Thursday, 21 May 2009

Μια νέα αρχή για την πυρηνική ενέργεια (3ο μέρος)

Αντιδραστήρες 4ης γενιάς
Προς το τέλος της δεκαετίας του '90 το Αμερικανικό Υπουργείο Ενέργειας επέλεξε έξι σχέδια για τους αντιδραστήρες της 4ης γενιάς για να βελτιώσει τους ήδη υπάρχοντες με σκοπό την εξάπλωση της χρήσης της πυρηνικής ενέργειας. Τρία από αυτά τα σχέδια είναι γρήγοροι αντιδραστήρες, οι οποίοι έχουν έναν βιώσιμο κύκλο καυσίμων στον οποίο το πλουτώνιο-239 παράγεται από το ουράνιο-238 με σύλληψη ενός νετρονίου, και επομένως να λειτουργήσουν για πολλές εκατοντάδες χρόνια με τα υπάρχουσα αποθέματα ουρανίου. Τα τρία σχέδια γρήγορων αντιδραστήρων διαφέρουν κυρίως στην επιλογή του ψυκτικού μέσου: δηλαδή υγρό νάτριο, υγρός μόλυβδος και αέριο ηλίου, είναι μερικά ψυκτικά μέσα από τα οποία κάποια είναι καλύτεροι αγωγοί θερμότητας, ενώ μερικά είναι πιο προβληματικά εάν διαρρέουν.

Ένα άλλο σχέδιο της 4ης γενιάς είναι ο εξαιρετικά κρίσιμος αντιδραστήρας ύδατος, στον οποίο χρησιμοποιείται το νερό στην εξαιρετικά κρίσιμη φάση του ως ψυκτικό μέσο. Το νερό σε αυτή την κατάσταση (δηλ. όπου δεν υπάρχει καμία διάκριση μεταξύ ενός υγρού και ενός αερίου) έχει μια πολύ υψηλή ειδική θερμότητα, και γι αυτό έχει μια πιο υψηλή θερμική αποδοτικότητα απ' ό,τι στα υπάρχοντα LWR.

Τέλος υπάρχει ο αντιδραστήρας πολύ υψηλής θερμοκρασίας (VHTR), ο οποίος συσχετίζεται με τα τρέχοντα σχέδια αντιδραστήρων HTR που ακολουθείται από τη Νότια Αφρική. Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν ως επιβραδυντή γραφίτη και ως ψυκτικό μέσο αέριο, και έχουν υψηλή θερμική αποδοτικότητα. Επιπλέον, οι VHTR είναι απίστευτα ασφαλείς αντιδραστήρες, επειδή το ραδιενεργό περιεχόμενο των καυσίμων συγκρατείται ακόμα κι αν ο αντιδραστήρας φθάσει σε θερμοκρασίες παραπάνω από 1500 Κελσίου (δηλ. 500 βαθμούς περισσότερο από την κανονική θερμοκρασία λειτουργίας).

Ίσως η πιο συναρπαστική πτυχή του σχεδίου VHTR είναι ότι μπορεί να παραγάγει υδρογόνο μέσω ηλεκτρόλυσης του νερού ή μέσω θερμοχημικών αντιδράσεων και να διαδραματίσει έτσι ένα σπουδαίο ρόλο σε μια οικονομία υδρογόνου στο μέλλον. Η παραγωγή του υδρογόνου είναι μια διαδικασία πολύ ενεργοβόρος, γι αυτό απαιτεί είτε μεγάλα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας είτε θερμότητα - τα οποία και τα δύο είναι άφθονα στο σχέδιο ανιδραστήρα VHTR, με καμία ουσιαστικά εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα. Η παραγωγή του υδρογόνου δεν δεσμεύει την απόδοση του αντιδραστήρα, αν και μειώνει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η χρήση των ορυκτών καυσίμων για τη δημιουργία του υδρογόνου, αφ' ετέρου, δεν είναι περιβαλλοντικά δικαιολογήσιμη.

Το τελικό σχέδιο της 4ης γενιάς - που ονομάζεται αντιδραστήρας τήξης άλατος - είναι το πιο ριζικό. Εδώ τα καύσιμα είναι υπό μορφή άλατος ουράνιου που κυκλοφορεί στο ψυκτικό μέσο, έτσι ώστε οποιαδήποτε απώλεια ψυκτικού μέσου θα διέκοπτε την αλυσιδωτή αντίδραση. Πώς θα γίνει στην πράξη αυτή διαδικασία ακόμα δεν έχει αποφασιστεί τυπικά, καθώς η έρευνα στο σχέδιο τήξης του άλατος ουρανίου - και κάθε άλλο σχέδιο της IV γενεάς στην πραγματικότητα - είναι σε ένα πολύ αρχικό στάδιο. Είναι απίθανο ότι και τα έξι σχέδια θα πετύχουν εμπορικά. Μερικά θα απορριφθούν τελικά όπως μερικοί αντιδραστήρες αποδεικνύονται πιο βιώσιμοι από κάποιους άλλους. Οι φυσικοί είναι αισιόδοξοι ότι η πυρηνική ενέργεια τα επόμενα χρόνια θα εισέλθει σε μια άλλη φάση.

Μια πυρηνική αναγέννηση

Η βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας στην Ευρώπη (με εξαίρεση τη Γαλλία) και τις ΗΠΑ έχει λιμνάσει από τα μέσα της δεκαετίας του '80, με λίγες νέες εγκαταστάσεις. Αυτό οφείλεται εν μέρει στις προσπάθειες των αντιπυρηνικών ομάδων και επίσης στο ατύχημα του Τσέρνομπιλ το 1986, αλλά έχουν επίσης παίξει ρόλο και οι δυνάμεις της αγοράς. Στη Βρετανία, παραδείγματος χάριν, ο ανταγωνισμός από το φυσικό αέριο, η άρση των ελέγχων της αγοράς ενέργειας και η αβέβαιη κυβερνητική υποστήριξη δυσκόλεψαν την κατασκευή νέων πυρηνικών εγκαταστάσεων με ιδιωτικά κεφάλαια. Σε άλλες χώρες, ο ανταγωνισμός από τον φτηνό άνθρακα υπονόμευσε την κατασκευή νέων πυρηνικών εγκαταστάσεων, ενώ παντού η επιτυχημένη επέκταση της διάρκειας ζωής των υπαρχουσών πυρηνικών εγκαταστάσεων, έχει παρακωλύσει την οικοδόμηση νέων.

Σήμερα, εντούτοις, εισήλθαμε σε μια εποχή αναγέννησης της πυρηνικής ενέργειας. Αν και δεν είναι η ολοκληρωτική λύση στην αλλαγή του κλίματος, η πυρηνική ενέργεια μπορεί να βοηθήσει ώστε να επιβραδυνθεί η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, και να προσφέρει έναν αξιόπιστο ανεφοδιασμό ηλεκτρικής ενέργειας, ως μέρος ενός διαφορετικού ενεργειακού μίγματος. Και σε μια αντιστροφή της τύχης, η πρόσφατη μεγάλη άνοδος στο αέριο και στο πετρέλαιο σημαίνει ότι οι εγκαταστάσεις πυρηνικής ενέργειας είναι τώρα η πιο οικονομική ενεργειακή επιλογή σε πολλές χώρες. Δεδομένου ότι τα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου αρχίζουν να τελειώνουν, πολλές κυβερνήσεις πρέπει να ακολουθήσουν τις ηγέτιδες χώρες (Κίνα, Γαλλία, Νότια Κορέα και Ιαπωνία) για τη συνέχιση ενός νέου πυρηνικού προγράμματος.

Επομένως, μπορεί να δούμε έναν νέο στόλο αντιδραστήρων, ίσως ένα μίγμα των σχεδίων EPR and AP-1000, για τα επόμενα 10 έως 15 χρόνια που θα λειτουργούν ίσως έως το 2080. Πριν από αυτή την ημερομηνία μπορούμε επίσης να δούμε την παραγωγή αντιδραστήρων 4ης γενιάς, μερικοί από τους οποίους μπορούν επίσης να παραγάγουν και υδρογόνο. Έως τότε, η πυρηνική ενέργεια από κοινού με τις ανανεώσιμες ενέργειες θα βοηθήσουν τα κράτη να μειώσουν τις εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα. Αντίθετα, αν αντικαταστήσουμε απλώς τα σημερινά πυρηνικά εργοστάσια με πηγές ανανεώσιμης ενέργειας, που θα παρέχουν το ίδιο ποσοστό της ενέργειας (αυτήν την περίοδο στη Βρετανία είναι περίπου 19% του συνόλου) δεν θα κάνουμε τίποτα για να μειώσουμε τις εκπομπές.

Με τις προοπτικές στη βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας να εμφανίζονται πολύ πιο καλύτερες από όσο ήταν πριν πέντε χρόνια, οι φυσικοί είναι πιθανό να έχουν πιο μεγάλη ζήτηση. Ο πυρηνικός τομέας είναι παγκόσμιας σπουδαιότητας και είναι μια από τις λίγες περιοχές όπου οι φυσικοί μπορούν πραγματικά να χρησιμοποιήσουν τις δεξιότητές τους έξω από τον ακαδημαϊκό κόσμο. Η γνώση της επιστήμης των υλικών και της μεταφοράς θερμότητας μέσα σε έναν αντιδραστήρα μπορεί να είναι εξίσου σημαντική με αυτούς που γνωρίζουν τις πυρηνικές αντιδράσεις και τη φυσική νετρονίων, θέματα που διδάσκονται στα μεταπτυχιακά μαθήματα.

Δυστυχώς, οι διαμαρτυρίες από τις περιβαλλοντικές ομάδες εναντίον των σταθμών πυρηνικής ενέργειας, έχουν οδηγήσει στην κατασκευή περισσότερων εργοστασίων ηλεκτρικής ενέργειας με πετρέλαιο και λιθάνθρακα. Όμως σε πολλά κράτη υπάρχει μια πυρηνική αναγέννηση, και φαίνεται ότι το ποτάμι γυρίζει πίσω γι αυτό και οδηγούμαστε σε ένα νέα ξεκίνημα της πυρηνικής ενέργειας.

Πηγές: PhysicsWorld

No comments: