Jaká je budoucnost jádra? Pokročilé neznamená nutně lepší

Jaderná energetika má v Česku neotřesitelnou pozici levného a spolehlivého zdroje. Ve většině světa je ovšem situace odlišná. Někteří odborníci se obávají, že současné snahy o vyřešení největších problémů “jádra” ovšem míří špatným směrem. 

Kam dál

Jedna z nejslavnějších předpovědí v historii jaderné energetiky se ukázala být naprosto falešnou. Vyslovil ji v roce 1954 tehdejší předseda americké Komise pro atomovou energii Lewis Strauss, který slavně předvídal, že elektřina vyrobená z jádra bude nakonec “tak levná, že se ji nevyplatí měřit” – míněno samozřejmě od hodiny. Dnes má jaderná energetika přesně opačný problém a patří jednoznačně jaderná energie k nejdražším formám elektřiny. Cena je mnohem 

Straussův nástupce v komisi, nositel Nobelovy ceny Glenn Seaborg, v roce 1971 předpověděl, že jaderná energie bude do roku 2000 zdrojem téměř veškeré elektřiny na světě. Dnes je podíl jaderné energie na celosvětové výrobě elektřiny pouze 10 %. 

Jaderné zdroje jsou samozřejmě doménou hlavně rozvinutých zemí, takže v nich je jejich podíl na výroby vyšší. Například ve Spojených státech jde na vrub “jádra” zhruba 20 procent celkové výroby elektrické energie. Česko je ve světových měřítkách výjimkou, protože zhruba 40 procent naší výroby elektřiny pochází z reaktoru v Temelíně a Dukovanech. Přesto, že obě země jsou dnes v mnoha ohledech odlišné situaci, stojí před podobným problémem – ani jedna země neví, jak postavit nové reaktory za přijatelnou cenu. 

Přitom důvody, proč nové reaktory stavět, jsou jasné, srozumitelné a shodne se na něm velká část odborníků i veřejnosti (byť ne všech zemích světa, samozřejmě): jaderné zdroje jsou velmi spolehlivý a přitom bezemisní zdroj elektřiny, který tak ve snaze o omezování emisí má oproti zemnímu plynu a uhlí zjevné výhody. Na rozdíl od většiny obnovitelných zdrojů (tedy především fotovoltaiky a větrných elektráren) přitom může dodávat do sítě elektřinu spolehlivě a předvídatelně za každého počasí. 

Hlavně peníze

Jistě, současné, tzv. lehkovodní reaktory, označované tak, protože k chlazení používají obyčejnou vodu, nikoliv tzv. vodu těžkou, mají své potíže. Existují u nich stále alespoň teoretické riziko vážných havárií, které se musí technicky a bezpečnostně ošetřit, což s sebou samozřejmě nese určité náklady. navíc vytvářejí radioaktivní odpad, z něhož se malá část musí bezpečně uložit až řádově na stovky tisíc let.

Ale vše bledne před jiným problémem: cenou. Stavba jaderného reaktoru je jistě složitá operace, vyžaduje velmi pečlivé plánování a dozor, evidentně se ovšem dá dobře zvládnout. Problém jsou především peníze, a to jak v USA, tak v Česku. (Snad s tím malým rozdílem, že zatímco v Česku je výroba z jádra dnes už velmi levná, v USA má část stárnoucích jaderných reaktorů ve Spojených státech má velké problémy cenově konkurovat levnějším zdrojům elektřiny, což je za oceánem především zemní plyn z tamních nalezišť.) 

Není to žádné tajemství. Česko je malá země, ta trend prodražování jaderných zdrojů sama nezlomí. Ale Spojené státy se pokusily. Na přelomu tisíciletí se tamní vláda pokusila zastavit úpadek amerického jaderného průmyslu a podpořit “renesanci” jaderné energetiky. V roce 2005 poskytl Kongres zhruba 20 miliard dolarů ve formě federálních úvěrových záruk na nové jaderné reaktory. 

Výsledkem mnohamilionové kampaně jsou pouze dva nové lehkovodní reaktory Westinghouse AP1000, které se stále staví v Georgii, každý s cenou 14 miliard dolarů, tedy více než dvojnásobkem původně odhadovaných nákladů. Ruku v ruce se zdražením jde i prodlužování výstavby, která trvá více než dvojnásobek odhadované doby. Neúspěch je dost možná daný tím, že podpora nebyla dostatečná. V každém případě výsledek je tristní. 

Když se mu nedařilo svět lehkovodní reaktory standardní velikosti (cca 1000 megawattů), obrátil se průmysl v západních zemích ke dvěma dalším strategiím, jak si zajistit větší podíl na trhu. První je stavba malých modulárních lehkovodním reaktorů.

Celkový pohled na jadernou elektrárnu Dukovany
Celkový pohled na jadernou elektrárnu Dukovany (foto ČEZ)

Menší reaktory by se měly dát postavit s menšími kapitalovými náklady. Tím by se měl vyřešit jeden veliký problém – kde a jak si půjčit nezbytné miliardy dolarů na stavbu jednoho bloku – tvrdí jejich proponenti. Kritici zase celkem logicky upozorňují, že vzhledem k tomu, jak fungují úspory z rozsahu, bude menší reaktory na jednotku výkonu dražší než reaktory velké. Zatím těžko říci, kdo má pravdu. Jisté je, že aby byly menší reaktory opravdu levné, musí se vyrábět ve větších množství, v podstatě v sériích, a nic takového se zatím neděje. 

Druhou strategií jaderného průmyslu je odklon od lehkovodních reaktorů k “exotičtějším” typům, které jsou z velké části založeny na neověřených koncepcích starých více než 50 let.

Nová vlna? 

Tyto konstrukce se dnes obecně označují “pokročilé” reaktory. Na rozdíl od lehkovodních reaktorů se tyto konstrukce spoléhají při chlazení na jiné materiály než vodu (například kapalného sodíku, helia či roztavených solí). Společné mají to, že zatím jsou maximálně v jednotkách kusů, a to obvykle ryze experimentálních, nikoliv energetických. Přesto někteří vývojáři tvrdí, že tyto reaktory, které jsou zatím ve fázi konceptu, vyřeší všechny problémy, které trápí lehkovodní reaktory, a budou připraveny k uvedení do provozu do konce desetiletí.

“Zaručeným zprávám” o nové generaci levných, bezpečných a spolehlivých reaktorů těžko odolávají jak technologičtí novináři, veřejnosti, ale i politici a energetičtí plánovači. Hojně se o  nich debatuje v Bidenově administrativě. V Česku někteří analytici navrhují tendr o dostavbu dalších reaktorů odložit do doby, kdy budou na trhu právě reaktory nové generace (v podstatě synonymum pro “pokročilé” reaktory je výraz “reaktory IV. generace”). 

Část odborníků se ovšem obává, že podobné sliby jsou jen novodobu obdobou Straussovy nešťastné předpovědi z poloviny minulého století. K takovému závěru došla například analýza americké organizace “Svaz znepokojených vědců” (USC, čil Union of Concerned Scientists) týkající se vyvíjených konceptů jiných než lehkovodních reaktorů naznačuje, že ano. Zpráva o 140 stranách, zveřejněná v polovině března, dospěla k závěru, že projekty nových reaktorů nejsou o nic lepší – a v některých ohledech jsou podstatně horší – než dnes provozované lehkovodní reaktory.

Bezpečnost, zabezpečení a udržitelnost

Zpráva USC se věnuje hodncení výhod a nevýhod tří hlavních typů nové generace reaktorů: rychlých reaktorů chlazených sodíkem, vysokoteplotních reaktorů chlazených plynem a reaktorů s roztavenou solí. Každý typ hodnotí podle tří obecných kritérií: bezpečnost, rizika šíření jaderných zbraní a terorismu a konečně kritéria tzv. udržitelnosti. Ta popisuje, jak efektivně využívají palivo a kolik produkují jaderného odpadu s dlouhým poločasem rozpadu, který se musí dlouhodobě ukládat.

