Jauni, drošāki kodolreaktori, kas varētu palīdzēt apturēt klimata pārmaiņas

Džulians Bermans

BP, iespējams, nav pirmais vides ziņu avots, taču klimata vērotāji augstu novērtē tā ikgadējo enerģētikas pārskatu. Un tā 2018. gada vēstījums bija skarbs: neskatoties uz satraukumu saistībā ar globālo sasilšanu, ogles nodrošināja 38% no pasaules jaudas 2017. gadā — tieši tādā pašā līmenī kā tad, kad pirms 20 gadiem tika parakstīts pirmais globālais klimata līgums. Vēl ļaunāk, siltumnīcefekta gāzu emisijas pagājušajā gadā pieauga par 2,7%, kas ir lielākais pieaugums pēdējo septiņu gadu laikā.

Šāda stagnācija ir likusi daudziem politikas veidotājiem un vides grupām secināt, ka mums ir nepieciešams vairāk kodolenerģijas. Pat Apvienoto Nāciju Organizācijas pētnieki, kas pagātnē nebija entuziasma, tagad saka, ka katrs plāns saglabāt planētas temperatūras pieaugumu zem 1,5 °C būs balstīts uz ievērojamu kodolenerģijas pieaugumu.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2019. gada marta numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Bet mēs ejam citā virzienā. Vācijai līdz 2022. gadam ir paredzēts slēgt visas savas atomelektrostacijas; Itālija 2011. gadā referendumā nobalsoja par jebkādu turpmāku projektu bloķēšanu. Un pat tad, ja kodolenerģijai būtu plašs sabiedrības atbalsts (tā gan nav), tas ir dārgi: vairākas ASV kodolelektrostacijas nesen tika slēgtas, jo tās nespēj konkurēt ar lētu slānekļa gāzi. .

Ja pašreizējā situācija turpināsies, vairāk atomelektrostaciju, visticamāk, tiks slēgtas un galvenokārt tiks aizstātas ar dabasgāzi, izraisot emisiju pieaugumu, apgalvoja Norūpēto zinātnieku savienība — vēsturiski kodolskepsi — 2018. gadā. Ja visas šīs stacijas tiks slēgtas, aplēses liecina, oglekļa emisijas pieaugtu par 6%.

Šobrīd kritiskās debates nav par to, vai atbalstīt esošās sistēmas, saka Edvīns Laimens, UCS kodoldrošības projekta direktora pienākumu izpildītājs. Praktiskāks jautājums ir par to, vai ir reāli, ka nākamajās desmitgadēs var tikt izvietotas jaunas atomelektrostacijas vajadzīgajā tempā.

2018. gada sākumā bija 75 atsevišķi uzlabotas skaldīšanas projekti mēģina atbildēt uz šo jautājumu Ziemeļamerikā vien, saskaņā ar domnīcas Third Way. Šajos projektos tiek izmantota tāda paša veida reakcija, ko izmanto tradicionālajos kodolreaktoros, kas ir izmantoti gadu desmitiem — skaldīšana vai atomu sadalīšana.

Viena no vadošajām tehnoloģijām ir mazais modulārais reaktors jeb SMR: parasto skaldīšanas sistēmu novājināta versija, kas solās būt lētāka un drošāka. NuScale Power, kas atrodas Portlendā, Oregonas štatā, ir 60 megavatu dizains, kas ir tuvu ieviešanai. (Tipiska dārga parastā skaldīšanas iekārta var ražot aptuveni 1000 MW jaudu.)

NuScale ir vienojusies par 12 mazu reaktoru uzstādīšanu, lai piegādātu enerģiju 46 komunālo pakalpojumu koalīcijai visā ASV rietumu daļā, taču projektu var īstenot tikai tad, ja grupas dalībnieki piekritīs to finansēt līdz šī gada beigām. Vēsture liecina, ka tas nebūs viegli. 2011. gadā Generation mPower, vēl viens SMR izstrādātājs, noslēdza līgumu par līdz pat sešu NuScale reaktoriem līdzīgu reaktoru būvniecību. To atbalstīja korporatīvie īpašnieki Babcock & Wilcox, viens no pasaulē lielākajiem enerģijas ražotājiem, taču pakts tika atcelts pēc mazāk nekā trim gadiem, jo ​​nebija radušies jauni klienti. Neviens pasūtījums nozīmēja, ka cenas nesamazināsies, un tas padarīja darījumu neilgtspējīgu.

