Nejlepší jaderná varianta

Představte si jaderný průmysl, který dokáže zásobovat Ameriku po desetiletí pomocí vlastního radioaktivního odpadu a spálit ty části dnešního odpadu z reaktorů, které se nejhůře likvidují. Přidejte technologii, která bere jaderné plevy, uran, který byl vytěžen a zpracován, ale byl většinou nepoužitelný, a přeměňuje jej na ještě více paliva. Pak přidejte globální obchodní model, díky kterému je mnohem méně pravděpodobné, že vedlejší produkty reaktorů, jako je plutonium, najdou cestu do jaderných zbraní v zemích, jako je Írán, i když budou ekonomické technologie jaderné energetiky dostupné celému světu.

Americké ministerstvo energetiky podporuje technologie recyklace odpadu, které vyžadují nové konstrukce reaktorů. Ale aktualizované konvenční konstrukce, jako je ekonomický zjednodušený varný reaktor GE (zobrazený zde), jsou dnes připraveny. (kredit: Bryan Christie)

To je svůdná trojitá hra, kterou Bushova administrativa doufá zatočit s Globálním partnerstvím pro jadernou energii (GNEP), které představila na začátku tohoto roku, s navrhovaným dlouhodobým výzkumným a vývojovým programem téměř stejně odvážným jako Manhattan Project. Základní koncepty přepracování paliva v jeho srdci fungují už více než půl století. Nyní jsou nově nabízeny jako způsob, jak poskytnout dostatek paliva bez obsahu uhlíku pro svět hladový po energii, který je ohrožený lidskou změnou klimatu.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z července 2006

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Podle plánu, pro který administrativa požadovala 250 milionů dolarů na fiskální rok začínající 1. října, by Spojené státy a některé partnerské země zpracovávaly vyhořelé jaderné palivo pomocí nových technik, které by přeměnily část na více paliva a minimalizovaly množství potřebné k likvidaci. . Spojené státy a jejich partneři by také pronajali palivo do reaktorů dalším zemím, které by pak vracely své vyhořelé palivo k přepracování.

Tato technologie by mohla využívat uran mnohem efektivněji: Phillip J. Finck, zástupce ředitele v Argonne National Laboratory poblíž Chicaga, říká, že by mohla z uranu získat až 100krát více energie, než je nyní možné. S odpadem, který se nyní hromadí v reaktorech po celých Spojených státech, by podle teorie mohl GNEP vyrábět veškerou elektřinu, kterou bude země potřebovat po desetiletí, možná i staletí – za předpokladu, že by bylo možné postavit dostatek potřebných nových reaktorů. To by odstranilo asi třetinu všech emisí oxidu uhličitého v USA (zhruba ta část, která dnes pochází z elektráren na fosilní paliva). To vše při omezování odpadu a maření odklonu paliva k jaderným zbraním.

Multimédia

• Video: Vědci hovoří o hrozbě globálního oteplování a o tom, jak se s ním vypořádat.

V praxi by se však v nejlepším scénáři GNEP vyvíjel desítky let a v nejhorším by nemusel produkovat nic; Mohlo by se ukázat, že je z technických důvodů nespouštěcí, nebo by tato technologie mohla být ekonomicky nekonkurenceschopná s jinými bezuhlíkovými zdroji elektřiny. A program by mohl podkopat skromnější a dosažitelnější cíl: resuscitaci jaderného průmyslu, který od roku 1974 nespustil úspěšný projekt reaktoru.

Dnes se veřejnost, která se kdysi obávala jaderné energie, otevřela této energii jako možné odpovědi na globální oteplování. Nové návrhy reaktorů podobné těm, které se používají v dnešní komerční flotile – ale prý jsou bezpečnější a účinnější – jsou již schváleny nebo přezkoumávány Komisí pro jadernou regulaci USA. Energetické společnosti jsou v různých fázích plánování minimálně 16 takových reaktorů (viz Stirrings of Renewal schéma ) a může podávat žádosti u NRC již koncem příštího roku.

