Tác giả: TS Phạm Hải Hồ

Quá trình khai thác urani

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu hiện nay, việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và sử dụng năng lượng hiệu quả là hai giải pháp hiển nhiên, không cần tranh cãi. Các nguồn nhiên liệu hóa thạch như dầu lửa, than đá, khí thiên nhiên tạo ra nhiều khí nhà kính, nguyên nhân chủ yếu của hiểm họa nói trên. Hơn nữa, trữ lượng của chúng lại ngày càng giảm và sẽ cạn kiệt trong một tương lai không xa lắm.

Thế còn urani thì sao? Nó có phải là nguồn năng lượng sạch để sản xuất điện hạt nhân hay không? Và trữ lượng của nó có đủ để cung cấp lâu dài cho ngành điện hạt nhân thế giới? (Theo thống kê cuối năm 2015 có 441 nhà máy nguyên tử đang hoạt động.[1]) Sau các tai nạn hạt nhân nặng nề nhất: Osjorsk/Kyschtym (Liên Xô cũ, 1957), Sellafield (Anh, 1957), Harrisburg (Hoa Kỳ, 1979), Chernobyl (Liên Xô cũ, 1986), Fukushima (Nhật, 2011) khiến cả thế giới kinh sợ, các tập đoàn nguyên tử cùng các nhóm lợi ích quốc tế và trong nước nỗ lực tuyên truyền, nào là nhà máy điện hạt nhân tương lai sẽ tuyệt đối an toàn, nào là điện hạt nhân sẽ góp phần đáp ứng phần lớn nhu cầu năng lượng của nhân loại, cũng như  ứng phó với biến đổi khí hậu v.v. Điều ấy có vẻ như đúng với những thanh nhiên liệu urani có thể cung cấp một lượng điện năng lớn mà gần như không phát thải khí nhà kính.Nhưng quá trình sản xuất những thanh nhiên liệu ấy và việc xử lý chúng sau khi sử dụng thì sao? Trên quan điểm sinh thái, để đánh giá tác động môi trường của một sản phẩm hay một dịch vụ, cần phải xem xét  cả “vòng đời” (life cycle) của nó, hay nói cách khác, “từ nôi cho đến mồ” (from the cradle to the grave).

Trong khuôn khổ bài này, chúng ta thử tìm hiểu quá trình sản xuất urani.

Quy trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân trải qua các khâu: khai thác quặng, tuyển / chế biến quặng, biến hoán, làm giàu, sản xuất nhiên liệu lò phản ứng (xem hình 1).

Khai thác quặng urani

Quặng urani chủ yếu được khai thác ở mỏ lộ thiên hoặc mỏ ngầm. Nếu là mỏ lộ thiên, chỉ cần bóc lớp đất đá phủ để lấy quặng, còn mỏ ngầm thì phải đào hầm lò sâu qua lớp nham thạch không chứa urani, có khi tới hai ba kilomet dưới lòng đất. Ngoại trừ vài trường hợp ngoại lệ, thông thường quặng chỉ chứa không tới 0,5% urani.Vì thế, để thu được một lượng đáng kể chất này phải đào lên một khối lượng quặng không lồ. Hàng triệu lít nước ô nhiễm tụ lại trong mỏ được bơm vào sông rạch, khiến lớp trầm tích ngày càng chứa nhiều chất phóng xạ hơn. Việc thông gió thồi khí radon (Rn) từ quá trình phân rã hạt nhân và bụi phóng xạ ra ngoài, tuy giảm được phần nào tổn hại sức khoẻ cho công nhân, nhưng lại làm tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi cho người dân sống gần đó. Đá thải chất thành những gò lớn cũng thường có độ phóng xạ cao hơn các loại đá thông thường. Kể cả khi mỏ đã ngừng hoạt động, những gò đá thải vẫn còn là mối đe doạ đối với môi trường và các khu dân cư lân cận vì khí radon, nước rỉ ô nhiễm có thể thoát ra ngoài.

Hình 1: Quy trình sản xuất nhiên liệu nhà máy điện hạt nhân
(nguồn: Diehl, trang 27)

