Виклики війни та клімату

Минулого тижня прем'єр-міністр Великої Британії заявив, що може розглянути можливість переходу на атомну енергетику, щоб компенсувати зростання цін на природний газ, які з початку війни в Україні виросли приблизно на 150% в Європі. Це підвищення ціни більш ніж вдвічі.

Це також підтримає тверду кліматичні позиції Великобританії щодо чистих нульових викидів парникових газів (ПГ), оскільки ядерна енергетика забезпечує зелену енергію. Однак в інших аспектах він не такий чистий – дивіться нижче.

Але країни з високою енергетикою переходять від ядерної енергії до природного газу. Bloomberg Green Newsletter повідомляє, що виробництво ядерної енергії в Німеччині в 2021 році було на 60% нижчим за пік, у Великобританії — на 50%, а в Японії — на 87%.

Оскільки в Україні вирує війна, один спостерігач припустив, що Німеччина, зіткнувшись із газовою кризою, може відновити роботу атомних електростанцій, які були законсервовані. Німеччина імпортує 49% газу з Росії.

Чи вимагає ядерна енергетика інший погляд на альтернативу енергетиці природного газу і як спосіб декарбонізації світу?

Природний газ проти ядерної в Європі.

Якби Росія перекрила магістральний газопровід до Німеччини «Північний потік-1», як Німеччина та інші європейські країни могли б замінити газ? Новий подвійник газопроводу «Північний потік-2» не допоможе, тому що його нещодавно закрила Німеччина, посилаючись на війну в Україні, ще до того, як він почав надходити газ з Росії.

Одним із рішень було б збільшення імпорту СПГ до Європи провідними експортерами Австралії, Катару та США. Просто потрібно більше експортних терміналів і більше спеціалізованих вантажних танкерів для СПГ.

Чи є атомна електростанція варіантом заміни енергії природного газу? Не легко, бо 28 з 34 країн в Європі в 2020 році спожито більше енергії природного газу, ніж атомної.

Німеччина спожила 2.6 екджауля (EJ) більше енергії з газу, ніж з ядерної. Наступними за величиною диференціалами є Італія (2.4 EJ) і Великобританія (2.2 EJ).

Більшість країн залежать від природного газу більше, ніж від ядерної. Великим винятком є ​​Франція, оскільки 37% електроенергії Франції забезпечують атомні електростанції — атомна енергія споживається значно більше, ніж природний газ (на 1.7 EJ більше).

Погляд на клімат.

Природний газ є викопним паливом, якщо він не був отриманий з відходів. Багато хто стверджує, що газ стане мостовим паливом при переході на відновлювані джерела енергії, оскільки він горить вдвічі чистіше, ніж вугілля та нафта. Наприклад, нафтові мажорні bp's Енергетичний прогноз 2020 постулювали майбутні сценарії, за яких газ буде домінуючим викопним паливом, необхідним для досягнення чистого нуля до 2050 року, але це буде лише вдвічі менше енергії, що надходить від вітру, сонця та гідроенергії.

Але посилення деяких атомних електростанцій, безумовно, допомогло б зменшити викиди ПГ та зменшити залежність від газових та вугільних електростанцій.

Білл Гейтс додає ще один позитив для ядерної. У своїй книзі Як уникнути кліматичної катастрофиГейтс каже, що на кожен фунт будівельного матеріалу ядерний реактор дає набагато більше енергії, ніж традиційні відновлювані джерела енергії. Сонячні, гідро- та вітрові системи вимагають у 10-15 разів більше бетону та сталі, ніж будівництво ядерного реактора, для тієї ж одиниці виробленої енергії. Це велика справа, каже він, тому що коли відбувається багато викидів парникових газів виробництво ці бетонні та сталеві матеріали.

Що потрібно, щоб замінити весь природний газ Європи ядерною енергією? Одна оцінка це 50-150 нових АЕС. Якщо в середньому по 34 країнах, це означатиме, що кожній країні доведеться побудувати приблизно 1-4 атомні електростанції. Можливо, це можливо здійснити до 2050 року, але спірні питання, які обговорюються нижче, зроблять це дуже малоймовірним.

Спірні ядерні проблеми.

Дві великі проблеми: ядерний реактор вимагає багато часу, щоб дозволити, регулювати та побудувати, а також він дорогий і зазвичай перевищує бюджет. Порівняйте це з вітром, сонячною енергією та відновлюваними джерелами енергії, які постійно стають дешевшими.