Požadavky na novou technologii přitom samozřejmě nejsou malé: “Má-li jaderná energie hrát větší roli při řešení změny klimatu, je nezbytné, aby nové konstrukce reaktorů byly bezpečnější, spolehlivější a představovaly srovnatelné nebo ještě lépe nižší riziko šíření jaderných zbraní a jaderného terorismu než stávající flotila reaktorů,” shrnul je pro blog UCS fyzik Edwin Lyman, který se v organizaci věnuje právě otázce bezpečnosti jaderné energetiky. “Navzdory příslibům žádný z těch reaktorů, které jsme zkoumali, nesplňuje všechny tyto požadavky.”

Zpráva UCS se podrobně zabývá nepodloženými tvrzeními vývojářů o těchto konstrukcích. Mnozí vývojáři tvrdí, že budou levnější, bezpečnější a jistější než v současnosti provozované reaktory, že budou efektivněji spalovat uranové palivo, produkovat méně radioaktivního odpadu a snižovat riziko šíření jaderných zbraní a že by mohly být relativně brzy uvedeny na trh.

Jednomu z těchto reaktorů, 345megawattovému rychlému, sodíkem chlazenému reaktoru Natrium společnosti TerraPower, se začátkem letošního roku dostalo značné pozornosti médií. Jedním z investorů do společnosti TerraPower je totiž Bill Gates, který koncept pochválil běhen rozhovorů ke své nové knize “Jak se vyhnout klimatické katastrofě”. V polovině února 2021 Gates ve velmi sledovaném zpravodajském pořadu 60 minut televize CBS řekl, že reaktor Natrium bude produkovat méně jaderného odpadu a bude bezpečnější a levnější než konvenční lehkovodní reaktor.

Podle zprávy UCS by rychlé reaktory chlazené sodíkem byly ve skutečnosti pravděpodobně méně účinné z hlediska spotřeby uranu a nesnížily by množství odpadu, který se musí dlouhodobě ukládat. Mohly by se u nich také vyskytnout bezpečnostní problémy, které u lehkovodních reaktorů nejsou problémem. Například sodíková chladicí kapalina může při kontaktu se vzduchem nebo vodou hořet. Vzhledem k designu reaktor Natrium by u něj také mohlo dojít k nekontrolovatelnému nárůstu výkonu, který by měl za následek rychlé roztavení aktivní zóny.

“Pokud jde o bezpečnost a zabezpečení, jsou rychlé reaktory chlazené sodíkem a reaktory s roztavenou solí výrazně horší než konvenční lehkovodní reaktory,” tvrdí za UCS Lyman. “Vysokoteplotní reaktory chlazené plynem mohou mít potenciál být bezpečnější, ale to se zatím neprokázalo a při nedávných testech bezpečnosti paliva se objevily problémy.”

Model reaktoru Brest-OD-300 (foto Rosatom)
Model reaktoru Brest-OD-300, který patří mezi reaktory IV. generace. Chlazen je tekutým olovem. (foto Rosatom)

Rychlé reaktory mají ještě jednu zásadní nevýhodu. “Historicky,” zdůrazňuje zpráva, “vyžadovaly rychlé reaktory palivo na bázi plutonia nebo [vysoce obohaceného uranu], které by mohly být snadno použity v jaderných zbraních, a proto s sebou nesou nepřijatelná rizika šíření jaderných zbraní a jaderného terorismu.” 

I Natrium by měl využívat obohacenější palivo než dnešní lehkovodní reaktory. Jde to tzv. “nízko obohacený uran s vyšší úrovní obohacení” (HALEU, čili high-assay low-enriched uranium), což je palivo obsahující cca 5-20% procent štěpitelného izotopu uran-235. Běžné lehkovodní reaktory používají nízko obohacené palivo, které obsahuje méně než pět procent tohoto izotopu. HALEU představuje z pohledu rizika šíření jaderných zbraní nižší problém než vysoce obohacený uran, ale pro teroristy usilující o získání jaderné zbraně je atraktivnější než palivo dnešních reaktorů.