Takové reaktory jsou nejslibnější krátkodobou alternativou k dalším konvenčním uhelným elektrárnám, které produkují ohromné ​​množství oxidu uhličitého. Není ale jisté, kdy a zda vůbec budou postaveny. Má-li k tomu dojít, musí průmysl přesvědčit investory, aby udělali velký skok. To znamená přesvědčit je, že elektrárny budou finančně konkurovat jiným zdrojům s nízkými emisemi uhlíku, jako jsou větrné turbíny nebo uhelné elektrárny, které sekvestrují svůj oxid uhličitý – technologie, která může být dosažitelná, ale dosud nebyla prokázána. (viz Špinavé tajemství) . Podle Electric Power Research Institute (EPRI), neziskové organizace pro výzkum energetických služeb se sídlem v Palo Alto, CA, jejíž členy jsou majitelé uhelných a jaderných elektráren, mohou být návrhy reaktorů v blízké budoucnosti sotva levnější než technologie sekvestrace. A pokud Spojené státy nezavedou žádná omezení na emise uhlíku, jaderná energie bude muset nadále konkurovat konvenčním uhelným elektrárnám.

Mezitím průmysl stále čeká na řešení svého hlavního krátkodobého problému: co dělat s odpadem hromadícím se ve stávajících jaderných elektrárnách. Skip Bowman, prezident a generální ředitel Nuclear Energy Institute, průmyslové obchodní skupiny, říká, že bez rychlého řešení odpadu se dnešní pokusná renesance se skřípěním zastaví. Společnost nemůže získat licenci na novou továrnu bez plánu na odpad a v tuto chvíli nepředstavuje plán čekání, až ministerstvo energetiky otevře své dlouho odkládané úložiště odpadu Yucca Mountain v Nevadě. V tomto kontextu, říká Bowman, GNEP představuje faktor rozptylování.

Někteří akademici souhlasí s tím, že ministerstvo energetiky musí vytvořit jasnou jadernou strategii a držet se jí. Andrew Kadak, jaderný inženýr na MIT (viz rozmazaná nukleární vize DOE) , říká, že oddělení dodržovalo cik-cak politiku. Považuje GNEP za pátou jadernou iniciativu za posledních pět let s odkazem na iniciativu Nuclear Hydrogen Initiative; Nuclear Power 2010 (snaha prorazit do tohoto roku nový konvenční reaktor); IV. generace (nová sada technologií reaktorů, jako jsou elektrárny chlazené plynem nebo olovem); a Advanced Fuel Cycle Initiative, které se části GNEP podobají.

Pokud chce ministerstvo energetiky snížit emise oxidu uhličitého podporou slibovaného oživení jaderné energetiky, bude si muset pospíšit, než energetické společnosti zaplní trh klasickými uhelnými elektrárnami, které by mohly vydržet 50 let. GNEP může pouze oslabit zaměření oddělení, zvýšit náklady a složitost s novými, nevyzkoušenými technologiemi.

Rychlé reaktory, pomalý pokrok

GNEP je velmi dlouhodobá vize; většina z původních 250 milionů dolarů by byla vynaložena pouze na studium toho, jak by nové technologie mohly fungovat a kolik by stály. Ale myšlení jeho zastánců je, že my potřeba velmi dlouhodobá vize. Ministerstvo energetiky předpovídá, že do poloviny století bude po celém světě v provozu 1000 jaderných elektráren, oproti dnešním 441. A stávající dodávky uranu, tvrdí zastánci GNEP, tolik reaktorů nenasytí.

Velikost nabídky uranu je ve skutečnosti neznámá, protože uran procházel dlouhým obdobím poklesu cen a v poslední době ho moc lidí nevyhledává. Podle průmyslových zdrojů je známo, že existují asi 3 miliony tun, ale dalších asi 12 milionů tun tam může být. (Studie MIT z roku 2003 předpověděla, že je stále k dispozici dostatek uranu na vybudování 1 000 reaktorů a jejich provoz po dobu 40 let.) Do té míry, do jaké možná budeme muset tento zdroj rozšířit, však GNEP nabízí způsob – alespoň na papíře – jak získat z něj obrovské množství dodatečné energie.

