Jakóbik: Naprawdę mały atom z wielkim potencjałem
Modularne mikroreaktory jądrowe są naprawdę małe, bo mieszczą się na zwykłej ciężarówce. Jeżeli ta technologia wejdzie do użytku, stanie się szansą na rozproszoną i zeroemisyjną energetykę potrzebną przemysłowi – pisze Wojciech Jakóbik, redaktor naczelny BiznesAlert.pl.
Z ziemi do gwiazd
Mikroreaktory jądrowe są już stosowane przez wojsko na całym świecie. Mają po kilkadziesiąt MW i zasilają przykładowo okręty podwodne. Ta technologia może się także rozwijać w sektorze cywilnym, między innymi dzięki firmom jak Ultra Safe Nuclear Company z USA, która chce budować mikroreaktory na całym świecie. Powstała ponad dekadę temu. Zatrudnia ponad 300 osób i ma siedzibę w Seattle, USA. Działa między innymi w Republice Południowej Afryki, Korei Południowej i Polsce. Technologia została opracowana przez Francesco Venneriego, Włocha mieszkającego w USA i od lat działającego w sektorze jądrowym. To on założył USNC, która może zmienić sposób funkcjonowania energetyki jądrowej, a także kiedyś sięgnąć gwiazd, bo paliwo stosowane w jej ramach może kiedyś napędzać rakiety albo stacje badawcze poza Ziemią. Młodsi czytelnicy mogą kojarzyć takie rozwiązania z popularnej serii gier Fallout.
– Pierwotnie zajmowałem się nowymi metodami izolacji i składowania odpadów nuklearnych. Po katastrofie w Fukushimie zająłem się izolowaniem paliwa jądrowego z pomocą kapsuł ceramicznych. Wtedy powstała UNSC mająca rozwijać tę technologię, by była dostępna komercyjnie – powiedział Venneri podczas prezentacji w Lappeenranta w Finlandii. Jednak technologia paliwa zwana TRISO może wystrzelić w gwiazdy. Jeden z wydziałów USNC zajmuje się technologiami kosmicznymi z mottem: bezpieczeństwo ma znaczenie. – Mały reaktor budowany w ramach projektu Pylon z chłodzeniem z pomocą radiatora. Taki reaktor może mieć zastosowanie w siłach zbrojnych, bo można go transportować po ziemi w małych kontenerach – powiedział Francesco Venneri w rozmowie z BiznesAlert.pl. Kolejne rozwiązanie to w praktyce rakieta nuklearna zasilana systemem Nuclear Thermopropulsion Systems (NTP). Gaz jest podgrzewany do temperatury, która tworzy odrzut i napędza rakietę. Taki system byłby przyłączany do pojazdu już w przestrzeni kosmicznej z wysokiej orbity, po wypaleniu paliwa w kilkadziesiąt minut potencjalnie pozwalając na przykład wykonać misję na Marsa. Kolejna porcja paliwa pozwoliłaby na powrót, a zatem NTP potencjalnie umożliwiłby rozwój transportu międzyplanetarnego. USNC współpracuje z amerykańską Narodową Agencją Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) oraz Agencją Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA (DARPA) nad rozwojem tej technologii.
Ford T wśród reaktorów
Militarna przeszłość tej technologii jest widoczna. Zakłada umieszczenie reaktora pod ziemią z małą ilością obsługi tak, aby nie kuł w oczy ekologów ani nie przyciągał uwagi terrorystów. Można sobie wyobrazić maskowanie instalacji tego typu poprzez umieszczenie go pod jednym z wielu bloków w danym obiekcie tak, żeby ukryć jego faktyczną lokalizację. Budynek ma być poza tym mały, a sam reaktor zakopany pod ziemią. Może pomóc realizować cele militarne, ale będzie miał również mały wpływ na krajobraz tak ważny wobec coraz bardziej rozpowszechnionego zjawisko „Not in my backyard” (NINBY, nie na moim podwórku – ang.), rodzącym protesty przeciwko budowie infrastruktury wszelkiego rodzaju. Obawy rodzi szczególnie sylwetka obudowy bezpieczeństwa reaktorów konwencjonalnych, której nie widać w przypadku rozwiązania USNC i innych małych obiektów tego typu. Można sobie wyobrazić, że w przyszłości rozwiązania tego typu posłużyłyby zasilaniu autonomicznych systemów na dalekich obszarach tajgi albo instalacjach w kosmosie. Kto wie, czy kiedyś nie pomogłyby zasilać całych podziemnych miast, atrakcyjnych z punktu widzenia zastosowań militarnych albo cywilnych, ale także biznesowych.
