Perspektive nuklearne energije

„Nuklearna renesansa“ već jako prisutna na Dalekom istoku i Indiji, osjeća se u Americi i Europi, što je pouzdan pokazatelj svijetle perspektive i budućeg rasta nuklearne energetike. Odlučujuće za takav razvoj je, ne samo dugoročno rješavanje energetskih problema Svijeta, već i činjenica da nuklearna energija to čini bez emisije stakleničkih plinova. Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA), Međunarodna agencija za energiju (IEA) te Europska komisija (EC) izradili su nekoliko scenarija budućeg razvoja nuklearne energije do 2030. i 2050. godine u kojima se razmatra umjeren, pojačan i ubrzan razvoj. Prema IAEA umjerenom scenariju do 2020. godine rast nuklearnih kapaciteta bio bi 1,1% godišnje s dostignutom produkcijom od 3100 TWhe. Pojačan rast od 2,6% godišnje, do 2030. godine rezultirao bi praktičnim udvostručenjem sadašnje proizvodnje (5040 TWhe). Najambiciozniji je EC-ov ubrzani scenarij WETO koji uključuje nuklearnu tehnologiju i gorivni ciklus najnovije Generacije IV, koja je u stanju razvoja. S predviđenih 21400 TWhe godišnje produkcije, 2050. godine, nuklearna bi energija postala dominantan proizvođač električne energije i vodika. WETO ubrzani scenarij zahtijeva bitno povećanje eksploatacije izvora urana, koja već danas zaostaje za potrebama reaktora u radu, te se razmatra eksploatacija urana iz siromašnijih, ali velikih izvora, fosfata i konačno oceana (procjena je da oceani sadrže 4,5 milijardi tona urana). Dugoročno, jedino rješenje nuklearne opcije, a time ujedno i održivog razvoja, primjena je oplodnih reaktora, koji su već danas u ozbiljnom razmatranju u Kini i Indiji.

„Nuklearna renesansa“, već je zahvatila neke zemlje Azije (Kina, Japan, Južna Koreja, Indija, Europsko – Azijska Rusija i Južna Afrika). U SAD-u, najvećem proizvođaču električne energije iz nuklearnih elektrana (104 reaktora), ona se tek budi. Među populacijom je primjetan pomak prema nuklearnoj opciji, no Amerika je posebna po tome što energetske objekte gradi i održava privatni kapital, koji se u to ne upušta ako nije siguran da mu državna regulativa, poticana javnim mnijenjem, neće praviti neočekivane dodatne zahtjeve i probleme tijekom gradnje i eksploatacije. Međutim objektivne okolnosti nužno će dovesti do favoriziranja nuklearne energije u budućnosti. Europska je situacija neujednačena, nema jedinstvene politike i stava prema nuklearnoj energiji, ali je vidljiv pozitivan pomak prema njoj, tako da je i za Ameriku i Europu moguće govoriti o pojavi «nuklearne renesanse». Velika Britanija, Poljska, Italija, Bugarska, Rumunjska, Ukrajina, Slovačka, Češka, Finska, Baltičke zemlje okupljene oko Litve, Mađarska, Slovenija i Hrvatska u fazi su planiranja ili predlaganja gradnje novih nuklearnih kapaciteta. Pozitivna je promjena vidljiva i u Njemačkoj (32% nuklearne električne energije) i Belgiji (55% nuklearne električne energije), dvije zemlje koje su donijele zakon kojim proglašavaju postepeno gašenje svojih nuklearnih elektrana. U Njemačkoj je nova vlada obećala ukidanje spomenutog zakona, a u Belgiji je zaustavljena njegova primjena. Razumno je slično očekivati i za Švedsku (52% nuklearne električne energije). Trenutno je 13 zemalja u svijetu, u kojima nema nuklearnih elektrana u pogonu, niti u gradnji, u kojima se planira ili predlaže njihova gradnja. To su Bangladeš, Bjelorusija, Egipat, Indonezija, Izrael, Italija, Kazahstan, Sjeverna Koreja, Poljska, Ujedinjeni Arapski Emirati, Vijetnam i Venezuela. Dugoročna energetska situacija, kombinirana s nastojanjem za redukciju emisije CO₂, ide na ruku povećanju nuklearnih kapaciteta. Primjer gotovo idealne elektroenergetske proizvodnje predstavlja mala, bogata, gusto naseljena i visokorazvijena Švicarska. 60% električne energije generira se hidroenergijom, a ostalih 40% proizvode dvije velike i tri manje, nešto starije nuklearne elektrane, ukupne snage 3220 MWe.

Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA), Međunarodna agencija za energiju (IEA) te Europska komisija (EC) izradili su nekoliko scenarija budućeg razvoja nuklearne energije do 2030. i 2050. godine u kojima se razmatra umjeren, pojačan i ubrzan razvoj. Prema IAEA umjerenom scenariju do 2020. godine rast nuklearnih kapaciteta bio bi 1,1% godišnje s dostignutom produkcijom od 3100 TWhe, a za koji smo na temelju prethodnih podataka (vidi „Status nuklearne energije“) već zaključili da je nerealan. Po istom scenariju jednaki postotak rasta zadržao bi se do 2030. godine. Pojačan rast od 2,6% godišnje, do 2030. godine rezultirao bi praktičnim udvostručenjem sadašnje produkcije (5040 TWhe). Najambiciozniji je EC-ov ubrzani scenarij WETO koji se temelji na projektiranom limitu porasta globalne temperature od 2 °C, odnosno maksimalnom volumnom udjelu CO₂ od 450 ppmv (volumnih dijelova u milijun djelova zraka). WETO uključuje nuklearnu tehnologiju i gorivni ciklus najnovije Generacije IV koja je u stanju razvoja. S predviđenih 21400 TWhe godišnje produkcije, nuklearna bi energija 2050. godine postala dominantan proizvođač električne energije i vodika. WETO ubrzani scenarij zahtijeva bitno povećanje eksploatacije izvora urana, koja već danas zaostaje za potrebama reaktora u radu, koji troše postojeće rezerve te uran i plutonij iz nagomilanog nuklearnog oružja.

Polovinom 21. stoljeća prirodni plin (više) i nafta (manje), te ugljen igrat će još uvijek glavnu ulogu u proizvodnji energije. Njihovim iscrpljivanjem tu će ulogu morati preuzeti nuklearna energija i obnovljivi izvori, te spomenuta racionalizacija i štednja energije. Što se nuklearne energije tiče ona će to biti u mogućnosti jedino povratkom oplodnih reaktora, koji koriste gorivo 60 puta bolje, uključivanjem torija u oplodni ciklus i korištenjem siromašnijih izvora urana, poput fosfata i oceana, što bi dakako rezultiralo značajnim povećanjem cijene urana. Koncentracija urana u oceanima je niska, ali ukupna se količina procjenjuje na 4,5 milijardi tona. Na području ekstrakcije urana iz morske vode, najdalje su došli japanski istraživači. Njihova je ocjena da je taj postupak 5 -10 puta skuplji od klasičnog iskapanja urana (spominje se cijena od 700 USD/kgU). Međutim cijena goriva ionako nije dominantna komponenta u cijeni proizvedene električne energije, a pritom ga oplodni reaktori iskorištavaju znatno bolje.
Oplodni reaktor (fast breeder) svoj je naziv dobio zbog činjenice da pri svom radu, proizvodeći energiju, proizvodi više fisibilnog materijala (goriva), nego što ga troši. Tipično, tijekom rada kad «izgori» 1 kg plutonija kojim je obogaćen osiromašeni uran, proizvede se uhvatom neutrona, nastalih procesom fisije plutonija, u jezgru ²³⁸U, 1,1 kg plutonija. Na taj se način nefisibilni ²³⁸U konvertira u fisibilni ²³⁹Pu. Ako je u oplodnom reaktoru nefisibilni torij ²³²Th, jednakim postupkom dolazi do njegove konverzije u fisibilni uran ²³³U. Oplodni reaktori na taj način koriste kao gorivo sav uran (i torij), a ne samo ²³⁵U, kojeg u prirodnom uranu ima svega 0,7%, omogućujući vrlo dugotrajnu proizvodnju nuklearne fisijske energije. Oplodni reaktori nisu nepoznanica, već su bili konstruirani, u rasponu od manjih prototipova do velikih komercijalnih reaktora priključenih na mrežu, a i danas su u pogonu dva (u Francuskoj i Rusiji). Ekonomski nisu mogli konkurirati tadašnjim termičkim reaktorima, pa ih danas nema u pogonu. Međutim, pokazano je da ih je moguće konstruirati, premda njihova masovna komercijalna primjena zahtjeva poboljšanje njihove tehnologije i njihov daljnji razvoj. Tehnološki napredne zemlje, Francuska i Japan siromašne uranom, pa i Rusija (USSR) koja je relativno bogata uranom, paralelno s termičkim reaktorima, razvili su brze oplodne reaktore. Najpoznatiji Francuski Superphoenix, građen od 1974 do 1981. godine, s proizvodnjom elektroenergije započeo je 1985. Projektirana snaga mu je bila 1,2 GW. Krajem 1996. godine ostvario je 90% snage. Njegov rad pratili su česti problemi, obustave i smanjenja snage, a sve je bilo praćeno velikim troškovima. Njegova dekomisija završena je 2003. godine.

Kina i Indija, dvije najmnogoljudnije i zemlje u brzom razvoju, imaju velike potrebe za energijom i velike planove gradnje nuklearnih instalacija s velikim udjelom oplodnih reaktora. Kina planira da do 2050. godine 20% njenih nuklearnih kapaciteta budu oplodni reaktori. Indija je u težoj poziciji, siromašna fosilnim gorivom ali i uranom. Stoga prvi planovi uključuju oplodne reaktore s U/Pu gorivom, a kasniji zamjenu urana torijem, s kojim je Indija bogata.

Spominjanja nuklearne fuzije, čija je svrha uglavnom argument protiv proširenja današnje termičke nuklearne energetike, nekritički zaboravljaju da se i tu radi o nuklearnoj energiji. Dakako da bi uspješna primjena nuklearne fuzije bila dodatni adut nuklearne energetike, no njena budućnost daleko je neizvjesnija od one oplodnih reaktora.

Nuklearna elektrana Superphoenix u Francuskoj