Lai gan NuScale pieeja izmanto tradicionālos ar vieglo ūdeni dzesējamos kodolreaktorus un tos samazina, tā sauktās IV paaudzes sistēmas izmanto alternatīvus dzesēšanas šķidrumus. Ķīna Fudzjanas provincē būvē liela mēroga nātrija dzesēšanas reaktoru, kas, domājams, sāks darboties līdz 2023. gadam, un Vašingtonā bāzētais TerraPower ir izstrādājis ar nātriju dzesējamu sistēmu, ko var darbināt ar izlietoto degvielu, noplicināto urānu vai urānu. zeme. TerraPower — Bils Geitss ir investors — noslēdza vienošanos ar Pekinu par demonstrācijas rūpnīcas būvniecību līdz 2022. gadam, taču Trampa administrācijas ierobežojumi Ķīnas tirdzniecībai padara tās nākotni apšaubāmu.

Cits IV paaudzes variants, izkausētā sāls reaktors, ir drošāks nekā iepriekšējie modeļi, jo tas var pats atdzist pat tad, ja sistēma pilnībā zaudē jaudu. Kanādas uzņēmums Terrestrial Energy plāno būvēt 190 MW elektrostaciju Ontario, kuras pirmie reaktori ražotu jaudu līdz 2030. gadam par izmaksām, kas, pēc uzņēmuma domām, var konkurēt ar dabasgāzi.

Drīzumā varētu sākt darboties viena IV paaudzes reaktors. Ar hēliju dzesējami ļoti augstas temperatūras reaktori var darboties līdz 1000 °C, un valstij piederošajai Ķīnas Nacionālajai kodolkorporācijai ir 210 MW prototips Šaņdunas provincē, kas šogad tiks pievienots tīklam.

Trīs iemesli atjaunotai cerībai uz kodolenerģiju

	Mazie moduļu reaktori	Uzlabota skaldīšana	Saplūšana
	SMR ir novājināta parasto skaldīšanas reaktoru versija. Lai gan tie ražo daudz mazāk enerģijas, to mazāks izmērs un gatavu komponentu izmantošana palīdz samazināt izmaksas.	Šie reaktori ir izstrādāti tā, lai tie būtu drošāki nekā tradicionālie ar ūdeni dzesējamie reaktori, to vietā izmantojot dzesēšanas šķidrumus, piemēram, šķidru nātriju vai kausētus sāļus. Vismodernākais ir oļu slāņa reaktors, ko dzesē ar gāzi, piemēram, hēliju; Ķīna ir gatava šogad pieslēgt tīklam pirmo šādu reaktoru.	Tehniskais progress joprojām ir lēns pēc gadu desmitiem ilgušiem ieguldījumiem, bet kodolsintēzes uzņēmumi koncentrējas uz to, kā ierobežot plazmu, kas nepieciešama, lai atkārtotu saules kodoltermiskos apstākļus. Metodes ietver magnētisko norobežojumu, kas nepārtraukti aiztur plazmu zemā spiedienā; inerciālā norobežošana, izmantojot lāzerus un pulsējošu plazmu nanosekundes vienlaikus; un magnetizēta mērķa saplūšana, kas apvieno abus ar plazmas impulsiem, ko kontrolē magnēti.
Kompānijas	NuScale Power	Ķīnas Nacionālā kodolenerģijas korporācija, TerraPower, zemes enerģija	ITER, TAE Technologies, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems
Jaudas izvade	50-200 megavati	190-600 megavati	100-500 megavati
Paredzamais mūža ilgums	60 gadi	40-60 gadi	35 gadi
Izmaksas	100 miljonu dolāru prototips, 2 miljardu dolāru attīstībai	Oļu gultas: 400–1,2 miljardi USD Ar nātriju dzesēta un izkausēta sāls: 1 miljarda dolāru prototips	ITER: pašlaik 22 miljardi USD Komerciālās versijas izmaksas nav zināmas
Pieejams	2026. gads	Oļu gulta 2019. gadā; nātrija dzesēšana 2025; kausēta sāls 2030	Ne agrāk kā 2035

Tomēr daudziem liela cerība uz enerģiju joprojām ir kodolsintēze. Kodolsintēzes reaktori atdarina kodolprocesu saulē, sagraujot vieglākus atomus, pārvēršot tos smagākos, un pa ceļam atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu. Saulē šo procesu nodrošina gravitācija. Uz Zemes inženieru mērķis ir atkārtot saplūšanas apstākļus ar neaptverami augstām temperatūrām — aptuveni 150 miljonus °C, taču viņiem ir grūti ierobežot plazmu, kas nepieciešama atomu saplūšanai.

