Prof. Grzegorz WROCHNA: Reaktory jądrowe czwartej generacji do nowych zastosowań

TSF Jazz Radio

Reaktory jądrowe czwartej generacji do nowych zastosowań

Prof. Grzegorz WROCHNA

Fizyk, ekspert Komitetu Konsultacyjnego EURATOM-Fission Komisji Europejskiej. Od 2006 r. do 2015 r. kierował Instytutem Problemów Jądrowych, obecnie Narodowym Centrum Badań Jądrowych. Profesor zwyczajny w Zakładzie Fizyki Wielkich Energii (BP3) i pełnomocnik dyrektora NCBJ ds. Współpracy Międzynarodowej.

Dziś kilka polskich instytucji naukowych i ośrodków przemysłowych uczestniczy w międzynarodowych projektach rozwijających technologię przyszłości: HTR – pisze prof. Grzegorz WROCHNA

Kiedy mówimy o produkcji energii, zwykle mamy na myśli energię elektryczną. Tymczasem zużywamy trzykrotnie więcej energii w formie ciepła i na potrzeby transportu. Gdybyśmy więc całą produkcję elektryczności uczynili niskoemisyjną, to rozwiązalibyśmy zaledwie ¼ problemu. Ciepło wytwarzamy dziś niemal wyłącznie z węgla i gazu. Gaz importujemy głównie z jednego i to dość ryzykownego kierunku. Wysokie opłaty za emisję CO2 powodują, że produkcja energii z węgla już nie jest opłacalna, a starsze elektrownie nie sprostają unijnemu limitowi 550 g/kWh.

Jakiej technologii użyć zatem do produkcji ciepła? Ani wiatraki, ani ogniwa fotowoltaiczne nie dostarczą nam ciepła inaczej niż za pośrednictwem energii elektrycznej. A to bardzo kosztowne rozwiązanie. W szczególności w przypadku przemysłu, który potrzebuje temperatur powyżej 500°C i nie dopuszcza przerw w dostawach. W praktyce jedyną dostępną dziś technologią, która może dostarczać ciepło w sposób bezemisyjny, stabilny i ekonomicznie uzasadniony, są reaktory jądrowe.

Temperatur powyżej 500°C nie dostarczą powszechnie stosowane reaktory chłodzone wodą. Konieczne są reaktory nowej generacji. Za najbardziej obiecującą technologię uważa się tzw. reaktory wysokotemperaturowe, chłodzone gazowym helem (ang. High Temperature Gas-cooled Reactors – HTGR lub HTR). Potwierdzają to m.in. raporty Międzynarodowej Agencji Energi Atomowej, europejskiej Platformy Technologicznej Zrównoważonej Energetyki Jądrowej, OECD Nuclear Energy Agency, rządu brytyjskiego i inne. Technologia jest sprawdzona, gdyż zbudowano już kilka reaktorów prototypowych, a Chiny właśnie oddają do użytku dwa komercyjne. Jednak reaktory takie nie są jeszcze powszechnie dostępne, a wdrożenie ich na szeroką skalę stanowiłoby przełom w energetyce.

Ogromną zaletą reaktorów HTR jest konstrukcja rdzenia uniemożliwiająca jego stopienie nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach. Milimetrowej średnicy ziarenka dwutlenku uranu otoczone są superwytrzymałymi powłokami, m.in. z węglika krzemu. Podczas testów wykazano, że nie przepuszczają nawet gazów, aż do 1700°C. Tak wysoka temperatura nie może być osiągnięta w reaktorach niezbyt wielkiej mocy, nawet w przypadku awarii. W Japonii na reaktorze HTTR sprawdzono, że nawet po wyłączeniu chłodzenia reaktor wychładza się samoczynnie przez wypromieniowanie ciepła i konwekcję.

Dzięki tej cesze, zwanej „inherentnym bezpieczeństwem”, HTR można zainstalować blisko instalacji przemysłowych czy siedzib ludzkich. To ogromnie ważne przy produkcji ciepła, którego nie można transportować na duże odległości. Oznacza to, że moc reaktora musi być odpowiednia do lokalnych potrzeb i w praktyce nie przekraczać 200 MW. Dla porównania – moc termiczna współczesnych reaktorów energetycznych sięga 4000 MW.

Reaktory HTR o mocy rzędu 200 MW można zaliczyć do klasy tzw. małych reaktorów modułowych (ang. Small Modular Reactors – SMR). Oznacza to, że zamiast, jak dziś, konstruować reaktor na placu budowy, wytwarza się go w fabryce i niemal jako gotowy dostarcza na miejsce. Znacznie skraca to czas inwestycji i obniża koszty. Dziś taka metoda nie jest jeszcze stosowana w praktyce. Gdyby udało się ją wdrożyć w Polsce, nie tylko rozwiązalibyśmy problem dostaw ciepła dla przemysłu, ale także rozwinęlibyśmy nową gałąź gospodarki o ogromnym potencjale eksportowym.

Rzecz jasna, należy skorzystać z elementów technologii już rozwiniętych w Japonii, USA czy Europie. Połączenie tych elementów w całość stanowiłoby ogromną wartość dodaną. Dlatego już dziś kilka polskich instytucji naukowych i ośrodków przemysłowych uczestniczy w międzynarodowych projektach rozwijających technologię HTR.

Wiemy więc, jak zapewnić bezemisyjne dostawy ciepła. A co z transportem? Odpowiedzią są samochody elektryczne. Te z ogniwami litowo-jonowymi zasilać możemy energią elektryczną z „klasycznych” elektrowni jądrowych. Ale przyszłość należy raczej do ogniw paliwowych. Produkcja potrzebnego do nich wodoru pochłania jednak znowu olbrzymie ilości ciepła, o bardzo wysokiej temperaturze. Wytwarzanie ich z paliw kopalnych byłoby absurdem – brudną produkcją czystych paliw. Znowu praktycznie jedynym rozwiązaniem bezemisyjnym jest tu energia jądrowa, a konkretnie reaktory HTR.

Pytanie, czy stosować reaktory jądrowe do produkcji ciepła przemysłowego, w dłuższej perspektywie ma jedną odpowiedź: ze względu na kurczącą się dostępność paliw kopalnych i ograniczenia emisji innej możliwości nie ma. Do wyboru mamy tylko rozwijanie tej technologii w Polsce już dziś lub czekanie, aż w przyszłości będziemy zmuszeni kupić reaktory wyprodukowane gdzie indziej.

Grzegorz Wrochna
Tekst opublikowany w nr 7 magazynu opinii “Wszystko Co Najważniejsze” [LINK]

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Zbigniew Lisiecki napisał(a):
Twój komentarz oczekuje na moderację.

Wspomina Pan w swoim artykule o zapotrzebowaniu na ciepło, z czego wynika racjonalność zastosowanie energetyki jądrowej. A gdzie widzi Pan w naszym kraju miejsce geotermii ?

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam