Энергия ядра: доводы за и против

Еще в 2009 году Саймон Айриш, инвестиционный менеджер из Нью-Йорка, обнаружил способ, с помощью которого, по его мнению, можно было изменить мир.

Айриш увидел, что страны всего мира нуждаются в колоссальном количестве проектов в области экологически чистых источников энергии, чтобы заменить свою инфраструктуру на ископаемом топливе, а также обеспечить достаточно энергии, чтобы удовлетворить спрос со стороны Китая, Индии и других быстрорастущих стран. Он понял, что одними только возобновляемыми источниками, которые полагаются на дуновение ветра и свечение солнца, не отделаться. И он также знал, что ядерная энергия, единственная существующая форма чистой энергии, которая может заполнить пробелы, была слишком дорогой, чтобы конкурировать с нефтью и газом.

Но затем, на конференции в 2011 году, он встретил инженера с инновационным проектом ядерного реактора, охлаждаемого расплавленной солью. Если это сработает, подумал Айриш, это не только решит проблемы со старением ядерной энергии, но и обеспечит реалистичный путь к отказу от ископаемого топлива.
И тогда он задал себе вопрос: «Можно ли разработать реакторы лучше тех, что были 60 лет назад?». Ответом было: «Абсолютно точно».

Можно ли построить домашний ядерный реактор?

