Jeżeli chcemy marzyć o zatrzymaniu niekorzystnych zmian klimatycznych i dekarbonizacji gospodarki w rozsądnym terminie to raczej musimy pogodzić się z energetyką jądrową – przynajmniej w pewnym zakresie. Niełatwo pisze mi się te słowa, gdyż doskonale pamiętam swój strach z okresu katastrofy w Czarnobylu jak i milicyjną pałkę, na którą zdążyłem się „załapać”, protestując kiedyś w Poznaniu przeciwko planom budowy elektrowni atomowej w Klempiczu. Jednak fakty są takie, że: prąd pozyskiwany z atomu jest bezemisyjny; uniknięcie katastrofy klimatycznej wymaga od nas dojścia do neutralności klimatycznej – a więc zaprzestania dodawania do atmosfery gazów, które powodują globalny wzrost temperatur – w przeciągu najbliższych 3 dekad; a energetyka jądrowa jest bezemisyjnym źródłem energii o charakterze ciągłym. Uran-235 jest przy tym paliwem o bardzo wysokiej gęstości energetycznej – szacuje się, że rozszczepianie jądra Uranu-235 generuje ponad milion razy więcej energii niż spalanie takiej samej ilości węgla.
Atrakcyjność energetyki jądrowej w kontekście dekarbonizacji gospodarki wiąże się z nieciągłym charakterem odnawialnych źródeł energii. Mówiąc krótko: nie zawsze świeci słońce lub wieje wiatr, a jednocześnie nie posiadamy wystarczająco dobrych technologii magazynowania energii na masową skalę. Marzy mi się oczywiście świat, w którym 100% energii pochodzi ze źródeł odnawialnych i chciałbym wierzyć, że w dłuższej perspektywie stanie się to możliwe. Wymagałoby to jednak radykalnego postępu technologicznego.
Popularne baterie litowo-jonowe słabo nadają się do długoterminowego gromadzenia energii – np. tej wyprodukowanej wiosną i latem celem jej spożytkowania w okresie jesienno-zimowym. Nawet krótkoterminowe wykorzystanie takich baterii (w cyklu dzień/noc) na potrzeby dużej aglomeracji miejskiej byłoby ogromnie kosztowne mając na uwadze liczbę potrzebnych baterii, ich trwałość oraz niezbędne inwestycję w sieci przesyłowe dostarczające energię elektryczną z farm słonecznych i wiatrowych. Gromadzenie energii w postaci tzw. zielonego wodoru jest od dawna wielką nadzieją transformacji energetycznej. Jednak sama produkcja wodoru w dalszym ciągu jest procesem mało efektywnym i kosztownym, nie mówiąc nawet o problemach i kosztach związanych z jego transportem na większą skalę.
W sytuacji braku efektywnych sposobów magazynowania energii wysoki udział źródeł odnawialnych i nieciągłych w systemie energetycznym musi być równoważony poprzez źródła, które są w stanie produkować prąd bez przerwy – 24 godziny na dobę i 7 dni w tygodniu. Nasi zachodni sąsiedzi próbowali zastosować rozwiązanie pośrednie – zastosować elektrownie gazowe do czasu wypracowania efektywnych sposobów gromadzenia energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Problem w tym, że elektrownie gazowe nie są technologią bezemisyjną (choć oczywiście korzystniejszą dla klimatu niż energetyka węglowa), a technologie wyłapywania dwutlenku węgla są na jeszcze wcześniejszym etapie rozwoju niż rozwiązania dotyczące masowego magazynowania energii. Przede wszystkim jednak w Europie oparcie energetyki na gazie ziemnym naraża wszystkich na ryzyka geopolityczne, które od paru miesięcy tragicznie materializują się na naszych oczach… Wszak podjęta w latach 70-tych decyzja Francji o oparciu swojej energetyki na atomie podyktowana była właśnie względami bezpieczeństwa i suwerenności energetycznej. Uran jest surowcem stosunkowo powszechnym i tanim – w najgorszym wypadku można go nawet pozyskiwać z wody morskiej, choć przy aktualnych jego cenach nie jest to opłacalne.
W tym kontekście energetyka jądrowa wydaje się być stosunkowo dojrzałą i efektywną technologią, której zastosowanie od lat zablokowane zostało z przyczyn społeczno-politycznych, a precyzyjnie rzecz biorąc z uwagi na błędną percepcję ryzyka z nią związanego. Dla prawidłowej oceny tego ryzyka potrzebna jest jednak właściwa skala porównawcza. Przecież ofiary wszystkich awarii w elektrowniach atomowych na świecie to nieznaczny promil liczby ofiar wypadków samochodowych (1.3 mln rocznie; nie licząc rannych), a nikt przytomny przecież nie postuluje rezygnacji z transportu samochodowego.
Gdyby rzetelnie policzyć ofiary różnych technologii wytwarzania energii (np. w przeliczeniu na 1 TWh) to okazałoby się, że energetyka jądrowa wcale nie wypada źle. Przecież wytwarzanie energii elektrycznej z węgla i gazu także pociąga za sobą liczne ofiary, tylko dzieje się to w sposób rozproszony i rozciągnięty w czasie a w konsekwencji mniej się o tym mówi. Wystarczy wspomnieć górników ginących w kopalniach, ofiary wybuchów gazu czy też osoby przedwcześnie umierające na choroby płuc będących skutkiem oddychania powietrzem zatruwanym przez spalanie węgla. Tragiczne skutki wytwarzania energii z paliw kopalnych są po prostu wygodniejsze dla decydentów, gdyż nie są aż tak medialne jak awaria elektrowni atomowej, która na długo trafia na pierwsze strony gazet i paraliżuje strachem szerokie kręgi społeczeństwa.
W porównaniu z sieciowym magazynowaniem energii oraz wyłapywaniem dwutlenku węgla z atmosfery energetyka jądrowa jest dojrzałą technologią mającą za sobą kilkadziesiąt lat doświadczeń, okresy nadmiernej ekscytacji połączonych z miliardami inwestycji oraz doświadczenia nieuchronnych błędów i awarii. Zwłaszcza te historyczne porażki energetyki jądrowej przekładają się dzisiaj na bagaż doświadczeń zwiększających bezpieczeństwo tej technologii. Wszak fakt, że transport lotniczy należy dziś do najbezpieczniejszych jest nie tylko rezultatem abstrakcyjnego namysłu człowieka, ale także – niestety – skutkiem licznych katastrof lotniczych oraz wyciąganych z nich wniosków.
Technologie nowoczesnej energetyki jądrowej w stosunku do tych stosowanych w Czarnobylu mają się tak jak najnowszy Mercedes klasy S w stosunku do sędziwego ciągnika Ursus C-330 i to prowadzonego przez pijanego traktorzystę… Wszak katastrofa w Czarnobylu spowodowana była nie tylko błędami konstrukcyjnymi reaktora (np. brakiem betonowego sarkofagu wokół reaktora) ale również ewidentnym brakiem kompetencji i błędami obsługi.
Nowoczesne reaktory umieszczane są w żelbetowej konstrukcji zdolnej powstrzymać, w najgorszym wypadku, wydostanie się radioaktywnej chmury na zewnątrz. Przede wszystkim jednak zawierają systemy pasywnego bezpieczeństwa, które powodują, że jakakolwiek poważna awaria powoduje automatyczne zatrzymanie reakcji łańcuchowej w reaktorze. Dąży się do tego by były one oparte na mechanizmach fizyki, a nie na decyzji człowieka czy działaniu jakiejkolwiek elektroniki. Nie ma zatem ryzyka, że odcięcie zasilania od systemów chłodzenia może spowodować eksplozję (jak to miało miejsce w Fukushimie pod wpływem tsunami). W przypadku 2 z 3 najpoważniejszych awarii w elektrowniach atomowych to błąd człowieka przyczynił się do ich zaistnienia, stąd dążenie do daleko idącej automatyzacji systemów bezpieczeństwa.
Doskonały wgląd do najnowszych rozwiązań współczesnej technologii nuklearnej daje analiza konstrukcji dwóch innowacyjnych reaktorów IV generacji, których budowę współfinansuje właśnie amerykański Departament Energii. Pierwszy z nich – Natrium – budowany jest przez spółkę TerraPower, a drugi przez spółkę X-energy. Żaden z nich nie jest chłodzony wodą w efekcie czego mogą one pracować w zdecydowanie wyższych temperaturach i pod ciśnieniem atmosferycznym. W przypadku awarii reaktora eliminuje to ryzyko erupcji pary wodnej, a także pojawienia się wybuchowego wodoru. Nie dość, że każdy tych reaktorów otoczony jest odpornym na wybuch żelbetowym sarkofagiem bezpieczeństwa to na dodatek montowane są one pod ziemią.