Mikroreaktory to mało załogi do pracy i dużo automatyki, a zatem niskie koszty konstrukcji, obsługi i mniejsze ryzyko błędu. Do budowy potrzeba 100 ludzi na rok. Reaktor ma przyjeżdżać na budowę gotowy, po montażu w izolowanych warunkach w fabryce takich jednostek bez spawania na miejscu rodzącego zawsze ryzyko niedopatrzeń czy opóźnień. Sama produkcja reaktorów miałaby być taśmowa, by mógł stać się Fordem T technologii jądrowych, także z punktu widzenia mocy sięgającej kilkudziesięciu megawatów na jednostkę, stawiając go w klasie samochodów osobowych w porównaniu z autami dostawczymi, małymi reaktorami modularnymi SMR, które mają po kilkadziesiąt metrów wysokości i są „małe” tylko z nazwy, czy też dużymi reaktorami, czyli TIR-ami energetyki jądrowej. Prawdziwie mała skala MMR oferowanego przez USNC daje potencjał zastosowania w przemyśle, który dzięki tej technologii mógłby zapewnić sobie dostęp do stabilnych dostaw energii bez emisji, a także bez konieczności kontaktu z Krajowym Systemem Elektroenergetycznym, bez opłat dystrybucyjnych i komplikacji. Z tego punktu widzenia można porównać MMR do fotowoltaiki czy farm wiatrowych podpinanych do fabryk linią bezpośrednią będącą tematem żywej dyskusji w Polsce.
Mikroreaktor innowatora włoskiego z USA ma także dawać większe bezpieczeństwo. Chłodzenie w rozwiązaniu USNC zapewnia gaz – hel, czyli znane z reaktorów czwartej generacji. Zmniejsza ryzyko usterki przez mniejsze ryzyko stopienia się rdzenia (jak w Czarnobylu czy Fukushimie). Dodatkowo zbyt wysoki wzrost temperatury powoduje samoczynne wygaszenie reakcji łańcuchowej, czyli wyłączenie reaktora, więc ryzyko uszkodzenia paliwa jest jeszcze mniejsze. Sam reaktor jest umieszczony w betonowym bunkrze pod ziemią minimalizując zagrożenie w najczarniejszym scenariuszu. Paliwo do wykorzystania w MMR od USNC to TRISO, czyli materiał radioaktywny związany w kapsułkach z węglik krzemu izolujących go od środowiska zewnętrznego. Obudowa paliwa jest ceramiczna i powstaje w drukarce 3D. Samo paliwo jest zamknięte w kapsułkach. Przypomina ziarna maku (mają milimetr średnicy) uwięzione w zamrożonej cieczy.
Paliwo jądrowe TRISO w kapsułkach. Fot. USNC.
Daje ciepło, ale nie pozwala na uwolnienie się pierwiastków radioaktywnych. Jest także kompaktowe i ułatwia proces wymiany paliwa. Ten ma następować co około 20 lat, ale ma też być zależny od poziomu wykorzystania, ponieważ kolejna ciekawa innowacja technologii MMR proponowanej przez USNC to magazynowanie energii w magazynie stopionych soli obniżające zużycie paliwa jądrowego i pozwalające na elastyczną pracę reaktora w odróżnieniu od konwencjonalnych, lepsza współpraca z OZE. Nadwyżki energii mogą być magazynowane w owej soli i wykorzystywane w czasie mniejszej podaży energii ze źródeł odnawialnych. Pozwala także obniżyć moc reaktora, który nie musi pracować w tak zwanym pasku, ale także zmniejszyć czasowo podaż. W samej fabryce paliwa TRISO może pracować do 1000 ludzi. Pierwsze zakłady USNC już istnieją w Oak Ridge, USA, który można kojarzyć z Projektem Manhattan. Reaktor ma stanąć w Ontario w Kanadzie, trwają rozmowy o budowie we współpracy z Uniwersytetem Illinois w USA. USNC chce początkowo eksportować paliwo, ale w razie rozwoju projektów tego typu w Europie, zamierza budować fabryki tego rodzaju w okolicy. Potencjał paliwowy USNC ma w założeniach tej firmy wzrosnąć do stopnia pozwalającego zapewnić 10 reaktorów rocznie. Spodziewa się współpracy przy paliwie jądrowym z jednym z największych graczy na rynku, ale póki co nie zdradza z kim konkretnie.
