В 2018 году ученые сообщили суровую новость: несмотря на беспокойство на тему глобального потепления, за счет угля было выработано 38% мировой электроэнергии в 2017 году — то есть, ровно столько же, сколько и при появлении первых тревожных предупреждений о климате 20 лет назад. Хуже того, выбросы парникового газа выросли на 2,7% в прошлом году — это крупнейшее увеличение за семь лет. Такой застой привел к тому, что даже политики и экологи начали задумываться о том, что нам нужно больше ядерной энергии.
Ядерный реактор позволяет многое, но при этом он опасен
Даже ученые из ООН, не проявлявшие энтузиазма в прошлом, сегодня говорят, что любой план по удержанию роста температуры планеты ниже 1,5 градусов будет полагаться на существенный скачок в использовании ядерной энергии. Но мы движемся в другом направлении. Германия планирует закрыть все ядерные реакторы к 2022 году; Италия проголосовала за блокировку любых будущих проектов еще в 2011 году. И даже если ядерная энергия нашла бы поддержку широкой публики (а этого не случилось), добывать ее дорого: несколько ядерных станций в США недавно закрылись, поскольку не могли конкурировать с дешевизной сланцевого газа.
Ядерные реакторы нового типа
«Если настоящая ситуация останется прежней, больше атомных электростанций, скорее всего, закроются и будут заменены главным образом природным газом, что приведет к увеличению выбросов», заявили в Союзе обеспокоенных ученых — которые всегда считались скептиками по части ядерной энергетики — в 2018 году. По мнению ученых, если все станции закроются, выбросы углерода увеличатся на 6%.
На данный момент вопроса о том, чтобы поддерживать существующие системы, не стоит, говорит Эдвин Лаймен, исполняющий обязанности директора проекта ядерной безопасности UCS. «Более важный вопрос заключается в том, будет ли реалистичным развертывание новых атомных станций в течение следующих нескольких десятилетий в необходимом темпе».
В начале 2018 года только в Северной Америке было 75 отдельных проектов ядерного деления, которые пытались ответить на этот вопрос. Эти проекты задействовать тот же тип реакции, что и обычные ядерные реакторы, которые использовались десятилетиями — деление, или расщепление атомов.
Одной из ведущих технологий является малый модульный реактор (SMR): уменьшенная версия традиционных систем ядерного деления, которая обещает быть дешевле и безопаснее. NuScale Power, базирующаяся в Портленде, штат Орегон, имеет 60-мегаваттную конструкцию, которую вот-вот должны развернуть. (Обычная дорогостоящая установка может производить порядка 1000 МВт электроэнергии).
NuScale должна установить 12 малых реакторов для поддержания энергетических нужд 46 объектов по всему западу США, однако проект будет осуществлен только если члены группы согласятся его финансировать до конца года. История показывает, что это будет нелегко. В 2011 году Generation mPower, другой разработчик SMR, получил контракт на создание до шести реакторов, похожих на NuScale. Его поддерживали корпоративные владельцы Babcock & Wilcox, крупнейшие в мире производители энергии, но договор был разорван менее чем через три года, поскольку не появилось новых клиентов. Нет клиентов — значит цена не будет снижаться, а значит проект не будет развиваться.
В то время как подход NuScale использует традиционные ядерные реакторы с водяным охлаждением, уменьшая их, так называемые системы IV поколения используют альтернативные охладители. Китай строит крупномасштабный реактор с натриевым охлаждением в провинции Фуцзянь, который вступит в работу в 2023 году, а TerraPower из Вашингтона разработала систему с натриевым охлаждением, которая может работать на отработанном топливе, обедненном уране или уране прямо из земли. TerraPower — в которую инвестировал Билл Гейтс — заключила соглашение с Пекином на строительство демонстрационной станции в 2022 году.
Другой вариант поколения IV, реактор с расплавленной солью, безопаснее, чем более ранние конструкции, поскольку может самоохлаждаться, даже если система полностью теряет мощность. Канадская компания Terrestrial Energy планирует построить электростанцию на 190 МВт в Онтарио, и первые ее реакторы будут производить энергию до 2030 года по цене, которую можно будет сопоставить с природным газом.
