Zakaj napredni jedrski reaktorji koristijo industriji in državam, odvisnim od premoga

Proizvajalec kemikalij DowDOW
bo razvil majhen jedrski reaktor za industrijsko uporabo, ki bi lahko nadomestil zemeljski plin, ki se zdaj sežiga pri izjemno visokih temperaturah, da spremeni kemične spojine. Napredne jedrske tehnologije pa dosegajo enak rezultat brez sproščanja emisij ogljika.

Za proizvodnjo električne energije so najbolj znani tako imenovani visokotemperaturni reaktorji generacije IV. Lahko pa jih uporablja tudi industrija. Ker delujejo pri 800 stopinjah Celzija, lahko predelajo kemikalije, razsolijo oceansko vodo in proizvedejo čisti vodik za elektriko in transport. Še bolje: reaktorji lahko najdejo mesta, kjer so nekoč stale zaprte elektrarne na premog, in povrnejo gospodarsko zdravje opustošenim regijam države.

"Elektrika je plod nizke ravni," pravi Patrick White, vodja projekta za Zavezništvo za jedrske inovacije, v pogovoru s tem piscem. »Jedrske energije še nismo integrirali z velikimi kemičnimi obrati. Morda bo nekaj kolcanja in stvari, ki jih je treba rešiti. Prve reaktorje za industrijsko uporabo pa bomo videli konec desetletja. Po izgradnji četrtega in petega reaktorja se bodo podjetja množično prijavljala. Cilj je razogljičenje.”

Natančneje, Dow sodeluje z X-energy za razvoj majhnega modularnega reaktorja na eni od Dowovih lokacij ob obali Meliškega zaliva, ki bi lahko zaživel leta 2030. Dow prevzema tudi manjšinski lastniški položaj v X-energy. Vsak modularni reaktor lahko proizvede 80 megavatov. Vendar jih je mogoče zložiti skupaj, da proizvedejo 320 MW, kar zagotavlja čisto, zanesljivo in varno osnovno obremenitev za podporo električnim sistemom ali industrijskim aplikacijam.

Obstoječi ameriški jedrski reaktorji so druge generacije, čeprav Southern Company gradi reaktorje tretje generacije, ki jih je razvil Westinghouse. Mali modularni reaktorji so četrta generacija, ki proizvajajo več električne energije z nižjimi stroški. Tretja in četrta generacija se bosta v sili samodejno izklopila.

»Napredna majhna modularna jedrska tehnologija bo ključno orodje za Dowovo pot do brezogljičnih emisij in našo sposobnost spodbujanja rasti z zagotavljanjem nizkoogljičnih izdelkov našim strankam,« pravi Jim Fitterling, glavni izvršni direktor družbe Dow. "Tehnologija X-energy je med najnaprednejšimi in ko bo uvedena, bo zagotovila varno, zanesljivo energijo in paro z nizkimi emisijami ogljika."

Sektorji, ki jih je težko razogljičiti

Trenutno je bilo 99 % svetovne proizvodnje vodika iz fosilnih goriv. To se imenuje sivi vodik. Cilj je priti do zelenega vodika, pri katerem sončne celice ali vetrne turbine proizvajajo elektriko z uporabo elektrolizatorja. Toda toplota in elektrika iz jedrske energije lahko razcepita tudi molekulo vode, da proizvede vodik, ki se uporablja za rafiniranje nafte, proizvodnjo jekla ali proizvodnjo kemikalij.

Tak postopek je brez emisij in zelo potreben. Glede na US Environmental Protection Agencyje električna energija povzročila 25 % svetovnih emisij toplogrednih plinov, medtem ko je industrijsko delovanje predstavljalo 24 %. Promet je vse v letu 27 predstavljal 2020 %.

Jedrska energija lahko tudi razsoli morsko vodo. Po podatkih Mednarodne agencije za jedrsko energijo se dnevno proizvede 40 milijonov kubičnih metrov zalog pitne vode – predvsem na Bližnjem vzhodu in v severni Afriki, pri čemer se fosilna goriva uporabljajo za črpanje pare ali električne energije za olajšanje procesa. Vendar poudarja, da se jedrska energija in obrati za razsoljevanje združujejo na Japonskem in v Kazahstanu, kjer komercialni objekti delujejo že od sedemdesetih let prejšnjega stoletja.

