Nové, bezpečnější jaderné reaktory, které by mohly pomoci zastavit změnu klimatu

Julian Berman

Společnost BP nemusí být prvním zdrojem, kam jdete pro zprávy o životním prostředí, ale její každoroční energetické hodnocení je vysoce ceněno pozorovateli klimatu. A jeho poselství pro rok 2018 bylo strohé: navzdory úzkosti z globálního oteplování bylo uhlí v roce 2017 zodpovědné za 38 % světové energie – přesně na stejné úrovni, jako když byla před 20 lety podepsána první globální dohoda o klimatu. Ještě horší je, že emise skleníkových plynů loni vzrostly o 2,7 %, což je největší nárůst za sedm let.

Tato stagnace vedla mnoho politiků a ekologických skupin k závěru, že potřebujeme více jaderné energie. Dokonce i výzkumníci Organizace spojených národů, kteří v minulosti nebyli nadšení, nyní říkají, že každý plán na udržení nárůstu teploty planety pod 1,5 °C bude záviset na podstatném skoku v jaderné energii.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z března 2019

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Ale my jdeme jiným směrem. Německo má do roku 2022 odstavit všechny své jaderné elektrárny; Itálie v referendu v roce 2011 odhlasovala zablokování jakýchkoli budoucích projektů. A i kdyby mělo jadernou energii širokou veřejnou podporu (což nemá), je to drahé: několik jaderných elektráren v USA bylo nedávno uzavřeno, protože nemohou konkurovat levnému plynu z břidlic. .

Pokud bude současná situace pokračovat, další jaderné elektrárny se pravděpodobně uzavřou a budou nahrazeny primárně zemním plynem, což způsobí nárůst emisí, argumentoval Svaz znepokojených vědců – historicky jaderných skeptiků – v roce 2018. Pokud se všechny tyto elektrárny vypnou, odhady naznačují, uhlíkové emise by se zvýšily o 6 %.

V tomto bodě není kritickou debatou, zda podporovat stávající systémy, říká Edwin Lyman, úřadující ředitel projektu jaderné bezpečnosti UCS. Praktičtější otázkou je, zda je reálné, aby nové jaderné elektrárny mohly být rozmístěny během několika příštích desetiletí potřebným tempem.

Na začátku roku 2018 existovalo 75 samostatných projektů pokročilého štěpení snaží odpovědět na tuto otázku pouze v Severní Americe, podle think-tanku Třetí cesta. Tyto projekty využívají stejný typ reakce jako v konvenčních jaderných reaktorech, které se používají po desetiletí – štěpení nebo štěpení atomů.

Jednou z předních technologií je malý modulární reaktor neboli SMR: zeštíhlená verze konvenčních štěpných systémů, která slibuje, že bude levnější a bezpečnější. NuScale Power se sídlem v Portlandu v Oregonu má 60megawattový design, který se blíží nasazení. (Typická vysoce nákladná konvenční štěpná elektrárna může produkovat přibližně 1 000 MW energie.)

NuScale má dohodu o instalaci 12 malých reaktorů, které budou dodávat energii koalici 46 utilit na západě USA, ale projekt může pokračovat, pouze pokud členové skupiny souhlasí s jeho financováním do konce tohoto roku. Historie naznačuje, že to nebude snadné. V roce 2011 měla společnost Generation mPower, další vývojář SMR, dohodu o výstavbě až šesti reaktorů podobných reaktoru NuScale. Měla podporu vlastníků společností Babcock & Wilcox, jednoho z největších světových výrobců energie, ale pakt byl po necelých třech letech odložen, protože se neobjevili žádní noví zákazníci. Žádné objednávky neznamenaly, že ceny neklesnou, což učinilo dohodu neudržitelnou.

Zatímco přístup společnosti NuScale využívá tradiční jaderné reaktory chlazené lehkou vodou a zmenšuje je, systémy takzvané generace IV využívají alternativní chladiva. Čína staví rozsáhlý sodíkem chlazený reaktor v provincii Fujian, jehož provoz by měl být zahájen v roce 2023, a TerraPower se sídlem ve Washingtonu vyvíjí sodíkem chlazený systém, který lze napájet vyhořelým palivem, ochuzeným uranem nebo uranem přímo z něj. zem. TerraPower – Bill Gates je investor – uzavřel dohodu s Pekingem o výstavbě demonstrační elektrárny do roku 2022, ale omezení Trumpovy administrativy na čínský obchod činí její budoucnost spornou.

Další varianta IV. generace, reaktor s roztavenou solí, je bezpečnější než dřívější konstrukce, protože se dokáže sám ochladit, i když systém úplně ztratí energii. Kanadská společnost Terrestrial Energy plánuje postavit elektrárnu o výkonu 190 MW v Ontariu, přičemž její první reaktory budou vyrábět elektřinu před rokem 2030 za cenu, která by mohla konkurovat zemnímu plynu.

Reaktor jedné generace IV by mohl být brzy uveden do provozu. Heliem chlazené reaktory s velmi vysokou teplotou mohou běžet při teplotě až 1000 °C a státní China National Nuclear Corporation má ve východní provincii Shandong připravený prototyp o výkonu 210 MW, který má být letos připojen k síti.

