Szansa na reaktywację polskiej atomistyki

Transkrypt

1 Szansa na reaktywację polskiej atomistyki Autor: Jerzy Kołodziejski ( Energia i Przemysł luty 2007) Udział Polski w międzynarodowych badaniach naukowych nad reaktorami wysokotemperaturowymi warunkiem stworzenia infrastruktury i kompetencji umoŝliwiających nam rozwój energetyki atomowej. Doktor Ludwik Pieńkowski ze Środowiskowego Laboratorium CięŜkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego uwaŝa, Ŝe Polska powinna wykorzystać efektywniej swoje zasoby węgla i postawić na jego przerób na paliwa płynne, a import gazu ziemnego ograniczyć poprzez produkcję wodoru na skalę przemysłową za pomocą nowoczesnych, wysokotemperaturowych reaktorów jądrowych, mogących równieŝ produkować energię elektryczną. Postawmy na węgiel Od kilku lat systematycznie droŝeją nośniki energii, będące podstawą rozwoju gospodarek państw uprzemysłowionych, takie jak ropa naftowa i gaz ziemny. Jest to spowodowane wzrostem światowego zapotrzebowania na te surowce, do którego przyczynia się ostatnio chociaŝby dynamiczny rozwój gospodarczy Chin, stopniowe wyczerpywanie się złóŝ. Szacuje się np., Ŝe roponośne pola pod dnem Morza Północnego będą dostarczać surowiec jeszcze najwyŝej przez lat. Systematycznie rosną koszty ich wydobycia, gdyŝ eksploatuje się coraz trudniej dostępne złoŝa, wymagające wielkich inwestycji kapitałowych i budowy coraz dłuŝszych i droŝszych rurociągów. Do czynników ekonomicznych dochodzą jeszcze uwarunkowania geopolityczne niestabilność w wielu regionach świata, będących tradycyjnymi dostawcami ropy i gazu (Bliski Wschód, byłe azjatyckie republiki radzieckie), która moŝe doprowadzić nawet do wybuchu konfliktu zbrojnego w tych newralgicznych dla odbiorców, głównie z Europy, państwach-eksporterach surowców energetycznych. Coraz bardziej realna staje się równieŝ groźba ataków terrorystycznych na instalacje naftowe i rurociągi. Innym niebezpieczeństwem jest teŝ moŝliwość nacisków politycznych, a nawet szantaŝu ze strony krajów-producentów, a nawet tych, przez których tereny przebiegają magistrale przesyłowe. Klasycznym przykładem mogą tu być ciągle wybuchające mniejsze lub większe konflikty związane z transportem ropy z Rosji. A właśnie Polska jest jednym z państw Unii najbardziej naraŝonych na kaprysy jej doraźnej polityki, nie tylko tej stricte energetycznej. Czy jesteśmy skazani na rosnące uzaleŝnienie się od Gazpromu i płacenie coraz więcej za gaz i ropę? Węgiel nie wystarczy Polska energetyka opiera się w ponad 95 proc. na węglu brunatnym i kamiennym. Niemniej nasz kraj powinien postawić na rozwój energetyki jądrowej. Diagnoza ta opiera się na prognozach zapotrzebowania na energię elektryczną. Wskazują one, Ŝe nawet przy maksymalnym wykorzystaniu węgla za 10 lat będzie nam brakowało energii elektrycznej i jedynie elektrownie jądrowe będą mogły uzupełnić braki. Nie jest to, co prawda, pogląd jedyny, choć wyraŝany przez znaczną część środowisk związanych z polską energetyką. W strategicznym dokumencie rządowym Polityka energetyczna Polski do roku 2025 o

2 energetyce jądrowej napisano: Obliczenia prognostyczne wskazują na potrzebę rozpoczęcia eksploatacji energetyki jądrowej w ostatnim pięcioleciu rozpatrywanego okresu. Jeśli wybiegniemy jeszcze dalej w przyszłość, poza rok 2030, to konieczność budowy elektrowni jądrowej będzie dodatkowo uzasadniona znacznym wyczerpaniem się złóŝ węgla brunatnego w Bełchatowie. Współczesne reaktory jądrowe słuŝą do produkcji elektryczności. Natomiast podstawowym zadaniem generatorów następnej generacji (tzw. reaktorów wysokotemperaturowych) będzie dostarczanie ciepła do procesów chemicznych, takich, jak produkcja wodoru. Jest on obecnie wytwarzany z gazu ziemnego i wykorzystywany na duŝą skalę w fabrykach nawozów sztucznych i rafineriach. Od jego ceny w duŝym stopniu zaleŝy kondycja naszej gospodarki. Jego produkcja opierająca się na energii jądrowej pozwoliłaby zmniejszyć import gazu ziemnego nawet o kilkanaście procent. Bezpieczny reaktor Reaktory wysokotemperaturowe mają małe rozmiary (niektóre typy 6x12 m). Są chłodzone helem osiągającym temperaturę 900 o C. Ich moc cieplna nie przekracza kilkuset megawatów, a wydajność zamiany ciepła na elektryczność jest rekordowo wysoka i wynosi 45 proc. (w elektrowniach węglowych nie przekracza 40 proc., a współczesnych elektrowniach jądrowych 35 proc.). Spalają w reakcjach rozszczepienia kilkadziesiąt ton paliwa rocznie. Są nim szczelne i niemal niezniszczalne mikrokapsułki uranu o milimetrowej średnicy w osłonach z węgla i węglika krzemu. Składowanie wypalonego paliwa odbywa się w pobliŝu reaktora przez 50 lat jego pracy i przez kolejne 50 lat lub więcej po zamknięciu reaktora. Miejsce składowania nie wymaga wymuszonego chłodzenia, przerób wypalonego paliwa celem odzyskiwania materiałów rozszczepialnych nie jest potrzebny, gdyŝ wypala się ono kilkakrotnie lepiej niŝ w tradycyjnych reaktorach wodnych. Wytrzymałość mechaniczna grafitu (zwiększająca się ze wzrostem temperatury), mała aktywność helu i duŝy ujemny współczynnik temperaturowy reaktywności zapewniają wysoki stopień bezpieczeństwa reaktora. W reaktorze są cztery bariery zapobiegające wydostaniu się (w przypadku awarii) promieniotwórczych substancji do otoczenia: pirowęglowe pokrycie granulek, grafitowa matryca z powłoką z gęstego grafitu, blok reaktora z betonu spręŝonego i obudowa bezpieczeństwa. Nawet w wypadku rozszczelnienia kopuły zabezpieczającej i ucieczki helu chłodzącego rdzeń reaktora nie ulegnie stopieniu ani samozapaleniu ze względu na niewielkie rozmiary ostygnie sam. Uran umieszczony jest w wyjątkowo odpornych na oddziaływanie termiczne i mechaniczne wielowarstwowych kapsułkach, co do minimum zmniejsza ryzyko wydostania się materiału rozszczepialnego na zewnątrz. Współpraca badawcza W czerwcu 2006 r. zawiązane zostało konsorcjum badawcze pn. Wysokotemperaturowy Reaktor Jądrowy w Polsce. Wstępną deklarację uczestnictwa w konsorcjum zgłosiły: AGH w Krakowie, Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, Instytut Energii Atomowej w Świerku, Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, Politechniki: Częstochowska, Śląska, Warszawska, Wrocławska, Uniwersytet Śląski i Warszawski, Instytut Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie. Celem konsorcjum są badania mające na celu rozwój i zastosowanie w praktyce najnowocześniejszych technologii związanych z przemysłem węglowym. Zmierza ono do sformułowania swoistej Mapy drogowej synergii węgla z energią jądrową, dokumentu zawierającego obszary badań

3 oraz zakres współpracy z ośrodkami międzynarodowymi, do której powinny dąŝyć polskie instytucje badawcze oraz przedsiębiorstwa przemysłowe. Członkowie konsorcjum juŝ aktywnie uczestniczą w programach EURATOM-u w obszarze projektowania systemów jądrowych, takŝe w zakresie reaktorów wysokotemperaturowych. Są to projekty realizowane głownie przez AGH. WaŜna będzie współpraca z programem amerykańskim Next Generation Nuclear Plant (NGNP), z którym europejskie programy juŝ współdziałają. MoŜna przypuszczać, Ŝe NGNP, z racji obietnicy wsparcia finansowego w wysokości ponad miliarda dolarów, wytyczy ogólnoświatowy standard technologii dla produkcji wodoru z wykorzystaniem reaktorów wysokotemperaturowych. Obecnie NGNP rozwaŝa zarówno stworzenie własnej technologii, jak równieŝ oparcie się na zaawansowanych pracach prowadzonych w RPA przez PBMR, ale i na programie badawczym ANTARES, prowadzonym przez europejską firmę AREVA.

