font_preload
PL / EN
Atom Energetyka 21 sierpnia, 2019 godz. 7:31   

Rapacka: Czy atom pozwoli człowiekowi wrócić na Księżyc?

Kilopower fot. BiznesAlert.pl

Postępująca transformacja energetyczna skłania środowisko międzynarodowe do dyskusji nad rolą atomu w przyszłych miksach energetycznych. Polemika ulga polaryzacji, a sama branża jądrowa szuka nowych rynków zbytu (np. Bliski Wschód lub Afryka). Naukowcy idą dalej i chcą wysłać technologię jądrową w kosmos. Okazuje się, że nie poznamy kosmosu bez energetyki jądrowej, o ile ktoś nie opracuje innego pomysłu – pisze Patrycja Rapacka, redaktor BiznesAlert.pl.

Stara-nowa koncepcja

Branża jądrowa od wielu lat zmaga się z wieloma problemami, które potęguje zmieniający się rynek energii. W przypadku USA atom musi się zmagać ze skutkami rewolucji łupkowej, podczas gdy perspektywę dla energetyki jądrowej widać w Afryce, Azji i na Bliskim Wschodzie. Władze USA przeznaczają miliardy dolarów na badania, mające na celu rozwój amerykańskich technologii jądrowych, oraz starają się wesprzeć lokalne firmy w zdobywaniu kontraktów za granicą. Aspiracje Amerykanów nie kończą się jednak na Ziemi. Wyścig technologiczny i eksploracja kosmosu wymaga perspektywicznego myślenia, a nie jest tajemnicą, że o tę sferę USA rywalizuje z Rosją i Chinami.

Samo zastosowanie atomu w kosmosie nie jest nową koncepcją. Energia jądrowa jest wykorzystywana statkach kosmicznych, satelitach. Dla przykładu jest ona wykorzystywana przez sondy Pioneer 10, Ulyssess, Voyager 1 i 2, News Horizon czy łazik Curiosity Rover. Są one wyposażone w radioizotopowe generatory elektryczne (RTG). Po raz pierwszy ta technologia została wykorzystana przez Amerykanów w satelicie nawigacyjnym Transit 4A w 1961 roku. Należy zauważyć, że najczęściej generatory RTG są napędzane plutonem 238, który nie jest produkowany przez USA od lat 80. XX wieku. Nie zapominajmy, że pluton jest efektem ubocznym konstrukcji głowic jądrowych, których produkuje się o wiele mniej, niż w okresie Zimnej Wojny. Stany Zjednoczone od wielu lat kupowały go od Rosjan, jednak sprzedaż wstrzymano w 2009 roku.  Jest to strategiczny surowiec, który może wystarczyć tylko na kilka misji, o czym od wielu lat alarmują naukowcy. Reaktywację produkcji atomu postulował Barack Obama, ale Senat odrzucił jego prośbę o dofinansowanie wznowienia produkcji. NASA musi szukać innych surowców, albo znaleźć alternatywę dla RTG. Amerykańscy naukowcy chcieliby wrócić na Księżyc i móc np. kolonizować Marsa, jednak potrzebna jest im do tego energia elektryczna wytworzona dzięki technologii, która musi być wytrzymała, lekka i efektywna. Odpowiedzią mają być małe reaktory jądrowe.

