Nauji, saugesni branduoliniai reaktoriai, galintys padėti sustabdyti klimato kaitą

Julianas Bermanas

BP gali būti ne pirmasis šaltinis, į kurį kreipiatės norėdami sužinoti naujienas apie aplinką, tačiau klimato stebėtojai labai vertina jos metinę energijos apžvalgą. Ir jos 2018 m. žinutė buvo ryški: nepaisant nerimo dėl visuotinio atšilimo, 2017 m. anglys sudarė 38 % pasaulio energijos – lygiai tiek pat, kiek prieš 20 metų buvo pasirašyta pirmoji pasaulinė klimato sutartis. Dar blogiau, kad šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas pernai padidėjo 2,7 % – tai didžiausias padidėjimas per septynerius metus.

Dėl tokio sąstingio daugelis politikos formuotojų ir aplinkosaugos grupių padarė išvadą, kad mums reikia daugiau branduolinės energijos. Netgi praeityje entuziastingi Jungtinių Tautų mokslininkai dabar teigia, kad kiekvienas planas išlaikyti planetos temperatūros kilimą žemiau 1,5 °C priklausys nuo esminio branduolinės energijos šuolio.

Ši istorija buvo mūsų 2019 m. kovo mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Bet mes judame kita kryptimi. Vokietija iki 2022 metų planuoja uždaryti visas savo atomines elektrines; 2011 m. Italija referendumu nubalsavo už tai, kad užblokuotų bet kokius būsimus projektus. Ir net jei branduolinė energetika sulaukė plataus visuomenės palaikymo (o ne), tai brangu: neseniai JAV buvo uždarytos kelios atominės elektrinės, nes negali konkuruoti su pigiomis skalūnų dujomis. .

Jei dabartinė padėtis išliks, tikėtina, kad daugiau atominių elektrinių bus uždaryta ir visų pirma bus pakeista gamtinėmis dujomis, todėl padidės išmetamųjų teršalų kiekis, teigė susirūpinusių mokslininkų sąjunga – istoriškai branduolinės energetikos skeptikai – 2018 metais. anglies dvideginio išmetimas padidėtų 6 proc.

Šiuo metu svarbios diskusijos nėra dėl to, ar palaikyti esamas sistemas, sako Edwinas Lymanas, laikinai einantis UCS branduolinės saugos projekto direktoriaus pareigas. Praktiškesnis klausimas yra tai, ar realu, kad per ateinančius kelis dešimtmečius bus galima dislokuoti naujas atomines elektrines reikiamu tempu.

2018 m. pradžioje buvo 75 atskiri pažangūs dalijimosi projektai bando atsakyti į šį klausimą vien Šiaurės Amerikoje, teigia ekspertų grupė Third Way. Šiuose projektuose naudojamos tos pačios rūšies reakcijos, naudojamos įprastuose branduoliniuose reaktoriuose, kurios buvo naudojamos dešimtmečius – dalijimasis arba atomų skaidymas.

Viena iš pirmaujančių technologijų yra mažas modulinis reaktorius arba SMR: suploninta įprastų dalijimosi sistemų versija, kuri žada būti pigesnė ir saugesnė. „NuScale Power“, įsikūrusi Portlande, Oregone, turi 60 megavatų konstrukciją, kuri beveik bus įdiegta. (Tipiška brangi įprastinė dalijimosi jėgainė gali pagaminti apie 1000 MW galios.)

„NuScale“ susitarė įrengti 12 mažų reaktorių, tiekiančių energiją 46 komunalinių paslaugų koalicijai Vakarų JAV, tačiau projektas gali būti įgyvendintas tik tuo atveju, jei grupės nariai sutiks jį finansuoti iki šių metų pabaigos. Istorija rodo, kad tai nebus lengva. 2011 m. „Generation mPower“, kita SMR kūrėja, susitarė pastatyti iki šešių reaktorių, panašių į „NuScale“. Jį palaikė įmonių savininkai Babcock & Wilcox, viena didžiausių pasaulyje energetikos gamintojų, tačiau po mažiau nei trejų metų paktas buvo atšauktas, nes neatsirado naujų klientų. Jokie užsakymai reiškė, kad kainos nesumažės, todėl sandoris tapo netvarus.

