачественных руд означает еще большее потребление энергии, так как большее количество пород на единицу урана придется выкапывать и транспортировать на поверхность. Например, числовое различие между рудой с содержанием 1% и 0,1% составляет всего 0,9 процентных пункта, но на самом деле это требует в 10 раз больше усилий (дизель и связанная с ним техника), чтобы поднять руду из карьера, а затем дополнительно 10–100-кратное увеличение использования энергии для измельчения и выщелачивания. Здесь нечего изобретать: работа должна быть выполнена, и она имеет определенные энергетические потребности, диктуемые физикой и геологией.
Теперь давайте взглянем на фактическую добычу урана. В конце первой Холодной войны добыча сократилась по политическим причинам: гонка вооружений прекратилась на время, и многие ядерные оружия были разобраны и использованы в качестве топлива для реакторов. Возник избыток предложения. Несмотря на растущий спрос, уровни добычи, наблюдаемые в эпоху Холодной войны, больше не требовались. По крайней мере, не до начала 2000-х годов.
Когда запасы начали истощаться, возобновился интерес к добыче. Однако на этот раз высококачественные запасы уже были добыты, и только все более низкокачественные руды могли быть введены в производство. Как и следовало ожидать в таком случае, производители начали сталкиваться с различными проблемами.
Даже Казахстан, крупнейший производитель в мире, достиг пределов роста и снижения рентабельности. Глобальный энергетический кризис (как по природному газу, так и по дизелю) только усугубил их положение и сделал их еще более уязвимыми к протестам рабочих, требующих компенсации за растущие затраты на жизнь (и вполне обоснованно). Это проклятие ресурсов: по мере их истощения их добыча становится все дороже, а их цена не может следовать за этой тенденцией.
Мы уже сталкиваемся с дефицитом поставок, который будет только расти по мере истощения дешевых ресурсов. Расширение флота реакторов еще больше увеличит этот дефицит, еще больше нагружая уже растянутые поставки и национальные запасы.
Не нужно говорить, что это неустойчиво. Если цены на уран не вырастут значительно, то поставщики будут вынуждены прекратить добычу. Мы находимся на уровне около 110 долларов за кг, и большинство запасов требует 130 долларов за кг, чтобы стать экономически выгодными, не говоря уже о новых запасах, требующих 260 долларов за кг для добычи. Если цены поднимутся до этого уровня, это вынудит бедные страны вывести из эксплуатации свои флоты и отменить проекты, что снова приведет к падению цен. Не нужно говорить, что это зигзагообразное движение цен уничтожит любые стимулы для открытия и идеи использования низкокачественных руд. (Как с нефтью.)
Если вы возлагали свои надежды на ядерную энергию, у меня для вас очень плохие новости: добыча урана достигнет пика (если этого еще не произошло). Поскольку разведка уже достигла убывающей отдачи в 2011 году, это было только вопросом времени, а не вопросом если. Неудивительно: мы живем на планете, ограниченной геологией и физикой, а не деньгами.
Тогда новые конструкции реакторов наверняка нас спасут! Ну, размножающие и реакторы четвертого поколения все еще находятся на стадии разработки и далеко не коммерциализации. Потребуются десятилетия, чтобы их одобрили и решили всевозможные технические и вопросы безопасности. Даже китайцы, которые являются лидерами в этой технологии, не планируют строить свои первые экспериментальные реакторы до 2030-х годов... У нас нет столько времени. Нефть собирается начать свой долгий спад в этом десятилетии — сначала медленно и нерешительно, а затем все быстрее, вызывая всевозможные проблемы, которые помешают нам инвестировать в эти непроверенные технологии. Кроме того, все эти новые реакторы будут использовать ограниченный источник топлива (U-235), который уже достигает пика, а затем уменьшается.
По мере того, как дизельное топливо становится все более дефицитным и труднодоступным, обслуживание старых реакторов будет становиться все более проблематичным. Нам нужно долгосрочное мышление здесь: реакторы будут нуждаться в активном уходе и охлаждении десятилетиями после их вывода из эксплуатации, и если мы потеряем стабильность сети (что является очень реальной ближайшей проблемой), то длительное отключение электроэнергии может вызвать нежелательные проблемы (опять же, мы не сможем полагаться на дизельные генераторы, которые будут помогать нам долго).
Основываясь на вышесказанном, не является ни устойчивым, ни безопасным расширять флот ядерных реакторов. Нам немедленно нужно начать рыть долгосрочные хранилища недалеко от существующих реакторов, пока у нас еще есть ресурсы и ископаемое топливо для этого, и планировать безопасное завершение использования ядерной энергии, как только все доступное топливо будет использовано. Пик нефти — это не апокалипсис, а длинное чрезвычайное положение. Мы должны действовать соответственно и использовать ядерную энергию только как краткосрочное или среднесрочное «решение», прежде чем нерешенные проблемы просто перегрузят нас.