Нові, безпечні ядерні реактори можуть зупинити зміну клімату, але їх бояться будувати

В 2018 році вчені повідомили сувору новину: незважаючи на занепокоєння на тему глобального потепління, за рахунок вугілля було вироблено 38% світової електроенергії в 2017 році — тобто, рівно стільки ж, скільки і при появі перших тривожних сигналів про клімат 20 років тому. Гірше того, викиди парникового газу зросли на 2,7% в минулому році — це найбільше збільшення за сім років. Такий застій призвів до того, що навіть політики та екологи почали замислюватися про те, що нам потрібно більше енергії.

Навіть вчені з ООН, не виявляли ентузіазму в минулому, сьогодні кажуть, що будь-який план по утриманню зростання температури планети нижче 1,5 градусів буде покладатися на суттєвий стрибок у використанні ядерної енергії. Але ми рухаємося в іншому напрямку. Німеччина планує закрити всі ядерні реактори до 2022 року; Італія проголосувала за блокування будь-яких майбутніх проектів ще в 2011 році. І навіть якщо ядерна енергія знайшла б підтримку широкої публіки (а цього не сталося), добувати її дорого: кілька ядерних станцій у США нещодавно закрилися, оскільки не могли конкурувати з дешевизною сланцевого газу.

Ядерні реактори нового типу

«Якщо справжня ситуація залишиться колишньою, більше атомних електростанцій, швидше за все, закриються і будуть замінені головним чином природним газом, що призведе до збільшення викидів», заявили в Союз стурбованих учених — які завжди вважалися скептиками в частині ядерної енергетики — в 2018 році. На думку вчених, якщо всі станції закриються, викиди вуглецю збільшаться на 6%.

На даний момент питання про те, щоб підтримувати існуючі системи, не варто, каже Едвін Лаймен, виконуючий обов'язки директора проекту ядерної безпеки UCS. «Більш важливе питання полягає в тому, буде реалістичним розгортання нових атомних станцій протягом наступних кількох десятиліть в необхідному темпі».

На початку 2018 року тільки в Північній Америці було 75 окремих проектів ядерного ділення, які намагались відповісти на це питання. Ці проекти задіяти той же тип реакції, що і звичайні ядерні реактори, які використовувалися десятиліттями поділ, або розщеплення атомів.

Однією з провідних технологій є малий модульний реактор (SMR): зменшена версія традиційних систем ядерного ділення, яка обіцяє бути дешевше і безпечніше. NuScale Power, що базується в Портленді, штат Орегон, має 60-мегаватну конструкцію, яку ось-ось повинні розгорнути. (Звичайна дорога установка може виробляти близько 1000 МВт електроенергії).

NuScale повинна встановити 12 малих реакторів для підтримки енергетичних потреб 46 об'єктів по всьому заходу США, однак проект буде здійснений тільки якщо члени групи погодяться його фінансувати до кінця року. Історія показує, що це буде нелегко. У 2011 році Generation mPower, інший розробник SMR, отримав контракт на створення до шести реакторів, схожих на NuScale. Його підтримували корпоративні власники Babcock & Wilcox, найбільші в світі виробники енергії, але договір був розірваний менш ніж через три роки, оскільки не з'явилося нових клієнтів. Немає клієнтів — означає, що ціна не буде знижуватися, а отже проект не буде розвиватися.

У той час як підхід NuScale використовує традиційні ядерні реактори з водяним охолодженням, зменшуючи їх, так звані системи IV покоління використовують альтернативні охолоджувачі. Китай будує великомасштабний реактор з натрієвим охолодженням в провінції Фуцзянь, який вступить в роботу в 2023 році, а TerraPower з Вашингтона розробила систему з натрієвим охолодженням, яка може працювати на відпрацьованому паливі, збідненій урані чи урані прямо із землі. TerraPower — яку інвестував — уклала угоду з Пекіном на будівництво демонстраційної станції у 2022 році.

Інший варіант IV покоління, реактор з розплавленою сіллю, безпечніше, ніж більш ранні конструкції, оскільки може самоохлаждаться, навіть якщо система повністю втрачає потужність. Канадська компанія Terrestrial Energy планує побудувати електростанцію на 190 МВт в Онтаріо, і перші її реактори будуть виробляти енергію до 2030 року за ціною, яку можна буде зіставити з природним газом.