Nors NuScale metodas naudoja tradicinius lengvu vandeniu aušinamus branduolinius reaktorius ir juos sutraukia, vadinamosios IV kartos sistemos naudoja alternatyvius aušinimo skysčius. Kinija Fudziano provincijoje stato didelio masto natriu aušinamą reaktorių, kuris, kaip tikimasi, pradės veikti 2023 m., o Vašingtone įsikūrusi „TerraPower“ kuria natriu aušinamą sistemą, kuri gali būti maitinama panaudotu branduoliniu kuru, nusodrintu uranu arba uranu. žemė. „TerraPower“ – Billas Gatesas yra investuotojas – sudarė susitarimą su Pekinu iki 2022 m. pastatyti demonstracinę gamyklą, tačiau Trumpo administracijos apribojimai Kinijos prekybai kelia abejonių dėl jos ateities.

Kitas IV kartos variantas, išlydytos druskos reaktorius, yra saugesnis nei ankstesnės konstrukcijos, nes gali atvėsti, net jei sistema visiškai netenka energijos. Kanados bendrovė Terrestrial Energy planuoja Ontarijuje pastatyti 190 MW elektrinę, kurios pirmieji reaktoriai gamins energiją iki 2030 m. tokia kaina, kuri, jos teigimu, gali konkuruoti su gamtinėmis dujomis.

Netrukus galėtų pradėti veikti vienas IV kartos reaktorius. Heliu aušinami labai aukštos temperatūros reaktoriai gali veikti iki 1000 °C, o valstybinė Kinijos nacionalinė branduolinė korporacija turi 210 MW prototipą rytinėje Šandongo provincijoje, kuris šiemet bus prijungtas prie tinklo.

Trys priežastys, dėl kurių atsinaujino viltis dėl branduolinės energijos

	Maži moduliniai reaktoriai	Išplėstinis dalijimasis	Sintezija
	SMR yra supaprastinta įprastų dalijimosi reaktorių versija. Nors jie gamina daug mažiau energijos, mažesnis dydis ir jau paruoštų komponentų naudojimas padeda sumažinti išlaidas.	Šie reaktoriai suprojektuoti taip, kad būtų saugesni nei tradiciniai vandeniu aušinami reaktoriai, vietoj jų naudojami aušinimo skysčiai, tokie kaip skystas natris arba išlydytos druskos. Pažangiausias yra akmenukų sluoksnio reaktorius, aušinamas tokiomis dujomis kaip helis; Kinija šiemet pasiruošusi prijungti pirmąjį tokį reaktorių prie tinklo.	Techninė pažanga vis dar lėta po dešimtmečius trukusių investicijų, tačiau sintezės įmonės daugiausia dėmesio skiria tam, kaip sulaikyti plazmą, reikalingą saulės termobranduolinėms sąlygoms atkartoti. Technika apima magnetinį uždarymą, kuris nuolat sulaiko plazmą esant žemam slėgiui; inercinis uždarymas, naudojant lazerius ir pulsuojančią plazmą nanosekundėms vienu metu; ir įmagnetinto taikinio sintezė, kuri sujungia abu su plazmos impulsais, valdomais magnetais.
Įmonės	Nuscale Power	Kinijos nacionalinė branduolinė korporacija, „TerraPower“, antžeminė energija	ITER, „TAE Technologies“, „General Fusion“, „Commonwealth Fusion Systems“.
Išvesties galia	50-200 megavatų	190-600 megavatų	100-500 megavatų
Numatoma gyvenimo trukmė	60 metų	40-60 metų	35 metai
Kaina	100 milijonų dolerių prototipas, 2 mlrd	Akmenukų lovos: nuo 400 iki 1,2 milijardo dolerių Natriu aušinama ir išlydyta druska: 1 milijardo dolerių prototipas	ITER: šiuo metu 22 mlrd Komercinės versijos kaina nežinoma
Yra	2026 m	Žvirgždo lova 2019 m.; natriu aušinamas 2025 m.; išlydyta druska 2030 m	Ne anksčiau kaip 2035 m

Tačiau daugeliui didžioji energijos viltis išlieka branduolių sintezė. Sintezės reaktoriai imituoja branduolinį procesą saulės viduje, sudaužydami lengvesnius atomus, paversdami juos sunkesniais, ir pakeliui išskirdami daug energijos. Saulėje šį procesą skatina gravitacija. Žemėje inžinieriai siekia atkartoti sintezės sąlygas esant neįtikėtinai aukštai temperatūrai – maždaug 150 milijonų °C, tačiau jiems buvo sunku apriboti plazmą, reikalingą atomams sulieti.