Айриш был настолько убежден, что этот новый реактор станет отличным поводом для вложений, что посвятил ему всю карьеру. Почти десять лет спустя Айриш стал генеральным директором компании Terrestrial Energy, расположенной в Нью-Йорке. Компании, которая ожидает создать реактор на основе расплавленной соли до 2030 года.
Terrestrial не одна занимается этим. Десятки ядерных стартапов появляются там и тут, и все они посвящены решению известных проблем с ядерной энергетикой — радиоактивные отходы, выбросы, распространение оружия и высокие издержки.
Реакторы, сжигающие ядерные отходы. Реакторы, спроектированные уничтожать изотопы, которые можно использовать в оружии. Небольшие реакторы, которые можно было бы недорого строить на заводах. Идей так много.
Бывший министр энергетики Эрнест Мониц, советник Terrestrial, считает, что происходит что-то новое. «Я никогда не видел таких инноваций в этом сегменте», говорит он. «Это действительно интересно».
Другие реакторы, вроде спроектированного Terrestrial реактора с соляным охлаждением, автоматически охлаждаются, если становятся слишком горячими. Вода течет через обычные реакторы, защищая их от перегрева, но если что-то остановит этот поток — например, землетрясение и цунами на Фукусиме — вода уйдет, не оставив ничего, чтобы остановить расплавление.
В отличие от воды, соль не закипает, поэтому даже если операторы отключат системы безопасности и уйдут, соль продолжит охлаждать систему, говорит Айриш. Соль нагревается и расширяется, расталкивая атомы урана и замедляя реакцию (чем дальше атомы урона, тем меньше вероятность того, что пролетающий нейтрон разделит их, запустив следующую цепочку реакций).
«Это похоже на кастрюлю на плите, в которой варятся макароны», говорит Айриш. Независимо от того, насколько горячая ваша плита, паста никогда не будет горячее 100 градусов Цельсия, если только вода не испарится. Пока она присутствует, вода циркулирует и рассеивает тепло. Однако если заменить воду жидкой солью, придется разогреть все это до 1000 градусов Цельсия, прежде чем ваш хладагент начнет испаряться.
Все это может показаться фантастикой, но это реальность. Россия производит электроэнергию из передового реактора, который сжигает радиоактивные отходы, с 2016 года. Китай построил реактор из «гальки», который блокирует радиоактивные элементы внутри графитовых сфер.
В 2015 году, чтобы отслеживать стартапы и проекты государственного сектора, пытающиеся добывать низкоуглеродную энергию при помощи безопасного, дешевого и чистого ядерного процесса, аналитический центр Third Way начал картировать все передовые ядерные проекты по всем США. На карте было 48 точек тогда, а теперь 75, и они распространяются как саранча.
«С точки зрения количества проектов, количество людей, над ними работающих, и объема частного финансирования, нет ничего, с чем можно было бы сравнить, не вернувшись в 1960-е годы», говорит Райан Фитцпатрик, работающий над чистой энергией в Third Way.
В те времена, когда Уолт Дисней выпустил фильм «Наш друг Атом», пропагандирующий развитие ядерной энергетики, когда футуристическое понятие электричества, которое «слишком дешевое, чтобы его мерить», казалось правдоподобным, электротехники планировали построить сотни реакторов по всей территории Соединенных Штатов.
Почему все это происходит только сейчас? В конце концов, ученые работают над альтернативными типами реакторов с начала холодной войны, но так и не развернулись в полную силу. История передовых реакторов усеяна трупами неудачных попыток. Реактор с солевым охлаждением впервые успешно запустили в 1954 году, но США решили специализироваться на реакторах с водяным охлаждением и ликвидировать другие конструкции.
Но что-то фундаментальное изменилось: раньше не было никакой причины у ядерной компании выпрашивать миллиарды долларов на новую конструкцию в рамках федерального регулирующего процесса, поскольку обычные ядерные реакторы были прибыльными. Теперь это не так.
«Впервые за полвека действующие ядерные игроки терпят финансовое бедствие», говорит Айриш.
В последнее время США делают ставку на обычные реакторы с водяным охлаждением и она играет не лучшим образом. В 2012 году South Carolina Electric & Gas получила разрешение на строительство двух огромных обычных реакторов для производства 2200 МВт энергии, которых достаточно для питания 1,8 миллиона домов, и пообещала, что они будут запущены в 2018 году. Оплачивая счета за электричество, люди увидели, что они выросли на 18%, что, разумеется, привело к задержкам в строительстве реакторов. Слив в проект 9 миллиардов долларов, коммунальщики сдались.
Подобные истории происходят и за границей. В Финляндии строительство нового реактора на электростанции Олкилуото на восемь лет отстает от графика и на 6,5 миллиардов долларов — от бюджета.
В ответ эти ядерные стартапы разрабатывают свой бизнес, чтобы избежать ужасных перерасходов средств. Многие из них планируют построить стандартизированные частиц реактора на заводе, а затем собрать их вместе, как LEGO, на строительной площадке. «Если вы можете переместить строительство на завод, вы сможете значительно снизить затраты», говорит Парсонс.
Новые реакторы также могли бы снизить затраты, если бы были безопасными. Обычные реакторы имеют огромный риск разрушения вследствие плавления, главным образом потому, что они предназначены для подводных лодок. Охладить реактор водой, когда он находится на подводной лодке, достаточно просто, но когда реактор на суше, приходится закачивать в него воду, чтобы охладить. «И эта насосная система никогда, никогда не должна ломаться, иначе вы получите Фукусиму. Нужна система безопасности для системы безопасности, избыточность поверх избыточности».
Oklo, стартап из Кремниевой долины, основал проект своего реактора на прототипе, не подверженном разрушениям. «Когда инженеры отключили все системы охлаждения, он остыл сам и затем начал резервное копирование, после чего работал нормально», говорит Кэролайн Кокран, соучредитель Oklo. Если эти более безопасные реакторы не будут нуждаться во всех этих резервных системах охлаждения и куполах из бетона, компании смогут строить электростанции намного дешевле.
Зачастую технологии долгое время терпят крах, прежде чем преуспеть: 45 лет прошло с момента появления первой электрической лампочки до патента Томаса Эдисона на лампу накаливания. Инженерам могут потребоваться десятилетия, чтобы воплотить идею в форму. Некоторым кажется, что все идеи передовых ядерных технологий были опробованы в прошлом. «Но наука продвинулась вперед», говорят ученые. «У вас гораздо лучше материалы, чем несколько десятилетий назад. Есть шансы, что все получится».
Недавнее исследование некоммерческого проекта Energy Innovation Reform оценивает, что последняя партия ядерных стартапов может поставить электроэнергию по цене 36-90 долларов за мегаватт-час. Любые энергетические станции, работающие на природной газе продают электричество по цене 42-78 долларов за мегаватт-час.

В лучшем случае ядерные станции смогут стать еще дешевле. Есть прогнозы.
Мэтью Банн, ядерный эксперт из Гарварда, говорит, что если ядерная энергия будет играть роль в борьбе с изменением климата, передовые атомные стартапы ждет неизбежный и быстрый рост. «Чтобы обеспечить десятую часть чистой энергии, которая нам понадобится к 2050 году, нам придется добавлять в сеть по 30 гигаватт ежегодно», говорит он.
Это значит, что миру нужно будет построить в 10 раз больше ядерной энергии, чем это было до катастрофы Фукусимы в 2011 году. Это вообще реально?
«Думаю, нам стоит пытаться — хоть я и не оптимист», говорит Банн, отмечая, что темпы, которыми нам нужно будет строить солнечные и ветряные технологии добычи энергии, чтобы отказаться от использования ископаемого топлива, так же сложны».
На пути к ядерному ренессансу остаются большие барьеры. Потребуются годы, чтобы протестировать прототипы и получить одобрение правительства в любой стране.
«В конечном счете на планете с 10 миллиардами человек, любое количество доступной и безопасной энергии — будь она от ядерного синтеза или деления — найдет себе применение».