Nuklearni otpad nije samo problem – to je i gorivo budućnosti
Prevodimo tekst Lusi Ašton koji je izašao na web sajtu Međunarodne agencije za atomsku energiju. Tekst analizira budućnost i potencijale budućih naprednih projekata za zatvaranje uranijumskog gorivnog ciklusa
Da li bi nuklearni otpad visokog nivoa koji stvaraju nuklearne elektrane mogao da podstakne cirkularnu ekonomiju u energetskom sektoru? E to bi mogli da omoguće reaktori koji koriste neutrone brzog spektra i reaktori zatvorenog gorivnog ciklusa.
Reaktori brzog neutronskog spektra – koji koriste nemoderirane neutrone, dakle one koji nisu usporeni moderatorom kao što je voda – za održavanje fisione lančane reakcije, nude brojne prednosti u odnosu na postojeće dominantne termalne nuklearne reaktore. Kada se nalaze u režimu potpuno zatvorenog gorivnog ciklusa – u kojem se nuklearno gorivo reciklira i iznova koristi – brzi reaktori potencijalno mogu da izvuku čak 60 do 70 puta više energije iz iste količine prirodnog uranijuma nego termalni reaktori te da time značajno smanje količinu visoko radioaktivnog otpada.
A države, kako bi svoje ekonomije napajale na čist način, sve aktivnije traže načine za recikliranje resursa – pa i resursa kao što je i istrošeno nuklearno gorivo.
„Kada se koriste brzi reaktori u zatvorenom gorivnom ciklusu, jedan kilogram nuklearnog otpada može se reciklirati više puta, sve dok se sav uranijum ne iskoristi, a aktanoidi – koji ostaju radioaktivni hiljadama godina – u potpunosti ne sagore. Ono što tada ostaje je oko 30 grama otpada koji će biti radioaktivan otprilike 200 do 300 godina“,kaže Mihail Čudakov, zamenik generalnog direktora Međunarodne agencije za nuklearnu energiju Međunarodne agencije za atomsku energiju (International Atomic Enegy Agency – IAEA) i šef njenog odeljenja za nuklearnu energiju.
Inače, reaktori brzog neutronskog spektra su bili među prvim tehnologijama koje su razvijane i primenjene tokom ranog razvoja eksploatacije nuklearne energije, jer se tada smatralo da su uranijumski resursi veoma oskudni. Međutim, pošto su tehnološki, tehnički i materijalni izazovi omeli razvoj i pošto su otkrivena nova nalazišta uranijuma, termalni reaktori koji su koristili laku vodu postali su industrijski standard. Međutim, u nekoliko zemalja su trenutno u toku napori da se unaprede tehnologije brzih reaktora, uključujući tu i neke od modela malih modularnih reaktora (SMR) i mikroreaktora (MR).
U funkciji se trenutno nalazi pet brzih reaktora: dva operativna (BN-600 i BN-800) i jedan test reaktor (BOR-60) u Ruskoj Federaciji, Brzi oplodni test reaktor (Fast Breeder Test Reactor) u Indiji i jedan Kineski eksperimentalni brzi reaktor. U isto vreme Evropska unija, Japan, Sjedinjene Američke Države, Ujedinjeno Kraljevstvo i drugi takođe imaju projekte brzih reaktora prilagođenih različitim ciljevima i funkcijama, uključujući tu i male modularne reaktore i mikroreaktore.
U nekim zemljama brzi reaktori i zatvoreni ciklus se percipiraju kao put ka obezbeđivanju dugoročne održivosti nuklearne energije.
Ruski pilot demonstracioni energetski kompleks, koji se sastoji od brzog reaktora BREST-OD-300 hlađenog tečnim olovom, fabrike za proizvodnju i refabrikaciju goriva i postrojenja za preradu utrošenog goriva (nitrida uranijum-plutonijuma), trenutno se nalazi u izgradnji u ruskom gradu Seversk. Uz to, biće izgrađen i dubinski geološki repozitorijum za nuklearni otpad. A važnost ovog pilot projekta nije samo u tome što će demonstrirati mogućnosti “pravljenja” “novog” goriva i njegovo recikliranje, već u tome što će se ceo proces odvijati na jednom mestu.