Chế biến quặng urani

Sau khi thu hoạch, quặng urani được đập vỡ rồi nghiền nhỏ ở phân xưởng gia công. Trong quá trình thủy luyện kim, người ta tách urani ra khỏi quặng bằng một dung dịch thường là acid sulfuric nhưng cũng có khi là dung dịch base. Dung dịch chứa urani còn hòa tan nhiều kim loại nặng và arsenic nên phải tách urani ra lần nữa. Thành phẩm của khâu tuyển quặng là “bánh vàng” (yellow cake) tức triurani octoxide U3O8 xen lẫn tạp chất. Nguy cơ lớn nhất ở khâu này là bụi phóng xạ. Bên cạnh đó, hàng chục triệu tấn quặng thải được gọi là quặng đuôi (tailings) cũng có thể gây tác động nặng nề. Quặng đuôi lúc đầu có trạng thái đặc sệt như bùn được bơm vào bồn lắng để tách lấy phần rắn đưa ra bãi phế thải. Vì chỉ một lượng nhỏ urani được thu hoạch, quăng đuôi có khối lượng lớn gần bằng khối lượng quặng nguyên khai và còn giữ khoảng 85 % lượng phóng xạ. Ngoài dư lượng urani ra, quặng đuôi còn chứa những chấtphóng xạ khác như thori-230, radi-226,… và những chất độc như kim loại nặng, arsen v.v. Vì thế, các bãi chứa quặng duôi là nguồn phóng xạ độc hại lâu dài. Tuy có chu kỳ bán rã tương đối ngắn (3,8 ngày), radon-222 không ngừng phát sinh từ radi-226 (chu kỳ bán rã 1.600 năm), chất này lại được bổ sung liên tục bởi phản ứng phân rã của thori-230 (chu kỳ bán rã 80.000 năm). Phải sau hàng trăm ngàn năm, lượng phóng xạ và sự phát sinh khí radon mới giảm đáng kể. Ngoài ra, nước rỉ có thể chứa arsen, urani v.v. – đặc biệt nguy hiểm trong môi trường acid vì các đồng vị phóng xạ có hoạt tính cao hơn bình thường -làm ô nhiễm cả nước ngầm lẫn nước bề mặt. Vì chu kỳ bán rã của nhiều chất phóng xạ quá dài nên bãi quặng đuôi phải được củng cố bằng đập đá hay bêtông để bảo đảm an toàn. Tuy nhiên, điều này khó thực hiện ở những vùng chịu tác động xói mòn và có nhiều thiên tai lũ lụt như Việt Nam. Trong quá khứ, nhiều vụ vỡ đê bảo hộ khiến hàng ngàn tấn bùn và hàng triệu lít nước ô nhiễm tràn ra ngoài, thí dụ như ở Hoa Kỳ năm 1977, 1979 và ở Canada năm 1984 (xem hình 2).

Hình 2: Hiểm hoạ từ phế thải khâu tuyển quặng urani
(nguồn: Diehl, trang 32)

Trong dây chuyền sản xuất nhiên liệu hạt nhân, hai khâu khai thác và chế biến quặng urani có tác động xấu nhất đối với con người và môi trường.

Sau khi ngừng khai thác, để tránh tai hoạ cho con người và môi trường, cần phải thu dọn, cải thiện tình trạng ô nhiễm ở mỏ và phân xưởng gia công, cũng như phải quản lý chặt chẽ một lượng phế thải (đá và quặng đuôi) hạt nhân khổng lồ. Chi phí xử lý sau khi khai thác tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn bảo vệ môi trường. Đức phải chi 49 USD cho mỗi tấn phế thải hay 14 USD cho mỗi cân Anh U3O8 sản xuất ở CHDC Đức cũ, trong khi các chi phí tương ứng của Canada là 0,48 USD/tấn phế thải và 0,12 USD/lb U3O8.[2] Tổng chi phí xử lý mấy chục triệu tấn phế thải từ một mỏ urani sẽ lên tới hàng chục triệu, thậm chí hàng trăm triệu đô la Mỹ. Càng để lâu, việc xử lý phế thải càng khó khăn và tốn kém hơn. Vì thế, cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế khuyến cáo ngay khi lập bản dự chi cho việc sản xuất urani nên tính cả kinh phí quản lý môi trường và chất thải trong và sau quá trình sản xuất.[3]

Quặng urani ở Việt Nam

Giữa cuộc tranh luận khá sôi nổi về điện hạt nhân ở Việt Nam, trong một bài báo TS. Hoàng Quốc Đô cho biết nước ta có tiềm năng về quặng urani, với trữ lượng U₃O₈ ước tính lên tới 230.000 tấn. Không rõ số quặng ấy có hàm lượng bao nhiêu và dễ dàng khai thác hay không, nhưng ông công bố “nội dung chính về xây dựng và phát triển chương trình nhiên liệu hạt nhân ở Việt Nam trong giai đoạn từ nay [năm 2005] đến 2020 là:

– Tìm kiếm thăm dò và đánh giá khả năng khai thác và sử dụng tài nguyên Urani ở Việt Nam.

– Nghiên cứu triển khai khoa học công nghệ về chu trình nhiên liệu.”[4]

Sáu năm sau, “Hội thảo đánh giá môi trường chiến lược quy hoạch, thăm dò, khai thác, chế biến quặng phóng xạ ở Quảng Nam” được tổ chức tại tỉnh này. Ông Lê Ngọc Bình, chủ nhiệm đề án [đánh giá… ], báo cáo Quảng Nam có 7 trên 11 mỏ, điểm quăng phòng xạ (urani, thori v.v.) trong cả nước. Theo ông, việc thăm dò, chuẩn bị khai thác hai mỏ U Pà Lừa và U Pà Rồng hoàn thành trước năm 2015. Trong giai đoạn 2016 – 2020, xây dựng mỏ và khai thác quặng urani tại hai nơi ấy với công suất mỗi mỏ khoảng 100 đến 130 ngàn tấn quặng nguyên khai / năm. Đồng thời, xây dựng khu chế biến quặng với công suất 100 tấn U-308 trong urani kỹ thuật / năm trong giai đoạn I và 200 tấn U-308 trong urani kỹ thuật /năm [trong giai đoạn II].