Nerealistický časový plán

Problémem je také načasování. Někteří vývojáři tvrdí, že mohou své nelehkovodní reaktory předvést, licencovat a nasadit v komerčním měřítku již za šest let, což jim umožní řešit klimatickou krizi v blízké budoucnosti. Například loni na podzim Ministerstvo energetiky (DOE) poskytlo společnostem TerraPower a X-Energy, vývojáři vysokoteplotního plynem chlazeného “oblázkového” reaktoru (více o tomto konceptu například na této stránce) po 80 milionech dolarů na zahájení provozu prvních komerčních jednotek svého druhu do roku 2027. 

V červnu společnost TerraPower oznámila, že svůj demonstrační reaktor umístí ve Wyomingu. Společnost X-Energy mezitím s největší pravděpodobností umístí svou demonstrační elektrárnu v elektrárně Columbia Generating Station ve státě Washington.

Od konceptu ke komerční jednotce za šest let? Lehkovodní reaktor Westinghouse AP1000 je v tomto ohledu varovným příkladem. Než byl v Číně uveden do provozu první blok tohoto typu, trvalo více než 30 let výzkumu, vývoje a příprav. 

Zpráva UCS na základě tohoto dalších případů odhaduje, že uvedení pokročilých reaktorů do praxe by mohlo trvat 20 let a stát další miliardy. Tak dlouho bude například trvat, než firmy regulačním orgánů dostatečně doloží, že jejich zařízení jsou skutečně spolehlivá, případně postaví demonstrační jednotky a než vznikne infrastruktura nutná na zajištění jejich provozu. 

Analytikům z UCS se v řadě ohledů líbil tzv. reaktor s postupnou vlnou, který vyvíjela jedna ze zmíněných společností, TerraPower, ve které je zapojen Bill Gates. Nevyžaduje přepracování – nebo recyklaci – vyhořelého jaderného paliva, takže z hlediska možného šíření jaderných zbraní jde o zařízení maximálně bezpečné. Bohužel jde o koncept technicky nedozrálý. Možná protho TerraPower práce na konstrukci reaktoru tohoto typu pozastavila ve prospěch projektu Natrium. 

Co dál

Americký jaderný dozor známý jako “Komise pro jadernou regulaci” (NRC, Nuclear Regulatory Commission) možná bude muset při udělování licencí pro technologie reaktorů, které se konstrukčně výrazně liší od současného parku, upravit některé předpisy, ale podle Lymana by to nemělo znamenat uvolnění norem, které chrání zdraví a bezpečnost veřejnosti. Nenachází žádné opodstatnění pro tvrzení, že “pokročilé” reaktory jsou o tolik bezpečnější a spolehlivější, aby NRC mohla z bezpečnostních požadavků slevit. Naopak, protože ohledně těchto reaktorů existuje mnoho otevřených otázek, možná budou muset splňovat ještě přísnější požadavky.

Jinak řečeno, zpráva je k příslibům rychlého technologického řešení současných potíží jaderné energetiky velmi skeptická. “Bohužel zastánci pokročilých reaktorů je propagují jako řešení pro klima a bagatelizují jejich bezpečnostní rizika,” říká Lyman. “Vzhledem k tomu, že komercializace jakékoli nové technologie jaderného reaktoru by měla trvat nejméně dvě desetiletí, pokud je provedena správně, koncepty nesvětlovodních reaktorů, které jsme zkoumali, nenabízejí krátkodobé řešení a mohly by nabídnout dlouhodobé řešení pouze tehdy, pokud by byla odpovídajícím způsobem vyřešena jejich bezpečnostní a ochranná rizika.”

Autor těchto řádek musí upřímně přiznat, že by si přál, aby se Lyman a jeho kolegové pletli. Ovšem zkušenosti s nasazováním nových jaderných technologií a pohled do historie techniky obecně naznačují, že velmi snadno mohou mít pravdu. Přeceňování přínosů novinek a zpoždění jejich nástupu proti plánům nejsou rozhodně nic výjimečného. 

Související články

Vložit komentář...