Obiecująca technologia MMR może trafić na rynek w latach dwudziestych tego wieku, czyli zanim stanie pierwszy reaktor w ramach Programu Polskiej Energetyki Jądrowej zaplanowany na 2033 rok. Nie jest to jednak konkurencja wobec dużego atomu, ale inna klasa rozwiązania zobrazowana przez metaforę Forda T. Promotorzy tej technologii chcą wiarygodnego potwierdzenia jej skuteczności. USNC podpisała list intencyjny z fińskim uniwersytetem Lappeenranta University of Technology (LUT) w sprawie oceny potencjału mikroreaktora jądrowego w rejonie tamtejszego kampusu. Uniwersytet LUT w Lappeenranta pobiera ciepło z lokalnej elektrociepłowni opalanej biomasą, która pochodzi z przemysłu drzewnego w okolicy, który jest popularny w całej wschodniej Finlandii. Suszenie drewna na potrzeby tego procesu wymaga pary w wysokiej temperaturze. Uniwersytet przedstawił strategię do 2030 roku zakładającą rozwój technologii służących biznesowi związanemu z transformacją energetyczną, walką z emisjami oraz energetyką jądrową. Jedna trzecia studentów pierwszego roku pochodzi spoza Finlandii, kampus jest opatrzony angielskim nazewnictwem. Słabnący wzrost demograficzny sprawia, że LUT chce przyciągnąć jak najwięcej studentów z zagranicy. To dziewiąty najlepszy na świecie uniwersytet pod względem studiów na temat polityki klimatycznej. Posiada wydziały poświęcone systemom energetycznym i inżynierii naukowej oraz wydzielone laboratorium inżynierii jądrowej. To laboratorium współpracuje z projektem Olkiluoto 3 przy rozwiązywaniu problemów, które opóźniły budowę tamtejszego reaktora o 12 lat. Przedstawiciele LUT zasiadają w organach poświęconych bezpieczeństwu pracy elektrowni jądrowej. Finlandia jest znana z najbardziej wyśrubowanych standardów ochrony reaktorów, których pilnuje regulator Urząd ds. Bezpieczeństwa Radiacyjnego i Jądrowego (STUK), odpowiednik Państwowej Agencji Atomistyki, znany z wysokich standardów. Mogły być jednym z powodów powolnych postępów Olkiluoto. Olkiluoto 3 miało być gotowa do pracy dwanaście lat temu. W ostatnim czasie problemy z turbiną opóźniły start do lutego 2023 roku. Projekt jest wyceniany na około 10 mld euro. Tymczasem rozwiązanie USNC może kosztować kilkaset mln euro za reaktor.
Polska jak Finlandia?
Mały atom wynaleziony przez włoskiego naukowca z USA może podbić także Polskę, jeżeli będzie odpowiednie zainteresowanie. Promotorzy tego rozwiązania wskazują, że prawo jądrowe mogłoby wymagać odpowiednich zmian tak, aby mikroreaktory mogły powstawać w pobliżu przemysłu, a zatem kilkadziesiąt metrów od danej fabryki, a nie kilkadziesiąt kilometrów od najbliższych zabudowań. Przepisy na rzecz energetyki jądrowej w Polsce powstawały kilkadziesiąt lat temu i niektóre zapisy mogą nie pasować do postępu technologicznego. Tak może być w przypadku swoistej reguły odległościowej analogicznej do zasady 10H z polskiej ustawy krajobrazowej blokującej na ten moment rozwój lądowej energetyki wiatrowej.
– Polskie przepisy prawne są neutralne technologicznie i żeby uzyskać stosowne zezwolenia na budowę wystarczy mieć bezpieczny i kompletny projekt reaktora – przekonuje Maciej Lipka, kierownik Działu Badań i Analiz Reaktorowych, Narodowe Centrum Badań Jądrowych. – To drugie jednak, jak pokazuje historia bywa wyzwaniem: świat zachodu porzucił rozwój reaktorów wysokotemperaturowych chłodzonych gazem w latach osiemdziesiątych po fiasku kilku projektów. Z kolei Chiny na przejście od etapu zakupienia w dużej mierze kompletnego projektu do działającego, uruchamianego właśnie prototypu HTR-PM potrzebowali ponad ćwierćwiecza.
– Trudno też prognozować zainteresowanie polskich przedsiębiorstw użytkujących ciepło wysokotemperaturowe na tego typu obiekty, gdyby były realnie możliwe do budowy wobec niemożności oszacowania kosztu ich budowy – zastrzega rozmówca BiznesAlert.pl.
Jeżeli USNC wykona skutecznie pierwszy krok w Finlandii z najciaśniejszym gorsetem regulacyjnym na świecie, poradzi sobie także w innych częściach świata, być może trafiając także do Polski. Ciąg dalszy nastąpi.
Mikroreaktor jądrowy z USA stanie w Finlandii. Mógłby stanąć także w Polsce
