Labākais kodolenerģijas risinājums

Iedomājieties kodolrūpniecību, kas var darbināt Ameriku gadu desmitiem, izmantojot pašas radioaktīvos atkritumus, sadedzinot tās mūsdienu reaktoru atkritumu daļas, kuras ir visgrūtāk likvidēt. Pievienojiet tehnoloģiju, kas izmanto kodolpelas, urānu, kas tika iegūts un apstrādāts, bet lielākoties nebija lietojams, un pārvērš to vēl vairāk degvielas. Pēc tam pievienojiet globālu biznesa modeli, kas padara daudz mazāku iespējamību, ka reaktora blakusprodukti, piemēram, plutonijs, nonāks kodolieročos tādās valstīs kā Irāna, pat ja ekonomiska kodolenerģijas tehnoloģija kļūst pieejama visai pasaulei.

ASV Enerģētikas departaments veicina tālejošas atkritumu pārstrādes tehnoloģijas, kurām nepieciešamas jaunas reaktoru konstrukcijas. Taču jau šodien ir gatavi atjaunināti tradicionālie modeļi, piemēram, GE ekonomiskais vienkāršotais verdošā ūdens reaktors (parādīts šeit). (Kredīts: Braiens Kristijs)

Tā ir burvīgā trīskāršā spēle, ko Buša administrācija cer īstenot ar Globālo kodolenerģijas partnerību (GNEP), ko tā atklāja šī gada sākumā, un tā ir ierosinātā ilgtermiņa pētniecības un attīstības programma, kas ir gandrīz tikpat pārdroša kā Manhetenas projekts. Degvielas pārstrādes pamatkoncepcijas tās pamatā ir pastāvējušas jau vairāk nekā pusgadsimtu. Tagad tie tiek no jauna reklamēti kā veids, kā nodrošināt daudz bezoglekļa degvielu enerģijas izsalkušajai pasaulei, kuru apdraud cilvēka izraisītas klimata pārmaiņas.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2006. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Saskaņā ar plānu, par kuru administrācija ir pieprasījusi 250 miljonus ASV dolāru fiskālajam gadam, kas sākas 1. oktobrī, ASV un atsevišķas partnervalstis apstrādās izlietoto kodoldegvielu, izmantojot jaunas metodes, kas daļu no tās pārvērstu lielākā kurināmā un samazinātu apglabāšanas apjomu. . ASV un to partneri arī iznomātu reaktoru degvielu citām valstīm, kuras pēc tam atgrieztu savu izlietoto kodoldegvielu pārstrādei.

Šī tehnoloģija varētu izmantot urānu daudz efektīvāk: Filips J. Finks, Argonnas Nacionālās laboratorijas netālu no Čikāgas asociētais direktors, saka, ka tā varētu iegūt no urāna līdz pat 100 reizēm vairāk enerģijas, nekā tas ir iespējams. Tā kā atkritumi tagad tiek uzkrāti reaktoros visā Amerikas Savienotajās Valstīs, saskaņā ar teoriju GNEP varētu saražot visu valstij nepieciešamo elektroenerģiju gadu desmitiem, varbūt pat gadsimtiem, pieņemot, ka varētu uzbūvēt pietiekami daudz nepieciešamo jauno reaktoru. Tas novērstu aptuveni trešdaļu no visām ASV oglekļa dioksīda emisijām (aptuveni tā daļa, ko šodien rada fosilā kurināmā spēkstacijas). Tas viss, vienlaikus samazinot atkritumu daudzumu un kavējot degvielas novirzīšanu kodolieročiem.

Multivide

• Video: Zinātnieki runā par globālās sasilšanas draudiem un to, kā ar tiem cīnīties.

Tomēr praksē labākajā scenārijā GNEP būtu vajadzīgas desmitgades, lai izstrādātu, un sliktākajā gadījumā tas varētu neko nedot; tehnisku iemeslu dēļ tā var izrādīties nestarte, vai arī šī tehnoloģija varētu būt ekonomiski nekonkurētspējīga ar citiem oglekli nesaturošiem elektroenerģijas avotiem. Un programma varētu apdraudēt pieticīgāku un sasniedzamāku mērķi: atdzīvināt kodolrūpniecību, kas nav uzsākusi veiksmīgu reaktora projektu kopš 1974. gada.

Mūsdienās sabiedrība, kas kādreiz bija piesardzīga pret kodolenerģiju, ir atvērusies tai kā iespējamai atbildei uz globālo sasilšanu. Jauni reaktoru modeļi, kas ir līdzīgi mūsdienu komerciālajā flotē izmantotajiem reaktoriem, taču tiek uzskatīti par drošākiem un efektīvākiem, jau ir apstiprināti vai tiek pārskatīti ASV Kodolenerģijas regulēšanas komisijā. Komunālie uzņēmumi ir dažādās plānošanas stadijās vismaz 16 šādu reaktoru (sk Atjaunošanas rosinājumi diagramma ) un var iesniegt pieteikumus NRC jau nākamā gada beigās.

Šādi reaktori ir visdaudzsološākā tuvākā laika alternatīva papildu tradicionālajām ogļu stacijām, kas ražo milzīgu daudzumu oglekļa dioksīda. Taču nav skaidrs, kad un vai tie tiks uzcelti. Ja tas notiks, nozarei ir jāpārliecina investori veikt lielu soli. Tas nozīmē viņus pārliecināt, ka rūpnīcas finansiāli konkurēs ar citiem avotiem, kas rada zemu oglekļa emisiju, piemēram, vēja turbīnām vai ogļu stacijām, kas piesaista oglekļa dioksīdu — ​​šī tehnoloģija var būt īstenojama, bet vēl nav pierādīta. (skat. Netīrais noslēpums) . Saskaņā ar Elektroenerģijas pētniecības institūta (EPRI), bezpeļņas komunālo pakalpojumu pētniecības organizāciju, kas atrodas Palo Alto, Kalifornijā, kuras locekļi ir ogļu un atomelektrostaciju īpašnieki, tuvākā termiņa reaktoru konstrukcijas var būt tikko lētākas nekā sekvestrācijas tehnoloģija. Un, ja Amerikas Savienotās Valstis neierobežos oglekļa emisijas, kodolenerģijai būs jāturpina konkurēt ar tradicionālajām ogļu stacijām.

Tikmēr nozare joprojām gaida risinājumu savai galvenajai tuvākā termiņa problēmai: ko darīt ar atkritumu uzkrāšanos esošajās atomelektrostacijās. Nozares tirdzniecības grupas Kodolenerģijas institūta prezidents un izpilddirektors Skips Boumens saka, ka bez ātra atkritumu risinājuma mūsdienu provizoriskā renesanse apstāsies. Uzņēmums nevar iegūt licenci jaunai rūpnīcai bez atkritumu plāna, un šobrīd gaidīšana, kad Enerģētikas departaments atvērs savu ilgstoši kavēto Yucca Mountain atkritumu glabātavu Nevadā, nav plāns. Šajā kontekstā Bowman saka, ka GNEP ir uzmanības novēršanas faktors.

Daži akadēmiķi piekrīt, sakot, ka Enerģētikas departamentam ir jāizstrādā skaidra kodolstratēģija un jāpieturas pie tās. Endrjū Kadaks, MIT kodolinženieris (skatiet DOE neskaidro kodolredzi) , saka, ka departaments ir ievērojis zigzaga politiku. Viņš uzskata, ka GNEP ir piektā kodoliniciatīva pēdējo piecu gadu laikā, atsaucoties uz kodolūdeņraža iniciatīvu; Nuclear Power 2010 (centieni līdz tam gadam panākt jaunu parasto reaktoru); IV paaudze (jauns reaktoru tehnoloģiju komplekts, piemēram, ar gāzi vai svinu dzesētas iekārtas); un Advanced Fuel Cycle Initiative, kuras GNEP daļas atgādina.

Ja Enerģētikas departaments vēlas samazināt oglekļa dioksīda emisijas, veicinot solīto kodolenerģijas atdzimšanu, tam būs jāsteidzas, pirms enerģētikas uzņēmumi aizpildīs tirgu ar tradicionālajām ogļu stacijām, kas varētu darboties 50 gadus. GNEP var tikai vājināt nodaļas fokusu, palielinot izmaksas un sarežģītību ar jaunām, neizmēģinātām tehnoloģijām.

Ātri reaktori, lēns progress

GNEP ir ļoti ilgtermiņa vīzija; lielākā daļa no sākotnējiem 250 miljoniem dolāru tiktu iztērēti tikai, lai izpētītu, kā jaunās tehnoloģijas varētu darboties un cik tās maksās. Bet tā atbalstītāju domāšana ir tāda, ka mēs nepieciešams ļoti ilgtermiņa vīzija. Enerģētikas departaments prognozē, ka līdz gadsimta vidum visā pasaulē darbosies 1000 atomelektrostaciju, salīdzinot ar 441 šodien. Un esošā urāna piegāde, GNEP aizstāvji apgalvo, nepabaros tik daudz reaktoru.

Urāna piegādes apjoms faktiski nav zināms, jo urāns piedzīvoja ilgu zemu cenu periodu, un pēdējā laikā to nav meklējuši daudzi. Saskaņā ar nozares avotiem ir zināms, ka pastāv aptuveni 3 miljoni tonnu, bet vēl aptuveni 12 miljoni tonnu varētu būt ārpusē. (MIT pētījums 2003. gadā paredzēja, ka joprojām ir pieejams pietiekami daudz urāna, lai uzbūvētu 1000 reaktorus un darbinātu tos 40 gadus.) Tomēr, ciktāl mums varētu būt nepieciešams paplašināt šo resursu, GNEP piedāvā veidu — vismaz uz papīra —, kā atgūt no tā milzīgu daudzumu papildu enerģijas.

Esošie reaktori ģenerē enerģiju, izmantojot ķēdes reakciju, kas sākas, kad brīvais neitrons ietriecas U-235 atomā, kas ir urāna izotops, un sadala tā kodolu. Sašķeltais atoms izmet divus vai trīs neitronus; parasti viens sadala citu U-235 atomu, bet citus absorbē cita urāna izotopa U-238 atomi, veidojot plutoniju-239 un citus transurāna elementus (tos, kas ir ārpus urāna periodiskajā tabulā). Šie transurāni kopā ar skaldīšanas produktiem, piemēram, cēzija izotopiem, ir viena no kodolatkritumu sastāvdaļām.

Problēma ir tā, ka U-235 ir salīdzinoši rets izotops; dabiskais urāns sastāv no aptuveni vienas daļas U-235 līdz 142 daļām U-238, kas nav tik viegli sadalāms. Reaktoros izmantotais urāns ir bagātināts tā, ka U-235 rodas koncentrācijā viena daļa no 20. GNEP efektīvāk izmantotu urānu, sadedzinot transurānus no lietotās kodoldegvielas pēc tam, kad tie pārstrādes ceļā ir atdalīti no pārējiem blakusproduktiem. Tas varētu arī izmantot dažus U-238. Galvenais būtu izstrādāt jaunas paaudzes reaktorus, ko sauc par ātrajiem reaktoriem.

Reaktori, kurus dzesē ar ūdeni, tāpat kā mūsdienās gandrīz visi reaktori, ievērojami palēnina neitronu darbību pēc tam, kad tie tiek atbrīvoti ķēdes reakcijas rezultātā. Taču GNEP ierosinātie reaktori to nedarītu; viņi izmantos citu materiālu, iespējams, kausētu metālu, lai noņemtu siltumu. (Diemžēl šim nolūkam vēlamais metāls – nātrijs – sadedzina, saskaroties ar ūdeni vai gaisu.) Tāpat kā biljarda bumbiņa, kas izšauta ar jaudīgāku kiju, neitroni radītu lielāku triecienu – pietiekami, lai sadalītu daļu no U-238. kā arī transurāna izotopi.

Transurāni ir vieni no visilgāk nodzīvotajiem materiāliem atkritumu plūsmā, un tādējādi daži no tiem ir visgrūtāk atbrīvoties. Tieši tāpēc GNEP šķiet tik pievilcīgs kā ne tikai klimata pārmaiņu risinājums, bet arī atkritumu risinājums. Finks saka, ka tas teorētiski samazinātu siltumu un toksicitāti tam, kas mūsdienās tiek uzskatīts par atkritumiem, lai Jukas kalns izturētu visu šo gadsimtu, nevis tiktu pilnībā rezervēts, pirms tiek aprakts pirmais degvielas komplekts.

Kodolenerģijas pionieri rūpniecībā un valdībā vienmēr uzskatīja, ka degviela tiks pārstrādāta, lai atgūtu plutoniju atkārtotai izmantošanai. Šāda pārstrāde ir veids, kā Manhetenas projekts savāca plutoniju bumbai, kas iznīcināja Nagasaki. (Hirosimas bumbā tika izmantots bagātināts urāns.) W. R. Grace atvēra pārstrādes centru West Valley, NY, 1965. gadā un vēlāk pārdeva to uzņēmumam Getty Oil. Rūpnīca darbojās līdz 1972. gadam, un tās tīrīšana izmaksāja vairāk nekā 1,6 miljardus dolāru. General Electric arī mēģināja būvēt rūpnīcu Morisā, IL, taču 1974. gadā tā tika uzskatīta par nederīgu. Tad prezidents Kārters aizliedza šo tehnoloģiju, jo bija bažas par izplatīšanu.

GNEP šīs idejas atgrieztu no kapa daudz vērienīgākā formā, kas vēlreiz rada šādas bažas. Viena no bažām ir veids, kā no izmantotās degvielas tiktu iegūts bumbām izmantojamais materiāls. Atbalstītāji saka, ka GNEP samazinātu izplatīšanas risku, jo atšķirībā no vecajām pārstrādes metodēm, kuras joprojām tiek izmantotas dažās valstīs, jaunās neradītu tīru plutoniju. Taču šodien astoņi kilogrami plutonija — daudzums, kas nepieciešams bumbas izgatavošanai — ir iestrādāti aptuveni metriskā tonnā ļoti radioaktīvu atkritumu; jaunajā sistēmā tas tiktu atšķaidīts tikai ar nelielu daudzumu citu materiālu. Kritiķi saka, ka valdībām vai teroristiem būtu daudz vieglāk nozagt atdalīto materiālu un iegūt plutoniju, nekā atgūt plutoniju no mūsdienu izlietotās kodoldegvielas.

Enerģētikas ministrs Semjuels Bodmens, apspriežot GNEP, solīja, ka tas reaģēs uz globālā terorisma izaicinājumiem. Ideja ir nodrošināt mazuļu drošu degvielas ciklu: tādas valstis kā Irāna varētu iznomāt degvielu, kas bagātināta līdz reaktora līmenim – 5 procentiem U-235, bet ne līdz bombardēšanas līmenim, kas parasti pārsniedz 90 procentus U-235. Viņi nosūtīs savu izlietoto kodoldegvielu atpakaļ uz drošākām valstīm pārstrādei un otrreizējai kārtai progresīvos reaktoros. Šie reaktori, kas sadedzinātu daudzus elementus, kas ražoti vienkāršākos reaktoros, atrastos stabilās vietās, piemēram, Indiānā vai Floridā, vai valstīs, kurās jau ir kodolieroči.

Rezultātā izveidotā partnerība padarītu Amerikas kodoltehnoloģiju politiku līdzīgāku Krievijas un Francijas politikai, kuras abas jau atdala plutoniju. Advokāti to min kā papildu piemaksu programmai, kas, pēc Finka teiktā, nodrošinās Amerikas Savienotajām Valstīm ilgtermiņa, pieejamu, oglekļa nesaturošu enerģijas avotu ar zemu ietekmi uz vidi.

