Малките ядрени реактори имат голям проблем с отпадъците

Новото поколение по-малки атомни реактори, предназначени да рекламират ролята на ядрената енергетика като алтернатива за чиста енергия, може също да създадат огромен проблем с отпадъците, който може да доведе до нарастване на разходите.

Малките модулни реактори, известни като SMR, могат да произвеждат от два до 30 пъти повече отпадъци от конвенционалните атомни електроцентрали, които работят днес, според изследване, публикувано в понеделник в едно от най-престижните специализирани научни списания в САЩ Proceedings of the National Academy of Sciences.

SMR са привлекли милиарди долари подкрепа от страни и инвеститори, включително Бил Гейтс и Уорън Бъфет. Има повече от 70 дизайна в различни етапи на развитие по целия свят, като някои доставчици предвиждат комерсиализация до края на това десетилетие. За разлика от днешните гигантски реактори, които могат да генерират гигават електричество, SMR са проектирани да произвеждат по-малко от една трета от тази енергия и да работят заедно с енергия от ВЕИ.

„Малките модулни реактори привлякоха внимание поради твърдения за присъщи характеристики за безопасност и намалена цена“, пишат авторите на изследването. Но по-големите обеми на „SMR отпадъци ще трябва да бъдат третирани, подготвени и подходящо опаковани преди геоложкото им погребване. Тези процеси ще доведат до значителни разходи."

Констатациите са проверка на реалността за една от най-развиваните технологии, които ядрените защитници се надяват да обърнат индустрията. През последните десетилетия атомният капацитет намаля в западните икономики, тъй като старите реактори бяха затворени, без да бъдат построени нови, които да ги заменят.

Тъй като това е толкова нова технология, са правени малко изследвания върху ядрените отпадъци, произведени от SMR. Изхвърлянето на радиоактивен материал след използването му винаги е било критична пречка за ядрената индустрия, тъй като той остава опасен в продължение на хиляди години и трябва да се съхранява в специализирани депа.

Модулирането на реактори, така че компоненти да могат да се изграждат във фабрика, може да намали разходите и времето, необходими за изграждане на атомна електроцентрала, което може да отнеме поне едно десетилетие и да достигне десетки милиарди долари. Тези недостатъци са основните причини, поради които ядрената енергия с нулев въглероден отпечатък е в упадък, дори когато страните увеличават ангажиментите за намаляване на емисиите на парникови газове.

Още по темата

Rolls-Royce чака одобрение от Великобритания за мини ядрен реактор до средата на 2024

Ядреното лоби в България не може да се разбере за малките модулни реактори

Йорданов: Енергийното бъдеще на България е АЕЦ "Козлодуй" с малки модулни реактори

Новото проучване се фокусира върху три вида SMR -  охладени от вода, разтопена сол и натрий, и ги сравни с реактори с вода под налягане, най-разпространеният вид широкомащабна ядрена технология в света.

Освен че произвеждат повече отпадъци от големите инсталации, проучването установи, че малките модулни реактори също създават отпадъци, които са по-трудни и скъпи за третиране и съхранение.

„Съществува мнението, че не е необходимо да се занимаваме с отпадъците от SMR, докато те действително не започнат да генерират отпадъци“, каза Линдзи Крал, водещ автор на статията в PNAS, която е провела изследването като постдокторант в Станфордския университет. „Бих искал да отбележа, че това не е така, целият краен продукт на процеса на разработка“ трябва да бъде решен в началото.

В сравнение със съществуващите реактори, малките модулни реактори биха генерирали до 5,5 пъти повече отработено ядрено гориво на единица мощност, пишат авторите. Действителното количество топлина и радиоактивни частици в отпадъците варира и зависи от енергията, извлечена от материала по време на неговото използване. Други форми на краткотрайни и дълготрайни отпадъци, произведени от SMR, ще включват реакторни материали, които се облъчват през целия живот на инфраструктурата. Те могат да издържат съответно до 35 пъти и 30 пъти по-дълго от отпадъците от конвенционалните реактори.

Страните прекараха десетилетия в опити да изградят подземни хранилища за ядрени отпадъци. Основните усилия на САЩ, в планината Юка в Невада, приключиха през 2011 г., когато Конгресът изтегли финансирането за развитие. Двама от съавторите на статията са участвали в анализ от 2018 г. за „нулиране“ на политиката на страната за съхранение на ядрени отпадъци. В момента там, както и във Финландия, се използва нов подход, разработен в Швеция.

Отпадъците, генерирани от определени видове SMR, може да изискват преосмисляне на геоложкото съхранение, каза Крал. Това е така, защото за разлика от конвенционалните материали, реакторите с разтопена сол оставят след себе си корозивна флуороводородна киселина, която реагира с вода по начин, който може да причини саморазпространяващо се увреждане на контейнерите.

Приложение към статията в PNAS включва доклад на Министерството на енергетиката на САЩ, получен от Крал чрез законите за публична информация, показващ, че правителството все още не е решило как да изведе от експлоатация експериментален реактор от разтопена сол в Националната лаборатория Оук Ридж, който работи четири години и половина до 1969 г.

Правителството на САЩ предостави финансова подкрепа на фирмата NuScale Power за разработване на своята версия на технологията и използваните от учените данни са тези, които NuScale Power е споделила публично с властите на САЩ за оценка на технологията. Учените са моделирали отпадъците от три различни SMR технологии и са ги сравнили с конвенционален ядрен реактор с мощност 1,1 гигавата.

„Информацията в момента, публикувана от разработчиците на реактори, може да се разглежда като рекламна“, казва Крал. „SMR се представи по-зле за почти всички наши показатели в сравнение със стандартните търговски реактори.“ Тези показатели включват топлината от радиоактивен разпад и радиохимията на отработеното гориво.

Проучването предполага, че SMR произвеждат по-големи обеми и по-голяма сложност на отпадъците, тъй като са по-малко ефективни. Производството на ядрена енергия включва ядрена верижна реакция, при която една единствена ядрена реакция в активната зона на реактора създава неутрони, които след това продължават да предизвикват средно една или повече следващи ядрени реакции. Въпреки това, според екипа на Крал, SMR изпускат повече неутрони от ядрото си, отколкото по-голям реактор, което означава, че не могат да поддържат самоподдържащата се реакция толкова дълго. Дори малка разлика в изтичането на неутрони води до значително въздействие върху състава на отпадъците, казва Крал.

Даян Хюз от NuScale Power коментира пред New Scientist, че проучването разчита на остаряла информация и че загубите на единица енергия се сравняват благоприятно с големите реактори. „Не сме съгласни със заключението, че дизайнът на NuScale създава повече използвано отработено гориво на единица енергия в сравнение с работещите в момента реактори с лека вода“, казва тя.