Cetnar: Błędy ludzkie doprowadziły do katastrofy w Fukushimie (ROZMOWA)
W przypadku katastrofy w Elektrowni jądrowej Fukushimy zostały popełnione błędy ludzkie. Nie w momencie samej katastrofy, ale na etapie projektu i jego realizacji. Gdyby proste rozwiązania zostały wdrożone, nie doszłoby do awarii na taką skalę – powiedział prof. dr hab. inż. Jerzy Cetnar z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku, w rozmowie z BiznesAlert.pl.
BiznesAlert.pl: Mija 10 lat od katastrofy w elektrowni jądrowej w Fukushimie. Co wówczas zawiodło? Technologia, człowiek? A może nagłe zjawiska przyrodnicze, których nie jesteśmy w stanie przewidzieć?
prof. dr hab. inż. Jerzy Cetnar z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku: W przypadku Fukushimy zostały popełnione błędy ludzkie. Nie w momencie samej katastrofy, ale na etapie projektu. Gdyby proste rozwiązania zostały wdrożone, np. podłączenie do sieci energetycznej poprzez wodoszczelne przyłącza oraz stacje transformatorowe z wykorzystaniem linii zasilających pod ziemią, nie doszłoby do awarii na taką skalę. Drugi system, który uległ uszkodzeniu na skutek zalania to awaryjne generatory z silnikiem diesla, który pozwoliłby na alternatywne zasilanie systemu chłodzenia. Gdyby te generatory zostały umieszczone 100 metrów wyżej, poza obszarem zalania, lub zostały umieszczone w wodoszczelnych silosach to do katastrofy by nie doszło. Mało tego, podobne elektrownie z reaktorami wrzącymi nowszych generacji są bardziej odporne na takie zdarzenia, zalaniu w Fukushimie Daiichi uległy akurat bloki reaktorów najstarszego typu. W oddalonej o 10 km elektrowni Daini z nowszymi systemami udało się schłodzić wszystkie reaktory.
Wokół katastrofy narosło wiele hipotez, także tych o ofiarach…
Nie widziałem żadnych danych, które mówiły o ofiarach śmiertelnych w Fukushimie w efekcie zwiększonego promieniowania. Przeciwnicy atomu argumentują jednak, że pojedynczy foton może wywołać nowotwory i należy za wszelką cenę należy doprowadzić do eliminacji radioaktywności. Ten postulat jest jednak absurdem. Radioaktywność jest zjawiskiem naturalnym a promieniowanie jonizujące dociera do nas również z kosmosu, ponadto wytwarza je choćby spożywana żywność. Żyjemy w środowisku radioaktywnym i jesteśmy do niego dostosowani. Przykładem jest choćby promieniowanie w wysokich górach, gdzie bywa dziesięciokrotnie wyższe niż na nizinach. Takie dawki nie są szkodliwe. Podwyższone promieniowanie w skali mniejszej niż kilka procent tła naturalnego nie może wywoływać zgonów. Przeciwny pogląd to naukowa nie prawda. Natomiast skutki ekonomiczne katastrofy są bardzo poważne i wynikają z wysiłku unieszkodliwienia substancji radioaktywnych, doprowadzenia otoczenia do poziomu neutralnego, wliczając rozbiórkę i unieszkodliwienie uszkodzonych reaktorów. To koszt szacowany obecnie na kwotę rzędu dwustu miliardów dolarów. Natomiast skutki zdrowotne dla mieszkańców innych japońskich miast są wręcz niezauważalne patrząc na standardowy poziom promieniowania tła. Jest ono zresztą niższe w Japonii niż w Europie.
Co jest więc największym ryzykiem pracy reaktorów jądrowych? Technologia czy zmiany klimatu?
Jest nim czynnik ludzki. W mojej opinii newralgicznym czynnikiem jest ocena bezpieczeństwa przez wykwalifikowane kadry oraz kompetencje samego personelu. Samo zdarzenie w Fukushimie nie musiało skończyć się katastrofą gdyby na poziomie projektowym nie zostały popełnione błędy. Zresztą błędy te były identyfikowane i mogły być ograniczone w dowolnym czasie, np. poprzez wodoszczelną obudowę systemów zasilania awaryjnego. Nowsze typy reaktorów mają ultymatywne systemy całkowicie pasywnego chłodzenia ciepła powyłączeniowego reaktora wykorzystujące właśnie to ciepło do napędzania pomp obiegowych, i nie jest niezbędne zasilanie z zewnątrz. Takie rozwiązania są możliwe. Nie ma tu problemu technologicznego, a w realizacji samego reaktora.
Czy możemy scharakteryzować dyskusję o wnioskach, które możemy wyciągnąć po katastrofie w Fukushimie?
Tego typu katastrofy zawsze są przyczynkiem do rozmów o standardach bezpieczeństwa. Dyskusję, która ma nam pozwolić wyciągnąć wnioski, możemy podzielić na kilka kategorii. Pierwsza z nich dotyczy możliwości wdrożenia nowych rozwiązań, które nie były stosowane w istniejących elektrowniach. Druga kategoria działań dotyczy analizy istniejących systemów i wyciągnięcia wniosków na przyszłość. Czy powinniśmy je zmienić lub też unowocześnić. W tym wypadku trafiamy na złożoność problemu, gdzie większe wymogi bezpieczeństwa pociągają za sobą rosnące koszty. Czasami zdarza się tak, że nowe systemy o mniejszej mocy jednostkowej – gdzie dużo łatwiej można wbudować pasywne systemy bezpieczeństwa – nie muszą produkować energii elektrycznej drożej, ale pod warunkiem uzyskania efektu skali.
Przejdźmy więc do pierwszej kategorii działań. Jakie wnioski zostały wyciągnięte w zakresie nowych rozwiązań?
Po katastrofie w Fukushimie podjęto w Japonii szereg działań, które mają w przyszłości nie dopuścić do podobnych zdarzeń. W niektórych państwach została podjęta decyzja o wyłączeniu pracy reaktorów i przeprowadzeniu testów wytrzymałościowych, aby przeanalizować możliwe luki w pracy systemu bezpieczeństwa. Instytucje międzynarodowe wprowadziły szereg zaleceń. Jeśli przeanalizujemy przebieg samej awarii w Fukushimie, będziemy mieć typowy obraz charakterystyczny dla reaktorów wodnych. W Fukushimie wystąpił brak zasilania, co przełożyło się na brak elektryczności i trudność w powstrzymywaniu eskalacji awarii z poziomu pulpitu kontrolnego. Najważniejszym zaleceniem po katastrofie było zwiększenie odporności systemów awaryjnego chłodzenia, zwiększenie zasobów dostępnej wody, służącej do awaryjnego chłodzenia rdzenia a także zapewnienia zasilania do wymuszania obiegu oraz sterowania. Bardzo ważne jest zapewnienie wodoszczelności systemów elektrycznych gdy występuje ryzyko ich zalania. Musimy bowiem pamiętać, że kluczowe jest utrzymanie prętów zalanych wodą. W sytuacji, kiedy mamy odpowiedni zapasy wody i możliwość jej pompowania przez rdzeń reaktora, to nawet przy utracie szczelności systemu może dojść do uwolnienia substancji radioaktywnych, ale w ilościach rzędy wielkości mniejszych niż w przypadku stopienia prętów. Wówczas następuje odsłonięcie tzw. „koszulek” prętów, co rozpoczyna proces topnienia. Wówczas uwolnienie substancji obejmuje groźniejsze materiały radioaktywne w ilościach większych nawet ponad miliony razy.
Czy właśnie z taką sytuacją topnienia prętów paliwowych mieliśmy do czynienia?
W przypadku Fukushimy do takiej sytuacji właśnie doszło, ale po wcześniejszym automatycznym wyłączeniu reaktorów. Tzw. ciepło powyłączeniowe jest w stanie przegrzać rdzeń, odparować wodę, i wymusić uwolnienie skażonej pary wodnej. Występuje również wydzielanie wodoru. Niemniej jednak to inny przypadek niż w Czarnobylu, gdzie nie doszło do wyłączenia reaktora tylko przeciwnie do utraty kontroli nad jego mocą co pociągnęło wydzielanie wielkiej ilości energii termicznej prowadzącej w sekwencji zdarzeń do wybuchu chemicznego w samym rdzeniu reaktora, jego rozerwaniu, wybuchu pożaru który przez kilka dni tworzył radioaktywny słup dymu unoszący wielkie ilości substancji radioaktywnych. W Fukushimie doszło do stopniowego topienia się rdzenia, wytworzenia ciśnienia pary i rozszczelnienia układu chłodzenia. Występowało długotrwałe przenikanie substancji radioaktywnych do wody chłodzącej uszkodzone reaktory. Uszkodzone reaktory nie są tak szczelnie pokryte betonowym sarkofagiem, jak w Czarnobylu. Woda deszczowa cały czas się tam dostaje i wypłukuje substancje radioaktywne, które są w obrębie budynków elektrowni, a nie zostały jeszcze oczyszczone. Ilość skażonej wody, która została zebrana, ma obojętność średniego jeziora. Jest to więc duża ilość.
Co zrobić z taką ilością wody?
Decyzja, co zrobić z tą wodą, została już podjęta. Od strony technicznej, naukowej wiemy, jak ją poddać dekontaminacji. Problem jest w dużej mierze medialny i psychologiczny. Woda jest oczyszczana z substancji radioaktywnych. Jedynym problemem jest obecność trytu, którego nie da się usunąć z takiej ilości wody. Jest to jednak substancja w niewielkim stopniu radiotoksyczna i rozkłada się w okresie pół-zaniku około 12 lat. Rozcieńczenie takiej ilości wody, a więc miliona metrów sześciennych w oceanie, nie skutkuje niczym groźnym. Nie ma zagrożenia zdrowia, życia czy połowów, pod warunkiem, że zostanie ona „rozlana” daleko od wybrzeża. Wszystkie pozostałe substancje radioaktywne zostaną z wody odfiltrowane.
