Zašto napredni nuklearni reaktori koriste industriji i državama koje ovise o ugljenu

Proizvođač kemikalija DowDOW
će razviti mali nuklearni reaktor za industrijsku primjenu, potencijalno zamjenjujući prirodni plin koji se sada spaljuje na ekstremno visokim temperaturama kako bi se promijenile kemijske spojeve. Međutim, napredne nuklearne tehnologije postižu isti rezultat bez oslobađanja emisija ugljika.

Za proizvodnju električne energije najpoznatiji su takozvani visokotemperaturni reaktori generacije IV. Ali mogu se koristiti iu industriji. Budući da rade na 800 stupnjeva Celzijevih, mogu prerađivati ​​kemikalije, desalinizirati oceansku vodu i proizvoditi čisti vodik za električnu energiju i transport. Još bolje: reaktori mogu locirati mjesta na kojima su nekoć stajale zatvorene elektrane na ugljen, vraćajući ekonomsko zdravlje opustošenim regijama zemlje.

"Električna energija je plod niske visine", kaže Patrick White, voditelj projekta za Nuclear Innovation Alliance, u razgovoru s ovim piscem. “Još nismo integrirali nuklearnu energiju s velikim kemijskim postrojenjima. Možda će biti nekih poteškoća i stvari koje treba riješiti. Ali prve reaktore za industrijske primjene vidjet ćemo krajem desetljeća. Nakon izgradnje četvrtog i petog reaktora, tvrtke će se masovno prijavljivati. Cilj je dekarbonizacija.”

Posebno, Dow je partner s tvrtkom X-energy za razvoj malog modularnog reaktora na jednoj od Dow-ovih lokacija duž obale Meksičkog zaljeva, koji bi mogao biti pušten u rad 2030. Dow također preuzima manjinsko vlasništvo u X-energy. Svaki modularni reaktor može proizvesti 80 megavata. Ali oni se mogu slagati zajedno kako bi proizveli 320 MW, pružajući čistu, pouzdanu i sigurnu baznu snagu za podršku električnim sustavima ili industrijskim aplikacijama.

Postojeći američki nuklearni reaktori su druge generacije, iako Southern Company gradi reaktore treće generacije koje je razvio Westinghouse. Mali modularni reaktori su četvrte generacije, proizvode više električne energije po nižoj cijeni. Treća i četvrta generacija automatski će se isključiti tijekom nužde.

"Napredna mala modularna nuklearna tehnologija bit će ključni alat za Dow-ov put do nulte emisije ugljika i našu sposobnost da potaknemo rast isporukom proizvoda s niskom razinom ugljika našim kupcima", kaže Jim Fitterling, Dow-ov glavni izvršni direktor. "Tehnologija X-energy jedna je od najnaprednijih, a kada se primijeni, isporučivat će sigurnu, pouzdanu snagu i paru s niskim udjelom ugljika."

Teško dekarbonizirati sektore

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

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

Nuklearna energija također može desalinizirati morsku vodu. Prema Međunarodnoj agenciji za atomsku energiju, dnevno se proizvede 40 milijuna kubičnih metara zaliha 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 da se nuklearna energija i postrojenja za desalinizaciju kombiniraju u Japanu i Kazahstanu, gdje komercijalni objekti rade od 1970-ih.

“Ako smo zainteresirani za čistu energiju, razmislite o svim izvorima goriva koje imamo”, kaže White iz saveza. “Proizvodnja električne energije čini oko 25% naših emisija. Nuklearna energija može se pozabaviti industrijskim sektorima koje je teško dekarbonizirati. Nuklearne elektrane također moraju raditi punim kapacitetom. Njihovo korištenje za desalinizaciju i proizvodnju vodika — uz proizvodnju pouzdane električne energije — dobra je sinergija i isplativo.”

Da budemo sigurni, postoje mnoge prepreke koje treba savladati. Nuklearna goriva često se karakteriziraju na temelju njihove koncentracije specifičnog izotopa urana, U-235. Reaktori koji danas rade u Sjedinjenim Državama zahtijevaju razinu obogaćenja goriva od 3%-5% U-235, poznato kao nisko obogaćeno uransko gorivo. Mnogi napredni reaktori koji se razvijaju zahtijevat će više razine obogaćivanja goriva, neki do 20% U-235. Ovo gorivo od urana višeg obogaćenja naziva se nisko obogaćeni uran visoke koncentracije (HALEU).

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

Može li nuklearna energija zamijeniti ugljen?

U isto vrijeme, troškove izgradnje tih naprednih nuklearnih reaktora teško je kvantificirati. Više sigurnosti doći će nakon što programeri počnu projektirati postrojenja i modelirati troškove. Nadalje, kako društvo bude skupljalo cijene ugljika, nuklearna će energija biti privlačnija. Uzmite u obzir da GE Hitachi Nuclear Energy radi s Ontario Power Generation na izgradnji malog reaktora koji će započeti 2024.: oni pokušavaju pridobiti druge da implementiraju istu tehnologiju kako bi smanjili troškove.

Nuklearna energija je, naravno, naišla na otpor od incidenta na Otoku tri milje 1979. No napori za dekarbonizaciju mogli bi to promijeniti - posebno oni za pomoć regijama ovisnim o ugljenu. Zakonodavno tijelo Zapadne Virginije donijelo je politiku koja dopušta malim modularnim reaktorima da zamijene povučena postrojenja na ugljen. Indiana, Illinois, Montana i Wyoming razmatraju slične poteze.

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

Jigar Shah, direktor Ureda za kreditne programe Ministarstva energetike, podržava takvo razmišljanje, rekavši da je potez logičan početak, jer su infrastruktura i mrežni priključci već uspostavljeni. Njegova agencija daje 11 milijardi dolara za pomoć razvoju malih modularnih reaktora.

"Ako nuklearna industrija radi ono što radi desetljećima, ljudi će oklijevati", kaže White iz Nuclear Innovation Alliance. “Nije dobro prošao u javnosti. Sada imamo mogućnost dati nuklearnoj elektrani još jednu priliku zbog dekarbonizacije. Ali moramo izgraditi povjerenje sa zajednicama i objasniti tehnologije. Moramo biti sigurni da im je to ugodno. Moramo dobiti društvenu dozvolu za nuklearnu energiju - kako bi je ljudi htjeli u svojim dvorištima."

Renesansa nuklearne energije bi se konačno mogla dogoditi. Dekarbonizacija je poticaj. Ali Zakon o smanjenju inflacije dodaje porezne olakšice koje će pobuditi interes ulagača i zajmodavaca, što će pogodovati osjetljivim zajednicama i širem gospodarstvu. Dow uočava priliku — potencijalnu preteču za druge proizvođače.