БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физической химии Реферат на тему «Первичные источники энергии» Студента химического факультета Минск, 2019 Источники энергии - вещества или природные носители энергии, потенциал которых достаточен для преобразования в другие виды энергии для последующего целенаправленного использования. Все источники энергии условно делят на первичные и вторичные. Первичные источники энергии созданы природными процессами. К ним относятся ископаемое горючее (органические и неорганическое), расщепляющееся топливо, термальные воды, энергия Солнца, ветра, рек, морей и океанов. Они могут быть невозобновляемыми и возобновляемыми. К невозобновляемым относят уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф и ископаемые расщепляющиеся вещества — уран, торий; к возобновляющимся — продукты непрерывной деятельности Солнце и природных процессов на поверхности Земли: ветер, водные ресурсы, растительные продукты. Практически неисчерпаемыми первичными источниками энергии служат термальные воды, Солнце, ветер и вещества, которые могут быть источниками термоядерной энергии. Энергетические ресурсы — природные носители энергии, образовавшиеся в результате геологического развития Земли и природных процессов. Аналогично источникам энергии их делят на возобновляемые и невозобновляемые. Отличительная особенность невозобновляемых энергетических ресурсов — их высокий энергетический потенциал и относительная доступность извлечения. Поэтому использование ресурсов данной группы достигает 90%, большую ее часть составляют ископаемые горючие вещества — органическое топливо. Наибольшие энергетические ресурсы органического топлива сосредоточены в угле. Геологических ресурсов нефти в мире в 20—30 раз меньше, чем угля. Ее месторождения разведаны значительно полнее. В мире имеются также большие запасы так называемых нетрадиционных ресурсов нефти, для извлечения которой нужны новые технологии. К ним относятся битуминозные пески, нефтеносные сланцы, а также уголь, который может использоваться как сырье в производстве синтетиеской нефти. Геологические ресурсы такой нефти в 2—3 раза больше ресурсов традиционной нефти. Перспективные источники добычи нефти — глубоководные морские и арктические месторождения. Разведанные запасы урана ограничены. Расширению ресурсов урановых руд и других изотопов урана для производства тепловой энергии способствует использование на атомных станциях реакторов на быстрых нейтронах вместо реакторов на тепловых нейтронах. Возобновляющиеся энергетические ресурсы способны ежегодно восстанавливаться. Одним из видов этих ресурсов является гидроэнергия рек, в настоящее время используется только 16% ее мирового потенциала. Другой вид возобновляющихся энергетических ресурсов — биотопливо. Самый крупный энергетический ресурс Земли — солнечная энергия. До 43% общей солнечной радиации преобразуется в тепловую энергию с энергетическим ресурсом около 2,4 млн ЭДж в год, что значительно превышает разведанные ресурсы органического и ядерного топлива. Косвенными видами солнечной энергии являются энергия ветра и волн и теплота океана. Геотермальные энергетические ресурсы являются низкопотенциальными, огромные запасы позволяют считать их неисчерпаемыми. Сконцентрированы они вдоль изученных геофизических поясов, занимающих около 10% поверхности Земли. Эффективность использования энергоресурсов характеризуется степенью преобразования их энергетического потенциала в конечную продукцию или в конечные виды энергии, полезно используемые. Уровень использования энергетических ресурсов зависит от степени извлечения их при добыче, от сохранения добытого топлива при его первичной переработке (например, обогащении), транспортировке и хранении, от степени преобразования первичных энергетических ресурсов в нужный вид энергии (тепловую, механическую, электрическую), а также от степени полезного использования конечного вида энергии. В основе традиционных процессов добычи, переработки и использования энергетических ресурсов лежат простота их добычи и небольшие затраты труда. Это обстоятельство, а также невысокий уровень развития техники обусловливают сохранение низких значений коэффециентов извлечения топлива, для месторождений нефти — не выше 30—40, газа — 80, угля — 40 и ниже. Выработка дешевых месторождений топлива, необходимость разработки труднодоступных его запасов и связанное с этим повышение стоимости добычи обусловили необходимость внедрения новых технологий добычи топлива. Для повышения степени извлечения нефти до 40—45% и выше применяют закачивание в нефтяной пласт водяного пара, газов с высокой температурой