GNEP mirāža

Bet GNEP var būt mirāža. Pirmkārt, sponsoriem gandrīz nav ne jausmas, cik tas varētu izmaksāt; Buša administrācijas piedāvātie 250 miljoni dolāru ir paredzēti programmai, kas cer to izdomāt. GNEP atbalstītāji apgalvo, ka viņu tehnoloģija pietiekami paplašinās kodoldegvielas piegādi, lai praktiski uz visiem laikiem samazinātu oglekļa emisijas un ļaus mums izvairīties no izvēles starp globālo sasilšanu un ļoti dārgu enerģiju. Tomēr šķiet, ka ietaupīt naudu par kodoldegvielu var būt lietderīgi tikai tad, ja cena nav objekts.

Ričards L. Garvins, IBM emeritētais biedrs un septiņu grāmatu par kodolieročiem un kodolenerģiju līdzautors, lēš, ka esošās pārstrādes rūpnīcas, piemēram, tās, kas darbojas Francijā, piegādā reaktorus ar plutoniju par cenu aptuveni 1000 USD par kilogramu ietaupītā urāna. Taču viņš norāda, ka urāna tirgus cena ir aptuveni 100 USD par kilogramu, un tā varētu būt īslaicīga.

Degviela ir tikai daļa no kodolenerģijas izmaksām, un Finks saka, ka degvielas pārstrāde un atkārtota izmantošana ātrajos reaktoros palielinātu tikai aptuveni 10 procentus no kopējām enerģijas izmaksām. Bet no kurienes nāks pat šis pieticīgais pieaugums, nav skaidrs. Prinstonas universitātes Vudro Vilsona sabiedrisko un starptautisko attiecību skolas fiziķis un politikas eksperts Frenks N. fon Hipels atzīmē, ka Amerikas Savienotās Valstis plānoja būvēt ātrgaitas reaktoru 1970. gados, taču 1983. gadā pārtrauca darbu pēc Francijas, Vācijas un Apvienotā Karaliste tos uzbūvēja un pēc tam pameta, jo tie bija pārāk dārgi un sarežģīti. Pēc sponsoru domām, kad ātrie reaktori tika uzbūvēti, GNEP iecerētajai sistēmai var būt nepieciešams pat viens no dārgajiem jaunajiem reaktoriem uz katriem trim parastajiem reaktoriem, atkarībā no jauno reaktoru efektivitātes. Garvins saka par ātrajiem reaktoriem: Nav priekšstata par to, ka šīs lietas veidos savu ceļu ekonomiski.

Es ceru, ka mums būs vairāk reaktoru; Es noteikti ceru, ka pasaulei būs vairāk, saka Garvins, atsaucoties uz veidiem, kas mūsdienās darbojas komerciāli. Bet tas notiks tikai tad, ja privātajai rūpniecībai šajā jomā izskatīties ekonomiski izdevīgi. Un šobrīd daudz gudras naudas — daļa no tās tiek novirzīta caur Enerģētikas departamentu — tiek novirzīta ne tikai šai parastajai kodolenerģijai, bet arī citiem bezoglekļa enerģijas avotiem, piemēram, vējam, saulei un oglēm ar oglekļa dioksīda sekvestrāciju.

EPRI nesen analizēja nulles oglekļa elektroenerģijas avotu cenas un atklāja, ka, ja, kā apgalvo ražotāji, jaunus reaktorus varētu uzbūvēt par 1700 USD par vienu kilovatu jaudas (mazāk nekā izmaksas 1980. gados, pat pirms pielāgošanās inflācijai), tie ražotu. elektrība aptuveni 49 USD par megavatstundu. Lai gan tā ir aptuveni divas trešdaļas no biomasas cenas un puse no vēja cenas, citas rasējamā dēļa esošās tehnoloģijas var paveikt darbu par ļoti mazu cenu. EPRI atklāja, ka par aptuveni 55 USD par megavatstundu ogles var gazificēt un sadedzināt, un oglekļa dioksīdu atdalīt. Elektrostacijas, kas darbojas ar gazificētām oglēm, vēl nav komercializētas, taču varētu uzbūvēt parastās pulverveida ogļu stacijas, kas atdalītu to oglekļa dioksīdu, un tās ražotu jaudu par aptuveni 65 USD par megavatstundu. Šīs tehnoloģijas investori uztver kā mazāku risku, un Amerikas Savienotajām Valstīm ir simtiem gadu vērtas ogles.

