Składowanie odpadów promieniotwórczych w głębokich formacjach geologicznych

Transkrypt

1 Składowanie odpadów promieniotwórczych w głębokich formacjach geologicznych Relacja studentów Wydziału Energetyki i Paliw AGH z kursu Geological Storage of Nuclear Spent Fuel w Oskarshamn w Szwecji Dwanaście dni w szwedzkim mieście Oskarshamn spędziła czterdziestodwuosobowa grupa młodych ludzi z całego świata uczestnicząca w letnim kursie Geological Storage of Nuclear Spent Fuel organizowanym przez Królewski Instytut Technologiczny KTH w Sztokholmie oraz Svensk Kärnbränslehantering (SKB). Wśród uczestników znaleźli się również studenci z Polski czteroosobowa grupa studentów specjalizacji Energetyka Jądrowa z Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej im. St. Staszica w Krakowie. Kurs Wybór Oskarshamn jako miejsca kursu nie był przypadkowy. To liczące jedynie 17 tys. mieszkańców miasteczko na wschodnim wybrzeżu Szwecji może szczycić się mianem zagłębia przemysłu jądrowego. W regionie znajduje się elektrownia z trzema reaktorami energetycznymi, laboratorium badawcze pojemników do przechowywania wypalonego paliwa jądrowego SKB Canister Laboratory oraz laboratorium badań nad bentonitem The Bentonite Laboratory. W pobliżu miasta znajduje się również siedziba przejściowego składowiska wypalonego paliwa CLAB oraz zakład Äspö Hard Rock Laboratory. Ponadto to właśnie Oskarshamn było rozważane jako lokalizacja ostatecznego repozytorium. Ostatecznie miastem gdzie składowisko takie powstanie jest Forsmark. Pierwszy tydzień kursu upłynął pod znakiem wykładów dotyczących podstaw energetyki jądrowej, ze szczególnym Polsko-amerykańska grupa studentów

2 składowania wypalonego paliwa w Szwecji. Pracownicy SKB przedstawili rozwiązania technologiczne i bezpieczeństwa, jakie będą zastosowane w ostatecznym składowisku wypalonego paliwa w Forsmark. Prześledzono również kwestie ekonomiczno-społeczne. Mapowanie obszarów brzegowych na terenach Äspo Hard Rock Laboratory uwzględnieniem końcowej części jądrowego cyklu paliwowego. Wykłady prowadzone przez naukowców z m.in z Królewskiego Instytutu Technologicznego KTH w Sztokholmie, Univerystetu Illinois czy Univerytetu Tsinghua w Pekinie oraz przedstawicieli firmy SKB odpowiadały na pytania, dlaczego temat składowania wypalonego paliwa jest tak ważny, jakie sposoby tymczasowego i ostatecznego składowania są znane oraz jak i gdzie bezpiecznie je składować. Przeanalizowano słuszność i opłacalność przerobu wypalonego paliwa w celu jego ponownego użycia. Ponadto przedstawione zostały zagadnienia dotyczące geologii, hydrogeologii, petrologii i mineralogii Szwecji. Po omówieniu tych kwestii przyszedł czas na wykłady dotyczące rozwiązań z zakresu Grupa studentów AGH w trakcie zajęć terenowych W kolejnym tygodniu uczestnicy mieli okazję zastosować w praktyce zdobytą wiedzę teoretyczną podczas zwiedzania obiektów firmy SKB oraz ćwiczeń terenowych na obszarach Äspo Hard Rock Laboratory. Badania terenowe odbywały się zarówno na powierzchni, jak i 400 metrów pod ziemią. Polegały one na nauce mapowania oraz rozpoznawaniu rodzajów gleb i skał. Z pomocą fachowców prześledzony został proces tworzenia się skał w okolicach Äspo Hard Rock Laboratory. Analizowano wpływ mikrobiomu na zmiany w strukturze skał, wody podziemne oraz ewentualną korozje pojemników, w których będzie przechowywane wypalone paliwo. Energetyka jądrowa w Szwecji Dwa główne źródła energii elektrycznej w Szwecji to energetyka jądrowa oraz hydroenergetyka. Udział tych źródeł jest do siebie zbliżony i wynosi ponad 40 %. Początek rozwoju energetyki jądrowej w Szwecji to rok W tym roku utworzono Atomic Energy Company. Siedem lat później powstał pierwszy badawczy reaktor ciężkowodny. Następnie w 1964 powstały kolejne dwa ciężkowodne reaktory, tym razem służące już do produkcji energii, Agesta oraz Marviken. Szwecja chciała w tym okresie kontynuować rozwój energetyki jądrowej z użyciem reaktorów ciężkowodnych, które mogły być wykorzystane również do wytwarzania plutonu. Ten zaś miał służyć do produkcji głowic jądrowych. Ostatecznie szwedzki program wytwarzania broni nuklearnej został zamknięty wraz z podpisaniem w 1968 roku traktatu o nierozprzestrzenianiu

3 Szwedzkie źródła energii elektrycznej. Źródło: World Nuclear Association broni jądrowej. Obecnie w Szwecji pracują trzy elektrownie jądrowe - w Oskarshamn, Forsmark oraz Ringhals. Oskarshamn oraz Forsmark posiadają po trzy reaktory jądrowe typu BWR 1, a Ringhals cztery, przy czym trzy z nich to reaktory PWR 2 a jeden BWR. Roczna produkcja energii wynosi średnio TWh G o s p o d a r k a o d p a d a m i promieniotwórczymi w Szwecji Energetyka jądrowa to niezaprzeczalnie wydajne, niezwodne, a zarazem jedno z najczystszych źródeł energii. Nie można pominąć jednak faktu produkcji odpadów promieniotwórczych. Wspólna konwencja bezpieczeństwa w postępowaniu z wypalonym paliwem jądrowym i b e z p i e c z eństwa w p o s tępowaniu z o d p a d a m i promieniotwórczymi, sporządzona w Wiedniu dnia 5 września 1997 r. oraz Dyrektywa Rady 2011/70/EURATOM ustanawiająca ramy wspólnotowe w zakresie odpowiedzialnego i bezpiecznego gospodarowania wypalonym paliwem jądrowym i odpadami promieniotwórczymi 1 BWR Boiling Water Reactor, czyli reaktor wodny wrzący. 2 PWR Pressurised Water Reactor, reactor wodny ciśnieniowy stanowią podstawy prawne postępowania z odpadami jądrowymi. Każde państwo posiadające elektrownie jądrowe jest zobligowane do działań mających na celu doprowadzenie odpadów jądrowych do stanu gdzie nie zagrażają społeczeństwu oraz środowisku. W Szwecji w tym celu została powołana specjalna organizacja - Szwedzkie Przedsiębiorstwo Gospodarki Paliwem Jądrowym i Odpadami - SKB (Svensk Karnbranslehantering). Działanie SKB są jednym Elektrownia Jądrowa Oskarshamn z największych w Szwecji projektów ochrony środowiska. Ich głównym celem jest opracowanie metod zarządzania wypalonym paliwem jądrowym i odpadami

4 Źródła odpadów promieniotwórczych oraz postępowanie z nimi promieniotwórczymi oraz wprowadzenie ich w życie. Od ponad trzydziestu lat SKB prowadzi badania dotyczące wyboru najlepszych technologii, miejsca oraz materiałów potrzebnych do bezpiecznego składowania odpadów. Od połowy lat 80 w Szwecji działa ostateczne składowisko dla nisko i średnioaktywnych krótkożyciowych odpadów promieniotwórczych (Final Repository for Short-Lived Radioactive Waste (SFR)) oraz przejściowe składowisko wypalonego paliwa CLAB (Central Interim Storage Facility for Spent Nuclear Fuel). Transport odpadów promieniotwórczych oraz wypalonego paliwa z elektrowni jądrowych odbywa się przy pomocy specjalnie przystosowanego statku M/S Sigrid. Zapewnia on możliwość szybkiego załadunku i rozładunku. Czterdziestoletnia historia energetyki jądrowej w Szwecji niesie za sobą konieczność znalezienia rozwiązania kwestii długoterminowego (co najmniej 100 tysięcy lat) składowania dużych ilości wypalonego paliwa jądrowego. W Szwecji wybór padł na składowanie wypalonego paliwa w całości, bez możliwości ponownego wykorzystania. Paliwo będzie składowane w miedzianych pojemnikach, otoczonych przez bentonit, 500 metrów pod powierzchnią ziemi. Ponad dwadzieścia lat temu zaczęto poszukiwać odpowiedniego dla tego celu pod względem geologicznym miejsca. Wybrano dwa miasta, Oskarshamn oraz Forsmark, jednakże ostatecznie w 2009 roku zdecydowano się na Forsmark. Jak już wspomniano wcześniej, w zależności od aktywności oraz czasu życia, odpady są kierowane do SFR lub do CLAB. Składowisko odpadów średnio i niskoaktywnych SFR Składowisko zostało otwarte w 1988 roku w Forsmark. Był to jeden z pierwszych obiektów tego typu na świecie. Trafiają tutaj odpady krótkożyciowe, nisko i średnioaktywne, niewymagające wstępnego chłodzenia w basenach z wodą. Trafiają tam m.in. ubrania ochronne używane w elektrowniach jądrowych, filtry, narzędzia. Są to zarówno odpady z elektrowni jądrowych jak i odpady medyczne, przemysłowe oraz badawcze. Co roku do SFR trafia m 3 tego typu odpadów. Składowisko jest ulokowane 50 metrów pod poziomem wód Morza Bałtyckiego. Z powierzchnią Ziemi łączą je dwa równoległe kilometrowe tunele. Składowisko stanowią cztery 160-metrowe sklepienia skalne oraz komora

5 Składowisko odpadów średnio i niskoaktywnych w Forsmark w podłożu skalnym z 50 metrowym betonowym silosem dla najbardziej aktywnych odpadów. W 2014 roku złożono wniosek o powiększenie składowiska. Z nową objętością, wynoszącą m 3 ma ono stanowić miejsce na złożenie odpadów pochodzących z demontażu szwedzkich reaktorów jądrowych. Przejściowe składowisko wypalonego paliwa CLAB W trakcie kursu uczestnicy odwiedzili przejściowe składowisko wypalonego paliwa CLAB. Wypalone paliwo jądrowe to wysokoaktywny i długożyciowy odpad promieniotwórczy, którego składowanie stwarza zdecydowanie więcej wyzwań niż w przypadku odpadów składowanych w SFR. Po około pięciu latach użytkowania w reaktorze paliwo określane jest mianem wypalonego i następuje jego wymiana. Zużyte paliwo trafia do przyreaktorowych basenów z wodą w celu jego ochłodzenia, ponieważ zachodzącym w dalszym ciągu rozpadom promieniotwórczym towarzyszy generacja ciepła. Transport lub ostateczne składowanie takiego paliwa nie byłby możliwy ze względu na brak odbioru ciepła i możliwość stopienia, a co za tym idzie uwolnienia substancji radioaktywnych do środowiska. Po około roku wypalone paliwo trafia do CLAB, gdzie umieszczane jest w dwóch specjalnie przeznaczonych do tego basenach 50 metrów pod powierzchnią ziemi. Pomiędzy basenami znajduje się pomost służący do załadunku paliwa. N a d p a l i w e m znajduje się 8- metrowa warstwa wody, która pełni funkcję osłony przed promieniowaniem oraz odbiera od paliwa ciepło powstające wskutek rozpadów jądrowych. Temperatura wody w basenach to około 36 C. Baseny posiadają systemy chłodzenia odprowadzające ciepło. W CLAB jest możliwe składowanie 8000 ton wypalonego paliwa. Aktualnie znajduję się w nim już około 6000 ton. Warto wspomnieć, że niewielka ilość wypalonego paliwa trafiła ze Szwecji do zakładów zajmujących się jego przeróbką w Anglii oraz Francji. Mimo to, Szwecja nie planuje na dzień dzisiejszy odzyskiwania i wykorzystywania rozszczepialnych izotopów z wypalonego paliwa. Fakt ten, wraz ze zmniejszającą się ilością miejsca w przejściowym składowisku wskazuje na pilną potrzebę wprowadzenia rozwiązania, które pozwoli na ostateczne, wieloletnie składowanie wypalonego paliwa. Kasety paliwowe w składowisku przejściowym CLAB

6 Ostateczne składowisko wypalonego paliwa w Forsmark W wyniku dwudziestu lat badań firma SKB opracowała nową, unikalną metodę składowania wypalonego paliwa jądrowego. SKB-3, bo o niej mowa, opiera się na trzech barierach ochronnych, które stanowią: pojemniki z miedzi, skała bentonitowa oraz podłoże skalne 500 metrów pod ziemią. Wybór miejsca dla wypalonego paliwa był długim i pouczającym procesem dla firmy SKB. 3 czerwca 2009 roku wybór padł na Söderviken znajdujące się na południowy wschód od elektrowni jądrowej Forsmark. Poszukiwania miejsca zaczęły się dużo wcześniej. Gromadzenie informacji na temat szwedzkiego podłoża skalnego rozpoczęły się w połowie roku Typologiczne badania różnych obszarów przeprowadzono w latach Okazało się, że jest niemożliwym do jednoznacznego określenia, które środowiska skalne są generalnie lepsze od innych. Z drugiej strony lokalne warunki podłoża skalnego determinują bezpieczeństwo ostatecznego zużytego paliwa jądrowego. SKB Canister Laboratory Paliwo, które opuści tymczasowe składowisko, będzie trafiało do zakładu zajmującego się umieszczeniem go w specjalnych, miedzianych pojemnikach. Ich głównym celem jest odseparowanie paliwa od środowiska. Firma SKB podczas zajęć w SKB Canister Laboratory pozwoliła uczestnikom kursu przekonać się na własne oczy jak wyglądają takie pojemniki, proces ich wytwarzania i testowania. W długich na 5 metrów kanistrach z miedzi o grubości ścianek 5 cm umieszczane będą całe, nierozmontowane kasety paliwowe. Po umieszczeniu kaset w kanistrach następuje wypełnienie ich helem i szczelne zamknięcie. Wypełnienie helem ma na celu opóźnienie korozji koszulek paliwowych. Kaseta paliwowa reaktora BWR w miedzianym pojemniku Przy ocenie bezpieczeństwa pojemników musiały być rozważone różne scenariusze tego, co może wydarzyć się na przestrzeni lat, podczas składowania. Wzięto pod uwagę takie czynniki jak trzęsienia Ziemi, zmiany w wodach podziemnych, uderzenia meteorytu czy nadejście epoki lodowcowej. Wewnętrzna warstwa pojemników została wzbogacona we wtrącenia z żeliwa w celu zapewnienia dużej wytrzymałości mechanicznej. Jest to bardzo ważny aspekt ze względu na możliwość ruchu skał wokół repozytorium wywołujących dodatkowe naciski na pojemniki. Zewnętrzną warstwę pojemnika stanowi wysokiej czystości miedź. Wybór padł na miedź, ponieważ zapewnia ona wysoki stopień ochrony przed korozją. W czasie kursu uczestnicy mogli zobaczyć jak wyglądają kolejne bariery bezpieczeństwa, które będą otaczać pojemniki z wypalonym paliwem w Äspö Hard Rock Laboratory.

7 Bariery ochronne wypalonego paliwa w ostatecznym składowisku: koszulki paliwowe, kaseta paliwowa, pojemnik z miedzi, zasypka z bentonitu, podłoże skalne 500 metrów pod ziemią. Äspö Hard Rock Laboratory Budowa Äspö Hard Rock Laboratory miała miejsce w latach To bardzo krótki okres biorąc pod uwagę, że budowa wymagała wydrążenia systemu tuneli 450 metrów pod ziemią. Każdy tunel ma około 250 metrów długości, a co 6 metrów wydrążona jest tzw. disposal hole, czyli miejsce gdzie w prawdziwym repozytorium będą trafiać pojemniki z wypalonym paliwem. Wolna przestrzeń pomiędzy pojemnikiem a podłożem skalny wypełniana będzie warstwą bentonitu. Jej głównym celem jest stabilizowanie ułożenia pojemnika. Niemniej jednak bentonit został wybrany z powodu innej, bardzo istotnej cechy. Charakteryzuje się wysokim poziomem absorpcji wody. Może zaabsorbować objętość dwadzieścia razy większą niż jego własna. Jest to zabezpieczenie przed ewentualnym wyciekiem substancji radioaktywnych do środowiska Próbny otwór disposal hole, gdzie w ostatecznym składowisku trafi pojemnik z wypalonym paliwem Próbny otwór disposal hole, gdzie w ostatecznym składowisku trafi pojemnik z wypalonym paliwem

8 Uczestnicy kursu w tunelu komunikacyjnym Äspö Hard Rock Laboratory oraz ochrona samego pojemnika przed kontaktem z wodą. Uczestnicy kursu mieli okazje odwiedzić The Bentonite Laboratory, gdzie w hali o powierzchni 450m 2 naukowcy przeprowadzają badania i eksperymenty na różnych postaciach bentonitu. W hali znajdują się m.in urządzenia do mieszania i wytwarzania peletu bentonitowego. Co ciekawe, w laboratorium znajdują się dwa otwory, takie same w jakich będą umieszczane pojemniki z wypalonym repozytorium. Pozwala to na testowanie procesu umieszczania pojemnika w otworze oraz na przeprowadzanie badań pokazujących jak bentonit reaguje w przypadku zmian w przepływie wody. Podobne próby przeprowadzane są również głęboko w tunelu, ponieważ sprzęt i metody muszą być sprawdzone w warunkach jak najbardziej przypominających te, jakie będą w ostatecznym składowisku. Opinia społeczna Zapieczętowany fragment tunelu, w którym, w ramach badań znajdują się pojemniki na wypalone paliwo Budowa repozytorium wypalonego paliwa jądrowego to nie tylko aspekty związane z bezpieczeństwem, metodologią i technologią. Firma SKB, jako operator przyszłego składowiska wypalonego paliwa jądrowego musiała przejść długą drogę w celu przekonania społeczeństwa do swoich działań. W latach 80- tych firma SKB była zmuszona przerwać planowanie budowy ostatecznego składowiska ze względu na brak społecznego poparcia. Był to ciężki czas dla energetyki jądrowej na całym świecie, częściowo za sprawą awarii w elektrowni jądrowej Three Mile Island w 1979 roku. Obawy oraz generalnie negatywny odbiór

9 Wyniki ankiety:, Jaki jest Pański poziom zaufania do firmy SKB? Odpowiedzi bardzo wysoki i wysoki oddało 85% badanych w gminie Oskashamn oraz 75% w gminie Östhammar. społeczny technologii jądrowych doprowadziły do zmian w podejściu szwedzkiego przemysłu jądrowego do społeczeństwa. Postawiono na kontakt i dialog z lokalnymi władzami oraz samą ludnością. Wiedza dotycząca skomplikowanych zagadnień jądrowych zaczęła być przekazywana społeczeństwu w sposób prosty i przystępny. Kluczowe było, aby również osoby bez specjalistycznej wiedzy w temacie mogły zrozumieć najważniejsze aspekty technologii jądrowej. Akcja nie ograniczała się do wydawania biuletynów i rozdawania ulotek. Pracownicy SKB czynnie działali w terenie organizując spotkania informacyjne, odwiedzając mieszkańców w ich domach, prowadząc akcje informacyjne w szkołach, a nawet w przedszkolach. Ponadto SKB udostępniło do zwiedzania obiekty swojej firmy: CLAB w Oskarshamn oraz laboratoria Äspö Hard Rock Laboratory i SKB Canister Labolatory. Podstawami, które zapewniły późniejszy sukces i akceptacje społeczeństwa na budowę składowiska wypalonego paliwa są edukacja, stały dialog ze społeczeństwem, jasny podział ról pomiędzy firmę a państwo, przejrzystość działań oraz szacunek do lokalnej demokracji. Protesty przeciwko wierceniom prowadzonym przez firmę SKB w latach 80-tych Nie mniejszą rolę odegrał rachunek korzyści z posiadania w swoim mieście ostatecznego składowiska wypalonego paliwa. Przeprowadzono szereg analiz mających na celu ustalenie jak wygląda obecna sytuacja w Forsmark, a jak może wyglądać rozwój miasta dzięki budowie składowiska. Prognozowano wpływ repozytorium na ekonomie miasta i regionu oraz wpływu na rynek pracy i nieruchomości. Oprócz w z g lędów f i n a n s o w y c h przeanalizowano również wpływ

10 Akcje informacyjne firmy SKB. na m.in. turystykę, zdrowie oraz edukację. Szeroko zakrojona kampania społeczna okazała się być skuteczna. Regularnie przeprowadzane sondaże pokazują, że około 80% lokalnej ludności jest za budową podziemnego składowiska odpadów jądrowych. Kluczem do skutecznego przekonywania ludzi i oswojenia się z tematem energetyki jądrowej jest przede wszystkim gruntowna edukacja społeczeństwa, metoda małych kroczków stosowana w przypadku implementacji jakichkolwiek działań oraz otwartość na dialog. Doświadczenia Szwecji w tym temacie mogą stanowić doskonały wzór do naśladowania dla Polski w trakcie wdrażania Programu Polskiej Energetyki Jądrowej. i umożliwienie wzięcia udziału w kursie. Podziękowania płyną również do spółki PGE EJ1 za wsparcie, bez którego wyjazd nie byłby możliwy. Magdalena Grab, Jędrzej Jakus, Marta Jurczyk, Fabian Myśliwiec Studenci Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej im. St. Staszica w Krakowie Opieka merytoryczna: dr inż. Paweł Gajda Katedra Energetyki Jądrowej, Wydział Energetyki i Paliw Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie Podziękowania Studenci WEiP chcieliby złożyć serdeczne podziękowania profesorowi Wacławowi Gudowskiemu z Królewskiego Instytut Technologiczny w Sztokholmie za zaproszenie