Gdje je nuklearna energija u klimatski zelenoj budućnosti i politici?

Nuklearna energija – za ili protiv? Koje su prednosti, a koje su to mane nuklearne energije? Nuklearna energija ima nula emisija ugljičnog dioksida i prema tome je klimatski prihvatljiva. Treba razmotriti gdje je mjesto nuklearne energije u priči o smanjunju emisija, posebno u odnosu na obnovljive izvore i resurse koji koji su potrebni za izgradnju vjetroelektrana i hidroelektrana. Potrebno je i razmotriti koji izvori daju više energije. Nakon katastrofa koje su se dogodile u Černobilu, u britanskom nuklearnom centru Windscale (1957. požar) te u Fukushimi, svijet je dobio paranoju od nuklearne energije. Međutim, osim ovih izolovanih slučajeva, nuklearne nesreće se nisu događale. Ovim člankom otvaramo i temu nuklearne energije, i u nekim budućim člancima želimo govoriti više i o odlaganju i skladištenju nuklearnog otpada, rudarenju i dobijanju urana, vrstama nuklearnih reaktora, tome kako zapravo izgleda nuklearno gorivo i šta se dešava s potrošenim nuklearnim gorivom. Stay tuned!

Koliko je nuklearna energija danas sigurna? Koliko je zelena?

Da li je realno, pogotovo u aktuelnim političkim konstelacijama, u kojima je nužno naći način da se ne ovisi o ruskom plinu, da li je realno i dobro gasiti nuklearne centrale? Pitali smo dr. Krešimira Trontla sa Fakulteta elektronike i računarstva pri Univerzitetu Zagreb da nam objasni nekoliko važnih stvari o nuklearnoj energiji.

Dosta odioznosti prema nuklearnoj energiji dolazi iz pravca stranaka Zelenih. Stavovi stranaka ove strane političkog spektra imali su dosta utjecaja i na stavove javnosti prema nuklearnoj energiji. Zato je potrebno dati nekoliko podataka o stavovima javnosti.

U nacionalnoj anketi o nuklearnoj energiji i radioaktivnom otpadu provedenoj u Hrvatskoj krajem 2016. i početkom 2017. godine, na uzorku od 2002 ispitanika, postavljeno je sljedeće pitanje:

„Kada čujete pojam nuklearna elektrana prvo što pomislite je:

1. Rizik je veći od prednosti nuklearnih elektrana
2. Prednosti nuklearnih elektrana veće su od rizika
3. Nešto drugo________________
4. “Ne znam”

1.      

Prof. Trontl kaže kako je tada 48,4% ispitanika smatralo da nuklearne elektrane predstavljaju veći rizik od prednosti koju donose, 27,2% naglašava prednosti nuklearnih elektrana, a 19,1% je odabralo odgovor „Ne znam”. Od 5,4% ispitanika koji su se odlučili za treći odgovor, najviše ih je upisivalo „Černobil”.

„Iako pitanje nije bilo formulisano tako da osigura dobru podlogu za takvu analizu, rekao bih da je u svijesti populacije Černobil još uvijek prisutan“, kaže dr. Trontl.

A sad malo prave fizike i inženjerstva nuklearnih katastrofa.

Veličina koja se koristi za kvantitativno izražavanje sigurnosti reaktora je vjerovatnost taljenja reaktorske jezgre VTJ ili engleski CDF (Core Damage Frequency). Takav događaj počinje s nekim incijalnim kvarom, te se razvija uz pretpostavku da slijede drugi kvarovi koji u konačnici mogu dovesti do izostanka hlađenja jegre i njezinog taljenja. To predstavlja najgoru moguću nesreću. Probabilističkim metodama računaju se doprinosi svih inicirajućih događaja kako bi njihov zbroj dao ukupnu vjerovatnost taljenja jezgre reaktora. Vjerovatnost se od 10^-4 (1 događaj u 10 000 reaktora na godinu) 80-tih godina spustila na 10^-7 za novi EPR reaktor (Finska, Francuska), tako da se može govoriti o povećanju sigurnosti za red veličina 1000. Novi napredni reaktori koju su sada u fazi dizajna imaju VTJ reda veličine 10^-8. Također, postojeća postrojenja kontinuirano prolaze kroz različita testiranja i modernizaciju kako bi se sigurnost povećala.

