Γιατί οι προηγμένοι πυρηνικοί αντιδραστήρες ωφελούν τη βιομηχανία και τα κράτη που εξαρτώνται από τον άνθρακα

Ο κατασκευαστής χημικών DowDOW
θα αναπτύξει έναν μικρό πυρηνικό αντιδραστήρα για βιομηχανικές εφαρμογές, αντικαθιστώντας ενδεχομένως το φυσικό αέριο που καίγεται τώρα σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες για να γίνουν αλλαγές στις χημικές ενώσεις. Οι προηγμένες πυρηνικές τεχνολογίες, ωστόσο, επιτυγχάνουν το ίδιο αποτέλεσμα χωρίς να απελευθερώνουν εκπομπές άνθρακα.

Οι λεγόμενοι αντιδραστήρες υψηλής θερμοκρασίας της Γενιάς IV είναι περισσότερο γνωστοί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Μπορούν όμως να χρησιμοποιηθούν και από τη βιομηχανία. Επειδή λειτουργούν στους 800 βαθμούς Κελσίου, μπορούν να επεξεργάζονται χημικά, να αφαλατώνουν το νερό των ωκεανών και να παράγουν καθαρό υδρογόνο για ηλεκτρική ενέργεια και μεταφορά. Ακόμα καλύτερα: οι αντιδραστήρες μπορούν να εντοπίσουν πού βρίσκονταν κάποτε κλειστά εργοστάσια άνθρακα, αποκαθιστώντας την οικονομική υγεία σε κατεστραμμένες περιοχές της χώρας.

«Η ηλεκτρική ενέργεια είναι το χαμηλό φρούτο», λέει ο Patrick White, διευθυντής έργου για το Συμμαχία Πυρηνικής Καινοτομίας, σε μια συνομιλία με αυτόν τον συγγραφέα. «Δεν έχουμε ακόμη ενσωματώσει την πυρηνική ενέργεια με μεγάλες χημικές εγκαταστάσεις. Μπορεί να υπάρχουν κάποιοι λόξυγγας και πράγματα που πρέπει να επιλύσετε. Αλλά θα δούμε τους πρώτους αντιδραστήρες για βιομηχανικές εφαρμογές στο τέλος της δεκαετίας. Μετά την κατασκευή του τέταρτου και του πέμπτου αντιδραστήρα, οι εταιρείες θα εγγραφούν κατά μάζα. Στόχος είναι η απανθρακοποίηση».

Συγκεκριμένα, Η Dow συνεργάζεται με την X-energy για την ανάπτυξη ενός μικρού αρθρωτού αντιδραστήρα σε μία από τις τοποθεσίες του Dow κατά μήκος της ακτής του Κόλπου, ο οποίος θα μπορούσε να λειτουργήσει το 2030. Η Dow παίρνει επίσης μια μειοψηφική θέση ιδιοκτησίας στην X-energy. Κάθε αρθρωτός αντιδραστήρας μπορεί να παράγει 80 μεγαβάτ. Αλλά μπορούν να στοιβάζονται μαζί για να παράγουν 320 MW, παρέχοντας καθαρή, αξιόπιστη και ασφαλή ισχύ βασικού φορτίου για την υποστήριξη συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας ή βιομηχανικών εφαρμογών.

Οι υπάρχοντες πυρηνικοί αντιδραστήρες των ΗΠΑ είναι δεύτερης γενιάς, αν και η Southern Company κατασκευάζει αντιδραστήρες τρίτης γενιάς που αναπτύχθηκαν από τη Westinghouse. Οι μικροί αρθρωτοί αντιδραστήρες είναι η τέταρτη γενιά, που παράγουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια με λιγότερο κόστος. Η τρίτη και η τέταρτη γενιά θα απενεργοποιηθούν αυτόματα σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.

«Η προηγμένη μικρή αρθρωτή πυρηνική τεχνολογία θα είναι ένα κρίσιμο εργαλείο για την πορεία της Dow προς τις εκπομπές μηδενικών εκπομπών άνθρακα και την ικανότητά μας να οδηγούμε την ανάπτυξη παρέχοντας προϊόντα χαμηλών εκπομπών άνθρακα στους πελάτες μας», λέει. Τζιμ Φίτερλινγκ, Διευθύνων Σύμβουλος της Dow. «Η τεχνολογία της X-energy είναι από τις πιο προηγμένες και όταν αναπτυχθεί θα προσφέρει ασφαλή, αξιόπιστη ισχύ και ατμό με χαμηλές εκπομπές άνθρακα».

