Wyzwania wojny i klimatu

Premier Wielkiej Brytanii powiedział w zeszłym tygodniu, że może rozważyć przejście na energię jądrową, aby zrównoważyć rosnące ceny gazu ziemnego, które od początku wojny na Ukrainie wzrosły w Europie o około 150%. Wzrost cen jest ponad dwukrotnie większy.

Wspierałoby to również zdecydowane stanowisko Wielkiej Brytanii w sprawie klimatu, zakładające zerową emisję gazów cieplarnianych netto (GHG), ponieważ energia jądrowa dostarcza ekologiczną energię. Jednak pod innymi względami nie jest już tak czysto – patrz niżej.

Jednak kraje wysokoenergetyczne odchodzą od energii jądrowej na rzecz gazu ziemnego. W Bloomberg Green Newsletter podano, że produkcja energii jądrowej w Niemczech w 2021 r. była o 60% niższa niż w szczycie, w Wielkiej Brytanii o 50%, a w Japonii o 87%.

Podczas gdy na Ukrainie szaleje wojna, jeden z obserwatorów zasugerował, że Niemcy, w obliczu kryzysu gazowego, mogą ponownie otworzyć elektrownie jądrowe, które zostały zawieszone. Niemcy importują 49% swojego gazu z Rosji.

Czy energetyka jądrowa zasługuje na ponowne spojrzenie na alternatywę dla energii z gazu ziemnego i sposób na dekarbonizację świata?

Gaz ziemny kontra energia jądrowa w Europie.

Jeśli Rosja wyłączyłaby główny rurociąg prowadzący do Niemiec, Nordstream 1, w jaki sposób Niemcy i inne kraje europejskie mogłyby zastąpić gaz? Nowy bliźniaczy rurociąg, Nordstream 2, nie będzie pomocny, ponieważ został niedawno zamknięty przez Niemcy, powołując się na wojnę na Ukrainie, jeszcze zanim zaczął płynąć gaz z Rosji.

Jednym z rozwiązań byłoby zwiększenie importu LNG do Europy przez wiodących eksporterów z Australii, Kataru i USA. Potrzebujemy tylko więcej terminali eksportowych i większej liczby wyspecjalizowanych tankowców do przewozu LNG.

Czy energia jądrowa może zastąpić energię z gazu ziemnego? Niełatwo, bo 28 z 34 krajów w Europie w 2020 r. zużyło więcej energii z gazu ziemnego niż z energii jądrowej.

Niemcy zużyły 2.6 eksadżuli (EJ) więcej energii z gazu niż z energii jądrowej. Kolejne największe różnice to Włochy (2.4 EJ) i Wielka Brytania (2.2 EJ).

Większość krajów jest w większym stopniu uzależniona od gazu ziemnego niż od energii jądrowej. Francja stanowi jeden duży wyjątek, ponieważ 37% energii elektrycznej we Francji pochodzi z elektrowni jądrowych – zużycie energii jądrowej jest znacznie większe niż gazu ziemnego (o 1.7 EJ więcej).

Klimatyczny punkt widzenia.

Gaz ziemny jest paliwem kopalnym, chyba że został pozyskany z odpadów. Wielu twierdziło, że gaz będzie paliwem pomostowym w przejściu na odnawialne źródła energii, ponieważ spala się dwa razy czyściej niż węgiel i ropa naftowa. Na przykład główny koncern naftowy Prognoza energetyczna 2020 postulowali przyszłe scenariusze, w których gaz byłby dominującym paliwem kopalnym niezbędnym do osiągnięcia zerowej emisji netto do 2050 r., ale stanowiłaby to tylko połowę ilości energii pochodzącej z wiatru, słońca i wody.

Jednak zwiększenie liczby elektrowni jądrowych z pewnością pomogłoby obniżyć emisję gazów cieplarnianych i zmniejszyć zależność od elektrowni gazowych i węglowych.

Bill Gates dodaje kolejny pozytyw dla energetyki jądrowej. W swojej książce Jak uniknąć katastrofy klimatycznej?Gates twierdzi, że na każdy funt materiału budowlanego reaktor jądrowy dostarcza znacznie więcej energii niż tradycyjne źródła odnawialne. Systemy fotowoltaiczne, wodne i wiatrowe wymagają 10–15 razy więcej betonu i stali niż budowa reaktora jądrowego na tę samą jednostkę wyprodukowanej energii. To wielka sprawa, mówi, ponieważ wiąże się to z dużą emisją gazów cieplarnianych produkcja tych materiałów betonowych i stalowych.

Czego potrzeba, aby zastąpić cały europejski gaz ziemny energią jądrową? Jedno oszacowanie to 50-150 nowych elektrowni jądrowych. Jeśli uśrednić dla 34 krajów, oznaczałoby to, że każdy kraj musiałby zbudować około 1-4 elektrowni jądrowych. Być może będzie to wykonalne do roku 2050, jednak ze względu na kontrowersyjne kwestie omówione poniżej będzie to bardzo mało prawdopodobne.

Kontrowersyjne kwestie nuklearne.