Reaktor X-energy, chłodzony helem, zawiera system pasywnego bezpieczeństwa polegający na tym, że wzrost temperatury powyżej określonego poziomu powoduje automatyczne wygaszenie reakcji łańcuchowej generującej ciepło, co jest funkcją fizycznych właściwości tej technologii a nie skutkiem działania jakiejkolwiek elektroniki. Paliwo tego reaktora opakowane jest w grafitowo-ceramiczne kule, które nie tylko zabezpieczają je przed stopieniem się, ale także stanowią szczelne opakowanie późniejszych odpadów jądrowych.
Z kolei reaktor Natrium jest tzw. szybkim i bardzo efektywnym rektorem, chłodzonym płynnym sodem, który „spala” najdłużej promieniotwórczą część odpadów radioaktywnych (transuranowce). Jest on nadto przystosowany do współpracy z odnawialnymi źródłami energii, gdyż produkowane ciepło magazynuje przez kilka godzin w postaci roztopionej soli. Pozwala to korzystać ze zgromadzonej energii w nocy, kiedy przestają działać elektrownie słoneczne. Pokazowy reaktor Natrium budowany jest w miejscu wygaszonej elektrowni węglowej dzięki czemu jest on w stanie wykorzystać pozostałe tam turbiny parowe produkujące prąd z tą tylko różnicą, że napędzająca je para wodna powstaje w wyniku gotowania wody przez reaktor atomowy, a nie kotły opalane węglem. Reaktor ten generuje bardzo wysokie temperatury, więc zamiast zamieniać jego energię cieplną na elektryczną można ją potencjalnie wykorzystywać także np. przy produkcji stali albo zielonego wodoru.
Technologia budowania elektrowni atomowych także się zmienia. Tradycyjne, powszechnie znane elektrownie atomowe są ogromnymi konstrukcjami – przypominającymi połączenie gotyckiej katedry z lotniskiem. Powstają one w miejscu planowanej lokalizacji niczym swoiste dzieło sztuki, co wiąże się z tym, że najczęściej buduje się je dużo dłużej i drożej niż zakładano. Współcześnie dąży się do tego by nowoczesne reaktory produkowano seryjnie w fabrykach – przez co są one mniejsze, tańsze i powstają szybciej. Innymi słowy, jednym z ważnych kierunków rozwoju energetyki nuklearnej są małe, modułowe reaktory ( tzw. SMR-y). Chodzi także o to, żeby ich sposób certyfikacji przez organy nadzoru przypominał raczej certyfikację seryjnie produkowanych samolotów pasażerskich, niż lotnisk.
Nie mam żadnego osobistego interesu w promowaniu energetyki jądrowej poza chęcią pozostawienia moim dzieciom świata, który nadaje się do życia, a to wymaga rozwiązania problemu klimatycznego w przeciągu najbliższych kilkudziesięciu lat. Jeżeli jednak chcemy dokonać dekarbonizacji gospodarki w tak krótkim terminie to już dziś potrzebujemy całościowego planu jak tego dokonać. Proces ten zakłada bowiem całkowitą przebudowę fundamentów naszej cywilizacji, które przez ostatnie dwieście lat stawialiśmy w oparciu o paliwa kopalne. Tania i powszechnie dostępna energia elektryczna nie jest jakimś dobrem luksusowym i miłym dodatkiem do naszego życia, lecz samym kręgosłupem naszej gospodarki – kryzys energetyczny związany z rosyjską agresją wobec Ukrainy unaocznia nam ten fakt, aż nazbyt dobitnie.
Nie da się dzisiaj stworzyć całościowego planu odejścia od paliw kopalnych w gospodarce bez wykorzystania potencjału energetyki jądrowej. Przekonują o tym znane i zasłużonej dla ruchu ekologicznego postacie takie jak Stewart Brand (na zdjęciu), twórca legendarnego „The whole earth catalog”, czy założyciel Greenpeace Patrick Moore. Zapewne w odległej przyszłości zdecydowaną większość energii elektrycznej pozyskiwać będziemy ze źródeł odnawialnych. Jednak w ciągu najbliższych dekad potrzebujemy bezemisyjnego, niezawodnego i ciągłego źródła energii, które stabilizować będzie system energetyczny. Nie osiągniemy dekarbonizacji gospodarki po prostu zaprzestając finansowania wydobycia węgla i ropy, montując panele słoneczne i popularyzując elektryczne samochody. Bill Gates ma taką trafną frazę, że największe przeszkody w walce z kryzysem klimatycznym nie kreują bynajmniej klimatyczni negacjoniści, ale ci którzy twierdzą, że to jest łatwe i proste.
Fot: „Nuclear Environmentalist” by jurvetson is licensed under CC BY 2.0.