4 Szansa dla Polski Polska powinna dołączyć do europejskiego programu RAPHAEL (ReActor for Process heat, Hydrogen And ELectricity generation). Skupia on ośrodki naukowe z dziesięciu państw (jak dotąd bez udziału Polski), które współpracują nad badaniami nad reaktorami wysokotemperaturowymi. Program RAPHAEL jak dotąd nie ma swojej infrastruktury badawczej, a jego budŝet na lata wynosi 20 mln euro. Środki te nie są wystarczające na budowę ośrodka naukowego. Inaczej wygląda sytuacja w USA. Tamtejszy projekt, NGNP (Next Generation Nuclear Plant Project), uzyskał obietnicę wsparcia rządowego w wysokości ponad 1 mld dolarów w latach Europa, podobnie jak USA, poszukuje bezpieczeństwa energetycznego i wzmocnienia swojej pozycji lidera nowoczesnych technologii. Dlatego moŝna zakładać z duŝym prawdopodobieństwem, Ŝe w niedalekiej przyszłości znacznie zwiększy swoje zaangaŝowanie w ten projekt. Istnieje więc szansa, Ŝe wkrótce zacznie się budowa infrastruktury badawczej dla programu RAPHAEL. Mogłaby ona powstać w Polsce. Opracowanie w Polsce technologii i budowa instalacji małej mocy do chemicznej przeróbki węgla z wykorzystaniem gorącego helu umoŝliwi nie tylko dołączenie do tego europejskiego programu, ale przede wszystkim da szansę skoncentrowania w naszym kraju badań nad wykorzystaniem ciepła z reaktorów wysokotemperaturowych. Celem wspólnych badań byłoby wybudowanie na Śląsku ok r. pilotaŝowej instalacji na skalę przemysłową z pierwszym europejskim reaktorem tego typu.

5 JuŜ samo uruchomienie programu badawczego pokaŝe perspektywę alternatywnego źródła zaopatrzenia Polski w gaz i paliwa płynne. Na wiele lat przed przemysłowym wykorzystaniem nowych technologii będzie to stabilizująco oddziaływać na pertraktacje handlowe z dostawcami paliw węglowodorowych do Polski, zwiększając nasze bezpieczeństwo energetyczne, a tym samym zmniejszając naciski polityczne i gospodarcze ograniczające naszą suwerenność. Prowadzenie w Polsce badań istotnych dla całej Europy skupi wiele ośrodków badawczych, przyciągnie naukowców i inŝynierów kilkunastu specjalności, będzie kreowało nowe technologie w Polsce, stanowiąc istotny element rozwoju naszej gospodarki. Proponowany program nie tylko wykształci naukowców i inŝynierów, ale przede wszystkim przez swoją koncentrację na Śląsku stworzy mechanizm wsparcia dla energetyki jądrowej przez polskie górnictwo, przez ludzi, którzy w innej sytuacji mogliby postrzegać energetykę jądrową jako konkurencję dla energetyki węglowej, która jest i przez długie lata będzie podstawą naszego bezpieczeństwa energetycznego. Ludwik Pieńkowski ze Środowiskowego Laboratorium CięŜkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego W ramach Trójkąta Weimarskiego moŝna by powołać zespół roboczy pod nazwą Energia dla Europy. Łatwiej będzie porozumieć się w węŝszym gronie niŝ między prawie juŝ trzydziestu państw Unii o często diametralnie róŝnych priorytetach energetycznych. Tym bardziej, Ŝe dla projektu wysokotemperaturowy reaktor jądrowy plus węgiel do naszego węgla potrzebne są technologie jądrowe i wiedza z Francji i Niemiec. Nie do przecenienia jest oczywiście współpraca z krajami pozaeuropejskimi, które juŝ prowadzą badania nad budową i wykorzystaniem reaktorów wysokotemperaturowych, takimi jak Japonia, Korea Południowa, RPA, a przede wszystkim USA.