Dwie duże kwestie to to, że uzyskanie zezwolenia, regulacja i budowa reaktora jądrowego zajmuje dużo czasu, a także jest kosztowna i zwykle przekracza budżet. Porównajmy to z odnawialnymi źródłami energii wiatrowej, słonecznej i akumulatorowej, które cały czas stają się tańsze.

Po drugie, wypalone paliwo jądrowe jest radioaktywne i niezwykle trudno mieć pewność, że podziemne składowanie będzie bezpieczne przez długi czas. Choć tylko A niewielka część odpadów nuklearnych jest długowieczny i wysoce radioaktywny (3% całości), należy go oddzielić i odizolować, zwykle poprzez głębokie składowanie geologiczne, przez dziesiątki tysięcy lat.

Na marginesie, składowanie odpadów nuklearnych w USA to: istotna kwestia. Odpadowe paliwo nuklearne w USA występuje w 33 różnych stanach, gdzie jest przechowywane w 75 miejscach. Ilość odpadów rośnie co roku o 2,000 ton, a ogromne zobowiązania zbliżają się do 30 miliardów dolarów.

Zaproponowano tymczasowe rozwiązanie dotyczące przechowywania w dwóch lokalizacjach: jednej w Nowym Meksyku, zwanej Holtec i jednej w Teksasie, zwanej ISP. Obydwa leżałyby w dorzeczu permu, ale są kontrowersyjne, częściowo ze względu na rosnącą liczbę trzęsienia ziemi. W Senacie USA zaproponowano nowy projekt ustawy, który ma temu zapobiec.

Małe reaktory modułowe.

SMR to mały reaktor modułowy, który minimalizuje pierwszy problem z góry — długi czas wydawania pozwoleń, regulacji i budowy elektrowni jądrowej. SMR zazwyczaj wytwarza 300 MW energii elektrycznej i jest przeznaczony do budowy w fabryce. Taki reaktor mógłby zasilić ponad 200,000 50 domów. Istnieje ponad XNUMX różnych konstrukcji SMR.

DOE wydało ponad 1.2 miliarda dolarów na SMR, a teraz chce dać firmom takim jak NuScale co najmniej 5.5 miliarda dolarów więcej na rozwój i demonstrację projektów SMR w ciągu następnej dekady. Praktyczne zastosowanie zajmie prawdopodobnie 10–20 lat.

Jak szybko fuzja jądrowa?

Fuzja wodoru uwalnia nadmierną ilość energii, czego dowodem były bomby wodorowe, które rozświetliły Pacyfik w latach pięćdziesiątych XX wieku. W wspólne przedsiębiorstwo europejskie zwany JET w Oxfordshire w Wielkiej Brytanii, ogromny magnes w kształcie pączka zawiera plazmę podgrzaną do ultrawysokiej temperatury 100 milionów stopni.

Zespół ogłosił niedawno, że podwoił wytwarzaną energię termojądrową, co stanowi duży krok naprzód. Fuzja wodoru trwała około 5 sekund, co stanowi duży postęp w porównaniu z poprzednimi testami. Plazma wewnątrz magnesu w kształcie pączka naśladowała warunki panujące we wnętrzu naszego słońca przez te 5 sekund. Źródłem energii słonecznej jest oczywiście synteza termojądrowa.

Następny krok nastąpi w większym i lepszym laboratorium we Francji o nazwie Iter, którego uruchomienie ma nastąpić w 2035 r. Atrakcją jest to, że 1 funt paliwa termojądrowego wygeneruje ponad 10 milionów razy więcej energii niż 1 funt węgla, ropy lub gaz. Jednak komercyjne zastosowanie syntezy termojądrowej zajmie kilkadziesiąt lat, więc nie jest to rozwiązanie problemu zmian klimatycznych przed 2050 rokiem.

Droga do przodu.

Energia jądrowa jest czystą energią, a obiekty są kompaktowe w porównaniu z areałem farm wiatrowych, ale są droższe. Energia jądrowa emituje również znacznie mniej gazów cieplarnianych podczas produkcji materiałów takich jak beton i stal używanych do budowy reaktora jądrowego. Oprócz Czarnobyla w 1986 r. energia jądrowa ma również świetne wyniki w zakresie bezpieczeństwa. Fukushima w 2011 r. była przerażająca, ale nikt nie zginął.

Powyższe obawy powodują jednak, że energia jądrowa nie jest praktycznym rozwiązaniem w celu zastąpienia gazu ziemnego w Europie, jeśli jego cena będzie stale rosła lub jeśli sankcje wojenne lub zwrot sankcji doprowadzą do zamknięcia przepływu gazu z Rosji.

Jest również mało prawdopodobne, aby energia jądrowa mogła w dużym stopniu przyczynić się do zmniejszenia globalnej emisji gazów cieplarnianych, ponieważ tylko się przyczyniła 4.4% światowego zużycia energii w 2020 r. Pozwolenia, regulacje, budowa i koszty nowo budowanych elektrowni jądrowych są po prostu zbyt duże. A linia wyjściowa jest zbyt odległa dla większości krajów europejskich – udział zużycia energii jądrowej wynosi zaledwie 6.7% w Wielkiej Brytanii, 4.9% w Niemczech i 8.6% w USA – chyba że uda się szybko przywrócić wstrzymane reaktory jądrowe.