Teme
Tražilica
Održivi razvoj nuklearne energije
Evaluacija nuklearne energije iz perspektive utjecaja na klimu, iskorištenje zemljišta, odlaganje otpada, dostatnosti goriva, sigurnost okoliša i pučanstva, te transfera tehnologije potvrđuje da nuklearna energija podupire održivi razvoj.
Održivi razvoj definiran je kao onaj razvoj koji udovoljava potrebama sadašnje generacije a da time ne onemogućuje buduće generacije u udovoljavanju njihovih potreba. Taj koncept održivog razvoja u zadnjih dvadesetak godina prihvaćen je od većine država kao etički princip. To je rezultiralo povećanom brigom za okoliš tako da međunarodno pravo obvezuje države da svojim aktivnostima ne ugrožavaju okoliš. Te aktivnosti moraju biti takve da su na jednak način udovoljene razvojne i ekološke potrebe sadašnje generacije i budućih generacija. Općenito je prihvaćeno da se za ostvarenje održivog razvoja posebnu pažnju treba posvetiti: infrastrukturi (škole, tvornice, promet), suzbijanju bolesti i medicinskoj zaštiti, snabdijevanju hranom, snabdjevanju vodom, adekvatnom tretiranju otpada i otpadnih voda, te stabilnom snabdijevanju energijom, posebno električnom.
Današnja energetska politika u prvi plan stavlja zadovoljenje kriterija održivog razvoja koji uključuju ublažavanje globalnog zatopljenja i ostalih utjecaja na okoliš, adekvatno zbrinjavanje otpada, siguran rad energetskih postrojenja, sigurnost snabdjevanja, te briga za buduće generacije. Evidentno je da će svjetska populacija rasti barem u sljedećih nekoliko desetljeća što će uz očekivano povećanje životnog standarda rezultirati još većim porastom potreba za energijom. Valja naglasiti da će potrebe za električnom energijom rasti još brže od potreba za ukupnom energijom. Zbog činjenice da će porasti udio urbanog stanovništva to će bez obzira na povećani trend distribucije proizvodnje električne energije (bliže mjestu korištenja) ostati povećana potreba za jakom elektroenergetskom mrežom. Pitanje je kako zadovoljiti tu povećanu potrebu za električnom energijom u okviru koncepta održivog razvoja. Danas se u svijetu 68% električne energije dobiva iz fosilnih izvora (41% ugljen, 21% plin, 5,5% nafta), 13,4% iz nuklearne fisije, a 19% iz obnovljivih izvora (uključujući hidroenergiju). Nema izgleda da ćemo i u skoroj budućnosti moći bez tih izvora. Da bi se odredio optimalni energent budućnosti potrebno je ispitati kako pojedini energetski izvori zadovoljavaju kriterije održivog razvoja. Fosilni izvori nisu pogodni zbog utjecaja na okoliš (emisija ugljičnog dioksida). Pored toga očekuje se da će plin i nafta do kraja ovog stoljeća biti iscrpljeni. Rezerve ugljena su velike i ne očekuje se skoro iscrpljenje tog izvora, no njegovo daljnje korištenje uvjetovano je uvođenjem efikasne i pouzdane tehnologije hvatanja i spremanja ugljičnog dioksida, tzv. CCS (carbon capture and storage) tehnologije. Obnovljivi izvori energije (solarna energija i energija vjetra) zadovoljavaju kriterij utjecaja na okoliš no kako su to difuzni i povremeni izvori oni ne zadovoljavaju kriterij pouzdane opskrbe električnom energijom na velikoj skali. Stoga obnovljivi izvori nisu pogodni kao jedini energetski izvor. Dok se ne razvije efikasna i ekonomična tehnologija spremanja energije iz obnovljivih izvora ti se izvori mogu koristiti komplementarno s drugim pogodnim izvorima. Nuklearna tehnologija je provjerena tehnologija koja bez emisija ugljičnog dioksida može sigurno i ekonomično snabdjevati veliki elektroenergetski sustav. Postavlja se pitanje da li je nuklearna energija energetski izvor koji zadovoljava kriterije održivog razvoja?
Nuklearna energija zadovoljava kriterije održivog razvoja. U nastavku navodimo argumente za takvu tvrdnju:
Emisija stakleničkih plinova i utjecaj na globalno zatopljenje
Nuklearna elektrana ne stvara stakleničke plinove tako da se njenim korištenjem ublažuje globalno zatopljenje. Korištenjem nuklearne energije pojedine države reducirat će emisiju ugljičnog dioksida na razinu koja osigurava međunarodno dogovoreno ograničenje porasta temperature atmosfere.
Iskorištenje zemljišta
Nuklearna elektrana u usporedbi s obnovljivim izvorima energije za svoj pogon koristi puno manju površinu zemljišta. Tako je za nuklearnu elektranu snage 1000 MW površina korištenog zemljišta na lokaciji elektrane 1-4 km2, za solarni ili fotonaponski park iste snage 20-50 km2, za farmu vjetrenjača iste snage 50-150 km2, dok je za elektranu na biomasu iste snage potrebna površina zemljišta od 4000-6000 km2. Kako se očekuje da će do 2050. godine pola svjetske populacije živjeti u velikim gradovima to će zbog potrebe proizvodnje električne energije u blizini velikih centara izvori koji iziskuju velike površine za proizvodnju energije biti nepraktični.
Odlaganje otpada
Za razliku od elektrana na fosilna goriva koje raspršuju ogromne količine otpada na velike površine (sumporne, dušične i ugljične okside; toksične metale arsena i žive) u nuklearnim elektranama se sav otpad može sakupiti i sigurno pospremiti s tim da razina intenziteta zračenja s vremenom opada. Dio otpada iz fosilnih elektrana je toksičan i takav ostaje zauvijek. Iskustva s odlaganjem i niskoaktivnog i visokoaktivnog otpada iz civilnog energetskog programa su pozitivna. Nije bilo značajnog ispuštanja radioaktivnog otpada u okoliš, a odlagališta koja su u izgradnji bit će još sigurnija.
Sačuvanje zaliha fosilnih goriva
Za proizvodnju iste količine energije nuklearne elektrane troše puno manje goriva od elektrana na fosilna goriva. Tako se iz jedne tone urana može u nuklearnoj elektrani dobiti isto toliko električne energije kao iz 17000 tona ugljena u termoelektrani. Kako
uran nema nikakvu drugu namjenu to se korištenjem urana u nuklearnim elektranama usporava trošenje zaliha fosilnih goriva i time ih se čuva za potrebe budućeg razvoja. Valja naglasiti da se fosilna goriva osim za proizvodnju električne energije mogu koristiti i kao sirovina za kemijsku industriju, te kao energent za transport i grijanje.
Održivost zaliha nuklearnog goriva
Procjenjuje se da su poznate zalihe urana dovoljne za pogon sadašnje geneneracije nuklearnih elektrana (termički reaktori, bez recikliranja goriva) za sljedećih stotinjak godina uz značajno povećanje nuklearnih kapaciteta. Komercijalnim razvojem i značajnom primjenom tehnologije prerade nuklearnog goriva i tehnologije oplodnih reaktora, koji proizvode veću količinu nuklearnog goriva nego što ga troše, period iscrpljenja zaliha nuklearnog goriva produžio bi se na desetak tisuća godina. Razvoj efikasne tehnologije izdvajanja urana iz morske vode u Japanu i SAD je obećavajući čime bi zalihe nuklearnog goriva postale praktički neiscrpne. Na taj način bi zalihe nuklearnog goriva bile dostatne i za mnoge buduće generacije.
Sigurnost okoliša i stanovništva
Pri projektiranju i pogonu nuklearnih elektrana moraju biti zadovoljeni strogi propisi i sigurnosni standardi kako bi se minimizirao potencijalni utjecaj na okoliš i stanovništvo. Dosadašnje iskustvo pokazuje da od svih izvora električne energije nuklearna energija ima najmanju smrtnost po proizvedenoj jedinici energije. Normalni pogon nuklearnih elektrana na nikakav način ne ugrožava niti stanovništvo niti okoliš. Rijetke akcidentalne situacije(TMI, Černobil i Fukushima) rezultirale su ispuštanjem radioaktivnosti u okoliš i smrtnim slučajevima(na elektrani Černobil koja nije relevantna za današnju generaciju nuklearnih elektrana).
Neširenje nuklearnog oružja
Od samih početaka razvoja nuklearne tehnologije posebna pažnja posvećena je brizi da povećano korištenje nuklearne energije ne bi dovelo do nekontrolirane proizvodnje nuklearnog oružja. Međunarodna agencija za atomsku energiju uspostavila je efikasni međunarodni sustav kontrole nuklearnih materijala nastalih miroljubivom upotrebom nuklearne energije s ciljem sprečavanja širenja nuklearnog oružja. Efikasnost programa potpomognuta je činjenicom da postoje ogromne tehničke poteškoće pri preinaci nuklearnog materijala energetskih nuklearnih reaktora u materijal pogodan za nuklearno oružje.
