Zašto napredni nuklearni reaktori imaju koristi za industriju i države zavisne od uglja

Proizvođač hemikalija DowDOW
će razviti mali nuklearni reaktor za industrijsku primjenu, potencijalno zamijeniti prirodni plin koji se sada sagorijeva na ekstremno visokim temperaturama kako bi se izvršile promjene u kemijskim spojevima. Napredne nuklearne tehnologije, međutim, postižu isti rezultat bez ispuštanja ugljičnih emisija.

Visokotemperaturni reaktori generacije IV najpoznatiji su po proizvodnji električne energije. Ali ih može koristiti i industrija. Budući da rade na 800 stepeni Celzijusa, mogu da prerađuju hemikalije, desaliniziraju okeansku vodu i proizvode čisti vodonik za električnu energiju i transport. Još bolje: reaktori mogu locirati gdje su nekada bile zatvorene elektrane na ugalj, vraćajući ekonomsko zdravlje devastiranim dijelovima zemlje.

„Struja je voće koje visi nisko“, kaže Patrick White, menadžer projekta za Alijansa za nuklearne inovacije, u razgovoru sa ovim piscem. „Još nismo integrisali nuklearnu energiju sa velikim hemijskim postrojenjima. Može doći do nekih štucanja i stvari koje treba riješiti. Ali prve reaktore za industrijsku primjenu vidjet ćemo krajem ove decenije. Nakon izgradnje četvrtog i petog reaktora, kompanije će se masovno prijaviti. Cilj je dekarbonizacija.”

Konkretno, Dow je partner sa X-energy da razvije mali modularni reaktor na jednoj od Dow-ovih lokacija duž obale Meksičkog zaliva, koji bi mogao da počne sa radom 2030. Dow takođe preuzima manjinsko vlasništvo u X-energy. Svaki modularni reaktor može proizvesti 80 megavata. Ali oni se mogu složiti zajedno kako bi proizveli 320 MW, pružajući čistu, pouzdanu i sigurnu snagu osnovnog opterećenja za podršku električnih sistema ili industrijskih aplikacija.

Postojeći američki nuklearni reaktori su druge generacije, iako Southern Company gradi reaktore treće generacije koje je razvio Westinghouse. Mali modularni reaktori su četvrta generacija, koji proizvode više električne energije uz manje troškove. Treća i četvrta generacija će se automatski isključiti u slučaju nužde.

“Napredna mala modularna nuklearna tehnologija bit će ključno sredstvo za Dow-ov put ka nultim emisijama ugljika i našoj sposobnosti da potaknemo rast isporukom proizvoda s niskim udjelom ugljika našim kupcima”, kaže Jim Fitterling, Dow-ov glavni izvršni direktor. “Tehnologija X-energy je među najnaprednijim, a kada se implementira, isporučivat će sigurnu, pouzdanu energiju i paru s niskim udjelom ugljika.”

Sektori koji se teško dekarboniziraju

Trenutno, 99% svjetske proizvodnje vodonika dolazi iz fosilnih goriva. To se zove sivi vodonik. Cilj je doći do zelenog vodonika, pri čemu solarni paneli ili vjetroturbine proizvode električnu energiju pomoću elektrolizera. Ali toplina i električna energija iz nuklearne energije također mogu podijeliti molekulu vode za proizvodnju vodika - koji se koristi za rafiniranje nafte, proizvodnju čelika ili proizvodnju kemikalija.

Takav proces je bez emisija i prijeko potreban. Prema Američka agencija za zaštitu okoliša, električna energija je uzrokovala 25% globalnih emisija stakleničkih plinova, dok su industrijske operacije činile 24%. Prevoz je činio 27%, sve u 2020.

Nuklearna energija također može desalinirati morsku vodu. Prema Međunarodnoj agenciji za atomsku energiju, dnevno se proizvodi 40 miliona kubnih metara pitke vode - uglavnom na Bliskom istoku i u sjevernoj Africi, koristeći fosilna goriva za izvlačenje pare ili električne energije kako bi se olakšao proces. Ali ističe se da se nuklearna energija i postrojenja za desalinizaciju kombinuju u Japanu i Kazahstanu, gdje komercijalni objekti rade od 1970-ih.

