Dlaczego zaawansowane reaktory jądrowe przynoszą korzyści przemysłowi i państwom uzależnionym od węgla

Producent chemikaliów DowDOW
opracuje mały reaktor jądrowy do zastosowań przemysłowych, potencjalnie zastępujący gaz ziemny, który jest obecnie spalany w ekstremalnie wysokich temperaturach, aby dokonać zmian w związkach chemicznych. Zaawansowane technologie jądrowe osiągają jednak ten sam wynik bez emisji dwutlenku węgla.

Tak zwane reaktory wysokotemperaturowe IV generacji są najbardziej znane z wytwarzania energii elektrycznej. Ale mogą być również wykorzystywane przez przemysł. Ponieważ działają w temperaturze 800 stopni Celsjusza, mogą przetwarzać chemikalia, odsalać wodę oceaniczną i wytwarzać czysty wodór na potrzeby elektryczności i transportu. Co więcej: reaktory mogą zlokalizować miejsca, w których kiedyś stały zamknięte elektrownie węglowe, przywracając dobrą kondycję gospodarczą zniszczonym regionom kraju.

„Elektryczność jest nisko wiszącym owocem”, mówi Patrick White, kierownik projektu Sojusz na rzecz innowacji jądrowych, w rozmowie z tym pisarzem. „Nie zintegrowaliśmy jeszcze energetyki jądrowej z dużymi zakładami chemicznymi. Mogą pojawić się pewne czkawki i rzeczy do przepracowania. Ale pod koniec dekady zobaczymy pierwsze reaktory do zastosowań przemysłowych. Po wybudowaniu czwartego i piątego reaktora firmy będą się masowo zgłaszać. Celem jest dekarbonizacja”.

Dokładniej, Dow współpracuje z X-energy opracowanie małego reaktora modułowego w jednym z zakładów Dow na wybrzeżu Zatoki Perskiej, który mógłby zostać uruchomiony w 2030 r. Dow przejmuje również pozycję mniejszościowego właściciela w X-energy. Każdy reaktor modułowy może generować 80 megawatów. Można je jednak łączyć w stosy, aby wytworzyć 320 MW, zapewniając czystą, niezawodną i bezpieczną moc obciążenia podstawowego do obsługi systemów elektrycznych lub zastosowań przemysłowych.

Istniejące amerykańskie reaktory jądrowe to druga generacja, chociaż Southern Company buduje reaktory trzeciej generacji opracowane przez Westinghouse. Małe reaktory modułowe to czwarta generacja, produkująca więcej energii elektrycznej przy niższych kosztach. Trzecia i czwarta generacja zostaną automatycznie wyłączone w sytuacji awaryjnej.

„Zaawansowana mała modułowa technologia jądrowa będzie kluczowym narzędziem na drodze Dow do zerowej emisji dwutlenku węgla i naszej zdolności do stymulowania wzrostu poprzez dostarczanie naszym klientom produktów niskoemisyjnych”, mówi Jima Fitterlinga, dyrektor generalny Dow. „Technologia X-energy należy do najbardziej zaawansowanych, a po wdrożeniu zapewni bezpieczną, niezawodną, ​​niskoemisyjną energię i parę”.

Sektory trudne do dekarbonizacji

Obecnie 99% światowej produkcji wodoru pochodzi z paliw kopalnych. To się nazywa szary wodór. Celem jest uzyskanie zielonego wodoru, dzięki któremu panele słoneczne lub turbiny wiatrowe wytwarzają energię elektryczną za pomocą elektrolizera. Ale ciepło i elektryczność z energii jądrowej mogą również rozszczepić cząsteczkę wody, aby wyprodukować wodór – który jest używany do rafinacji ropy naftowej, produkcji stali lub chemikaliów.

Taki proces jest bezemisyjny i bardzo potrzebny. Według Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska, energia elektryczna odpowiadała za 25% globalnej emisji gazów cieplarnianych, podczas gdy działalność przemysłowa odpowiadała za 24%. Transport stanowił 27%, wszystko w 2020 roku.

Energia jądrowa może również odsalać wodę morską. Według Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej dziennie produkuje się 40 milionów metrów sześciennych wody pitnej – głównie na Bliskim Wschodzie i w Afryce Północnej, przy użyciu paliw kopalnych do pozyskiwania pary lub elektryczności w celu ułatwienia procesu. Wskazuje jednak, że elektrownie jądrowe i odsalające łączą się w Japonii i Kazachstanie, gdzie obiekty komercyjne działają od lat 1970. XX wieku.