Τομείς που είναι δύσκολο να απανθρακοποιηθούν

Επί του παρόντος, το 99% της παγκόσμιας παραγωγής υδρογόνου προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Αυτό ονομάζεται γκρι υδρογόνο. Ο στόχος είναι να φτάσουμε στο πράσινο υδρογόνο, όπου οι ηλιακοί συλλέκτες ή οι ανεμογεννήτριες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρολύτη. Αλλά η θερμότητα και η ηλεκτρική ενέργεια από την πυρηνική ενέργεια μπορούν επίσης να διασπάσουν το μόριο του νερού για την παραγωγή υδρογόνου - το οποίο χρησιμοποιείται για τη διύλιση πετρελαίου, την παραγωγή χάλυβα ή την παραγωγή χημικών.

Μια τέτοια διαδικασία είναι χωρίς εκπομπές και είναι πολύ αναγκαία. Σύμφωνα με την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ, η ηλεκτρική ενέργεια προκάλεσε το 25% των παγκόσμιων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, ενώ οι βιομηχανικές δραστηριότητες αντιπροσώπευαν το 24%. Οι μεταφορές αποτέλεσαν το 27%, όλα το 2020.

Η πυρηνική ενέργεια μπορεί επίσης να αφαλατώσει το θαλασσινό νερό. Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ατομικής Ενέργειας, παράγονται καθημερινά 40 εκατομμύρια κυβικά μέτρα πόσιμου νερού — κυρίως στη Μέση Ανατολή και τη Βόρεια Αφρική, με τη χρήση ορυκτών καυσίμων για την άντληση ατμού ή ηλεκτρικής ενέργειας για τη διευκόλυνση της διαδικασίας. Ωστόσο, επισημαίνει ότι οι μονάδες πυρηνικής ενέργειας και αφαλάτωσης συνδυάζονται στην Ιαπωνία και το Καζακστάν, όπου λειτουργούν εμπορικές εγκαταστάσεις από τη δεκαετία του 1970.

«Αν μας ενδιαφέρει η καθαρή ενέργεια, σκεφτείτε όλες τις πηγές καυσίμου που διαθέτουμε», λέει ο White της συμμαχίας. «Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι περίπου το 25% των εκπομπών μας. Η πυρηνική μπορεί να αντιμετωπίσει τους βιομηχανικούς τομείς που είναι δύσκολο να απελευθερωθούν από τον άνθρακα. Οι πυρηνικοί σταθμοί πρέπει επίσης να λειτουργούν με πλήρη δυναμικότητα. Η χρήση τους για αφαλάτωση και παραγωγή υδρογόνου - παράγοντας αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια - είναι καλή συνέργεια και οικονομικά αποδοτική».

Σίγουρα, υπάρχουν πολλά εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν. Τα πυρηνικά καύσιμα συχνά χαρακτηρίζονται με βάση τη συγκέντρωσή τους σε ένα συγκεκριμένο ισότοπο ουρανίου, το U-235. Οι αντιδραστήρες που λειτουργούν σήμερα στις Ηνωμένες Πολιτείες απαιτούν επίπεδο εμπλουτισμού καυσίμου 3%-5% U-235, γνωστά ως καύσιμα ουρανίου χαμηλού εμπλουτισμού. Πολλοί εξελιγμένοι αντιδραστήρες υπό ανάπτυξη θα απαιτήσουν υψηλότερα επίπεδα εμπλουτισμού καυσίμου, ορισμένοι έως και 20% U-235. Αυτό το καύσιμο ουρανίου υψηλότερου εμπλουτισμού ονομάζεται ουράνιο υψηλής ανάλυσης, χαμηλού εμπλουτισμού (HALEU).

Η κύρια πρόκληση για προηγμένους αντιδραστήρες που απαιτούν καύσιμο HALEU είναι ότι το υλικό δεν είναι εμπορικά διαθέσιμο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Ο μόνος προμηθευτής είναι η ρωσική κρατική εταιρεία TENEX — δεν είναι επιθυμητό υπό τις σημερινές συνθήκες. Όμως, τα ομοσπονδιακά κίνητρα θα μπορούσαν να καταλύσουν την εγχώρια παραγωγή του καυσίμου και να δημιουργήσουν μια διαρκή αλυσίδα αξίας. Διαφορετικά, η Αυστραλία, ο Καναδάς και το Καζακστάν το παρέχουν επίσης.