Podstawową rekomendacją jest zwiększenie ilości wody do chłodzenia. W przypadku Fukushimy trzy reaktory zostały uszkodzone, w bezpośrednim efekcie częściowego topienia się prętów paliwowych. Pierwszy znacznie szybciej niż pozostałe dwa. W pierwszym, od samego początku, zawiodły całkowicie systemy chłodzenia awaryjnego reaktora przy braku zasilania. Cały system uległ wyłączeniu, zawory systemu awaryjnego nie były zasilane. Kolejne reaktory były chłodzone przez kilka dni w oparciu o zasilanie zaworów z baterii oraz pasywne przelewanie wody przez rdzeń, co pozwoliło na zmniejszenie skumulowanej energii. Awarii uległy kilka dni później, po wyczerpaniu baterii, ale stopień uszkodzeń oraz ilość wydzielonych substancji radioaktywnych mogła być mniejsza. Mogła, bo pewności nie mamy, ze względu na fakt, że nadal nie ma tam dostępu.
Czy skala katastrofy w Fukushimie była podobna do tej w 1986 roku w Czarnobylu?
W obu przypadkach doszło to katastrofy, jednak skali zjawiska w Japonii nie można porównywać do Czarnobyla. Wówczas utracono kontrolę nad reakcją rozszczepienia, gdzie moc wzrosła tysiąckrotnie w stosunku od nominalnej. W przypadku Fukushimy wystąpiła inna sytuacja. Reaktory wyłączyły się automatycznie w momencie wykrycia trzęsienia ziemi. Jednak, po nadejściu niszczącej zapasowe systemy zasilania w energię eklektyczną fali tsunami, w długim okresie czasu, brak prawidłowego funkcjonowania systemu chłodzenia doprowadził do wydziela takiej ilość energii, że doszło do odparowania wody, odsłonięcia prętów oraz ich stopienia, co uwolniło znaczące ilości substancji radioaktywnych.
Zmiany klimatu doprowadziły do występowania zjawisk, których nie jesteśmy w stanie przewidzieć. Mogą one doprowadzić do takich niespodziewanych zjawisk jak w Japonii. Jest to wyzwanie, które przez niektórych jest postrzegane jako nierozwiązywalne. Stąd decyzje o zamykaniu elektrowni jądrowych w niektórych krajach świata. Osobiście nie uważam, że ten problem jest nierozwiązywalny. Odpowiedź tkwi w odpowiednim dobraniu technologii.
Inny rodzaj reaktorów jądrowych?
Tutaj dochodzimy do drugiej kategorii wniosków, o których wspomniałem na początku. Dotychczas mówiliśmy o awariach klasycznych, wielkoskalowych reaktorów jądrowych. Są jednak inne kierunki rozwoju. Już teraz dysponujemy sprawdzonymi technologiami reaktorów wysokotemperaturowych (HTR). Na zaawansowanym etapie prac badawczych, tuż przed fazą komercyjną, są także tzw. małe wodne reaktory modułowe (SMR), które ze względu na mniejszą moc nie potrzebują ingerencji człowieka, aby zapobiec ew. topnieniu prętów paliwowych. W reaktorach typu HTR utrata chłodzenia po wyłączeniu nie skutkuje stopieniem, gdyż paliwo ma inną postać i jest odporne na temperaturę do 1500 stopni C. Podobnie jak cała energetyka, także i w atomie postęp determinowany jest opracowywaniem nie coraz to większych, ale mniejszych jednostek równie wydajnych, mniej narażonych na takie incydenty jak w Japonii, które wynikają ze zmian klimatycznych. Pojawia się pytanie, kiedy takie systemy będą wdrożone. Wszystko zależy też od tego, jaką strategię energetyczną na lata obierzemy, biorąc pod uwagę konieczność osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 roku. Każde z państw musi odpowiedzieć sobie na pytanie czy dysponuje lub będzie dysponować systemem energetycznym, zeroemisyjnym i jednocześnie gwarantującym bezpieczeństwo i stabilność dostaw. Problem polega na tym, że nowoczesne technologie wymagają olbrzymach nakładów finansowych. Można jednak postawić pytanie czy brak tych nakładów nie okaże się bardziej kosztowny?
W efekcie katastrofy w Fukushimie Niemcy wróciły do decyzji o wycofaniu się z atomu…
Niemcy zamykają elektrownie jądrowe, ale niektórzy politycy w tym kraju mają wątpliwości czy uda się utrzymać zobowiązania klimatyczne Berlina bez udziału elektrowni jądrowych. Jeśli mówimy o zdarzeniach rzadkich, ale które trudno wykluczyć, to tym roku w USA dochodziło do niespotykanych mrozów w Teksasie i paraliżu systemu energetycznego. Wyobraźmy sobie system elektroenergetyczny oparty na jednej monokulturze, np.: wykorzystujący tylko energię z wiatru. Mróz unieruchomił oczywiście nie tylko to źródło produkcji energii, co jest tylko argumentem za koniecznością głębszej dywersyfikacji produkcji energii elektrycznej.
Rozmawiał Bartłomiej Sawicki