Stávající reaktory generují energii prostřednictvím řetězové reakce, která začíná, když volný neutron narazí na atom U-235, izotopu uranu, a rozštěpí jeho jádro. Rozštěpený atom odhodí dva nebo tři neutrony; obvykle jeden štěpí další atom U-235 a další jsou absorbovány atomy jiného izotopu uranu, U-238, za vzniku plutonia-239 a dalších transuranických prvků (ty, které jsou v periodické tabulce za uranem). Tyto transurany spolu se štěpnými produkty, jako jsou izotopy cesia, patří mezi složky jaderného odpadu.

Problém je v tom, že U-235 je relativně vzácný izotop; přírodní uran se skládá z asi jednoho dílu U-235 až 142 dílů U-238, který se tak snadno neštěpí. Uran používaný pro reaktory se obohacuje tak, že se U-235 vyskytuje v koncentraci jeden díl na 20. GNEP by uran využíval efektivněji spalováním transuranů z vyhořelého paliva poté, co jsou odděleny od ostatních vedlejších produktů přepracováním. Mohl by také využít některé z U-238. Klíčem by byl vývoj nové generace reaktorů, nazývaných rychlé reaktory.

Reaktory chlazené vodou, jako jsou dnes téměř všechny reaktory, značně zpomalují neutrony poté, co se uvolní řetězovou reakcí. Ale reaktory navrhované GNEP by to neudělaly; k odvodu tepla by použili jiný materiál, pravděpodobně roztavený kov. (Naneštěstí preferovaný kov pro tento účel – sodík – hoří při kontaktu s vodou nebo vzduchem.) Stejně jako kulečníková koule vystřelená silnějším tágem by neutrony zasáhly větší úder – dost na to, aby rozdělily část U-238 jako stejně jako transuranové izotopy.

Transurany patří mezi materiály s nejdelší životností v toku odpadu, a proto jsou jedny z nejobtížněji likvidovatelných. To je důvod, proč se GNEP zdá být tak přitažlivý nejen jako řešení změny klimatu, ale také jako řešení odpadu. Finck říká, že by to teoreticky snížilo teplo a toxicitu toho, co je dnes považováno za odpad, natolik, aby Yucca Mountain vydržela do tohoto století, místo aby byla plně zaplněna, než bude pohřben první balík paliva.

Průkopníci jaderné energetiky v průmyslu a vládě vždy předpokládali, že palivo bude přepracováno, aby se znovu získalo plutonium pro opětovné použití. Takové přepracování je způsob, jakým projekt Manhattan shromáždil plutonium pro bombu, která zničila Nagasaki. (Bomba v Hirošimě používala obohacený uran.) W. R. Grace otevřel přepracovatelské centrum ve West Valley, NY, v roce 1965 a později jej prodal společnosti Getty Oil. Závod fungoval do roku 1972 a jeho vyčištění stálo více než 1,6 miliardy dolarů. General Electric se také pokusila postavit továrnu v Morris, IL, ale ta byla v roce 1974 shledána nefunkční. Poté prezident Carter tuto technologii zakázal kvůli obavám z proliferace.

GNEP by tyto myšlenky vrátil z hrobu v mnohem ambicióznější formě, která znovu vyvolává takové obavy. Jednou z obav je způsob, jakým by byl materiál použitelný pro bombu extrahován z použitého paliva. Zastánci tvrdí, že GNEP by snížilo riziko šíření, protože na rozdíl od starých technik přepracování, které se v některých zemích stále používají, nové by neposkytovaly čisté plutonium. Ale dnes je osm kilogramů plutonia – množství potřebné k výrobě bomby – uloženo v asi metrické tuně vysoce radioaktivního odpadu; v novém systému by se ředil pouze malým množstvím jiných materiálů. Vlády nebo teroristé by považovali za mnohem snazší ukrást separovaný materiál a extrahovat plutonium, říkají kritici, než získávat plutonium z dnešního vyhořelého jaderného paliva.