и химических реагентов, понижающих вязкость нефти; для увеличения объемов добычи газа — закачивание жидкостей, вытесняющих газ, и другие способы. Использование ряда первичных источников энергии сдерживалось либо сложностью преобразования их энергии в тепловую (например, расщепляющиеся вещества), либо относительно низким их энергетическим потенциалом, что требовало больших затрат на получение тепловой энергии необходимого потенциала (например, использование солнечной энергии, энергии ветра и др.). Мировое развитие научно-производственного потенциала позволило получать тепловую энергию из ранее не разрабатывающихся первичных источников энергии. Важнейшие первичные источники энергии УГОЛЬ Уголь — полезное ископаемое, вид топлива, образовавшийся как из частей древних растений, так и в значительной степени из битумных масс, излившихся на поверхность планеты, подвергшихся метаморфизму вследствие опускания на большие глубины под землю под высокими температурами и без доступа кислорода. Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией. В среднем, сжигание одного килограмма этого вида топлива приводит к выделению 2,93 кг CO2 и позволяет получить 23–27 МДж (6,4–7,5 кВт·ч) энергии или, при КПД 30 % — 2,0 кВт·ч электричества. Если в 1960 году уголь давал около половины мирового производства энергии, то к 1970 году его доля упала до одной трети. Использование угля увеличивается в периоды высоких цен на нефть и другие энергоносители. Виды угля Антрацит Антрацит — самый глубоко прогревавшийся при своём возникновении из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации, переходная форма от каменного угля к графиту. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твёрдое высококалорийное топливо (теплотворность 6800—8350 ккал/кг). Имеет наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняется. Образуется из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Бурый уголь Бурый уголь — твёрдый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65—70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырьё. Содержит много воды (43 %), и поэтому имеет низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержит большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка одного километра. Добыча угля Способы добычи угля зависят от глубины его залегания. Разработка ведётся открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает ста метров. Нередки и такие случаи, когда при всё большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более одной тысячи двухсот метров. При обычной шахтной добыче около 40 % угля не извлекается. Применение новых методов шахтной добычи — длинный забой — позволяет извлекать больше угля.[6] В угленосных отложениях наряду с углём содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырьё для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием. Мировая добыча достигла максимальной отметки 8254,9 миллионов тонн в 2013 году. Доказанные запасы Доказанные запасы угля на 2014 год в млн тонн [7] Каменный Бурый Страна Всего уголь уголь США 108501 128794 237295 Россия 49088 107922 157010 Китай 62200 52300 114500 Австралия 37100 39300 76400 Индия 56100 4500 60600 МИР 403199 488332 891531 % 26,62 % 17,61 % 12,84 % 8,57 % 6,80 % 100 Потребление угля в миллионах тонн. Регион 2001 2005 2014 Китай 1383 2757 1962 США 1060 1567 453 Индия 360 611 360 Япония 166 202 127 ЮАР 75 80 89 Россия 106 95 85 Остальной мир 2113 2262 806 5263 7574 3882 ВСЕГО Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырьё для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1 т нефти расходуется 2—3 т каменного угля, в период эмбарго ЮАР практически полностью обеспечивала себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит. НЕФТЬ Нефть — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Относится к каустобиолитам (ископаемое топливо). Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти обычно чисто-чёрный. Иногда варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), изредка встречается нефть, окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная, а также насыщеннозелёная нефть[13][14]. Имеет специфический запах, также варьирующий от лёгкого приятного до тяжёлого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кроме ароматических) в чистом виде лишено запаха и цвета. На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых. По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролиты. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф, бурый и каменный уголь, антрацит, сланцы). Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования — например, битуминозные пески и битумы. Происхождение Нефтеобразование — стадийный, длительный процесс образования нефти из органического вещества осадочных пород (остатков древних живых организмов), согласно доминирующей биогенной (органической) теории происхождения нефти. Данный процесс занимает десятки и сотни миллионов лет. В XX веке определённую популярность, особенно в СССР, имела гипотеза абиогенного происхождения нефти из неорганического вещества на больших глубинах в условиях колоссальных давлений и высоких температур, однако подавляющее большинство доказательств свидетельствует в пользу биогенной теории. Абиогенные гипотезы не позволяли делать эффективных прогнозов для открытия новых месторождений Нефтедобыча По способам подъёма современные методы добычи флюидов или скважинной жидкости(в том числе нефти) делятся на: фонтан (выход флюида осуществляется за счёт пластового давления) газлифт установка электроцентробежного насоса (УЭЦН) ЭВН установка электро-винтового насоса (УЭВН) ШГН (штанговые насосы), часто с приводом от наземного станка- качалки другие Первый центробежный насос для добычи нефти был разработан в 1916 российским изобретателем Армаисом Арутюновым До середины 1970-х мировая добыча нефти удваивалась примерно каждое десятилетие, потом темпы её роста замедлились. В 1938 она составляла около 280 млн т, в 1950 около 550 млн т, в 1960 свыше 1 млрд т, а в 1970 свыше 2 млрд т. В 1973 году мировая добыча нефти превысила 2,8 млрд т. Мировая добыча нефти в 2005 году составила около 3,6 млрд т. Всего с начала промышленной добычи (с конца 1850-х гг.) до конца 1973 года в мире было извлечено из недр 41 млрд т, из которых половина приходится на 1965—1973 год. Мировая добыча нефти в 2006 г. составляла около 3,8 млрд т в год[34], или 30 млрд баррелей в год. Крупнейшие мировые нефтедобытчики (По данным Международного энергетического агентства) 2006[35] 2008 2003 Доля Доля Доля Страна Добыча, Добыча, Добыча, мирового мирового мирового млн т. млн т. млн т. рынка (%) рынка (%) рынка (%) Саудовская 505 [36] 9,2 477 12,1 470 12,7 Аравия Россия 480[37] 9,1 507 12,9 419 11,3 [38] США 294 5,6 310 7,9 348 9,4 Иран 252[39] 4,8 216 5,5 194 5,2 Китай 189[40] 3,5 184 4,7 165 4,4 [41] Мексика 167,94 3,2 183 4,6 189 5,1 [42] Канада 173,4 3,3 151 3,8 138 3,7 Венесуэла 180[43] 3,4 151 3,8 149 4 Казахстан 70[44] 1,3 64,9 1,7 51,3 1,2 1985,56 остальные [источник не 56 1692,1 43 1589,7 43 страны: указан 3241 день] Мировая добыча нефти, всего: 100 3936 100 3710 100 Переработка нефти Первый завод по очистке нефти был построен в России в 1745 году, в период правления Елизаветы Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле. В СанктПетербурге и в Москве тогда пользовались свечами, а в малых городах — лучинами. Но уже тогда во многих церквях горели неугасаемые лампады. В них наливалось горное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей. В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин. Очистка нефти — удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел. Химическая очистка производится путём воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92-96 % серной кислотой или олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов. Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков переработки нефти (гудронов) ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов. При адсорбционной очистке из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. Адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента. Каталитическая очистка — гидрогенизация, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений. Применение Непосредственно сырая нефть практически не применяется (сырая нефть наряду с нерозином применяется для пескозащиты — закрепления барханных песков от выдувания ветром при строительстве ЛЭП и трубопроводов). Для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив (бензин, керосин, дизельное топливо, реактивное топливо), топлива для газовых турбин и котельных установок, смазочных и специальных масел, парафина, битумов для дорожного строительства и гидроизоляции, синтетических жирных кислот, сажи для резиновой промышленности, кокса для электродов, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке. Попутные нефтяные газы, газы нефтепереработки, ряд фракций нефти, ароматические углеводороды, жидкие и твёрдые парафины, получаемые из нефти используются как сырьё для нефтехимического синтеза полимерных материалов и пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, синтетических моющих средств, спиртов, альдегидов, кетонов, кормовых белков и других ценных материалов. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля её в общем потреблении энергоресурсов составляла 33,6 % в 2010. В перспективе эта доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости и уменьшения добычи. В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности, потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей, и др. (более 8 % от объёма мировой добычи). Среди получаемых из нефти исходных веществ для этих производств наибольшее применение нашли: парафиновые углеводороды — метан, этан, пропан, бутаны, пентаны, гексаны, а также высокомолекулярные (10—20 атомов углерода в молекуле); нафтеновые; ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы, этилбензол; олефиновые и диолефиновые — этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен. Нефть уникальна именно комбинацией качеств: высокая плотность энергии (на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей), нефть легко транспортировать (по сравнению с газом или углём, например), наконец, из нефти легко получить массу вышеупомянутых продуктов. Истощение ресурсов нефти, рост цен на неё и др. причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив. Запасы Нефть относится к невозобновляемым ресурсам. Разведанные запасы нефти составляют (на 2004) 210 млрд т (1200 млрд баррелей), неразведанные — оцениваются в 52—260 млрд т (300—1500 млрд баррелей). Мировые разведанные запасы нефти оценивались к началу 1973 года в 100 млрд т (570 млрд баррелей). Таким образом, в прошлом разведанные запасы росли (также растёт и потребление нефти — за последние 35 лет оно выросло с 20 до 30 млрд баррелей в год). Однако, начиная с 1984 г., годовой объём мировой нефтедобычи превышает объём разведываемых запасов нефти. Мировая добыча нефти в 2006 г. составляла около 3,8 млрд т в год, или 30 млрд баррелей в год. Таким образом, при нынешних темпах потребления, разведанной нефти хватит примерно на 40 лет, неразведанной — ещё на 10—50 лет. Несмотря на существование таких прогнозов, правительство России в 2009 году планировало увеличение добычи нефти к 2030 году до 530 млн т в год (в рамках Энергетической стратегии России на период до 2030 года)[55] Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. Дата обращения 22 мая 2012. Архивировано 24 мая 2013 года.. Страны с крупнейшими запасами нефти (млрд баррелей) % от мировых Ресурсообеспеченность Страна Запасы1 Добыча² запасов (лет)³ Венесуэла 300,9 17,7 2 626 314 Саудовская 266,6 15,7 12 014 61 Аравия Канада 172,2 10,1 4 385 108 Иран 157,8 9,3 3 920 110 Ирак 143,1 8,4 4 031 97 Россия 102,4 6,0 10 980 26 Кувейт 101,5 6,0 3 096 90 ОАЭ 97,8 5,8 3 902 69 США 55,3 3,2 12 704 12 Ливия 48,4 2,8 432 307 Нигерия 37,1 2,2 2 352 43 Казахстан 30,0 1,8 1 669 49 Катар 25,7 1,5 1 898 37 Китай 18,5 1,1 4 309 12 Бразилия 13,0 0,8 2 527 14 Члены ОПЕК 1211,6 71,4 38 226 87 Весь мир 1697,6 100,0 91 670 51 Примечания: 1. Оценочные запасы в миллиардах (109) баррелей 2. Добыча в тысячах (10³) баррелей в день 3. Ресурсообеспеченность рассчитывается как запасы/добыча По состоянию на 1 января 2012 года, согласно официально обнародованной информации (до этого данные по запасам нефти и газа были засекречены), извлекаемые запасы нефти в Российской Федерации по категориям A/B/C1 составляют 17,8 млрд тонн или 129,9 млрд баррелей (из расчёта, что 1 тонна экспортной смеси Urals составляет 7,3 барреля). Расчётное время на которое хватит этих запасов при текущей добыче (чуть больше 10 млн баррелей или 1,4 млн тонн в день) составляет 35 лет. Также имеются большие запасы нефти (3400 млрд баррелей) в нефтяных песках Канады и Венесуэлы. Этой нефти при нынешних темпах потребления хватит на 110 лет. В настоящее время компании ещё не могут производить много нефти из нефтяных песков, но ими ведутся разработки в этом направлении. Природный газ Природный газ — большое скопление газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 0 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов. Месторождения В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бо́льших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти. Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Из европейских стран стоит отметить Норвегию, Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение). Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан — третий по распространённости газ во Вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса. Добыча Природный газ находится в земле на глубине от 1000 м до нескольких километров (сверхглубокой скважиной недалеко от города Нового Уренгоя получен приток газа с глубины более 6000 метров). В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам. Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное; таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора. Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи. Мировая добыча природного газа в 2014 году составляла 3460,6 млрд м³. Лидирующее положение в добыче газа занимают Российская Федерация (в 2005 году объём добычи составил 548 млрд м³) и США (в 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объёму добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объёму добычи товарного газа, то есть, идущего на продажу контрагентам; в 2010 году Россия вернула себе лидерство в объёмах добываемого газа, нарастив добычу, США же, напротив, снизили добычу). Применение Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газобаллонное оборудование автомобиля, газовый двигатель), котельных, ТЭЦ, различной техники и др. Сейчас он используется в химической промышленности, как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. Для обнаружения утечек газа без использования специальных приборов в него добавляют в безвредных концентрациях этантиол, обладающий резким характерным запахом. Газовая плита Газовый водонагреватель Газовый котёл УРАН Ура́н — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса — 238,029; относится к семейству актиноидов. Уран — слаборадиоактивный элемент, он не имеет стабильных изотопов. Самыми распространёнными изотопами урана являются уран-238 (имеет 146 нейтронов, в природном уране составляет 99,3 %) и уран-235 (143 нейтрона, природная распространённость 0,7204 %). Нахождение в природе Уран является элементом с самым большим номером из встречающихся в больших количествах. Содержание в земной коре составляет 0,00027 % (вес.), концентрация в морской воде — 3,2 мкг/л (по другим данным, 3,3·10-7%). Количество урана в литосфере оценивается в 3 или 4·10−4%. Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (алланит (Ca,LREE,Th)2(Al,Fe+3)3[SiO4][Si2O7]OOH, монацит (La,Ce)PO4, циркон ZrSiO4, ксенотим YPO4 и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами-спутниками минералов урана являются молибденит MoS2, галенит PbS, кварц SiO2, кальцит CaCO3, гидромусковит и др. Минерал Основной состав минерала Содержание урана, % Уранинит UO2, UO3 + ThO2, CeO2 65-74 Карнотит K2(UO2)2(VO4)2·2H2O ~50 Казолит PbO2·UO3·SiO2·H2O ~40 Самарскит (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6 3,15-14 Браннерит (U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15 40 Тюямунит CaO·2UO3·V2O5·nH2O 50-60 Цейнерит Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O 50-53 Отенит Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O ~50 Шрекингерит Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O 25 Уранофан CaO·UO2·2SiO2·6H2O ~57 Фергюсонит (Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O4 Торбернит Cu(UO2)2(PO4)2·nH2O Коффинит U(SiO4)(OH)4 0,2-8 ~50 ~50 Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских породах), настуран — вулканогенный и гидротермальный — преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни — в основном в молодых — кайнозойских и моложе — образованиях преимущественно в низкотемпературных осадочных породах. Месторождения Количество урана в земной коре примерно в 1000 раз превосходит количество золота, в 30 раз — серебра, при этом данный показатель приблизительно равен аналогичному показателю у свинца и цинка. Немалая часть урана рассеяна в почвах, горных породах и морской воде. Только относительно небольшая часть концентрируется в месторождениях, где содержание данного элемента в сотни раз превышает его среднее содержание в земной коре. По оценке 2015 года разведанные мировые запасы урана в месторождениях составляют более 5,7 млн тонн. Крупнейшие запасы урана, с учётом резервных месторождений, имеют: Австралия, Казахстан (первое место в мире по добыче), Россия. По оценке 2015 года, в месторождениях России содержится около 507 800 тонн запасов урана (9 % его мировых запасов); около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Забайкальский край), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золотоурановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия). Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений. Добыча урана Согласно «Красной книге по урану», выпущенной ОЭСР, в 2005 г. добыто 41 250 тонн урана (в 2003 — 35 492 тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения и около 60 научных, которые потребляют в год 67 тысяч тонн урана. Это означает, что его добыча из месторождений обеспечивала лишь 60 % объёма его потребления (на 2009 год эта доля возросла до 79 %). Остальной уран, потребляемый энергетикой, или 17,7 %, поступает из вторичных источников.