„Jeśli interesuje nas czysta energia, pomyśl o wszystkich źródłach paliw, jakie posiadamy”, mówi White z sojuszu. „Produkcja energii elektrycznej stanowi około 25% naszych emisji. Energia jądrowa może zająć się trudnymi do dekarbonizacji sektorami przemysłu. Elektrownie jądrowe również muszą działać z pełną mocą. Wykorzystanie ich do odsalania i produkcji wodoru — przy jednoczesnej produkcji niezawodnej energii elektrycznej — zapewnia dobrą synergię i jest opłacalne”.

Oczywiście istnieje wiele przeszkód do pokonania. Paliwa jądrowe są często charakteryzowane na podstawie stężenia określonego izotopu uranu U-235. Reaktory działające obecnie w Stanach Zjednoczonych wymagają poziomu wzbogacenia paliwa na poziomie 3%-5% U-235, znanego jako paliwa niskowzbogacone uranowe. Wiele zaawansowanych reaktorów w fazie rozwoju będzie wymagało wyższych poziomów wzbogacenia paliwa, niektóre do 20% U-235. To paliwo uranowe o wyższym wzbogaceniu nosi nazwę wysoko-oznaczonego, niskowzbogaconego uranu (HALEU).

Głównym wyzwaniem dla zaawansowanych reaktorów, które wymagają paliwa HALEU, jest to, że materiał ten nie jest komercyjnie dostępny w Stanach Zjednoczonych. Jedynym dostawcą jest rosyjska państwowa firma TENEX — w dzisiejszych warunkach niepożądana. Jednak zachęty federalne mogą katalizować krajową produkcję paliwa i stworzyć trwały łańcuch wartości. W przeciwnym razie dostarczają go również Australia, Kanada i Kazachstan.

Czy energia jądrowa może zastąpić węgiel?

Jednocześnie koszt budowy tych zaawansowanych reaktorów jądrowych jest trudny do oszacowania. Większa pewność pojawi się, gdy deweloperzy zaczną projektować rośliny i ponosić koszty modelowania. Co więcej, gdy społeczeństwo wycenia węgiel, energia jądrowa będzie bardziej atrakcyjna. Weź pod uwagę, że GE Hitachi Nuclear Energy współpracuje z Ontario Power Generation, aby zbudować mały reaktor, który rozpocznie się w 2024 r.: starają się skłonić innych do wdrożenia tej samej technologii, aby obniżyć koszty.

Energetyka jądrowa, oczywiście, spotkała się z oporem od czasu incydentu na Three Mile Island w 1979 roku. Ale wysiłki na rzecz dekarbonizacji mogą to zmienić – zwłaszcza te, które mają pomóc regionom zależnym od węgla. Ustawodawca Wirginii Zachodniej uchwalił politykę pozwalającą małym reaktorom modułowym zastąpić przestarzałe elektrownie węglowe. Indiana, Illinois, Montana i Wyoming rozważają podobne posunięcia.

Rzeczywiście, Simon Irish, dyrektor naczelny Energia lądowapisze, że elektrownie jądrowe czwartej generacji mogą zastąpić obiekty węglowe, ożywiając społeczności, które je gościły. Ponieważ te zaawansowane reaktory mogą pracować w takich samych temperaturach jak kocioł węglowy, jest to praktyczny pomysł. Ponadto jednostka zastępcza jest bezemisyjna.

Jigar Shah, dyrektor Biura Programów Pożyczkowych Departamentu Energii, potwierdza to myślenie, mówiąc, że posunięcie to jest logicznym początkiem, ponieważ infrastruktura i połączenia sieciowe są już na miejscu. Jego agencja zapewnia 11 miliardów dolarów na rozwój małych reaktorów modułowych.

„Jeśli przemysł jądrowy będzie robił to, co robi od dziesięcioleci, ludzie będą się wahać”, mówi White z Nuclear Innovation Alliance. „Nie radziło sobie dobrze z opinią publiczną. Teraz mamy szansę dać energii jądrowej kolejną szansę z powodu dekarbonizacji. Ale musimy budować zaufanie społeczności i wyjaśniać technologie. Musimy się upewnić, że im to odpowiada. Musimy uzyskać koncesję społeczną na energię jądrową – aby ludzie chcieli ją mieć na swoim podwórku”.

Może wreszcie nastąpić renesans energetyki jądrowej. Impulsem jest dekarbonizacja. Ale Ustawa o redukcji inflacji dodaje ulgi podatkowe, które wzbudzą zainteresowanie inwestorów i pożyczkodawców, przynosząc korzyści delikatnym społecznościom i całej gospodarce. Dow dostrzega szansę — potencjalny prekursor dla innych producentów.