Vieną sprendimą stato ITER, anksčiau žinomas kaip tarptautinis termobranduolinis eksperimentinis reaktorius, kuris nuo 2010 m. statomas Kadaraše, Prancūzijoje. Jos magnetinio izoliavimo sistema palaikoma visame pasaulyje, tačiau dėl vėlavimų ir politinių ginčų išlaidos išaugo iki 22 mlrd. Pirmieji eksperimentai, kurie iš pradžių buvo numatyti 2018 m., buvo nukelti į 2025 m.

Vankuverio „General Fusion“ naudoja fizinio slėgio ir magnetinių laukų derinį, kad sukurtų plazmos impulsus, trunkančius milijonines sekundės dalis. Tai ne toks sudėtingas metodas nei ITER, todėl jis yra daug pigesnis, tačiau išlieka techninių iššūkių, įskaitant titano komponentų, galinčių atlaikyti darbo krūvį, gamybą. Vis dėlto „General Fusion“ tikisi, kad jos reaktoriai bus pradėti dislokuoti per 10–15 metų.

Tuo tarpu Kalifornijoje įsikūrusi TAE Technologies 20 metų praleido kurdama branduolių sintezės reaktorių, kuris energiją tiesiogiai paverčia elektra. 500 milijonų dolerių iš investuotojų gavusi bendrovė sausį prognozavo, kad per penkerius metus ji bus komercinė.

Daugelis rinkėjų tiesiog netiki įmonių pažadais, kad naujos technologijos gali išvengti senų klaidų.

Taigi ar kuri nors iš šių technologijų pasiseks? Pažangus dalijimasis sumažina branduolinių atliekų kiekį – net naudojant jas kaip kurą – ir drastiškai sumažina tokių tragedijų kaip Fukušima ar Černobylis tikimybę. Tačiau tokie reaktoriai nebuvo licencijuoti arba dislokuoti už Kinijos ar Rusijos ribų. Daugelis rinkėjų tiesiog netiki įmonėmis, kai jos žada, kad naujos technologijos gali išvengti senų klaidų.

Tačiau tai ne tik politika: kaina taip pat yra veiksnys. Pažangus dalijimasis žada sumažinti juokingai brangias išankstines branduolinės energijos sąnaudas sukuriant reaktorius, kurie gali būti pastatyti gamykloje, o ne pagal užsakymą. Dėl to smarkiai sumažėtų kainos, kaip ir vėjo ir saulės energijos kainos. Tačiau privačioms įmonėms retai pasisekė užbaigti šiuos projektus: didžiausią pažangą padarė labai centralizuotos, valstybės valdomos schemos, kurios gali lengviau įsisavinti riziką.

„General Fusion“ generalinis direktorius Chrisas Mowry teigia, kad dalijimasis tiesiog susiduria su per daug kliūčių, kad būtų sėkmingas. Jis turi patirties: buvo „mPower“ – SMR įmonės, kuri 2014 m. buvo nublokšta, įkūrėjas. Sintezės reaktorius gali būti sunkiau pastatyti, teigia jis, bet jie yra labiau socialiai priimtini. Štai kodėl rizikos kapitalas skubėjo į sintezę, sako jis – investuotojai yra įsitikinę, kad bus daugybė norinčių pirkėjų, kurie lauks to, kas pirmas galės tai padaryti.

Bet ar sintezė tikrai turi tiek daugiau erdvės manevruoti? Tiesa, jo susidarančios mažo aktyvumo trumpaamžės radioaktyviosios tričio atliekos nekelia rimto pavojaus, o technologija reiškia, kad tirpimas yra neįmanomas. Tačiau išlaidos vis dar didelės, o terminai vis dar ilgi – ITER branduolių sintezės reaktorius yra daug brangesnis nei planuota iš pradžių ir neveiks mažiausiai 15 metų. Tuo tarpu žalieji politikai Europoje jau nori, kad ITER būtų uždarytas, o daugelis kovotojų prieš branduolinę energiją neskiria dalijimosi ir sintezės.

Ekspertai gali stovėti už branduolinės energijos, tačiau įtikinti skeptiškus rinkėjus yra kas kita.

paslėpti