Ministr energetiky Samuel Bodman při diskusi o GNEP slíbil, že bude reagovat na výzvy globálního terorismu. Cílem je zajistit palivový cyklus jako dítě: země jako Írán by si mohly pronajmout palivo obohacené na úroveň reaktoru – 5 procent U-235 – ale ne na úroveň bomb, obvykle vyšší než 90 procent U-235. Své vyhořelé palivo pošlou zpět do bezpečnějších zemí k přepracování a druhému kolu uvnitř pokročilých reaktorů. Tyto reaktory, které by spalovaly mnoho prvků vyrobených v jednodušších reaktorech, by byly umístěny na stabilních místech, jako je Indiana nebo Florida – nebo v zemích, které již mají jaderné zbraně.

Výsledné partnerství by učinilo americkou politiku v oblasti jaderné technologie podobnější politice Ruska a Francie, které již plutonium oddělují. Zastánci to uvádějí jako další bonus programu, který, říká Finck, poskytne Spojeným státům dlouhodobý, cenově dostupný, bezuhlíkový zdroj energie s nízkým dopadem na životní prostředí.

Mirage GNEP

Ale GNEP může být fata morgána. Za prvé, sponzoři mají sotva ponětí, co by to stálo; 250 milionů dolarů navržených Bushovou administrativou je určeno na program, který doufá, že na to přijde. Zastánci GNEP tvrdí, že jejich technologie rozšíří nabídku jaderného paliva natolik, že sníží emise uhlíku prakticky navždy a umožní nám vyhnout se strašidlu volby mezi globálním oteplováním a velmi drahou energií. Zdá se však, že úspora peněz na jaderném palivu může být praktická pouze v případě, že cena není předmětem zájmu.

Richard L. Garwin, emeritní kolega IBM a spoluautor sedmi knih o jaderných zbraních a jaderné energii, odhaduje, že stávající přepracovatelské závody, jako je ten, který funguje ve Francii, zásobují reaktory plutoniem za cenu přibližně 1 000 USD za kilogram ušetřeného uranu. Ale tržní cena uranu, zdůrazňuje, se pohybuje kolem 100 dolarů za kilogram a může být na dočasném vrcholu.

Palivo je pouze částí nákladů na jadernou energii a Finck říká, že přepracování paliva a jeho opětovné použití v rychlých reaktorech by k celkovým nákladům na energii přidalo jen asi 10 procent. Odkud by se však i ten mírný přírůstek vzal, není jasné. Frank N. von Hippel, fyzik a politický expert na Woodrow Wilson School of Public and International Affairs na Princetonské univerzitě, poznamenává, že Spojené státy se rozhodly postavit rychlý reaktor v 70. letech, ale v roce 1983 od tohoto úsilí upustily poté, co Francie, Německo a Spojené království je postavilo a poté je opustilo jako příliš nákladné a obtížné. A jakmile byly postaveny rychlé reaktory, systém navržený GNEP by mohl podle sponzorů vyžadovat až jeden z drahých nových reaktorů na každé tři běžné reaktory, v závislosti na tom, jak efektivní byly nové reaktory. Garwin o rychlých reaktorech říká: Neexistuje žádná představa o tom, že by si tyto věci razily cestu ekonomicky.

Doufám, že budeme mít více reaktorů; Určitě doufám, že svět bude mít víc, říká Garwin s odkazem na typy, které dnes komerčně fungují. Ale to se stane pouze tehdy, pokud to bude pro soukromý průmysl vypadat ekonomicky rentabilní, aby se dostal do této oblasti. A právě teď spousta chytrých peněz – část z nich směřuje přes ministerstvo energetiky – jde nejen do této konvenční jaderné energie, ale také do jiných bezuhlíkových zdrojů energie, jako je vítr, slunce a uhlí s sekvestrací oxidu uhličitého.

EPRI nedávno analyzovalo ceny zdrojů elektřiny s nulovými emisemi uhlíku a zjistilo, že pokud by, jak tvrdí výrobci, bylo možné postavit nové reaktory za 1 700 USD za kilowatt kapacity (méně než náklady v 80. letech, ještě před přizpůsobením inflaci), vyráběly by elektřina asi 49 USD za megawatthodinu. I když je to zhruba dvoutřetinová cena biomasy a polovina ceny větru, ostatní technologie na rýsovacím prkně to zvládnou za velmi málo peněz. EPRI zjistilo, že za přibližně 55 dolarů za megawatthodinu lze uhlí zplyňovat a spalovat a oxid uhličitý izolovat. Elektrárny na zplyněné uhlí ještě nebyly komercializovány, ale mohly by být postaveny konvenční elektrárny na práškové uhlí, které by sekvestrovaly svůj oxid uhličitý, a vyráběly by elektřinu za zhruba 65 dolarů za megawatthodinu. Tyto technologie jsou investory vnímány jako méně rizikové a Spojené státy mají uhlí v hodnotě stovek let.

Za několik let nebo desetiletí by uhlíkové daně mohly být v průmyslovém světě univerzální, válka v Perském zálivu by mohla zdvojnásobit nebo ztrojnásobit cenu ropy a poptávka po elektřině by mohla vzrůst – zvláště pokud někdo přijde s lepší baterie, která by mohla být sériově vyráběna pro elektromobily. Ale i kdyby všechny tyto věci posunuly svět směrem k bezuhlíkové energii, stále bychom hledali bezuhlíkovou energii, která by stála nejméně. Podle EPRI by to mohla být jaderná energie. Ale Steve Specker, prezident EPRI, očekává koňské dostihy mezi různými uhelnými technologiemi s nulovým obsahem uhlíku.

Zahrávání si s proliferací

Kromě otázky nákladů by GNEP mohl zvrátit úspěšnou strategii proti proliferaci, tvrdí řada vědců, včetně von Hippel z Princetonu. Tvrdí, že přepracování vyhořelého jaderného paliva představuje příliš velké riziko, i když je plutonium smícháno s malým množstvím jiných materiálů, které nejsou dobrým palivem pro bomby. Nejen, že by se plutonium z vyhořelého paliva mohlo dostat do nesprávných rukou, tvrdí odpůrci, ale přepracování ve Spojených státech by mohlo povzbudit další země, aby samy přepracovaly jaderný odpad a zpřístupnily tak své vlastní vedlejší produkty pro zbraně.

Vzhledem k tomu, že Spojené státy se právě z tohoto důvodu v polovině 70. let vzdaly přepracování, považuje von Hippel za hrozivé, že nyní, s GNEP, by ho země mohla znovu přijmout. Spojené státy byly mimořádně úspěšné již 30 let v boji proti šíření přepracování do nezbrojních států argumentem ‚Nepřepracováváme; ty taky nemusíš,“ říká. To je součástí logiky studie MIT z roku 2003, The Future of Nuclear Power, která dospěla k závěru, že přepracování, jak ji prováděly Francie, Rusko a Japonsko, neposkytuje dostatečné záruky proti šíření jaderných zbraní. Dospěla také k závěru, že vyhlídka na nedostatek uranu nebude důvodem k přechodu na přepracování ve Spojených státech na mnoho příštích let.

Je snadné pochopit, proč je výzkumná komunita nadšena GNEP. Představuje obrovský zdroj financí. Je to trik s chlebem a rybami pro industrializující se svět, zejména pro byrokraty, kteří by chtěli vykoupit předpovědi jejich předchůdců z 50. let o moci, která je příliš levná na to, aby se dala měřit. Ale GNEP není relevantní pro oživení jaderné energetiky. Energetické společnosti v 70. a 80. letech opustily více než 100 projektů reaktorů a teprve nyní – povzbuzeny vysokými cenami fosilních paliv a změnou postojů veřejnosti – uvažují o tom, že by to zkusili znovu. Okázalý palivový cyklus určený k podpoře rozvíjejícího se komerčního průmyslu je k ničemu, pokud neexistuje komerční průmysl. To, co jaderná energetika potřebuje, je brzké uvedení do provozu a nahrazení zdrojů vypouštějících oxid uhličitý ekonomickým a nudným způsobem. Bez toho nebude následovat nic.

Matthew L. Wald, reportér washingtonské kanceláře New York Times , píše o jaderném průmyslu již 27 let.

skrýt