Rapacka: Atomobilność

Kilopower

System Kilopower został zaprezentowany pierwszy raz podczas konferencji prasowej w 2018 roku. W maju 2019 roku projekt reaktora jądrowego KRUSTY został uhonorowany prestiżową nagrodą Gears of Government President Awards. Prace nad reaktorami jądrowymi przystosowanymi do misji kosmicznych trwają od 2015 roku. Projekt Kilopower jest częścią programu NASA  – Director Changer Development (GCD). Naukowcy i inżynierowie, pracujący w ramach Kilopower, chcą wypracować koncepcję technologii, która umożliwiłaby długotrwałe przebywanie na innych planetach np. na Marsie lub na powierzchni satelity ziemskiego, którym jest Księżyc. W marcu 2018 roku przedstawiono prototyp reaktora The Kilopower Reactor Using Stirling Technology, który został stworzony przez zespół Marshall Space Flight Center, Glenn Research Centre oraz Los Alamos National Lab. Testy z 2018 roku poszły bez zarzutu, nawet przy skrajnych scenariuszach jak uszkodzenie silnika czy nagły spadek mocy. Prototyp reaktora o wysokości 2 metrów jest wyposażony w rdzeń zawierający uran 235. Energia wytwarzana w ramach rozszczepienia jądrowego uranu jest przekazywana do silnika Sterlinga, który zamienia ją w energię mechaniczną. Reaktor jest w stanie zaopatrzyć w energię kilka gospodarstw domowych tj. wytworzyć 10 kW energii. Taki reaktor może funkcjonować do 15 lat. Według NASA do budowy małej stacji na innej planecie (obsługiwanej przez 4-6 astronautów) potrzeba czterech reaktorów. Pierwsza próba kosmiczna ma się odbyć już za kilka lat – do 2022 roku, o czym poinformował Patric McClure, kierownik projektu Kilopower w amerykańskim Departamencie Energii. Kolejny projekt lotu na Księżyc ma nazwę Artemis i ma być zrealizowany w 2024 roku. Na początku celem programu jest wysłanie załogi na satelitę ziemskiego, w latach 30 XXI wielu będzie zrealizowana załogowa misja na Marsa.

Perzyński: Glony vs. elektrownia na orbicie. Rywalizacja mocarstw wraca do kosmosu

Dlaczego energetyka jądrowa?

Naukowcy z NASA przekonują, że wbrew pozorom Układ Słoneczny nie zapewnia aż tak łatwego dostępu do elektryczności. Misje kosmiczne są wspomagane często przez instalacje słoneczne oraz systemy radioizotopowe, które przekształcają energię w ciepło powstałe w wyniku roztopu plutonu 238. NASA podkreśla, że te systemy mogą być niepraktyczne w miejscach, gdzie dostęp do światła słonecznego jest słaby lub praktycznie żaden, a do funkcjonowania na obcej planecie potrzeba dużo energii. Kilkudniowe ciemności będą wymagały instalacji dużych magazynów energii na Marsie lub Księżycu, odpornych na duże zmiany temperatury. Nie zapominajmy o burzach piaskowych, które pojawiają się na Marsie, co może być problemem dla instalacji paneli słonecznych. Długookresowe misje związane z budową stacji wymagającej energii do np. oczyszczania wody, produkcji tlenu, ładowania łazików i robotów czy ocieplania budynków. W trakcie księżycowej nocy temperatura może spaść nawet do skrajnie minusowych wartości tj. minus 180 stopni Celsjusza. Duże wahania temperatury mogą siać spustoszenie w odnawialnych źródłach energii. Przede wszystkim, NASA wskazuje na efektywność zastosowania reaktora jądrowego – stosując 0,5 kg paliwa jądrowego można wytworzyć tyle samo energii co przy około 1500 ton węgla.

Wasilewski: Górnictwo kosmiczne jest warunkiem stałej obecności człowieka w kosmosie

Eksploracja kosmosu to szansa dla technologii jądrowych

Energia jądrowa może odegrać ważną rolę w eksploracji kosmosu oraz rozwoju technologii kosmicznych. Stany Zjednoczone wraz z NASA chcą przeprowadzić się w głąb Układ Słonecznego w celu prowadzenia dalszych badań oraz rozwoju swojej obecności na Księżycu. Eksploracja kosmosu tworzy nowe możliwości naukowe, ekonomiczne oraz polityczne. Dzięki zastosowaniu energii jądrowej, dla której nie ma na razie alternatyw, USA może zdobyć znaczącą przewagę nad swoimi głównymi rywalami, którymi są Rosja i Chiny. Amerykanie przekonują, że tylko energia jądrowa może obsłużyć długoterminowe misje kosmiczne. Technologie jądrowe już dawno wyszły poza ramy klasycznych elektrowni zawodowych i znajdują zastosowanie także w coraz mniejszych instalacjach. Być może takie rozwiązania – również te kosmiczne – przekonają sceptyków do atomu.