Rewolucja w atomie? To paliwo zastąpi uran

Podstawową różnicą między reaktorem przeznaczonym do „spalania” toru, a reaktorem napędzanym uranem jest to, że w przypadku tego pierwszego radioaktywne paliwo jest wytwarzane dopiero w samym reaktorze, a nie dostarczane do niego, jak ma to miejsce w przypadku reaktorów uranowych. Ta subtelna różnica niesie za sobą szereg pozytywnych aspektów z których głównym jest fakt, że tor nie może zostać wykorzystany do stworzenia bomby jądrowej.

Z dodatkowych atutów w kwestii bezpieczeństwa, można wskazać możliwość wytworzenia pasywnego systemu przeciwawaryjnego, który mógłby uchronić przed katastrofami takimi jak w Czarnobylu lub Fukushimie. Warto zaznaczyć również potencjalne korzyści ekonomiczne jakie można byłoby osiągnąć budując taki rodzaj elektrowni. Zasoby toru na świecie szacowane są jako 3-4 krotnie większe od zasobów uranu.

Patrząc na to również ze strony polityczno-ekonomicznej, tor jest znacznie korzystniej oraz bardziej równomiernie rozłożonym surowcem na mapie świata. Mogłoby to uchronić rynek przed tworzeniem się organizacji państw dyktujących ceny tego surowca. Dodatkowo elektrownie oparte o tor mogą osiągać znacznie wyższe efektywności zużywania paliwa, rzędu 50%, gdzie w przypadku uranu po wzbogaceniu go, nowoczesne elektrownie osiągają zaledwie 4-5%.

Postęp techniczny

Najbardziej obiecującym typem reaktora zasilanego torem jest reaktor postępującej fali. Elektrownia korzystająca z takiej technologii byłaby w stanie działać przez kilkadziesiąt lat po jednym załadowaniu paliwa, a radioaktywny odpad po tym cyklu byłby marginalny względem obecnej skali tego problemu. Ciekawym jest także, że elektrownia ta spełnia warunki zamkniętego cyklu paliwowego. Cecha ta według obecnych standardów klasyfikuje te reaktory jako odnawialne źródła energii. Dzieje się tak za sprawą możliwości przekształcania „bezużytecznych” z punktu widzenia energetyki izotopów w wartościowe paliwo.

Co więcej, przy drobnych zmianach w budowie, możliwym byłoby wykorzystanie większości odpadów radioaktywnych jako paliwo dla tych elektrowni. Proces ten odbywa się wewnątrz reaktora, więc z technicznego punktu widzenia do reaktora nie jest dostarczane paliwo, lecz materiały paliworodne, które to po przekształceniu stają się paliwem. Dopiero taki surowiec jest gotowy do wytwarzania energii elektrycznej oraz samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej, która to utrzymuje ciągłość pracy elektrowni. Ta dość nietypowa właściwość, sprawia że reaktor ten jest bardzo bezpieczną wersją reaktorów jądrowych, ponieważ wytwarzana jest tylko taka ilość surowca energetycznego, jaka jest potrzebna w danej chwili, co praktycznie w pełni zniwelowałoby potencjalne szkody, jakie mogłyby wystąpić w czasie awarii.

Głównym ośrodkiem rozwoju reaktorów torowych są Chiny, które pod koniec 2023 roku zakończyły budowę eksperymentalnej elektrowni tego typu. Co więcej, Chińczycy deklarują, że do roku 2030 będą w stanie budować takie reaktory komercyjnie. Innym przykładem państwa którego nauka w dużej mierze koncentruje się na tej technologii są Indie. Powodem tego może być to, że posiadają największe złoża toru na świecie przy stosunkowo niedużych złożach uranu. Istotnym jest również fakt, że Indie jako jeden z zaledwie kilku krajów na całym świecie nie podpisały układu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej, co pozwala im na dużą swobodę w badaniach oraz pracach nad energetyką jądrową.

Przyczyny stagnacji

Zagłębiając się w korzyści wynikające z zastosowania toru jako źródła energii w elektrowniach jądrowych, ciężko nie zadać sobie pytania dlaczego wciąż nie jest to wdrożone na masową skalę. Podstawowym problemem jest opracowanie odpowiednich konstrukcji wraz z infrastrukturą. Obecnie główną ceną energii jądrowej nie jest cena samego paliwa, lecz koszty budowy i utrzymania elektrowni, które to w przypadku reaktorów torowych byłyby znacznie większe, ze względu na brak opracowanych konkretnych schematów budowy.

Dodatkowo poza kwestiami materialnymi dochodzą aspekty natury prawnej. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA), stara się ograniczać do minimum ilość zakładów radiochemicznych, które są niezbędne w badaniach nad rozwojem energetyki opartej na torze oraz elektrowni powielających. Regulacje takie są jednak w pełni uzasadnione, ponieważ skutecznie ograniczają one możliwości produkcji głowic nuklearnych.

Ciekawym jest również fakt, że potencjał zarówno uranu jak i toru był znany już w pierwszej połowie XX wieku. Pomimo że tor wydawał się być znacznie bardziej opłacalnym źródłem energii niż uran, to jednak wszelkie inwestycje zostały poświęcone temu drugiemu pierwiastkowi. Zapewne przyczyną takiego wyboru był militarny potencjał uranu, którego tor nie oferuje. Decyzja okazała się być bardziej istotna, niż mogłoby się to wydawać. Dzisiaj rozwój technologii jądrowych jest znacznie bardziej utrudniony niż było to kilkadziesiąt lat temu, ze względu na wiążące obecnie większość państw umowy. Takie regulacje prawne nie pozwalają na osiągnięcie takiego wzrostu technicznego jaki był możliwy kilkadziesiąt lat temu, przez co uzyskanie satysfakcjonujących rezultatów zajmuje zdecydowanie więcej czasu.

Na dzień dzisiejszy pozostaje czekać na rezultaty chińskich lub indyjskich rozwiązań w kwestii rozwoju tego typu energetyki. Przełomy w tych badaniach mogłyby zrewolucjonizować światową gospodarkę energetyczną. Taki rozwój technologii miałby również, pozytywne efekty dla Polski. Jest tak ponieważ, w naszym kraju znajdują się opłacalne do wydobycia zasoby tego surowca. Na koniec dodam, że w dyskursie naukowym można spotkać się ze zdaniami, że reaktory torowe są najbardziej obiecującymi reaktorami IV generacji, ze względu na wysoką efektywność oraz względnie prostsze do osiągnięcia wymagania techniczne.

Cezary Siwek, SKN Energetyki SGH