Pēc dažiem gadiem vai dažām desmitgadēm oglekļa nodokļi varētu būt vispārēji industriālajā pasaulē, karš Persijas līcī varētu palielināt naftas cenu divkāršu vai trīskāršu, un pieprasījums pēc elektroenerģijas varētu strauji pieaugt – īpaši, ja kāds nāktu klajā ar labāku. akumulators, ko varētu masveidā ražot elektromobiļiem. Bet pat tad, ja visas šīs lietas virzītu pasauli uz nulles oglekļa emisiju enerģiju, mēs joprojām meklētu bezoglekļa enerģiju, kas maksā vismazāk. Tā varētu būt kodolenerģija, norāda EPRI. Bet Stīvs Spekers, EPRI prezidents, sagaida zirgu skriešanās sacīkstes starp dažādām nulles oglekļa ogļu tehnoloģijām.

Spēlē ar Proliferation

Vairāki zinātnieki, tostarp Prinstonas fon Hipels, uzskata, ka papildus izmaksu problēmai GNEP varētu mainīt veiksmīgu stratēģiju pret izplatīšanu. Viņš apgalvo, ka izlietotās kodoldegvielas pārstrāde rada pārāk lielu risku, pat ja plutonijs tiek sajaukts ar nelielu daudzumu citu materiālu, kas nerada labu bumbu degvielu. Oponenti norāda, ka plutonijs no lietotās kodoldegvielas ne tikai varētu nonākt nepareizās rokās, bet arī pārstrāde ASV varētu mudināt citas valstis pašas pārstrādāt kodolatkritumus, padarot savus blakusproduktus pieejamus ieročiem.

Ņemot vērā to, ka Amerikas Savienotās Valstis 70. gadu vidū atteicās no pārstrādes tieši šī iemesla dēļ, fon Hipels uzskata, ka ir draudīgi, ka tagad ar GNEP valsts varētu to atkal izmantot. Amerikas Savienotās Valstis ir guvušas izcilus panākumus 30 gadus, iebilstot pret pārstrādes izplatīšanos valstīs, kurās nav ieroču, izvirzot argumentu: “Mēs nepārstrādājam; jums arī nevajag,' viņš saka. Tā ir daļa no 2003. gada MIT pētījuma The Future of Nuclear Energy loģikas, kurā secināts, ka Francijas, Krievijas un Japānas īstenotā pārstrāde nenodrošina pietiekamu aizsardzību pret ieroču izplatīšanu. Tajā arī secināts, ka urāna deficīta izredzes nebūtu iemesls pāriet uz atkārtotu apstrādi Amerikas Savienotajās Valstīs vēl daudzus gadus.

Ir viegli saprast, kāpēc pētnieku kopiena ir sajūsmā par GNEP. Tas ir milzīgs līdzekļu avots. Tas ir maizes un zivju triks industrializētajai pasaulei, jo īpaši birokrātiem, kuri vēlas izpirkt savu 1950. gadu priekšteču prognozes, ka jauda ir pārāk lēta, lai to izmērītu. Taču GNEP nav būtiska kodolenerģijas atdzimšanai. 70. un 80. gados komunālie uzņēmumi atteicās no vairāk nekā 100 reaktoru projektiem, un tikai tagad – augsto fosilā kurināmā cenu un sabiedrības attieksmes maiņas dēļ – viņi domā mēģināt vēlreiz. Izsmalcināts degvielas cikls, kas paredzēts, lai atbalstītu plaukstošu komerciālo nozari, ir bezjēdzīgs, ja nav komerciālas nozares. Kodolenerģijai drīzumā ir jāsāk darboties, ekonomiski un garlaicīgi aizstājot oglekļa dioksīdu izstarojošos avotus. Bez tā nekas nesekos.

Metjū L. Valds, reportieris Vašingtonas birojā Ņujorkas Laiks , ir rakstījis par kodolrūpniecību 27 gadus.

paslēpties