Vienu risinājumu būvē ITER, kas iepriekš bija pazīstams kā Starptautiskais kodoltermiskais eksperimentālais reaktors, kas kopš 2010. gada tiek būvēts Kadarašā, Francijā. Tās magnētiskās norobežošanas sistēmai ir globāls atbalsts, taču izmaksas ir strauji pieaugušas līdz 22 miljardiem USD aizkavēšanās un politisko strīdu dēļ. Pirmie eksperimenti, kas sākotnēji bija plānoti 2018. gadā, ir pārcelti uz 2025. gadu.

Vankūveras General Fusion izmanto fiziskā spiediena un magnētisko lauku kombināciju, lai radītu plazmas impulsus, kas ilgst sekundes miljondaļas. Šī pieeja ir mazāk sarežģīta nekā ITER, padarot to daudz lētāku, taču joprojām pastāv tehniskas problēmas, tostarp tādu titāna komponentu izgatavošana, kas spēj izturēt darba slodzi. Tomēr General Fusion sagaida, ka tā reaktori būs izvietojami 10 līdz 15 gadu laikā.

Tikmēr Kalifornijā bāzētā TAE Technologies ir pavadījusi 20 gadus, izstrādājot kodolsintēzes reaktoru, kas pārvērš enerģiju tieši elektroenerģijā. Uzņēmums, kas no investoriem saņēmis 500 miljonus ASV dolāru, janvārī prognozēja, ka tas tiks komerciāls piecu gadu laikā.

Daudzi vēlētāji vienkārši netic uzņēmumu solījumiem, ka jaunās tehnoloģijas var izvairīties no vecām kļūdām.

Vai kāda no šīm tehnoloģijām izdosies? Uzlabotā skaldīšana samazina kodolatkritumus — pat izmantojot tos kā degvielu — un krasi samazina tādu traģēdiju iespējamību kā Fukušima vai Černobiļa. Tomēr neviens šāds reaktors nav licencēts vai izvietots ārpus Ķīnas vai Krievijas. Daudzi vēlētāji vienkārši netic uzņēmumiem, kad viņi sola, ka jaunās tehnoloģijas var izvairīties no vecām kļūdām.

Tomēr tā nav tikai politika: izmaksas ir arī faktors. Uzlabotā skaldīšana sola samazināt smieklīgi dārgās kodolenerģijas sākotnējās izmaksas, radot reaktorus, kurus var būvēt rūpnīcā, nevis izgatavot pēc pasūtījuma. Tas izraisītu cenu kritumu, tāpat kā vēja un saules enerģijas cenām. Taču privātie uzņēmumi reti ir izrādījušies veiksmīgi, panākot šos projektus līdz galam: lielākos panākumus guvuši ļoti centralizētas valsts vadītas shēmas, kas var vieglāk absorbēt risku.

General Fusion izpilddirektors Kriss Movijs apgalvo, ka skaldīšanai vienkārši ir pārāk daudz šķēršļu, lai tā būtu veiksmīga. Viņam ir pieredze: viņš bija mPower, SMR uzņēmuma dibinātājs, kas tika iznīcināts 2014. gadā. Viņš ierosina, ka kodolsintēzes reaktorus varētu būt grūtāk uzbūvēt, taču tie ir sociāli pieņemamāki. Tāpēc viņš saka, ka riska kapitāls ir steidzies uz kodolsintēzi — investori ir pārliecināti, ka būs daudz dedzīgu pircēju, kas gaidīs to, kurš pirmais spēs to īstenot.

Bet vai kodolsintēzei tiešām ir tik daudz vairāk manevrēšanas iespējas? Tā ir taisnība, ka zema līmeņa, īslaicīgi radioaktīvie tritija atkritumi, ko tas rada, nerada nopietnus draudus, un tehnoloģija nozīmē, ka sabrukšana nav iespējama. Taču izmaksas joprojām ir augstas, un laika līnijas joprojām ir garas — ITER kodolsintēzes reaktors ir ievērojami dārgāks nekā sākotnēji plānots, un tas nedarbosies vismaz 15 gadus. Tikmēr zaļie politiķi Eiropā jau vēlas, lai ITER tiktu slēgts, un daudzi pret kodolenerģiju vērstie kampaņas dalībnieki neatšķir dalīšanos no kodolsintēzes.

Eksperti varētu iestāties aiz kodolenerģijas, taču pārliecināt skeptiski noskaņotus vēlētājus ir kas cits.

paslēpties