"Če nas zanima čista energija, pomislimo na vse vire goriva, ki jih imamo," pravi White iz zavezništva. »Proizvodnja električne energije predstavlja približno 25 % naših emisij. Jedrska energija lahko obravnava industrijske sektorje, ki jih je težko razogljičiti. Tudi jedrske elektrarne morajo delovati s polno zmogljivostjo. Njihova uporaba za razsoljevanje in proizvodnjo vodika – ob hkratni proizvodnji zanesljive električne energije – je dobra sinergija in stroškovno učinkovita.«

Seveda je treba premagati veliko ovir. Jedrska goriva so pogosto označena na podlagi njihove koncentracije specifičnega izotopa urana, U-235. Reaktorji, ki danes delujejo v Združenih državah Amerike, zahtevajo stopnjo obogatitve goriva 3-5 % U-235, znano kot gorivo z nizko obogatenim uranom. Številni napredni reaktorji v razvoju bodo zahtevali višje stopnje obogatitve goriva, nekateri do 20 % U-235. To uranovo gorivo z višjo obogatitvijo se imenuje nizko obogateni uran z visoko vsebnostjo (HALEU).

Glavni izziv za napredne reaktorje, ki zahtevajo gorivo HALEU, je, da material ni komercialno dostopen v Združenih državah. Edini dobavitelj je rusko državno podjetje TENEX — v današnjih okoliščinah nezaželeno. Toda zvezne spodbude bi lahko spodbudile domačo proizvodnjo goriva in ustvarile trajno vrednostno verigo. Sicer pa jo zagotavljajo tudi Avstralija, Kanada, Kazahstan.

Ali lahko jedrska energija nadomesti premog?

Hkrati je stroške gradnje teh naprednih jedrskih reaktorjev težko količinsko opredeliti. Več gotovosti bo prišlo, ko bodo razvijalci začeli načrtovati naprave in modelirati stroške. Nadalje, ko bo družba cenila ogljik, bo jedrska energija bolj privlačna. Upoštevajte, da GE Hitachi Nuclear Energy sodeluje z Ontario Power Generation pri izgradnji majhnega reaktorja, ki se bo začel leta 2024: poskušajo pridobiti druge, da bi uvedli isto tehnologijo, da bi znižali stroške.

Jedrska energija je seveda naletela na odpor od incidenta na Otoku treh milj leta 1979. Toda prizadevanja za razogljičenje bi to lahko spremenila – zlasti tista za pomoč regijam, odvisnim od premoga. Zakonodajalec Zahodne Virginije je sprejel politike, ki dovoljujejo majhnim modularnim reaktorjem, da nadomestijo odslužene elektrarne na premog. Indiana, Illinois, Montana in Wyoming razmišljajo o podobnih potezah.

Simon Irish, izvršni direktor podjetja Kopenska energija, piše, da lahko jedrske elektrarne četrte generacije nadomestijo objekte na premog in ponovno oživijo skupnosti, ki so jih gostile. Ker lahko ti napredni reaktorji delujejo pri enakih temperaturah kot kotel na premog, je to praktična ideja. Poleg tega je nadomestna enota brez emisij.

Jigar Shah, direktor urada za posojilne programe Ministrstva za energijo, podpira to razmišljanje in pravi, da je selitev logičen začetek, saj so infrastruktura in omrežne povezave že vzpostavljene. Njegova agencija zagotavlja 11 milijard dolarjev za pomoč pri razvoju majhnih modularnih reaktorjev.

"Če bo jedrska industrija desetletja delala to, kar je, bodo ljudje oklevali," pravi White iz Zveze za jedrske inovacije. »V javnosti ni bilo dobro obravnavano. Zdaj imamo priložnost, da damo jedrski elektrarni še eno priložnost zaradi razogljičenja. Toda zgraditi moramo zaupanje s skupnostmi in razložiti tehnologije. Prepričati se moramo, da jim to ustreza. Pridobiti moramo socialno dovoljenje za jedrsko energijo, da si jo ljudje želijo na svojih dvoriščih.«

Morda se bo končno zgodil preporod jedrske energije. Razogljičenje je spodbuda. Toda Zakon o zniževanju inflacije dodaja davčne ugodnosti, ki bodo vzbudile zanimanje vlagateljev in posojilodajalcev ter koristile občutljivim skupnostim in širšemu gospodarstvu. Dow opazi priložnost – potencialno predhodnico za druge proizvajalce.