Đến nay tác giả không có thêm thông tin về tiến độ thực hiện đề án này. Tuy nhiên, trong dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân gồm 8 dự án thành phần và 2 đề án, có lẽ nó đã được nhập vào Đề án Phát triển công nghiệp hỗ trợ ĐHN mà Bộ Công Thương triển khai thực hiện. Bộ này “đang triển khai xây dựng một dự thảo kế hoạch dài hạn phát triển các ngành công nghiệp hỗ trợ, từ giai đoạn xây dựng, vận hành đến chế tạo thiết bị và nhiên liệu […] Dự kiến quý I/2017 Đề án sẽ được trình Chính phủ phê duyệt.”[5] Nếu đúng như vậy thì các mỏ urani nói trên chưa được khai thác nhưng nằm trong một đề án thuộc dự án tổng thể nói trên.

Việt Nam là một trong 10 nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, môi trường sinh thái lại bị suy thoái bởi nạn phá rừng và những dự án gây tác hại trầm trọng. Vì thế, mỗi tác động đáng kể vào tự nhiên đều đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận và những biện pháp phòng chống ô nhiễm chặt chẽ. Huống chi việc khai thác quặng urani lại thải ra những chất phóng xạ độc hại với khối lượng khổng lồ. Nó sẽ là mối đe doạ nhiều mặt kéo dài hàng ngàn hàng vạn năm. Cho nên chừng nào nước ta chưa cần nhiếu urani thì nên mua trên thị trường thế giới và không nên tiến hành việc sản xuất.

Tác giả: TS Phạm Hải Hồ
(Gởi đến DĐKP ngày 28.10.2016)

Tài liệu

Diehl, Peter: Reichweite der Uran-Vorräte der Welt – erstellt für Greenpeace Deutschland. [Khả năng cung cấp của các nguồn urani trên thế giới – biên soạn cho tổ chức Hoà Bình Xanh Đức.] Berlin 2006.

Deutsches Atomforum e. V. (DAtF), Kernkraftwerke weltweit, Stand 12/2015.

Đinh Văn Tôn, Một số vấn đề môi trường trong hoạt động khai thác quặng phóng xạ, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ – Luyện kim

Hoàng Quốc Đô: Vấn đề nội địa hóa nhiên liệu và vật liệu hạt nhân. Công Nghiệp & Khoa Học Công Nghệ số tháng 8-9/2005, trang 32.

International Atomic Energy Agency (IAEA): Analysis of Uranium Supply to 2050. Vienna 2001.

Lê Hồng Kỳ, Tiến độ các dự án thành phần xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận, trang  18-24. Thông tin KH&CN Hạt nhân số 47 – tháng 06/2016.

Linh Chi, Hội thảo đánh giá môi trường chiến lược quy hoạch, thăm dò, khai thác, chế biến quặng phóng xạ ở Quảng Nam, Cổng TTĐT Quảng Nam, 26/08/2011.

Luật năng lượng nguyên tử, Quốc Hội ban hành ngày 03 tháng 06 năm 2008.Chương VI: Thăm dò, khai thác, chế biến quặng phóng xạ.

Quyết định số 114/2007/QĐ-TTg, Quyết định về việc phê duyệt "Kế hoạch tổng thể thực hiện Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hoà bình đến năm 2020". [Đề án 15: Điều tra, đánh giá, thăm dò tài nguyên urani]

Song Anh & Xuân Hùng, Chất thải hạt nhân được xử lý và lưu giữ thế nào?, Năng lượng Việt Nam 20.05.2015.

Thông tư số 15/2010/TT-BKHCN,Ban hành “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn bức xạ - Miễn trừ khai báo, cấp giấy phép”, Bộ Khoa học và Công nghệ, ngày 14 tháng 9 năm 2010. [Quy chuân QCVN 5:2010/BKHCN]

Thông tư  số 04/2016/TT-BKHCN, Quy định về thẩm định báo cáo đánh giá an toàn bức xạ  trong hoạt động thăm dò, khai thác quặng phóng xạ, Bộ Khoa học và Công nghệ, ngày 04 tháng 4 năm 2016.

Trần Minh Huân, Các loại mỏ uranium đặc trưng trên thế giới, Thông tin KH&CN Hạt nhân số 46, trang 26-28. [Nguồn: Investing News Network January 2015]

Trần Minh Huân, Uranium và thorium từ các mỏ đất hiếm, Thông tin KH&CN Hạt Nhân số 47 – tháng 6/2016, trang 25-30.

Ghi chú

[1]Deutsches Atomforum e. V.

[2]Diehl, trang 27-35.

[3]IAEA, trang 32.

[4]Hoàng Quốc Đô, trang 32.

[5]Lê Hồng Kỳ, trang 23.