Šta ovo znači? Znači da je vjerovatnost nuklearnih katastrofa u nukelarnim elektranama jako, jako niska.

Černobilska katastrofa je izazvana, prije svega, ljudskom greškom i nedovoljnom kompetencijom, dok je Fukushima rijedak primjer centrale koja je doživjela nepredviđena oštećenja usljed prirodne nepogode. Windscale katastrofa se desila još u vrijeme manje sigurnih elektrana. Danas se još više polaže na čvrstinu i otpornost ovih objekata – to su praktično betonske utvrde koje su projektovane tako da ne budu kompromitovane čak ni ako rakete i bombe padnu na njih.

 

Šta se sve koristi kao pogon za nuklearnu fisiju u nuklearkama i koja je cijena tog goriva?

Kao gorivo se prvenstveno koristi uranov dioksid UO2 obogaćen do 5% (udio izotopa U-235).

„Za cijenu goriva nisam u potpunosti siguran, ali okvirno, cijena je oko 1200 USD/kg UO2, što u prosjeku rezultira cijenom od 0,33 USD centa po kWh proizvedene energije. Uz LCOE od 15 USD centi po kWh, proizlazi da je udio cijene goriva u ukupnoj cijeni proizvedene električne energije malo veći od 2%“ odgovara dr. Krešimir Trontl.
Uranom se ne trguje na otvorenom tržištu kao sa drugim proizvodima. Kupci i prodavači privatno pregovaraju o ugovorima.

U nekim elektranama se koristi i MOX gorivo (Mixed oxide fuel) u kojem se osim UO2 nalazi i PuO2 (plutonijum oksid), pri čemu Pu dolazi iz recikliranog istrošenog goriva.

 

Pod pritiskom „zelenih struja”, naročito u Njemačkoj, pojavio se trend zatvaranja nuklearnih centrala. Koliko ovaj trend pojačava zapravo ovisnost o fosilnim gorivima?

„Ne samo da pojačava ovisnost o fosilnim gorivima, nego ima i suprotan efekt od željenog što se tiče smanjenja emisije ugljičnog dioksida. Njemačka je manjak električne energije, nastao postepenim gašenjem nuklearnih elektrana, uglavnom nadomjestila električnom energijom iz termoelektrana na ugljen i povećanim uvozom“, objašnjava dr. Trontl.

Na stranici electricitymap https://app.electricitymap.org/map može se pratiti trenutno stanje emisija ugljičnog dioksida prilikom proizvodnje električne energije izraženo u g CO2/kWh. Njemačka redovito ima bitno veću prosječnu emisiju od, recimo Francuske, koja uglavnom proizvodi električnu energiju u nuklearnim elektranama, ili Švedske koja kombinuje uglavnom nuklearne i hidroelektrane. Evo kako to obično izgleda:

 

 

 

Povremeno na stranici nema podataka za neke države, pa treba probati sljedeći dan.

Njemačka je planirala nadomjestiti električnu energiju iz nuklearnih i termoelektrana na ugljen (koje kani zatvoriti) električnom energijom iz elektrana na plin. No, Njemačka sada uvozi više od 90% plina a uglavnom ga ne koristi za proizvodnju električne energije. U suštini, ovo je značilo da će uvoz plina u Njemačku rasti i to je bio moguć scenario za ovu zemlju sve do početka ukrajinske krize, kada Njemačka prekida svoje plinske odnose s Rusijom. Međutim, ova odluka ima energetske konsekvence na privredu Njemačke: Njemačka na početku invazije na Ukrajinu prekida Sjeverni tok 2, ali to je čini ranjivom na političke prilike jer više nema aktivnih nuklearki. Osim dvije čije je gašenje planirano u 2022. Moguće opcije za Njemačku su vraćanje na termoelektrane, vraćanje na nuklearne elektrane i korištenje ukapljenog američkog plina (pročišćeni zemni plin rashlađivanjem pretvoren u tekuće stanje radi lakšeg prevoza – liquefied natural gas, LNG) ili ukapljenog plina iz nekih drugih zemalja poput Katara. Pri tome, LNG je skuplji od ruskog plina, a dobija se i metodom hidrauličkog frakturiranja (fracking) koje nije nimalo „zeleno“, jer ne samo da se oštećuje geološka podloga, nego se oslobađa i dosta metana, još jednog stakleničkog plina.

Za razliku od Njemačke, Francuska nije zatvarala svoje nuklearke i nije se našla u problemu oko isporuke ruskog plina.  No, ne slažu se svi analitičari s takvim scenarijem. Neki smatraju da će bolja uporaba obnovljivih izvora s postrojenjima za pohranu energije dovesti do smanjenja uvoza prirodnog plina. Tu se spominje i direkta proizvodnja primjerice vodika ili metana iz obnovljvih izvora. Takva su postrojenja u pilot fazi i pitanje je kada ćemo doći do široke upotrebe.

 

Koliki je radni vijek jedne nuklearne centrale? Kako nuklearke “idu u penziju” i šta se s njima dešava poslije?

„Životni vijek nuklearne elektrane je dosta specifičan u ovisnosti o elektrani. Obično se govori o periodu od 30 do 60 godina. Ali, primjerice, NE Krško je inicijalno trebala raditi 40 godina, do 2023. Ali, već je negdje oko 2013 (ne znam točno godinu) donesena odluka da se krene u procedure traženja dozvole za produljenje rada do 2043. godine. Znači, ukupno 60 godina. Taj je proces sada u završnoj fazi. U SAD-u je američka regulatorna agencija (NRC Nuclear Regulatory Commission) izdala dozvole za nekoliko elektrana za rad do 80 godina“, objašnjava dr. Trontl.

Jednom kada elektrana konačno obustavi rad počinje razgradnja (dekomisija) nuklearne elektrane. U osnovi, postoje tri načina dekomisije:

1.       DECON ili Direktno (neposredno) uklanjanje radioaktivnosti. Postrojenje se dekontaminira i rastavlja, a kompletan radioaktivni materijal se uklanja. Lokacija se više ne smatra nuklearnom. Radovi, ovisno o postrojenju, mogu početi za nekoliko mjeseci od konačne obustave rada, a vrijeme trajanja dekomisije se procjenjuje na petnaestak godina.

2.       SAFESTOR ili Odloženo uklanjanje radioaktivnosti s lokacije uz odgovarajući nadzor. Tekući i prenosivi kruti radioaktivni materijal se uklanja s lokacije a preostala oprema i zgrade su izolirani i pod nadzorom da bi se osigurala zaštita pučanstva i okoliša u duljem vremenskom razdoblju. Predviđeno vrijeme izolacije je oko 40 godina, a razdoblje trajanja ovog načina dekomisije procjenjuje se na pedesetak godina.

3.       ENTOMB ili Djelomično uklanjanje radioaktivnih materijala uz dugoročni institucionalni nadzor lokacije. Provodi se dekontaminacija samo onih dijelova elektrane u koje je omogućen siguran pristup radnog osoblja. Preostali radioaktivni materijal i strukture imobiliziraju se u monolitnu (betonsku) strukturu koja sprječava širenje radionuklida, sve dok se ne osiguraju uvjeti za konačnu dekomisiju. Do tada je lokacija pod nadzorom, a njezino korištenje je ograničeno. Razdoblje trajanja ovog načina dekomisije procjenjuje se na 110 i više godina.

