Замкнутый ядерный цикл. Как атомную энергетику можно сделать возобновляемой, и зачем

В МАГАТЭ считают, что без атомной энергетики сдержать все подписанные на Парижской конференции обещания по борьбе с изменениями климата не удастся. А еще говорят, что без замыкания ядерного топливного цикла у атомной энергетики нет будущего – ведь только замкнутый цикл позволит назвать атомную энергетику возобновляемой.

Атомные станции не производят никаких выбросов в атмосферу. Это сближает их с возобновляемыми источниками энергии (солнце, ветер, вода), и дает право называться безуглеродной энергией. В виду последних мировых «климатически-устойчивых» тенденций это очень важно для отрасли, и атомщики все чаще акцентируют на этом общественное внимание.

Но звания «безуглеродной» для атомной энергии уже недостаточно. Чтобы прочно обеспечить себе место в будущем энергобалансе, атомная энергетика должна быть признана возобновляемой. Как это можно сделать? Замкнуть ядерный топливный цикл.

Вплотную к замыканию ядерного цикла приблизилась технология реакторов на быстрых нейтронах, которым МАГАТЭ посвящает отдельную конференцию раз в четыре года. Третья Международная конференция по быстрым реакторам и относящимся к ним топливным циклам, прошла в этом году в Екатеринбурге (до этого в Париже в 2013 и Киото в 2009 году).

Зачем это уже устоявшейся и стабильной атомной энергетике?

Атомной энергетике нужна новая технология, чтобы продолжать свое существование.

Технология, позволяющая замкнуть топливный цикл необходима, чтобы доказать инновационный потенциал энергосектора, который еще 50 лет назад считался технологией будущего. И который сейчас из этого будущего выпадает, если смотреть на то, как многие страны заявляют либо о полном (Германия, Южная Корея), либо о частичном (Франция) отказе от АЭС в пользу ВИЭ.

Замкнутый цикл ликвидирует один из основных аргументов против строительства АЭС - накопление долгоживущих и весьма опасных ядерных отходов. И мир сможет получить стабильный, в отличие от ВИЭ, безуглеродный, в отличие от угольных и газовых ТЭС, и практически неистощимый источник энергии.

Причисление атомной энергетики к возобновляемым источникам энергии, может заставить отказавшиеся от нее страны пересмотреть свое решение, и превратить ее в полноправный инструмент достижения тех климатических, и других экологических целей, которые многие страны декларируют.

Чем это поможет климату?

В МАГАТЭ не устают напоминать, что достичь целей устойчивого развития, в том числе и по климату, только за счет ВИЭ, без атомной энергетики, невозможно.

Отмечается, что, несмотря на успешное развитие ветряных и солнечных станций, коэффициент использования установленной мощности у них крайне маленький, при том, что их должны резервировать другие источники питания (такими другими источниками в МАГАТЭ видят в первую очередь атомные мощности).

Сегодня атомная энергетика покрывает только 11% от глобального объема всей генерации электроэнергии в мире, но при этом она соответствует 30% от всей энергии, генерируемой без углеродных выбросов в окружающую среду. Такими данными поделился Стефано Монти, начальник отдела развития ядерной энергетики МАГАТЭ в ходе конференции.

«Существует большой потенциал для повышения этого влияния, и не только с помощью существующей технологии производства атомного электричества, но с помощью новых технологий, таких как реакторы на быстрых нейтронах... Мы ожидаем, согласно нашим прогнозам, что быстрые реакторы могут сыграть огромную роль в этом процессе, так как ближе ко второй половине столетия таких мощностей будет еще больше», - сообщил г-н Монти.

Реакторы на быстрых нейтронах в МАГАТЭ прямым текстом называют революционными.

В чем революционность быстрых реакторов?

В том, что они могут сами себе нарабатывать топливо. В частности, на них можно нарабатывать плутоний, который также потом может использоваться в качестве топлива.

«Они как та птица-феникс, нарабатывают из топлива существующего топливо будущего. Нужна лишь небольшая добавка, чтобы продолжать», - отметил заместитель генерального директора МАГАТЭ Михаил Чудаков в рамках конференции.

Сжигают ОЯТ

Также быстрые реакторы решают (точнее пока только способны решить) вопросы с накопившимся отработанным ядерным топливом, так как могут использовать его (ОЯТ) в качестве топлива. Из этого вытекает, что быстрые реакторы способны сократить и срок хранения ядерных отходов. Так, основной проблемой ОЯТ является содержание в нем долгоживущих радиоактивных элементом, так называемых минорных актиноидов (нижняя строка таблицы Менделеева). Эти примеси наиболее активны и распадаются, переходят в стабильное состояние, порядка сотен тысяч лет. В быстрых реакторах они могут быть выжжены потоком нейтронов:

«Таким образом, у нас останутся на захоронение только продукты деления, у которых срок захоронения от 100 до 400 лет для того, чтобы выйти на естественный уровень радиации. Это уже совершенно другое революционное решение, которое позволяет решить вопросы отработавшего топлива», рассказал г-н Чудаков.

Можно использовать совместно с существующими АЭС

Более того замгендиректора МАГАТЭ говорит, что для развития энергетики будущего к широко распространенным тепловым реакторам (АЭС), нужно пристраивать быстрые реакторы, «которые должны работать с топливом водо-водяных реакторов и в конце концов тоже запустить эти все процессы по сжиганию высокоактивных и долгоживущих минорных актиноидов накопленного отработавшего топлива существующей атомной энергетики».

Нельзя сказать, что технология полностью безотходна, но по сравнению с существующей, значительно более к этому приближена.

Где уже есть такие реакторы?

Такие реакторы есть пока только в РФ - реактор БН-800 был запущен в работу в прошлом году (вот собственно, почему конференцию МАГАТЭ проводила в Екатеринбурге), а БН-600, работает еще с советских времен (с 1980). Они еще не коммерческие, но их называют промышленными. Также в РФ есть планы построить быстрый реактор большей мощности БН-1200.

РФ не единственная страна, где думают о замкнутом цикле. Во Франции есть проект реактора на быстрых нейтронах ASTRID, его планируют запустить в 2019 году. В Китае тоже есть свой проект, который должны запустить к 2023 году, также разработки в сфере быстрых реакторов активно ведутся в Индии.

При этом существующий реактор БН-800 является единственным работающим реактором на быстрых нейтронах, выдающим электроэнергию в сеть. В этом, собственно, его и уникальность.

Актуальность проблемы атмосферных выбросов, если и не подгоняет поиски решения вопроса замыкания ядерного топливного цикла, то уж точно представляет все наработки в этой сфере в очень выгодном свете, с действительно прочными перспективами.

Все выглядит как очень взаимовыгодное сотрудничество, которое в будущем будет сложно (и даже глупо) проигнорировать. Если хотите развивать атомную энергетику - учитывайте требования устойчивого развития, в том числе климатические, а если для вас в первую очередь важна экология и климат - обратите внимание (и желательно инвестиции) на замкнутый ядерный цикл. Таким образом, тренд поиска возобновляемых решений в энергетике может стать новым толчком для развития новых технологий в атомной отрасли, а не тормозом, как можно было предположить. Если атомный сектор сможет грамотно воспользоваться этой ситуацией.