Transfer tehnologije
Transferom nuklearne tehnologije u zemlje u razvoju kao što su Brazil, Kina, Indija, Koreja, Argentina i Južna Afrika značajno je povećana proizvodnja energije u tim zemljama. Taj trend transfera tehnologije se nastavlja i stvara dobru osnovu za daljnje korištenje nuklearne energije u budućnosti.
Opetovano i neovisno o sadašnjem preispitivanju sigurnosti nuklearnih elektrana oponenti korištenja nuklearne energije kao jedan od argumenata protiv nuklearne energije navode neadekvatnost zaliha nuklearnog goriva za dugoročne energetske strategije s znatnim učešćem nuklearne energije. Pitanje zaliha nuklearnog goriva ponovno je postalo aktualno zbog povećanog interesa za korištenje nuklearne energije sa ciljem smanjenja emisija stakleničkih plinova. Pokazat će se da zalihe nuklearnog goriva ne bi trebale biti prepreka značajnog dugoročnog razvoja nuklearne energetike.
Valja uočiti da nuklearna energija ima neke karakteristike bitno različite od fosilne energije koje su od velikog značaja kada se razmatra dostatnost zaliha nuklearnog goriva. Prva karakteristika nuklearnog goriva je da količina toplinske energije dobivene iz jedinične mase nuklearnog goriva nije fiksna nego ovisi o tipu reaktora i korištenom nuklearnom gorivnom ciklusu, dok se izgaranjem jedinične mase fosilnog goriva dobiva fiksna količina toplinske energije. Druga karakteristika nuklearnog goriva je da je doprinos troškova urana u trošku jedinične električne energije kod nuklearnih elektrana mali (2-4%) u usporedbi s doprinosom troškova fosilnih goriva u trošku jedinične električne energije kod termoelektrana (25% za elektrane na ugljen i 65% za plinske elektrane). To ima za posljedicu da bi u konzervativnom slučaju doprinosa troškova urana u trošku jedinične električne energije od 4%, peterostruko povećanje troškova urana povećalo troškove jedinične električne energije za 16%, dok bi deseterostruko povećanje troškova urana povećalo troškove jedinične električne energije za 36%. Takva povećanja cijene urana rezultirala bi značajnim povećanjem u raspoloživim zalihama urana. Pokazat će se da su te zalihe urana dovoljne za pogon sadašnje generacije nuklearnih elektrana u otvorenom nuklearnom gorivnom ciklusu do kraja ovog stoljeća čak i uz značajan porast nuklearnih kapaciteta. Treća karakteristika nuklearnih elektrana je da imaju znatno dulji radni vijek od termoelektrana. Radni vijek sadašnje generacije nuklearnih elektrana je 40-60 godina, a očekuje se da će radni vijek nuklearnih elektrana treće generacije biti 60-80 godina, tako da će promjene u iskorištenju nuklearnog goriva biti male u duljem vremenskom periodu.
Zalihe urana objavljuju se svake dvije godine u publikaciji koju izdaje Agencija za nuklearnu energiju OECD-a u suradnji s IAEA i popularno se zove „Crvena knjiga“. U toj su knjizi zalihe urana najprije klasificirane na konvencionalne i nekonvencionalne zalihe urana. Konvencionalne zalihe urana su one zalihe urana koje su dobivene u postrojenjima u kojima je uran primarni produkt, koprodukt ili važni nusprodukt. Nekonvencionalne zalihe urana su zalihe vrlo niske koncentracije ili one zalihe urana koje se dobivaju kao sporedni nusprodukt. Konvencionalne zalihe urana nadalje se dijele na identificirane zalihe i neotkrivene zalihe. Procjene zaliha za ove dvije kategorije dane su u ovisnosti o troškovima proizvodnje. Posljednja „crvena knjiga“ objavljena 2012. godine daje procjenu identificiranih zaliha od 7,1 milijuna tona i neotkrivenih zaliha od 10,4 milijuna tona, tako da procjena konvencionalnih zaliha urana iznosi 16,7 milijuna tona. Te se procjene odnose na uran dobiven uz troškove manje od 260 USD/kg. Nekonvencionalne zalihe urana uključuju zalihe urana u fosfatnim naslagama i morskoj vodi. Procjenjuje se da urana u fosfatnim naslagama ima 22 milijuna tona, dok se u morskoj vodi nalazi 4 milijarde tona urana (koncentracija urana u morskoj vodi iznosi svega 0,003 ppm). Istraživanja u Japanu i Sjedinjenim Američkim Državama pokazala su da se uran može izdvojiti iz morske vode uz troškove od 250 USD/kg.
Procjene konvencionalnih zaliha urana u „Crvenoj knjizi“ dobivene su prikupljanjem podataka od zemalja članica IAEA. Kako su u mnogim zemljama nalazišta urana slabo istražena i kako mnoge zemlje ne daju podatke o zalihama urana svih kategorija, sigurno postoje velike količine urana koje još nisu uključene u „Crvenu knjigu“. Stoga se procjene zaliha urana iz „Crvene knjige“ mogu smatrati kao sadašnja donja granica količina urana koja se može izvaditi iz zemljine kore.
Za analizu dugoročne dostatnosti zaliha urana potrebno je procijeniti sveukupnu količinu urana koja se može ekstrahirati na ekonomski prihvatljiv način. Ta se količina urana naziva „sveukupnim zalihama urana“. One ovise ne samo o geološkim parametrima nego i o razvoju tehnologija za istraživanje nalazišta urana i ekstrakcije urana. Sveukupne zalihe urana procijenjene su korištenjem geokemijskog modela zemljine kore koji je za uran postavljen analogno modelu provjerenom za druge metale. Sveukupne zalihe urana dobivene tim modelom iznose 50 milijuna tona urana uz još uvijek prihvatljive troškove od 180 USD/kg U.
Valja konstatirati da je iskorištenje goriva današnjih energetskih nuklearnih reaktora djelomično jer se uglavnom koristi energija fisibilnog nuklida U235, kojeg u prirodnom uranu ima svega 0,7%. Ostatak je
nuklid U238. Postoje tehnologije i metode koje omogućuju iskorištenje ogromnih količina energije sadržanih u nuklidima U238 i Th232. Navodimo sljedeće tehnologije i metode za bolje iskorištenje nuklearnog goriva: recikliranje urana i plutonija u okviru tehnologije termičkih reaktora, termički oplodni reaktori, brzi oplodni reaktori, zonsko izgaranje goriva u „candle“ reaktorima i akceleratorska
konverzija U238 u Pu239 i Th232 u U233. Neke od tih tehnologija i metoda su već razvijene i tehnički provjerene (recikliranje urana i plutonija, brzi oplodni reaktori) dok su druge još u fazi istraživanja i razvoja.
Zbog niskih troškova urana i visokih troškova prerade i recikliranja goriva uglavnom se koristi otvoreni
nuklearni gorivni ciklus sa slabim iskorištenjem nuklearnog goriva. Dugoročno korištenje otvorenog nuklearnog gorivnog ciklusa rezultiralo bi iscrpljenjem zaliha nuklearnog goriva. Komercijalnim razvojem i značajnom primjenom tehnologije prerade nuklearnog goriva i tehnologije oplodnih reaktora, koji proizvode veću količinu nuklearnog goriva nego što ga troše, riješio bi se problem iscrpljenja zaliha nuklearnog goriva.
Ocjena dostatnosti zaliha nuklearnog goriva provedena je uz konzervativnu pretpostavku značajnog korištenja nuklearne tehnologije sa slabim iskorištenjem goriva (termički nuklearni reaktori druge generacije) i bez prerade goriva. Uz značajnu izgradnju nuklearnih kapaciteta u razdoblju od 2025-2065, što bi na kraju tog razdoblja rezultiralo instaliranom snagom od oko 3479 GW (približno trećina ukupne energije na svjetskoj razini), i uz zadržavanje tog kapaciteta do kraja stoljeća potrebna količina urana do 2100. godine za pogon tih nuklearnih kapaciteta iznosila bi kumulativno 40,2 milijuna tona. U slučaju uvođenja reprocesiranja istrošenog nuklearnog goriva nakon 2065. godine potrebna količina urana do 2100. godine smanjila bi se na 35,6 milijuna tona. I uz takve konzervativne pretpostavke sveukupne procijenjene zalihe nuklearnog goriva od 50 milijuna tona ne bi bile iscrpljene do kraja ovog stoljeća. Značajnim uvođenjem brzih oplodnih reaktora i reprocesiranja istrošenog goriva nakon 2100. godine problem iscrpljenja zaliha nuklearnog goriva postao bi irelevantan. Iz navedenog može se zaključiti da zalihe nuklearnog goriva nisu prepreka dugoročnog razvoja nuklearne energetike čak i uz njeno značajno korištenje.