„Do sada je u svijetu oko 115 komercijalnih reaktora, 48 eksperimentalnih ili prototipnih reaktora i više od 250 istraživačkih reaktora u potpunosti obustavilo svoj rad. Oko 17 ih je u potpunosti razgrađeno, a 50 je u fazi razgradnje, oko 50 je u postupku SAFESTOR, tri u ENTOMB stanju, a za neke tek treba donijeti odluku“, pojašnjava prof. dr.Trontl.

Gdje je danas tehnologija nuklearnih elektrana?

Reaktori koji se danas grade uglavnom pripadaju tzv. generaciji III i III+, a reaktori koji su u fazi dizajna generaciji IV. Svaka nova generacija reaktora donosi tehnološki napredak, a sve sa ciljem povećanja njihove sigurnosti i standardizacije izrade kako bi se smanjili troškovi izgradnje.

Možete li uporediti utjecaj na okoliš nuklearnih centrala s utjecajem termoelektrana i hidroelektrana te vjetroelektrana?
„Za termoelektrane na ugljen je jasno da se moraju zatvoriti, pa neću previše o njima. Interesantna je usporedba nuklearnih i obnovljivih izvora kao sredstva koja se najčešće spominju kao zamjena za ugljen“.

Utjecaj na okoliš može biti svašta. Nekoliko primjera:

• gustoća snage – moguća snaga po kvadratnom metru zauzeća površine: nuklearna – do 4000 W/m2, fotovoltaici – 4-10 W/m2, vjetar – 0,5 – 1,5 W/m², biomasa – 0,5 – 0,6 W/m²
• upotreba rijetkih metala (kod nuklearnih praktički nema potrebe za rijetkim materijalima):

• upotreba vode – nuklearke trebaju manje vode od bioplina, ali bitno više od fotovoltaica ili vjetra koji ne trebaju vodu pri radu
• direktna upotreba zemljišta: prema studiji SBC Energy Institute (2014) u m²/GWe, nuklearna 50 – 120; fotovoltaici 329 – 463 i vjetar 1500–3200; ako se uzme u obzir mogućnost teške nesreće, onda dolazi i do pitanja upotrebe zemljišta nakon prestanka rada elektrane – Černobil i Fukushima su naravno negativni primjeri za nuklearnu; treba uzeti u obzir i mogućnost postavljanja fotovoltaika na krovove zgrada pa onda nema dodatnog zauzeća zemljišta;
• emisija CO2, pri čemu slika govori 1000 riječi:

Zatim, tu je i utjecaj na zdravlje u YOLL (years of life loss) / kWh proizvedene električne energije: (CH – Švicarska, FR – Francuska, DE – Njemačka, IT – Italija, DK – Danska), prema tabeli Mortality in terms of Years of Life Lost (YOLL) per kWh electricity produced for different systems and different locations koju možete naći ovdje.

 

Također bi bilo dobro usporediti i energetsku efikasnost ovih postrojenja. Za to u energetici imamo pojam faktor kapacitivnosti, ili faktor iskorištenja snage. To je omjer električne energije koju postrojenje proizvedene na godišnjoj bazi i električne energije koju bi moglo proizvesti da stalno radi na nominalnoj snazi. Recimo, ako elektrana snage 1 MW proizvede godišnje 4380 MWh, onda je njezin faktor kapacitivnosti 50% jer je teoretski mogla proizvesti 8760 MWh da je radila svih 365 dana, 24 sata dnevno.

„Nuklearne elektrane imaju faktor kapacitivnosti veći od 90%. Kada rade, rade uglavnom na punoj snazi. Primjerice, NE Krško je 2020. godine imala faktor kapacitivnosti od 99,51%. Ove godine će taj postotak biti manji jer neko vrijeme elektrana nije radila zbog redovitog remonta“, objašnjava Trontl.

Prosječni faktor kapacitivnosti svih vjetroelektrana u EU i Velikoj Britaniji je u 2020. godini bio 27%. One na kopnu su imale 25%, a na moru 42%.

„Ako zanemarimo činjenicu da vjetroelektrane proizvode onda kada ima vjetra, znači ne nužno onda kada trebamo električnu energiju, 25% u odnosu na 99,51%, znači da trebamo barem četiri puta (4x) više instalirane snage vjetroelektrana od snage nuklearne elektrane. Cijelo vrijeme se igramo s godišnjim prosjecima. Ali ima i još jedan zgodan podatak. U 2017. godini je u 18 EU država koje su dale podatke najmanja zabilježena proizvodnja energije u svim vjetroelektranama bila 1% u odnosu na instalirani kapacitet. Za solarne panele stvar je još lošija. Faktor kapacitivnosti nije veći od 15%.“, dodaje Trontl.

Nuklearne elektrane proizvode više od 26% električne energije proizvedene u Evropskoj uniji, a u oktobru 2021. godine, grupa od 10 EU zemalja, predvođena Francuskom tražila je od zvaničnog Brisela da se nuklearna energija označi kao zelena.

U januaru 2022. Njemačka vlada rekla je da nuklearnu energiju „smatra opasnom“ i protivi se prijedlozima Evropske unije koji bi omogućili da tehnologija ostane dio planova za klimatski prihavatljivu budućnost. Posljednje tri njemačke nuklearne elektrane zatvoriće se kasnije tokom 2022. Radi se o elektranama Emsland u Donjoj Saskoj, Isar 2 u Bavarskoj i Neckarwestheim 2 u Baden-Württembergu, a sve ovo je urađeno pod pritiskom njemačkih Zelenih, što Njemačku, u ovim političkim uslovima stavlja u iskušenje – kupovati skupi LNG, progledati kroz prste Rusiji i vratiti se na ruski plin (što bi naišlo na osude za licemjernost), žrtvovati ekonomiju ili – ipak se okrenuti nuklearkama.

Rat u Ukrajini je pokazao kako je nuklearna energija itekako potrebna i važna, ali tu također postoje stvari na koje treba obratiti pažnju – pravilno sigurno odlaganje nuklearnog otpada (o čemu ćemo više pisati u posebnom članku, kao i o količinama ovog otpada i količinama samog goriva potrebnog za nuklearke), te pitanje porijekla urana potrebnog za rad nuklearnih centrala. Naime, ako opstane ovisnost o ruskom uranu, to nije riješenje. Pri tome treba imati na umu da su Kazahstan i Ukrajina također bogati uranom i da su to sve područja kolizije interesa Zapada s Rusijom.

Primjerice, Bugarska ima dvije nuklearne centrale koje generiraju oko jedne trećine električne energije te zemlje, i ovisne su o ruskom nuklearnom gorivu. VVER reaktori u Finskoj, Češkoj, Slovačkoj, Mađarskoj, Bugarskoj i Ukrajini su ovisni o nuklearnom gorivu ruske kompanije Rosatom. Prelazak na gorivo drugog proizvođača, nije moguć preko noći jer se radi o kompleksnim stvarima i ugovorima i ne ide jednostavno kao tek prelazak na „drugu benzinsku pumpu“.

Stoga treba razmišljati dublje o EU ovisnosti o ruskoj energiji, jer se ne radi samo o plinu, nego i o nuklearnoj energiji. Solarni i vjetroizvori još su nedovoljni da učine EU nezavisnom o Rusiji, a mnoge druge zemlje bogate ovom rudom su također na meti političkih aspiracija Ruske Federacije.

IAEA – Nuclear power and climate change: Decarbonization

 

Još eseja iz serije “Nauka, politika i demokratija”:

Nauka nije apolitična
Da li je nauka demokratična?
Građanska nauka
Naučna i zdravstvena pismenost
Politizacija nauke

Ostale eseje iz ove grupe potražite pod Kategorijom “Nauka i demokratija”