Jako bájný Fénix?

Zdá se, že jsme v posledních letech na další vlně zájmu o jadernou energetiku. Na tu, která v posledních letech skomírala, když její rozvoj byl zbrzděn nejenom černobylskou a fukušimskou havárií, ale i stále rostoucí cenou jaderně generované elektřiny.

Touha po renesanci jaderné energie se nese na perutích soudobé politické a finanční podpory. Vykresluje jadernou energii jako bájného ptáka Fénixe, který opětovně vstává ze svého popela. V současné době je honba za nízkoemisní energií podpořena klimatickou hrozbou. Oprašují se staré jaderné plány, které byly na základě zkrachovalých jaderných projektů již v minulosti opuštěny.

Nehovoří se ale o tom, že jen s přihlédnutím k soudobé celosvětové výrobě elektřiny z jaderné energie, která poklesla pod 10 % elektřiny a 2,6 % celkové energie, se jaderná výroba nemůže stát podstatným nástrojem celosvětového řešení klimatické katastrofy.

Rychlý reaktor

V prvé řadě je třeba říci, že rychlý (množivý) reaktor není jenom jedno zařízení, ale zařízení tři, která na sebe navazují. Vlastní rychlý reaktor, přepracování vyhořeného paliva a výroba nových palivových článků. Všechny tyto operace na sebe musí navazovat, jedna bez dalších dvou nemůže dlouhodobě fungovat.

Je několik základních typů rychlých množivých reaktorů, které během procesu vyrábějí více štěpného materiálu než vstupuje do reaktoru. Rozdělují se podle chlazení: reaktor chlazený kapalnými kovy, reaktor s roztavenými solemi a vysokoteplotní, plynem chlazený reaktor. Rozsáhlé projekty rychlých reaktorů v jaderných velmocech běžely v letech 1970 až 1990 a spolkly investice ve výši stovek miliard dolarů. Rychlý množivý reaktor chlazený tekutým kovem je jediným konceptem, který se dostal do demonstrační a prototypové fáze.

V množivých reaktorech jsou nevyhnutelné ztráty štěpného materiál. Nelze získat 100 % plutonia či uranu, přičemž ztráty jsou v rychlých reaktorech vyšší než u klasických lehkovodních reaktorů.

V současné době je v provozu jen několik rychlých reaktorů, které jsou malé a většinou slouží jako experimentální. Velké projekty sodíkem chlazených rychlých francouzských reaktorů Phénix a Superphénix byly ukončeny. Superphénix stál asi 10 miliard dolarů a za přibližně 10 let svého provozu vyprodukoval pouhých 7,1 % očekávané produkce. Superphénix měl také (především?) vojenský význam a vyrobené plutonium mělo zaručit Francii jaderný potenciál odstrašení.

Práce na pokročilejším projektu francouzského reaktoru Astrid byly opuštěny v roce 2019 s prohlášením, že „v současné situaci na energetickém trhu není perspektiva průmyslového rozvoje reaktorů čtvrté generace plánována dříve než ve druhé polovině tohoto století“. Na projekt Astrid bylo vynaloženo přibližně 735 milionů euro.

Přepracování paliva

Separace paliva z rychlého reaktoru je složitým chemickým a fyzikálně chemickým procesem, a je nejméně dvakrát dražší než v případě lehkovodního reaktoru. Uran i plutonium obsahují více štěpných produktů a aktinoidů, protože palivo z rychlého reaktoru má vyšší vyhoření, a tudíž obsahuje vyšší podíly plutonia a s tím spojenou nižší rychlost rozpouštění a tvorbu sraženin.

Každý z procesních kroků je spojen s nevyhnutelnými ztrátami radioaktivních a toxických materiálů, kapalných i plynných. Zkušenosti evropských závodů na přepracování paliva z lehkovodních reaktorů nejsou povzbuzující. Kontaminace mnoha různými radionuklidy pocházejícími z přepracovatelského závodu v Sellafieldu v UK byla nalezena na přílivovém úseku řeky Esk a přilehlém pobřeží. V některých místech byla radiace až 13krát vyšší než limity doporučené Národní radou pro radiologickou ochranu pro kontaminaci životního prostředí a až 50krát vyšší než úroveň, při které Rada doporučuje vyšetření radiační expozice veřejnosti. Tyto nálezy byly zveřejněny v době, kdy radioaktivní kontaminace ze Sellafieldu nad doporučenými limity byla nalezena také podél pobřeží severního Walesu a jihozápadního Skotska.

Ani závod na přepracování paliva ve francouzském La Hague na tom není lépe. Analýzou vzorků půdy odebraných v blízkosti závodu na přepracování jaderných materiálů byla zjištěna přítomnost aktinoidů a izotopu stroncia 90 několika vybraných místech ve Francii a potvrdila předchozí kontaminace životního prostředí. Metoda datování izotopů 241 americia a plutonia ukázala na období před rokem 1983.

Výroba palivových článků

Výroba nového paliva z recyklovaného plutonia a uranu s ohledem na radiaci a neutronové záření způsobené vyšším obsahem americia 241 se zhoršují každým cyklem. Rozpad plutonia 241, jednoho z izotopů plutonia vytvořeného v reaktoru, na americium 241 vyžaduje rychlé zpracování a co nejkratší dobu pobytu mimo jádro, aby se zabránilo nutnosti přečištění plutonia.

Technické potíže s výrobou paliva MOX (mixed oxide – palivo z oxidů uranu a plutonia) pro lehkovodní reaktory platí ve větší míře pro výrobu paliva pro rychlý reaktor. Náklady na výrobu paliva v množivém cyklu se odhadují 2 až 4krát vyšší než pro palivo pro lehkovodní reaktory. Z důvodu vysoké radioaktivity materiálů, musí být palivové články vyrobeny za použití robotického dálkového ovládání.

Dalším problémem je malá dostupnost plutonia pro masivní rozvoj technologie rychlých reaktorů. Dnešní zásoby plutonia by podle odhadu postačovaly pro 60 rychlých reaktorů s tím, že jejich počet by mohl být zdvojen během 40 let, tedy až poté, co by měl být svět dekarbonizován.

Cenová srovnání

Dotace jsou samozřejmě lákadlem, k němuž se slétají stavební firmy, provozovatelé i výzkumná sféra. Stále rostoucí cena jaderně generované elektřiny ale nedává žádnou šanci, že by se někdy v budoucnu stala levným energetickým zdrojem. To vidíme při výstavbě velikých jaderných reaktorů, ale i u malých modulárních reaktorů, o nichž se donedávna tvrdilo, že zásadně zlevní jadernou výrobu. Firma NuScale ale nedávno oznámila zvýšení poslední ceny elektřiny z malého modulárního reaktoru (SMR) 58 USD/MWh o 53 % na 89 USD/MWh, po odečtení dotací. Zřetelně se nejedná o poslední slovo.

Podle americké NREL (National Renewable Energy Laboratory) dosáhnou v roce 2030 velké fotovoltaické, resp. větrné elektrárny s bateriovým zajištěním cenové hladiny 25, resp. 23 USD/MWh.

Mark Jacobson a jeho kolegové ze Stanfordské univerzity publikovali v loňském roce v časopise Energy & Environmental Science studii, která tvrdí, že 145 zemí světa by mohlo během několika let přejít na 100% obnovitelné zdroje energie s využitím dnes dostupných technologií. Doporučují, aby svět provedl přechod do roku 2035, ale v žádném případě ne později než do roku 2050. Jejich cílem je, aby do roku 2030 fungovalo 80 % energie z obnovitelných zdrojů. Podle autorů by přechod světa na obnovitelnou energii stál 62 bilionů dolarů, ale návratnost by trvala pouhých 6 let.

Stručně shrnuto

Rychlé reaktory a jejich úspěšné nasazení pro boj s klimatickou katastrofou jsou chimérou. Je stěží pochopitelné proč ČR chce na mnoha místech postavit SMR a nahradit jimi i městské výtopny. Proč nevolí levnou obnovitelnou energii se současným stavem techniky a čeká na něco, co ještě není a možná ani nebude? Proč nevolí razantní energetickou sanaci budov? Je toto chybné rozhodnutí vedeno snahou zachovat energetický monopol i za několikanásobně vyšší cenu elektřiny pro veřejnost, o dalších problémech (chlazení, odpady, souhlas veřejnosti…) raději nemluvě?