По-друге, відпрацьоване ядерне паливо радіоактивне, і дуже важко бути впевненим, що підземне сховище буде безпечним протягом тривалого часу. Хоча лише а невелика частка ядерних відходів є довгоживучим і високорадіоактивним (3% від загальної кількості), його потрібно відокремити та ізолювати, як правило, шляхом глибокого геологічного зберігання, на десятки тисяч років.

В якості бічної панелі, зберігання ядерних відходів у США є a переконливе питання. Відпрацьоване ядерне паливо в США існує в 33 різних штатах, де воно зберігається на 75 місцях. Відходи щороку збільшуються на 2,000 тонн, а величезна відповідальність наближається до 30 мільярдів доларів.

Запропоновано тимчасове рішення для зберігання на двох сайтах: одному в Нью-Мексико під назвою Holtec і одному в Техасі під назвою ISP. Обидва вони будуть лежати в Пермському басейні, але є суперечливими частково через зростання кількості землетрус. У Сенаті США запропонували новий законопроект, щоб зупинити це.

Малі модульні реактори.

SMR — це невеликий модульний реактор, який мінімізує першу проблему зверху — тривалий час для дозволу, регулювання та будівництва атомної станції. SMR зазвичай виробляє 300 МВт електроенергії і розрахований на будівництво на заводі. Такий реактор міг би живити понад 200,000 50 будинків. Існує понад XNUMX різних конструкцій для SMR.

DOE витратив на сьогоднішній день більше 1.2 мільярда доларів на SMR, і тепер хоче дати таким компаніям, як NuScale, щонайменше 5.5 мільярдів доларів більше на розробку та демонстрацію дизайнів SMR протягом наступного десятиліття. До практичного застосування, ймовірно, залишиться 10-20 років.

Як скоро ядерний синтез?

При синтезі водню виділяється непомірна кількість енергії, як було продемонстровано водневими бомбами, які запалили Тихий океан у 1950-х роках. В спільне європейське підприємство Під назвою JET в Оксфордширі, Великобританія, величезний магніт у формі пончика містить плазму, яка нагрівається до надвисокої температури в 100 мільйонів градусів.

Команда нещодавно оголосила, що подвоїла вироблену енергію термоядерного синтезу, що стало великим кроком вперед. Синтез водню тривав приблизно 5 секунд – великий прогрес у порівнянні з попередніми випробуваннями. Плазма всередині магніту пончика імітувала умови всередині нашого сонця протягом цих 5 секунд. Звичайно, термоядерний синтез є джерелом сонячної енергії.

Наступний крок відбудеться у більшій та кращій лабораторії у Франції під назвою Iter, яка, як очікується, почне працювати у 2035 році. Приваблення полягає в тому, що 1 фунт термоядерного палива генеруватиме більш ніж у 10 мільйонів разів більше енергії, ніж 1 фунт вугілля, нафти або газ. Але до комерційного застосування термоядерного синтезу залишилися десятиліття, тому це не рішення для зміни клімату до 2050 року.

Шлях вперед.

Атомна енергетика є чистою енергією, а споруди компактні в порівнянні з площею вітрових електростанцій, але дорожчі. Nuclear також викидає набагато менше ПГ при виробництві таких матеріалів, як бетон і сталь, які використовуються для будівництва ядерного реактора. Nuclear також має чудовий рекорд безпеки, окрім Чорнобиля в 1986 році. Фукусіма в 2011 році була жахливою, але жертв не було.

Але вищезгадані занепокоєння означають, що ядерна атомна електростанція не є практичним рішенням для заміни природного газу в Європі, якщо його ціна продовжує зростати, або якщо пов’язані з війною санкції чи окупність санкцій призведуть до закриття газового потоку з Росії.

Крім того, малоймовірно, що ядерна атомна електростанція могла б зробити великий внесок у зменшення глобальних викидів парникових газів, оскільки вона внесла лише 4.4% світового споживання енергії у 2020 році. Дозволи, регламенти, будівництво та витрати на новозбудовані АЕС просто забагато. І стартова лінія дуже далека для більшості європейських країн — частка споживання ядерної енергії становить лише 6.7% у Великобританії, 4.9% у Німеччині та 8.6% у США — якщо тільки законсервовані ядерні реактори не вдасться швидко відродити.