Tři důvody pro obnovení naděje na jadernou energii

	Malé modulární reaktory	Pokročilé štěpení	Fúze
	SMR jsou zeštíhlenou verzí konvenčních štěpných reaktorů. Přestože produkují mnohem méně energie, jejich menší velikost a použití běžně dodávaných součástí pomáhají snižovat náklady.	Tyto reaktory jsou navrženy tak, aby byly bezpečnější než tradiční vodou chlazené reaktory, místo toho používají chladiva, jako je kapalný sodík nebo roztavené soli. Nejpokročilejší je reaktor s oblázkovým ložem, chlazený plynem, jako je helium; Čína je připravena připojit první takový reaktor k síti ještě letos.	Technický pokrok je po desetiletích investic stále pomalý, ale fúzní společnosti se zaměřují na to, jak udržet plazmu potřebné k replikaci termonukleárních podmínek Slunce. Techniky zahrnují magnetické omezení, které nepřetržitě zachycuje plazmu při nízkém tlaku; inerciální omezení, využívající lasery a pulzující plazmu po dobu nanosekund najednou; a fúze magnetizovaného terče, která kombinuje obojí s pulzy plazmatu řízenými magnety.
Společnosti	NuScale Power	China National Nuclear Corporation, TerraPower, Terrestrial Energy	ITER, TAE Technologies, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems
Výstupní výkon	50-200 megawattů	190-600 megawattů	100-500 megawattů
Předpokládaná životnost	60 let	40-60 let	35 let
Náklady	prototyp za 100 milionů dolarů, 2 miliardy dolarů na rozvoj	Oblázkové postele: 400 milionů až 1,2 miliardy dolarů Sodíkem chlazená a roztavená sůl: prototyp za 1 miliardu dolarů	ITER: v současnosti 22 miliard dolarů Náklady na komerční verzi nejsou známy
Dostupný	2026	Oblázková postel v roce 2019; sodíkem chlazený 2025; roztavená sůl 2030	Ne dříve než v roce 2035

Pro mnohé však velkou energetickou nadějí zůstává jaderná fúze. Fúzní reaktory napodobují nukleární proces uvnitř Slunce, rozbíjejí lehčí atomy dohromady, aby je přeměnily na těžší, a přitom uvolňují obrovské množství energie. Na slunci je tento proces poháněn gravitací. Na Zemi se inženýři snaží replikovat podmínky fúze s nepředstavitelně vysokými teplotami – v řádu 150 milionů °C – ale zjistili, že je těžké omezit plazmu potřebnou ke fúzi atomů.

Jedno řešení buduje ITER, dříve známý jako Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor, ve výstavbě od roku 2010 ve francouzském Cadarache. Jeho magnetický systém má celosvětovou podporu, ale náklady explodovaly na 22 miliard dolarů uprostřed zpoždění a politických tahanic. První experimenty, původně plánované na rok 2018, byly posunuty zpět na rok 2025.

Vancouver’s General Fusion využívá kombinaci fyzického tlaku a magnetických polí k vytvoření plazmových pulzů, které trvají miliontiny sekundy. Jedná se o méně komplikovaný přístup než ITER, takže je mnohem levnější – ale technické problémy přetrvávají, včetně výroby titanových komponent, které zvládnou pracovní zátěž. Přesto společnost General Fusion očekává, že její reaktory budou použitelné za 10 až 15 let.

Kalifornská společnost TAE Technologies mezitím strávila 20 let vývojem fúzního reaktoru, který přeměňuje energii přímo na elektřinu. Společnost, která od investorů získala 500 milionů dolarů, v lednu předpověděla, že do pěti let bude komerční.

Mnoho voličů jednoduše nevěří slibům společností, že nové technologie se mohou vyhnout starým chybám.

Uspěje tedy některá z těchto technologií? Pokročilé štěpení redukuje jaderný odpad – dokonce jej využívá jako palivo – a drasticky snižuje šanci na tragédie jako Fukušima nebo Černobyl. Žádné takové reaktory však nebyly licencovány ani nasazeny mimo Čínu nebo Rusko. Mnoho voličů jednoduše nevěří společnostem, když slibují, že nové technologie se mohou vyhnout starým chybám.

Nejde však jen o politiku: faktorem jsou také náklady. Pokročilé štěpení slibuje snížení směšně drahých počátečních nákladů na jadernou energii vytvořením reaktorů, které lze postavit v továrně, nikoli na zakázku. To by způsobilo propad cen, stejně jako u větrné a solární energie. Soukromé společnosti se však jen zřídka ukázaly jako úspěšné při dotahování těchto projektů do konce: největší pokroky pocházejí z vysoce centralizovaných, státem řízených schémat, která mohou snadněji absorbovat rizika.

Generální ředitel General Fusion Chris Mowry tvrdí, že štěpení prostě čelí příliš mnoha překážkám, než aby bylo úspěšné. Má zkušenosti: byl zakladatelem společnosti mPower, společnosti SMR, která byla zablokována v roce 2014. Fúzní reaktory by se podle něj mohly stavět hůře, ale jsou společensky přijatelnější. To je důvod, proč došlo k návalu rizikového kapitálu do fúze, říká – investoři jsou přesvědčeni, že na toho, kdo to zprovozní jako první, bude čekat moře dychtivých kupců.

Má ale fúze skutečně mnohem větší manévrovací prostor? Je pravda, že nízkoaktivní radioaktivní odpad tritia s krátkou životností, který produkuje, nepředstavuje žádné vážné nebezpečí a tato technologie znamená, že roztavení je nemožné. Ale náklady jsou stále vysoké a časové linie jsou stále dlouhé – fúzní reaktor ITER je výrazně dražší, než se původně plánovalo, a nebude funkční po dobu nejméně 15 let. Mezitím zelení politici v Evropě již chtějí, aby byl ITER uzavřen, a mnoho bojovníků proti atomové energii nerozlišuje mezi štěpením a fúzí.

Odborníci se možná řadí za jadernou, ale přesvědčit skeptické voliče je něco jiného.

skrýt