Один з реакторів IV покоління може скоро вступити в дію. Реактори на гелієвому охолодженні, вкрай високотемпературні, можуть працювати при температурі до 1000 градусів. Належить державі Китайська національна атомна корпорація має прототипом потужністю 210 МВт в східній провінції Шаньдун — він буде підключений до мережі в цьому році.

Термоядерний синтез

Багато, однак, плекають надію на термоядерний синтез. Реактори термоядерного синтезу імітують ядерний процес усередині Сонця, зіштовхуючи більш легкі атоми разом і перетворюючи їх на більш важкі, і виділяючи величезну кількість енергії по дорозі. На Сонці цей процес приводиться в дію силою гравітації. На Землі інженери намагаються відтворити умови термоядерного синтезу за допомогою надзвичайно високих температур — близько 150 мільйонів градусів — але їм важко утримувати плазму, необхідну для синтезу атомів.

Одна з побудованих рішень представлено ІТЕР, раніше відомим як Міжнародний термоядерний експериментальний реактор, який будується з 2010 року в Карадаше, Франція. Його система магнітного конфайнмента має глобальну підтримку, але витрати зросли до 22 мільярдів доларів з-за затримок і політичних суперечок. Перші експерименти, спочатку запланований на 2018 рік, були перенесені на2025 рік.

Ванкуверська General Fusion використовує комбінацію фізичного тиску і магнітних полів для створення імпульсів плазми, які тривають мільйонні частки секунди. Цей підхід менш складний, ніж у ІТЕР, що робить систему набагато дешевше, однак залишаються технічні проблеми, пов'язані з виготовленням титанових компонентів, здатних впоратися з робочим навантаженням. Тим не менш, General Fusion очікує, що її реактори будуть розгорнуті через 10-15 років.

Каліфорнійська компанія TAE Technologies, між тим, витратила 20 років на розробку термоядерного реактора, який перетворює енергію безпосередньо в електрику. Ця компанія, яка отримала 500 мільйонів доларів від інвесторів, в січні прогнозувала, що вийде на комерційну окупність протягом п'яти років.

Які ж з цих технологій досягнуть успіху? Вдосконалене ядерне ділення зменшує ядерні відходи — навіть використовує їх в якості палива — і кардинально зменшує шанс трагедії, як у Фукусімі або Чорнобилі. Але такі реактори поки не отримали ліцензії ніде, крім Китаю та Росії. Багато хто просто не вірять компаніям, коли ті обіцяють, що нові технології зможуть уникнути старих помилок.

Однак справа не тільки в політиці: вартість також варто враховувати. Вдосконалене ядерне ділення обіцяє скостити неймовірно дорогі початкові витрати на ядерну енергію за рахунок створення реакторів, які можна буде будувати на заводі, а не під замовлення. Це має зменшити вартість, як це сталося з вітряної та сонячної енергетики. Але приватні компанії рідко досягали успіху, завершуючи такі проекти: найбільші успіхи були досягнуті завдяки высокоцентрализованным, керованим державою схемами, які легко вбирають ризики.

CEO General Fusion Кріс Маурі погоджується з тим, що ядерне ділення стикається з надто великою кількістю бар'єрів для успіху. У нього є досвід: він заснував mPower, компанія з виробництва малих ядерних модулів, яку законсервували в 2014 році. Реактори синтезу побудувати буде складніше, але зате їх легше прийме суспільство. Ось де почнеться вливання капіталу — інвестори впевнені, що той, хто змусити синтез працювати першим, стане казково багатим.

Але чи дійсно у синтезу більше простору для маневру? Те, що низькоактивні та короткоіснуючі радіоактивні відходи тритію не представляють серйозної загрози, це правда, як те, що розплавлення неможливі. Але витрати високі, а терміни дуже віддалені — ІТЕР вийшов набагато дорожче, ніж планувалося спочатку, і не буде готовий ще щонайменше 15 років. Між тим, багато хто вже хочуть закрити ІТЕР, а люди не бачать різниці між поділом і синтезом.

Немає ніяких гарантій, що ядерна енергетика стане енергетикою майбутнього. Але було б дуже добре, погодьтеся? Чи ні? Розкажіть .