„Razviti ceo proces zatvorenog gorivnog ciklusa na jednom mestu dobro je za nuklearnu bezbednost“, rekao je Amparo Gonzales Espartero, tehnički rukovodilac za cikluse nuklearnog goriva u IAEA. „To bi takođe trebalo da ima više ekonomskog smisla jer nuklearni otpad i materijali ne moraju da se premeštaju između lokacija – kao što se trenutno radi u nekim zemljama – čime se minimiziraju transportni i logistički izazovi”.
Pokretanje zatvorenog ciklusa goriva u bilo kom obimu zahteva razvoj tehnologija brzih reaktora i infrastrukture za obradu i reciklažu utrošenog goriva. Između ostalih razloga, ekonomski aspekti i aspekti zaštite otežavaju uspostavljanje postrojenja za ponovnu preradu u svakoj zemlji. A da bi se smanjili troškovi, postrojenja za ponovnu obradu mogu da pružaju usluge drugim zemljama ili da zemlje zajednički koristte postrojenja.
Rusija uz sve to planira da postavi brzi reaktor sledeće generacije od 1200 megavata nakon 2035. godine kao deo samoodrživog sistema koji bi funkcionisali pored reaktora na laku vodu. Uz pomoć takvih brzih reaktora istrošeno gorivo iz termalnih reaktora bilo bi ponovo obrađeno i iznova korišćeno, stvarajući konačni otisak otpada koji bi do deset puta manji od uobičajenog otvorenog ciklusa nuklearnog goriva.
Projekti napreduju i u drugim zemljama. Kina gradi dva brza reaktora hlađena natrijumom (CFR-600) u okrugu Điapu, u provinciji Fuđijan. Prvi blok je u fazi puštanja u rad i očekuje se da će biti priključen na mrežu 2024. U SAD je u razvoju projekat brzog reaktora koji podržava suosnivač Majkrosofta Bil Gejts. Neće doduše raditi u zatvorenom gorivnom ciklusu, iako ova zemlja obnavlja napore da radi na zatvorenim ciklusima nuklearnog goriva i koristi svoj postojeći nuklearni otpad za razvoj sopstvenog snabdevanja gorivom. U Evropi, projekat MYRRHA (Multi-purpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications) u Belgiji ima za cilj izgradnju akceleratorskog sistema hlađenog eutektičkom mešavinom olova i bizmuta do 2036. kako bi se testirao njegov kapacitet za razgradnju malih aktinida kao deo budućeg potpuno zatvorenog ciklusa goriva.
„Zemlje sve više traže načine za recikliranje resursa kao što je istrošeno nuklearno gorivo kako bi na čist način napajale svoje ekonomije“, kaže Vladimir Krivencev, vođa tima za razvoj tehnologija brzih reaktora IAEA. „Ovo dolazi u vreme kada su tehnološke inovacije u nauci o materijalima, fizici reaktora i inženjerstvu dovele do boljih dizajna, sa poboljšanim bezbednosnim karakteristikama i smanjenim troškovima izgradnje i rada koji poboljšavaju ekonomičnost nuklearne elektrane koju pokreće brzi reaktor.”
Međunarodna agencija za atomsku energiju igra ključnu ulogu u podršci razvoju i postavljanju brzih reaktora tako što deli informacije i iskustva kroz koordinisane istraživačke projekte, tehničke publikacije, tehničke radne grupe i konferencije. Međunarodni projekat IAEA o inovativnim nuklearnim reaktorima i gorivim ciklusima takođe pomaže u unapređenju brzih reaktora i srodnih ciklusa nuklearnog goriva tako što podržava zemlje u planiranju i saradnji.
Lusi Ešton
Tekst je prvo objavljen na sajtu Međunarodne agencije za atomsku energiju