Сегодня всё больше приходит понимание того, что былая позиция всего мира по отказу от ядерной энергетики является нерациональной.
Появляются новые проекты более технологичных и защищённых ядерных электростанций, появляется новая концепция развития модульных реакторов малой мощности.
Ядерная энергетика внесена Еврокомиссией в европейскую таксономию устойчивого развития. По крайней мере, для реакторов третьего поколения выдано разрешение на строительство до 2045 года.
В Японии, где фактически остановлено большинство ядерных реакторов после аварии на АЭС "Фокусима-1", правительство намерено продолжать развивать атомную энергетику для стабильности энергопоставок населению страны.
Однако возвращение к идее строительства новых атомных блоков вовсе не означает, что это будет по силам даже развитым странам. Дело в том, что в современном мире ядерная энергетика становится привилегией, так как по устаревшим технологиям (1970-1990 годов) строить ядерные реакторы – небезопасно, а современные технологии стали очень дороги, строить по которым умеют далеко не все.
Но даже современные реакторы будут обладать всё теми же проблемами, которые так сильно пугают современное общество. Я имею в виду радиоактивные отходы и возможность масштабной техногенной аварии.
Однако отказаться от развития ядерных энергетических технологий – значит лишить себя будущего, обрекая человечество на угасание.
Ядерная энергетика – это единственная доказанная и практически реализованная технология генерации энергии, способная работать в следующих условиях:
- на Земле;
- под Землёй;
- на воде;
- под водой;
- в атмосфере и космосе;
- на других планетах.
Другого подобного источника энергии, способного так гибко адаптироваться к окружающей среде, человечеством пока не придумано.
Однако даже не это важно. Всё идёт к тому, что без развития и совершенствования ядерных энергетических технологий человечество уже в обозримом будущем постигнет катастрофа.
С 1950 по 2000 годы потребление ископаемых углеводородных энергоресурсов увеличилось в 10 раз. Оно и правильно - потребление энергии в мире всегда должно возрастать. Именно этот показатель является фундаментальным для обеспечения увеличения качества жизни общества и отдельного человека.
Но некоторых всегда тянуло на всякие авантюры в сфере энергетики. Насколько болезненными бывают такие авантюры, мы наблюдаем всем миром в реальном времени.
Так, например, снижение потребления энергии в 2020 году (в период пандемии) крайне негативно отразилось на всей мировой экономике. Ограничения, которые были введены, снизили общее энергопотребление человечества до уровня 2017 года.
То есть одного и того же количества потребляемой человечеством энергии хватало на развитие экономики в 2017 году (никаких ограничений), но не хватило в 2020-2021 году, что привело к стагнации.
Следом наступил мировой энергетический кризис, который только набирает силу.
Как и любое живое существо, человечество может развиваться только с ростом потребления энергии и ресурсов.
Увеличение потребления энергии на 3% в год является фактором процветания и развития человеческой цивилизации. 2% в год – оптимальный показатель развития мировой экономики без излишеств.
Когда нам говорят, что разведанных запасов, например, угля в мире хватит ещё на 270 лет при современном уровне добычи и потребления, то не учитывается рост энергопотребления за это время.
Так, если доля угля в энергетике останется в схожих рамках (27%), то при 2% увеличении энергопотребления все его разведанные запасы закончатся за 93 года, а никак не за 270 лет.
То же самое и с газом, запасов которого миру хватит на 60 лет при текущем уровне потребления. При росте потребления на 2% в год запасов хватит только на 40 лет.
С нефтью всё ещё грустнее: при росте потребления, её осталось не на прогнозные 40 лет, а на 30.
В 2057 году энергопотребление человечества удвоится, то есть нефти, газа и угля нам нужно будет потреблять в два раза больше, чем сегодня.
Если принять во внимание совокупные объёмы разведанных запасов всех углеводородов, то их энергетического потенциала с учётом роста потребления энергии хватит примерно на 70 лет (до 2092 года).
При этом известно, что разведанных запасов урановой руды миру хватит на 60 лет при текущем потреблении. Однако ядерная энергия составляет всего 4,3% от всех потребляемых человечеством видов энергии.
Если сегодня мы на 100% перейдём на ядерное топливо, то разведанных запасов урана нам хватит только на два с половиной года, вместо шестидесяти лет.
Современная ядерная энергетика базируется на использовании изотопа уран-235, которого в урановой руде всего 0,72%. Именно уран-235 обеспечивает самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию, благодаря которой и происходит работа реакторов.
Изотоп уран-238, которого в руде содержится более 99%, идёт в отвал, так как не способен поддерживать требуемую цепную реакцию.
Двухкомпонентная энергетика на основе топливного замкнутого ядерного цикла даёт возможность включить уран-238 в топливный цикл ядерной энергетики.
Уран-238 путём захвата нейтронов способен трансмутировать в плутоний-239, который даже лучше подходит для ядерных реакторов, чем уран-235.
Наиболее качественный процесс трансмутации урана-238 в плутоний-239 идёт в реакторах на быстрых нейтронах. Физика процессов такова, что плутония-239 из урана-238 получается больше, чем сгорает урана-235 в ядерных реакциях, обеспечивающих работу реактора.
Упрощённо замкнутый ядерный топливный цикл предполагает переработку отработанного ядерного топлива реакторов на быстрых нейтронах в новый вид ядерного топлива для работы в традиционных ядерных реакторах, а отработанное ядерное топливо традиционных реакторов перерабатывается с добавлением урана-238 в новое топливо для реакторов на быстрых нейтронах.
Таким образом топливная урановая база увеличивается примерно в 135 раз, и при 100%-м переходе на ядерную энергетику разведанных запасов урановой руды хватит на 337 лет, а не на 60 лет или 2,5 года.
У России количество уже добытого и обеднённого урана-238, бережно хранящегося на объектах "Росатома", составляет 700 тысяч тонн. Из этого объёма можно получить в 3 раза больше плутония-239, чем извлечь урана-235 из всех на сегодня разведанных запасов урановой руды на планете. При этом Россия - единственная страна, которой удалось безопасно освоить промышленную эксплуатацию реакторов на быстрых нейтронах. Быстрые натриевые реакторы "БН-600" (1980 года запуска) и "БН-800" (2015 года запуска), находящиеся на Белоярской АЭС в Свердловской области, являются на сегодня единственными в мире промышленными реакторами на быстрых нейтронах.
Если сейчас перевести всю энергетику (тепловая, электрическая, кинетическая) на ядерное топливо, то даже при росте энергопотребления на 2% в год разведанных запасов урановых руд хватит как минимум на 103 года (без учёта уже добытого урана-238) при переработки всего урана-238 в плутоний-239.
Если совместить энергетические эквиваленты полезной извлекаемой энергии разведанных запасов всех углеводородов и урановой руды, используемой в замкнутом ядерном топливном цикле, то при ежегодном росте энергопотребления человеческой цивилизацией на 2%, энергетических ресурсов хватит до 2140 года, а с учётом уже добытого в мире урана-238 - до 2160 года.
И тут важно понимать, что, согласно расчётам, в 2140 году потребление энергии возрастёт больше чем в 10 раз, то есть человечество к этому времени будет потреблять энергии как 10 человеческих цивилизаций уровня 2022 года.
Замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ) в случае его успешной реализации к 2040 году будет активно замещать нефть, к 2050 году – газ, к 2070 – уголь.
И всё вроде бы хорошо, вот только этим вопросом по существу занимается только Россия в лице "Росатома", а у других стран или компаний нет достаточных компетенций в этом вопросе. Больше никто не способен в среднесрочной перспективе освоить замкнутый ядерный топливный цикл.
В 1945 году Энрико Ферми заявил: «Страна, которая первой разработает реактор-бридер (реактор на быстрых нейтронах), будет иметь значительное преимущество в состязании за атомную энергию».
Так уж вышло, что технологию реакторов на быстрых нейтронах промышленного назначения удалось полноценно освоить только в России, что доказал 40 летний опыт эксплуатации "БН-600" и запуск нового "БН-800".
Да, такие реакторы доставили много головной боли конструкторам и инженерам. Проблем оказалось достаточно много, а некоторые аварии, которые происходили на этом типе реакторов, до сих пор не нашли окончательного научного объяснения. Примером тут является ядерный реактор «Феникс» - французский промышленный ядерный реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем, запущенный в 1973 году, который внезапно начал страдать от аномальных скачков реактивности в 1989-1990 годах, после чего всё это так же внезапно прекратилось. Проблема так и не получила окончательного объяснения, несмотря на многолетние исследования. В 2009 году он был остановлен.
В Индии с 2004 года строится национальный прототип натриевого реактора на быстрых нейтронах (PFBR) электрической мощностью в 500 МВт, запуск которого намечен на октябрь 2022 года.
В Китае с 2017 года идёт строительство аналога советского натриевого реактора "БН-600" - реактор "CFR-600" электрической мощностью в 642 МВт, топливо к которому будет поставлять "Росатом". Запуск реактора намечен на 2024 год.
В России, помимо строительства реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем "БРЕСТ-300" (электрической мощностью в 300 МВт), в рамках проекта "Прорыв" идёт успешная разработка нового поколения быстрых натриевых реакторов "БН-1200" и проектирование промышленных реакторов на быстрых нейтронах малой мощности со свинцово-висмутовым теплоносителем электрической мощностью от 12 до 100 МВт.
Поэтому совершенно очевидно, что только Россия может воплотить ЗЯТЦ в реальность. И у "Росатома" уже есть планы по экспортной коммерциализации технологии реакторов на быстрых нейтронах и ЗЯТЦ.
А учитывая, что две трети мирового рынка строительства АЭС сегодня принадлежит "Росатому", то Атом становится синонимом Рубля.
Так же, как нефть с 1973 года была синонимом американского доллара (нефтедоллары), а уголь во времена промышленной революции - синонимом фунта стерлингов.
Конечно, отработанные ядерные отходы всё же будут образовываться и при ЗЯТЦ, но решением этого вопроса российские атомщики занимались на протяжении всей программы освоения реакторов на быстрых нейтронах. Многочисленные эксперименты показали очень обнадеживающие результаты решения проблемы отработанных ядерных отходов, что в перспективе сделает ядерную энергетику чистой.
Но об этом подробно поговорим в следующей статье.
Постскриптум:
Статьи выходят благодаря поддержке подписчиков-спонсоров. Для спонсоров всегда открыто приватное обсуждение, ссылки на источники и исследования используемые в основе моих статей: