Переработка ядерных отходов — важнейшее направление энергетических инноваций

Ни один вопрос не сбивает с толку американскую энергетическую и экологическую политику больше, чем ядерные отходы. Начнем с трех основных элементов рассказа.

Во-первых, атомные электростанции в США производят около 2 000 метрических тонн ядерных отходов (или «отработанного топлива») в год. Из-за присущей ему радиоактивности оно бережно хранится в различных местах по всей стране.

Во-вторых, федеральное правительство должно выяснить, что с этим делать. Фактически, операторы электростанций внесли более 40 миллиардов долларов в Фонд ядерных отходов, чтобы правительство могло справиться с этим. Идея заключалась в том, чтобы похоронить его в «глубоком геологическом хранилище», воплощенном в горе Юкка, штат Невада, но это оказалось политически невозможным. Тем не менее на предварительную оценку было потрачено 15 миллиардов долларов .

В-третьих, из-за неспособности Министерства энергетики управлять этими отходами, они просто накапливаются. Согласно последним данным этого агентства , около 80 000 метрических тонн отработавшего топлива — сотни тысяч тепловыделяющих сборок, содержащих миллионы тепловыделяющих стержней — ожидают своего конечного пункта назначения.

И вот поворотный момент: операторы АЭС подали в суд на правительство за нарушение контракта и в 2013 году выиграли . Казначейство США ежегодно выплачивает им несколько сотен миллионов долларов в рамках серии расчетов и судебных решений. Общая сумма составляет более 8 миллиардов долларов .

Я понимаю, что эта история звучит немного безумно. Я действительно говорю, что правительство США собрало миллиарды долларов для обращения с ядерными отходами, затем потратило миллиарды долларов на технико-экономическое обоснование только для того, чтобы положить его на полку, а теперь платит еще миллиарды долларов за эту неудачу? Да.

К счастью, все агрегированные отходы занимают относительно небольшую площадь, и существует временное хранилище. Без неотложной причины действовать политики, как правило, не пойдут.

Хотя попытки найти долгосрочное хранение будут продолжаться, директивным органам следует обратить внимание на переработку некоторых из этих «отходов» в пригодное для использования топливо. На самом деле это старая идея . Лишь небольшая часть ядерного топлива расходуется на выработку электроэнергии.

Сторонники рециркуляции предполагают, что реакторы будут использовать «переработанное» отработавшее топливо, извлекая энергию из 90% остатков после выгорания. Даже его критики признают, что химия, физика и инженерия, лежащие в основе переработки, технически осуществимы, и вместо этого наносят удар по спорной экономике и предполагаемым рискам безопасности.

Так называемые реакторы поколения IV бывают всех форм и размеров . Конструкции разрабатывались уже много лет — в некоторых отношениях — вплоть до зарождения ядерной энергетики, — но легководные реакторы доминировали в этой области по целому ряду политических, экономических и стратегических причин. Например, сдвоенные обычные водо-водяные реакторы Southern Company, строящиеся в Джорджии, имеют мощность чуть более 1000 мегаватт (или 1 гигаватт), что является стандартом для проекта Westinghouse AP 1000.

Напротив, конструкции станций следующего поколения меньше по размеру и мощности, а также могут использовать различные системы охлаждения: небольшой модульный реактор NuScale Power в Орегоне мощностью 77 мегаватт, расположенный в Сан-Диего General Atomics с гелиевым охлаждением мощностью 50 мегаватт быстрый модульный реактор, 140-мегаваттный реактор на расплаве фторидных солей Kairos Power в Аламеде и так далее — все они имеют разные конфигурации, которые могут соответствовать различным бизнес-целям и задачам политики.

Многие конструкции Gen-IV могут либо явно перерабатывать использованное топливо, либо быть настроены на это. 3 июня TerraPower (при поддержке Билла Гейтса), GE Hitachi и штат Вайоминг объявили о соглашении о строительстве демонстрационного проекта Natrium мощностью 345 мегаватт — быстрого реактора с натриевым теплоносителем.

Natrium технически способен перерабатывать топливо для производства. Калифорнийская компания Oklo уже достигла соглашения с Национальной лабораторией Айдахо об эксплуатации своего 1,5-мегаваттного «микрореактора» за счет использованного топлива. Фактически, самопровозглашенным «предпочтительным топливом» для проекта реактора с расплавленной солью Elysium Industries в Нью-Йорке является отработавшее ядерное топливо, а компания Flibe Energy из Алабамы рекламирует возможность сжигания отходов своей конструкции ториевого реактора.

Поднимутся или упадут современные реакторы, не зависит от выхода из тупика с ядерными отходами. Хотя такие реакторы могут потреблять отработавшее топливо, это не обязательно. Тем не менее, стимулирование переработки отходов улучшило бы их экономику.

«Поощрение» — это код для «оплаты». Директивным органам следует рассмотреть способы, с помощью которых Вашингтон может сделать для электростанции более выгодным переработку топлива, чем его импорт — из Канады, Казахстана, Австралии, России и других стран.

Политическая поддержка передовых ядерных технологий, включая переработку, глубже, чем можно было ожидать. В 2019 году Сенат утвердил д-ра Риту Баранвал на должности помощника секретаря по ядерной энергии Министерства энергетики (DOE). Материалы ученый по образованию, она возникла , как в весе переработки.

Новая администрация Байдена продолжила широкую двухпартийную поддержку усовершенствованных ядерных реакторов, предложив в своем бюджетном запросе на 2022 финансовый год увеличить финансирование Управления ядерной энергии Министерства энергетики почти на 350 миллионов долларов. Предложение включает в себя конкретное увеличение финансирования на исследования и разработку концепций реакторов (плюс 32 миллиона долларов), НИОКР по топливному циклу (плюс 59 миллионов долларов) и демонстрацию усовершенствованного реактора (плюс 120 миллионов долларов), а также утроение финансирования универсального испытательного реактора (с 45 миллионов долларов до 145 миллионов долларов в год).

В мае Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA-E) объявило о новой программе стоимостью 40 миллионов долларов для поддержки исследований в области «оптимизации» отходов и утилизации современных реакторов, в том числе путем переработки отходов. Важно отметить, что в объявлении прямо говорится, что отсутствие решения по утилизации ядерных отходов сегодня «создает проблему» для будущего реакторов Gen-IV.

Эта дискуссия напоминает о том, что переработка в целом — очень грязный процесс. Он химически, машинно и энергоемко. Переработка всех видов, от важнейших минералов до пластиковых бутылок, также приводит к появлению новых отходов. Сегодня федеральное правительство и правительства штатов довольно активно рециркулируют эти другие потоки отходов, и они должны в равной степени участвовать в утилизации ядерных отходов.