„To rozwiązanie drogie, stwarzające problemy ekologiczne pod postacią odpadów radioaktywnych i na dodatek narażone na atak terrorystyczny” – tak działacze ekologiczni kwitują projekt budowy elektrowni atomowych w Polsce. Ich zdaniem lepiej postawić na tzw. odnawialne źródła energii, czyli ogniwa słoneczne czy geotermię. Prawda jednak jest taka, że „zielony prąd” zaspokoi, góra, 20 proc. naszego apetytu energetycznego – apetytu, który cały czas rośnie. Jeżeli chcemy uniezależnić się od dostaw ropy czy gazu zza granicy (zwłaszcza wschodniej), a przy tym zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych do atmosfery, to mamy jedno wyjście – atom.

Wielu z nas dobrze pamięta katastrofę w Czarnobylu, do której doszło w 1986 r. Opad radioaktywny skaził wówczas pół Europy, a budowa wielu elektrowni atomowych – w tym polskiej w Żarnowcu – została wstrzymana. Jednak od tamtej pory nie doszło do żadnej katastrofy, a współczesne reaktory nuklearne są znacznie bezpieczniejsze. Ba – produkują nawet mniej odpadów radioaktywnych niż „węglówki”!

TRUCIE POD LUPĄ


Uczeni z Oak Ridge National Laboratory wyliczyli, że elektrownia węglowa emituje do atmosfery sto razy więcej materiału radioaktywnego niż elektrownia atomowa o tej samej mocy. To dlatego, że w paliwie powstałym z pradawnych roślin na milion atomów węgla przypada średnio jeden atom uranu i dwa atomy toru. W Polsce wydobywamy i spalamy rocznie 110 mln ton węgla, co oznacza uwolnienie do środowiska około 110 ton uranu i 220 ton radioaktywnego toru.

To znaczy, że gdybyśmy – mając elektrownię atomową – rozpylali część zużytego paliwa nad Polską, a resztę mieszali z piaskiem i składowali na hałdach, to i tak trulibyśmy mniej niż elektrownie węglowe, które jeszcze na dodatek emitują dwutlenek węgla i parę innych paskudnych zanieczyszczeń. Czy powinniśmy jak najszybciej zamknąć wszystkie „węglówki” z obawy przed promieniowaniem? Oczywiście nie. Choć 110 ton uranu rocznie brzmi groźnie, to stężenie tego pierwiastka w popiołach z elektrowni jest mniej więcej takie jak w przeciętnej, całkowicie naturalnej skale. To doskonały przykład na to, jak łatwo jest straszyć liczbami wyrwanymi z kontekstu.

W przypadku reaktora jądrowego odpady radioaktywne są skoncentrowane, a więc łatwiej je „przechwycić” i zabezpieczyć, by nie przedostały się do atmosfery ani wód gruntowych. Warto też pamiętać, że to, co wychodzi z elektrowni atomowych – i co budzi tak wielki strach w społeczeństwie – to raptem jeden procent wszystkich niebezpiecznych substancji produkowanych przez dzisiejszy przemysł. Nad tym, co dzieje się z pozostałymi toksycznymi odpadami, ludzkość aż tak się nie zastanawia – a przecież i ich trzeba się jakoś pozbyć.

IZOTOP DODA CI SKRZYDEŁ


Polska jest dziś atomową białą plamą w Europie. Niemcy mają 17 reaktorów, Czesi 6, Słowacy 5, Ukraińcy i Szwedzi po 12. Tylko Białoruś nie ma własnych elektrowni jądrowych, ale sąsiadująca z nią Rosja – aż 31. Dlaczego? Bo to się opłaca.

Energia atomowa wyzwalana jest podczas rozpadu jąder ciężkich pierwiastków. Proces jest skomplikowany, bo w wyniku różnych reakcji jądrowych uzyskuje się nie lżejszy, lecz cięższy pierwiastek (rozpada się uran, a produktem ubocznym jest pluton). Najważniejsze, że bilans energetyczny tej operacji jest dodatni. Jeden gram (!) uranu jest w stanie wytworzyć 20 megadżuli energii – czyli tyle, ile uzyskujemy ze spalenia 1,5 tony węgla. By zastąpić całe spalane w Polsce przez rok „czarne złoto”, wystarczyłoby 70 ton uranu, wartego ok. 10 mln dolarów. To niewielki wydatek w porównaniu z jakimiś 22 mld zł, które dziś rocznie przeznaczamy na zakup węgla do elektrowni (licząc po i tak korzystnym kursie 200 zł za tonę).

Oczywiście samo porównywanie cen paliwa jest demagogią. Elektrownie węglowe już mamy, natomiast atomowe dopiero trzeba wybudować, a to nie będzie tania impreza. Ta, która ma ruszyć w 2020 r., będzie kosztować ok. 25 mld zł. Ale może nie trzeba płacić aż tyle?

JĄDRÓWKA W KAŻDEJ GMINIE

 


Kilka lat temu Amerykanie wpadli na pomysł, by wyprodukować małe samowystarczalne reaktory, których nie można rozebrać – a więc wydobyć z nich materiału rozszczepialnego, który mógłby posłużyć do zbudowania bomby atomowej. Chodziło o to, by dać możliwość korzystania z energii jądrowej krajom rozwijającym się, uzależnionym dziś od paliw kopalnych. Projektowi nadano nazwę Global Nuclear Energy Partnership (GNEP), a sama idea „elektrowni jednorazowego użytku” okazała się tak chwytliwa, że pracują nad nią dziś Japonia, Rosja oraz Indie.

Firma Toshiba zaprojektowała reaktor 4S (od „super safe, small, simple” – czyli superbezpieczny, mały i prosty). Pierwszy egzemplarz ma zostać zainstalowany na Alasce w odciętym od cywilizacji miasteczku Galena. Reaktor będzie zamknięty w metalowym dwustutonowym cylindrze, zakopanym 30 metrów pod ziemią. Z jednej strony trzeba podłączyć rurę z zimną wodą, z drugiej wydobywa się gorąca para, którą można zasilać turbinę produkującą prąd – i już. Część naziemna elektrowni to budynek o rozmiarach dużej trzypiętrowej willi. Moc będzie wynosić 10 megawatów. Reaktor Toshiby ma pracować przez 30 lat bez konieczności wymiany paliwa. Jeśli eksperymentalna instalacja zadziała, będzie to doskonały sposób na produkowanie taniej energii elektrycznej w rejonach odludnych lub niestabilnych politycznie. Gdy paliwo w takiej instalacji się skończy, trzeba po prostu wymienić cały reaktor i po krzyku. No i taki obiekt do niczego się nie przyda terrorystom – nie da się go zamienić w gigantyczną bombę ani rozbić np. porwanym samolotem, wywołując skażenie radioaktywne w okolicy.

Małe elektrownie jądrowe mają jeszcze jedną zaletę – dzięki nim dostawy prądu byłyby stabilniejsze. Dziś, gdy energia powstaje w wielkich zakładach, wystarczy atak terrorystyczny na kilka z nich lub „zwykłe” przeciążenie sieci przesyłowej, by nagle duża część kraju pogrążyła się w ciemności. Dlatego specjaliści mówią o potrzebie rozproszenia i dywersyfikacji źródeł prądu. Można sobie wyobrazić, że w przyszłości – gdyby społeczeństwo bardziej oswoiło się z wizją atomowej energetyki – własną elektrownię jądrową mogłaby mieć każda gmina, miasteczko czy nawet większe osiedle mieszkaniowe.

REAKTOR, KTÓRY SPALA ODPADY


Naukowcy cały czas pracują nad zwiększeniem wydajności i bezpieczeństwa energetyki jądrowej. Przykładem mogą być chociażby zaprojektowane w Niemczech, a rozwijane m.in. w RPA i Chinach reaktory chłodzone gazem. Ten system ma wiele zalet w porównaniu z tradycyjnym chłodzeniem wodnym – choćby taką, że z reaktora „ucieka” wówczas znacznie mniej promieniowania. Paliwo w takich reaktorach zamknięte jest w grafitowych kulkach wielkości piłki tenisowej. By reaktor zaczął pracować, wystarczy wsypać ich trochę do metalowego cylindra. By zatrzymać reakcję, wystarczy je usunąć.

Kulki paliwowe zaprojektowano tak, że po osiągnięciu wysokiej temperatury (rzędu 1,5 tys. st. C) dochodzi do wyhamowania reakcji łańcuchowej. Nie istnieje więc ryzyko stopienia rdzenia – czyli tego, co stało się w Czarnobylu. Reaktor produkuje tyle ciepła, że można je wykorzystać nie tylko do produkcji prądu (z pomocą turbiny parowej), ale i do bezpośredniego rozkładu wody na tlen i wodór – czyli paliwo przyszłości np. dla samochodów.

Pojawiają się też konstrukcje wykorzystujące alternatywne paliwa jądrowe. Izotop uran-235, który jest niezbędny dzisiejszym elektrowniom, to rzadkość – stanowi zaledwie jeden procent tego pierwiastka w przyrodzie. Co prawda paliwo jądrowe wystarczy wzbogacić tak, aby zawierało 4 proc. U-235, ale to nadal oznacza, że z każdego kilograma uranu można wyprodukować tylko 250 gramów paliwa. Dlatego powstały reaktory takie jak kanadyjski CANDU, pracujące na „zwykłym” uranie.

Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest instalacja zużywająca tor – pierwiastek radioaktywny, występujący w przyrodzie dwa razy częściej niż uran. Reaktory torowe są też bezpieczniejsze, bo produkują mniej groźnych odpadów. Promieniotwórczość zużytego paliwa spada do poziomu emisji porównywalnego z hałdami popiołów węglowych już po 500 latach, a nie po dziesiątkach tysięcy, jak w przypadku uranu. Co więcej – przynajmniej teoretycznie – reaktor na tor będzie w stanie „spalać” odpady z tradycyjnych uranowych elektrowni. Taką instalację buduje się w Indiach.

Reaktor termojądrowy, czyli jak można stworzyć słońce na ziemi

W urządzeniu takim jak budowany we Francji ITER musi dojść do nieziemskiej reakcji – połączenia jąder lekkich pierwiastków (głównie izotopów wodoru – deuteru i trytu). Deuter powszechnie występuje w wodzie, natomiast tryt jest tak rzadki, że musi być dodatkowo wytwarzany w reaktorze. Aby doszło do samopodtrzymującej się fuzji termojądrowej, gazy te muszą zostać podgrzane do temperatury rzędu 100–200 mln st. C. Powstaje wówczas plazma, którą w bezpiecznej odległości od ścian komory reaktora utrzymuje potężne pole magnetyczne. Energia wytwarzana podczas reakcji termojądrowych jest wychwytywana przez wymiennik cieplny, który przekazuje ją do generatora elektryczności.

Najważniejsze elementy ITER:

Komora próżniowa, w której znajdzie się deuterowo-trytowa plazma.Osłona zawierająca m.in. wymiennik cieplny.Rdzeń, w którym znajduje się część elektromagnesów i układy transportujące izotopy.Koncentryczne nadprzewodzące elektromagnesy, wytwarzające pole utrzymujące plazmę i nadające jej odpowiedni kształt.Zewnętrzne osłony cieplne, zapobiegające rozpraszaniu energii.Aparatura diagnostyczna, nadzorująca przebieg reakcji i wykrywająca ewentualne nieprawidłowości.

JEZIORO NA TYSIĄCE LAT


Prawdziwym rozwiązaniem problemu będzie zbudowanie reaktora wykorzystującego zjawisko fuzji termojądrowej. Zachodzi ono we wnętrzach gwiazd i w bombach wodorowych, gdzie jądra wodoru, poddane niewiarygodnemu ciśnieniu i rozgrzane do gigantycznych temperatur, łączą się w hel, czemu towarzyszy produkcja wielkiej ilości energii. Tak „zasilane” są wszystkie gwiazdy.

Eksperymenty pokazują, że energię można produkować w ten sposób także na Ziemi. W reaktorach termojądrowych nie powstaje pluton, a odpady radioaktywne przestają być szkodliwe po kilkudziesięciu latach. Z lekkich izotopów, takich jak deuter i tryt (izotopy wodoru) czy hel-3, można uzyskać kilkakrotnie więcej energii niż z uranu. Jedynym problemem jest jej okiełznanie – jeśli reakcja będzie zbyt gwałtowna, dojdzie do eksplozji, a jeśli zbyt powolna, więcej energii zużyjemy na jej podtrzymywanie (tzn. podgrzewanie i ściskanie paliwa), niż z niej uzyskamy.

Ale uczeni wiedzą już, jak to zrobić. W 2015 r. ma ruszyć eksperymentalny reaktor termojądrowy ITER, budowany w ośrodku Tore Supra w Cadarache, 60 km od Marsylii. Kosztem 10 mld euro powstanie urządzenie, które jako pierwsze wyjdzie na plus – wyprodukuje więcej energii, niż będzie pochłaniało. Jeśli eksperyment się powiedzie – a naukowcy uważają, że szanse na to są spore – na bazie ITER powstanie nowa generacja elektrowni. Staruszek węgiel zostanie odesłany na zasłużoną emeryturę – deuter i tryt z wody wypełniającej średniej wielkości jezioro wystarczy do zaspokojenia energetycznego apetytu ludzkości na najbliższych kilka tysięcy lat.