Так красиво выглядит атомный мир
Один из реакторов IV поколения может скоро вступить в строй. Реакторы на гелиевом охлаждении, крайне высокотемпературные, могут работать при температуре до 1000 градусов. Принадлежащая государству Китайская национальная ядерная корпорация располагает прототипом мощностью 210 МВт в восточной провинции Шаньдун — он будет подключен к сети в этом году.
Термоядерный синтез
Многие, однако, лелеют надежду на термоядерный синтез. Реакторы термоядерного синтеза имитируют ядерный процесс внутри Солнца, сталкивая более легкие атомы вместе и превращая их в более тяжелые, и выделяя огромное количество энергии по пути. На Солнце этот процесс приводится в действие силой гравитации. На Земле инженеры пытаются воссоздать условия термоядерного синтеза при помощи чрезвычайно высоких температур — порядка 150 миллионов градусов — но им трудно удерживать плазму, необходимую для синтеза атомов.
Одно из построенных решений представлено ИТЭР, ранее известным как Международный термоядерный экспериментальный реактор, который строится с 2010 года в Карадаше, Франция. Его система магнитного конфайнмента имеет глобальную поддержку, но расходы выросли до 22 миллиардов долларов из-за задержек и политических споров. Первые эксперименты, первоначально запланированные на 2018 год, были перенесены на 2025 год.
Ванкуверская General Fusion использует комбинацию физического давления и магнитных полей для создания импульсов плазмы, которые длятся миллионные доли секунды. Этот подход менее сложный, чем у ИТЭР, что делает систему намного дешевле, однако остаются технические проблемы, связанные с изготовлением титановых компонентов, способных справиться с рабочей нагрузкой. Тем не менее, General Fusion ожидает, что ее реакторы будут развернуты через 10-15 лет.
Калифорнийская компания TAE Technologies, между тем, потратила 20 лет на разработку термоядерного реактора, который преобразует энергию непосредственно в электричество. Эта компания, которая получила 500 миллионов долларов от инвесторов, в январе прогнозировала, что выйдет на коммерческую окупаемость в течение пяти лет.
Какие же из этих технологий преуспеют? Усовершенствованное ядерное деление уменьшает ядерные отходы — даже использует их в качестве топлива — и кардинально уменьшает шанс трагедии, как в Фукусиме или Чернобыле. Но такие реакторы пока не получили лицензии нигде, кроме Китая и России. Многие просто не верят компаниям, когда те обещают, что новые технологии смогут избежать старых ошибок.
Однако дело не только в политике: стоимость также стоит учитывать. Усовершенствованное ядерное деление обещает скостить невероятно дорогие первоначальные затраты на ядерную энергию за счет создания реакторов, которые можно будет строить на заводе, а не под заказ. Это должно уменьшить стоимость, как это произошло с ветряной и солнечной энергетикой. Но частные компании редко добивались успеха, завершая такие проекты: самые большие успехи были достигнуты благодаря высокоцентрализованным, управляемым государством схемам, которые легче впитывают риски.
CEO General Fusion Крис Маури соглашается с тем, что ядерное деление сталкивается с чересчур большим количеством барьеров для успеха. У него есть опыт: он учредил mPower, компания по производству малых ядерных модулей, которую законсервировали в 2014 году. Реакторы синтеза построить будет сложнее, но зато их легче примет общество. Вот где начнется вливание капитала — инвесторы уверены, что тот, кто заставить синтез работать первым, станет сказочно богатым.
Но действительно ли у синтеза больше пространства для маневра? То, что низкоактивные и короткоживущие радиоактивные отходы трития не представляют серьезной угрозы, это правда, как то, что расплавления невозможны. Но затраты высоки, а сроки очень отдаленные — ИТЭР вышел намного дороже, чем планировалось изначально, и не будет готов еще по меньшей мере 15 лет. Между тем, многие уже хотят закрыть ИТЭР, а люди не видят разницы между делением и синтезом.
