Rusija nudi novu nuklearnu paradigmu za održivi razvoj

Novootvoreni nuklearni energetski kompleks Rosatoma s brzim neutronskim reaktorom BREST mogao bi postati proboj koji pruža relativno jeftinu, sigurnu, bez ugljika i gotovo neiscrpnu nuklearnu energiju, budući da će se potrošnja energije dramatično povećati u narednim desetljećima.

Državna korporacija za atomsku energiju Rosatom otvorila je 08. lipnja izgradnju nuklearne jedinice snage 300 MW s inovativnim reaktorom hlađenim olovom BREST-OD-300 brzi neutronski reaktor u Seversku, u ruskoj regiji Tomsk.

“Danas slavimo izlijevanje prvog betona u ruski BREST reaktor!”, Tweetao je generalni direktor Međunarodne agencije za atomsku energiju Rafael Mariano Grossi. “Ovo je dio projekta” Proryv “[‘Proboj’] prema zatvorenom ciklusu nuklearnog goriva, koji će pomoći u smanjenju konačnog tereta otpada. Prekretnica za nuklearnu industriju!”

Rosatomov projekt “Proboj” usmjeren je na razvoj nove platforme nuklearne tehnologije koja se temelji na zatvorenom ciklusu nuklearnog goriva (CNFC) s naprednim nuklearnim reaktorima s brzim neutronima. Brzi reaktori se reklamiraju zbog njihove sposobnosti da povećaju prinos energije iz prirodnog urana i iskoriste nuklearne nusproizvode i istrošeno gorivo. To bi omogućilo produženje programa nuklearne energije tisućama godina, istodobno rješavajući problem radioaktivnog otpada. Stoga nije iznenađujuće što su velike nuklearne zemlje, poput Kine, Francuske, Njemačke, Indije, Japana, Rusije, Velike Britanije i SAD-a, razvijale reaktore brzih neutrona kao uzgajivači i plamenici otpada na visokoj razini.

Russian #nuclear fuel manufacturer @TVELnuclear_eng has announced the start of construction of a 300 MW nuclear power unit enabled with the innovative BREST-OD-300 lead-cooled fast reactor at the site of the Siberian Chemical Combine, in Seversk https://t.co/m6u36Yl80a pic.twitter.com/ds17ZzfW98

— World Nuclear News (@W_Nuclear_News) June 8, 2021

Novootvoreni pilot-demonstracijski energetski kompleks Rosatoma kombinirat će nuklearnu elektranu (NPP), postrojenje za preradu istrošenog nuklearnog goriva i postrojenje za preradu goriva, sve na jednom mjestu prvi put u povijesti. Ruski brzi reaktori četvrte generacije s olovnim hlađenjem s poboljšanom sigurnošću služit će kao srž novog kompleksa.

Tehnologija brzih reaktora hlađenih olovom prethodno se koristila u sovjetskim napadačkim podmornicama projekta 705 Lira (NATO izvještajno ime “Alpha”) koje su debitirale početkom 1970-ih. Najmodernije brze podmornice izgrađene su od titana s kompaktnim nuklearnim reaktorom hlađenim rastopljenim olovom-bizmutom.

Prirodna sigurnost

Iako su katastrofa u Černobilju 1986. i katastrofa Fukushima Daiichi 2011. izazvale skepticizam u pogledu sigurnosti atomske industrije, nuklearni inženjeri širom svijeta naučili su lekcije iz dvije smrtonosne nesreće. Naročito su nastojali ublažiti utjecaj vanjskih ljudskih čimbenika i pogrešaka rukovatelja, kao što je bio slučaj s Černobiljom, i spriječiti “reakciju cirkonijeve pare” kao u Fukushimi, gdje je jezgra reaktora postala izložena pari.

Imajući to na umu, ruski proizvođači nuklearnih elemenata primijenili su načelo “prirodne sigurnosti”: cjeloviti dizajn i fizika reaktorskih postrojenja minimiziraju vjerojatnost nesreća zbog topljenja jezgre i onečišćenja plutonija, isključujući nesreće koje zahtijevaju evakuaciju stanovništva.

BRST-OD-300 reaktor s visokim vrelištem (~ 2000 K), otpornim na zračenje, nisko aktiviranim olovnim rashladnim sredstvom, inertan je kad naiđe na vodu i zrak i ne zahtijeva visoki tlak u primarnom krugu, što isključuje potencijal nesreće s gubitkom rashladne tekućine i uklanjanjem topline, požara i eksplozije u dodiru s okolinom.

Nuklearno gorivo

Nuklearno gorivo je materijal koji se koristi u kontroliranoj lančanoj reakciji za proizvodnju topline fizičkim postupkom koji se naziva fisija. Toplina se, pak, koristi za izradu pare koja pokreće NE-turbinu kako bi stvorila električnu energiju. BREST-OD-300 radit će na mješovitom gorivu uran-plutonijev nitrid (MNUP-gorivo), posebno razvijenom za novu generaciju brzih reaktora, od strane Instituta Bochvar, istraživačkog pogona Rosatomove TVEL-ove tvrtke za gorivo. Rascjepljivi materijal goriva predstavljen je u obliku dušikovog spoja umjesto tradicionalnog uranovog dioksida i ima brojne prednosti u odnosu na potonji, prema dizajnerima TVEL-a:

• njegova velika gustoća omogućuje reaktorima da budu kompaktniji;
• Može se koristiti na temperaturama do 700 stupnjeva C;
• Za proizvodnju koristi uran-238, koji je u prirodi obilniji od urana-235;
• Kompatibilan je s rashladnom tekućinom od tekućih metala;
• Sprječava koroziju obloge gorivih šipki jer je prinos agresivnih fisionih proizvoda (cezij, jod, selen, telur, itd.) Iz nitridnih peleta niži od onoga iz tradicionalnog oksidnog goriva;
• Tijekom uporabe reaktora izotopni sastav goriva se izravnava, pojednostavljujući ponovnu proizvodnju goriva.

We have commenced construction of the world's first experimental demonstration power unit featuring a lead-cooled fast neutron reactor BREST-OD-300. The 300 MWe unit will be the main facility of the Pilot Demonstration Energy Complex (PDEC), an on-site closed nuclear fuel cycle pic.twitter.com/c9QrL8uGxJ

— Rosatom Global (@RosatomGlobal) June 8, 2021

Tijekom svog životnog ciklusa BREST-OD-300 osigurat će se glavnom energetskom komponentom, plutonijem-239, reproducirajući ga iz urana-238. Zbog tehnologije zatvorenog ciklusa nuklearnog goriva, sustav će s vremenom gotovo postati neovisan i neovisan o opskrbi vanjskim resursima.

“Uvođenje takvih tehnologija eksponencijalno će povećati učinkovitost prirodnog urana”, naglašava službeno mjesto Rosatoma.

Iako se nuklearna energija smatra neobnovljivom, uran-238 ostaje najčešći izotop kemijskog elementa koji se nalazi u prirodi s relativnom zasićenošću od 99 posto. Od siječnja 2019. godine, utvrđeni resursi urana iznose oko 8 milijuna tona metala urana (tU). Nakon primjene tehnologije brzog reaktora za recikliranje goriva, procijenjene zalihe bit će dovoljne za pogon nuklearne industrije tisućama godina, predviđa časopis American.

Održivi razvoj

Čini se da je ova inovativna tehnologija posebno obećavajuća s obzirom na sve veću potražnju za raznim izvorima energije. Prema Međunarodnoj energetskoj agenciji (IEA), globalna potrošnja energije mogla bi porasti i do 18 posto do 2030. i 39 posto do 2050. Istodobno, dok se nacije bore protiv smanjenja emisije ugljika, IAEA uran vidi kao pravi odabir.

“Očekuje se da će gorivo na bazi urana ostati osnovni, pouzdani izvor nuklearne energije s niskim udjelom ugljika. Način na koji koristimo to gorivo uvelike će ovisiti o razvoju novih tehnologija i strategija za održivo upravljanje resursima”, izjavila je Adrienne Hanly, specijalistica za resurse urana u IAEA, kako je citirano u Biltenu IAEA iz lipnja 2018. godine.

Today is #EarthDay, a day to reflect on how important our planet is. We need steep decarbonization to fight #ClimateChange and nuclear power can help us get there. Here’s how: https://t.co/H8MHvBchG9 #Atoms4Climate pic.twitter.com/xdxU6MYJkx

— Rafael MarianoGrossi (@rafaelmgrossi) April 22, 2021

Uz to, dizajneri Rosatoma tvrde da će njihovi novi nuklearni kompleksi biti ekonomski konkurentniji u usporedbi s alternativnom proizvodnjom, uključujući instalacije pare i plina.

“Jedini evidentan, velik, tehnološki dokazan i bez ugljika način proizvodnje energije je nuklearna energija”, izjavio je Mihail Kovalčuk, predsjednik Nacionalnog istraživačkog centra “Kurčatov institut” 08. lipnja. “U svojoj je srži jedna jedina; bez ugljika; ne sagorijeva kisik i ne emitira ništa u atmosferu. U tom smislu, idealno odgovara na današnji zahtjev civilizacije. Ima samo jedan ”ali”: istrošeno nuklearno gorivo. Zatvaranje ciklusa nuklearnog goriva, zapravo vraćanje u prirodu onoga što smo poduzeli, nuklearna je energija nalik prirodi. Ovo je jedan od nekoliko koraka za cjelovito rješenje.”

Predviđa se da će reaktor BREST-OD-300 započeti s radom 2026. godine: njegovo bi se postrojenje za proizvodnju goriva trebalo izgraditi do 2023. godine, dok bi izgradnja modula za preradu ozračenog goriva trebala započeti do 2024. godine.

“Uspješna provedba ovog projekta omogućit će [Rusiji] da postane prvi svjetski vlasnik nuklearne energetske tehnologije koja u potpunosti udovoljava načelima održivog razvoja u pogledu okoliša, pristupačnosti, pouzdanosti i učinkovite upotrebe resursa”, vjeruje generalni direktor Rosatoma Aleksej Lihačov.