Μπορεί η πυρηνική να αντικαταστήσει τον άνθρακα;

Ταυτόχρονα, το κόστος κατασκευής αυτών των προηγμένων πυρηνικών αντιδραστήρων είναι δύσκολο να υπολογιστεί ποσοτικά. Μεγαλύτερη βεβαιότητα θα έρθει αφού οι προγραμματιστές αρχίσουν να σχεδιάζουν εργοστάσια και να κάνουν μοντελοποίηση. Επιπλέον, καθώς η κοινωνία τιμολογεί τον άνθρακα, η πυρηνική ενέργεια θα είναι πιο ελκυστική. Σκεφτείτε ότι η GE Hitachi Nuclear Energy συνεργάζεται με την Ontario Power Generation για την κατασκευή ενός μικρού αντιδραστήρα που θα ξεκινήσει το 2024: προσπαθούν να πείσουν άλλους να εφαρμόσουν την ίδια τεχνολογία για να μειώσουν το κόστος.

Η πυρηνική ενέργεια, φυσικά, έχει αντιμετωπιστεί με αντίσταση από το περιστατικό στο Three Mile Island το 1979. Αλλά οι προσπάθειες απαλλαγής από τις ανθρακούχες εκπομπές θα μπορούσαν να το αλλάξουν - ειδικά εκείνες που βοηθούν τις περιοχές που εξαρτώνται από τον άνθρακα. Το νομοθετικό σώμα της Δυτικής Βιρτζίνια έχει θεσπίσει πολιτικές για να επιτρέψει σε μικρούς αρθρωτούς αντιδραστήρες να αντικαταστήσουν τα αποσυρμένα εργοστάσια άνθρακα. Η Ιντιάνα, το Ιλινόις, η Μοντάνα και το Ουαϊόμινγκ εξετάζουν παρόμοιες κινήσεις.

Πράγματι, ο Simon Irish, διευθύνων σύμβουλος της Επίγεια Ενέργεια, γράφει ότι οι πυρηνικοί σταθμοί τέταρτης γενιάς μπορούν να αντικαταστήσουν τις εγκαταστάσεις άνθρακα, αναζωογονώντας τις κοινότητες που τις έχουν φιλοξενήσει. Επειδή αυτοί οι προηγμένοι αντιδραστήρες μπορούν να λειτουργήσουν στις ίδιες θερμοκρασίες με έναν λέβητα με καύση άνθρακα, είναι μια πρακτική ιδέα. Επιπλέον, η μονάδα αντικατάστασης είναι χωρίς εκπομπές ρύπων.

Ο Τζιγκάρ Σαχ, διευθυντής του Γραφείου Προγραμμάτων Δανείων του Υπουργείου Ενέργειας, υποστηρίζει αυτή τη σκέψη, λέγοντας ότι η κίνηση είναι μια λογική αρχή, επειδή οι υποδομές και οι συνδέσεις με το δίκτυο είναι ήδη σε ισχύ. Η υπηρεσία του παρέχει 11 δισεκατομμύρια δολάρια για να βοηθήσει στην ανάπτυξη μικρών αρθρωτών αντιδραστήρων.

«Εάν η πυρηνική βιομηχανία κάνει αυτό που έχει για δεκαετίες, οι άνθρωποι θα είναι διστακτικοί», λέει ο White, με την Nuclear Innovation Alliance. «Δεν έχει αντιμετωπίσει καλά το κοινό. Τώρα έχουμε ένα άνοιγμα για να δώσουμε άλλη μια ευκαιρία στην πυρηνική ενέργεια λόγω της απαλλαγής από τον άνθρακα. Αλλά πρέπει να οικοδομήσουμε εμπιστοσύνη με τις κοινότητες και να εξηγήσουμε τις τεχνολογίες. Πρέπει να βεβαιωθούμε ότι αισθάνονται άνετα με αυτό. Πρέπει να πάρουμε μια κοινωνική άδεια για την πυρηνική ενέργεια — έτσι ώστε οι άνθρωποι να τη θέλουν στις αυλές τους».

Μπορεί επιτέλους να συμβεί μια αναγέννηση της πυρηνικής ενέργειας. Η απανθρακοποίηση είναι η ώθηση. Αλλά το Νόμος για τη μείωση του πληθωρισμού προσθέτει φορολογικά οφέλη που θα κεντρίσουν το ενδιαφέρον των επενδυτών και των δανειστών, προς όφελος των ευαίσθητων κοινοτήτων και της ευρύτερης οικονομίας. Η Dow εντοπίζει μια ευκαιρία - ένας πιθανός πρόδρομος για άλλους κατασκευαστές.