„Ako smo zainteresovani za čistu energiju, razmislite o svim izvorima goriva koje imamo“, kaže Vajt iz alijanse. “Proizvodnja električne energije čini oko 25% naše emisije. Nuklearna se može pozabaviti industrijskim sektorima koje je teško dekarbonizirati. Nuklearne elektrane također moraju raditi punim kapacitetom. Njihovo korištenje za desalinizaciju i proizvodnju vodonika — uz proizvodnju pouzdane električne energije — dobra je sinergija i isplativa.”

Da budemo sigurni, postoje mnoge prepreke koje treba savladati. Nuklearna goriva se često karakterišu na osnovu njihove koncentracije specifičnog izotopa uranijuma, U-235. Reaktori koji danas rade u Sjedinjenim Državama zahtijevaju nivo obogaćivanja goriva od 3%-5% U-235, poznatog kao goriva nisko obogaćenog uranijuma. Mnogi napredni reaktori u razvoju će zahtijevati više razine obogaćivanja goriva, neki do 20% U-235. Ovo gorivo sa visokim obogaćenjem uranijuma naziva se visoko-probni, nisko obogaćeni uranijum (HALEU).

Glavni izazov za napredne reaktore koji zahtijevaju HALEU gorivo je taj što materijal nije komercijalno dostupan u Sjedinjenim Državama. Jedini dobavljač je ruska državna kompanija TENEX — nepoželjna u današnjim okolnostima. Ali federalni poticaji mogli bi katalizirati domaću proizvodnju goriva i stvoriti trajni lanac vrijednosti. Inače, Australija, Kanada i Kazahstan ga takođe pružaju.

Može li nuklearna energija zamijeniti ugalj?

U isto vrijeme, teško je kvantificirati cijenu izgradnje tih naprednih nuklearnih reaktora. Više sigurnosti će doći nakon što programeri počnu dizajnirati postrojenja i troškove modeliranja. Nadalje, kako društvo cijeni ugljik, nuklearna energija će biti privlačnija. Uzmite u obzir da GE Hitachi Nuclear Energy radi sa Ontario Power Generation na izgradnji malog reaktora koji će početi 2024.: oni pokušavaju da navedu druge da implementiraju istu tehnologiju kako bi smanjili troškove.

Nuklearna energija je, naravno, naišla na otpor od incidenta na ostrvu Tri milje 1979. Ali napori za dekarbonizaciju bi to mogli promijeniti — posebno oni koji bi pomogli regijama zavisnim od uglja. Zakonodavno tijelo Zapadne Virdžinije donijelo je politiku koja dozvoljava malim modularnim reaktorima da zamjene penzionisana postrojenja na ugalj. Indiana, Illinois, Montana i Wyoming razmatraju slične poteze.

Zaista, Simon Irish, izvršni direktor Zemaljska energija, piše da nuklearne elektrane četvrte generacije mogu zamijeniti postrojenja na ugalj, oživljavajući zajednice koje su ih ugostile. Budući da ti napredni reaktori mogu raditi na istim temperaturama kao kotao na ugalj, to je praktična ideja. Štaviše, zamjenska jedinica je bez emisija.

Jigar Shah, direktor Ureda za kreditne programe Ministarstva energetike, podržava to razmišljanje, rekavši da je ovaj potez logičan početak, jer su infrastruktura i mrežne veze već uspostavljene. Njegova agencija daje 11 milijardi dolara za razvoj malih modularnih reaktora.

„Ako nuklearna industrija radi ono što je decenijama radila, ljudi će oklevati“, kaže Vajt iz Alijanse za nuklearne inovacije. “Nije naišlo na dobar rezultat u javnosti. Sada imamo mogućnost da nuklearnoj elektrani damo još jednu šansu zbog dekarbonizacije. Ali moramo izgraditi povjerenje sa zajednicama i objasniti tehnologije. Moramo biti sigurni da im je to ugodno. Moramo dobiti društvenu licencu za nuklearnu energiju – tako da je ljudi žele u svojim dvorištima.”

Renesansa nuklearne energije bi se konačno mogla dogoditi. Dekarbonizacija je poticaj. Ali Zakon o smanjenju inflacije dodaje poreske olakšice koje će zainteresovati investitore i zajmodavce, od čega će imati koristi delikatne zajednice i šira ekonomija. Dow uočava priliku — potencijalni prethodnik za druge proizvođače.