Во всем мире ведется много споров о том, как отказаться от ископаемого топлива и заменить его чистыми, возобновляемыми формами энергии. Среднестатистический человек может склоняться к альтернативам солнечной и ветровой энергии, думая, что это единственные существующие формы чистой энергии. Многие могут быть удивлены, узнав, что ядерную энергию можно считать экологически чистой энергией, и она уже широко используется для энергоснабжения городов, а также для поддержания работы военных подводных лодок. Когда люди слышат слово «ядерный», они могут сразу же подумать об «Оппенгеймере» или Чернобыльской катастрофе. Оружие — это лишь одно из применений ядерной энергии, а технология ядерной энергетики (и безопасность) значительно улучшилась с 1986 года.
Нет, ядерная энергия не является возобновляемым источником энергии, таким как ветер или солнечная энергия, поскольку для выработки тепла используется ограниченный ресурс. количество топлива, необходимое для создания ядерного деления, составляет лишь часть количества, необходимого для создания такого же количества энергии на угольной или газовой электростанции. Швеция недавно изменила свою позицию в отношении ядерной энергетики, используя ее в качестве надежного дополнения, помогающего на переходном этапе, пока не будут запущены и надежны более возобновляемые источники.
Международное энергетическое агентство (МЭА) в 2022 году заявило: «Ядерная энергия может помочь сделать переход энергетического сектора от неослабевающего использования ископаемого топлива быстрее и безопаснее». Вполне вероятно, что ядерная энергетика поможет различным странам достичь цели по достижению нулевых выбросов углекислого газа к 2050 году.
Атомные электростанции не выделяют токсины
Атомные электростанции полагаются на небольшой процесс, называемый ядерным делением. Там, где «слияние» объединяет два или более объекта вместе, «деление» разделяет их на части. Деление ядра — это, в частности, процесс расщепления атома тяжелого элемента, такого как плутоний или уран, что приводит к цепной реакции сотен тысяч маленьких взрывов. Все начинается с того, что одна частица сталкивается с атомом: это столкновение разделяет атом на два меньших атома, которые, в свою очередь, высвобождают неизмеримое количество нейтронов. Эти нейтроны сталкиваются с другими атомами и повторяют это снова и снова. Не волнуйтесь, эти маленькие взрывы не происходят на открытом воздухе или даже в больших дымовых трубах атомных электростанций.
Атомы, цепная реакция, которую они создают, и тепло, которое все это генерирует, содержатся в так называемом топливном стержне. Их погружают под воду для создания пара, который затем проталкивается через трубу, направляющую его в турбину. Пар заставляет турбину вращаться и создавать кинетическую энергию. Затем турбина передает свою кинетическую энергию подключенному генератору, который использует ее для выработки электроэнергии.
Отдельный источник воды, содержащий холодную воду, циркулирует по трубам, проходящим через конденсатор под турбиной. Это превращает пар обратно в воду и направляет его обратно к топливным стержням, где он снова нагревается и запускает процесс заново. Тем временем, после поглощения тепла от турбины, вода в трубе конденсатора переносится в градирню и выбрасывается в атмосферу — пар, который вы видите, выходит из дымовых труб.
Ядерная энергетика имеет большие преимущества
Ядерная энергия может помочь сократить выбросы углекислого газа, поскольку она производит почти нулевое количество парниковых газов. Именно благодаря ядерной энергетике только США избежали образования более 471 миллиона тонн углекислого газа в 2020 году. Министерство энергетики сравнивает это с «эквивалентом удаления с дорог 100 миллионов автомобилей, что больше, чем для всех других источников чистой энергии вместе взятых».
Да, солнечная энергия и энергия ветра, возможно, являются более идеальными генераторами энергии, поскольку выбросы нулевые, а необходимые ресурсы почти всегда присутствуют. Однако, если день пасмурный, солнечные панели на крыше не принесут особой пользы, пока солнце снова не проглянет. Атомная энергетика, с другой стороны, будет генерировать энергетический дождь или солнечную погоду. Благодаря современным технологиям существуют электростанции, срок службы которых составляет 80 лет — на 30 лет дольше, чем даже у атомного авианосца. Что еще более важно, это значительно более длительный срок хранения, чем у большинства угольных и бензиновых электростанций.
Атомным электростанциям не требуется столько недвижимости, как некоторым другим экологически чистым электростанциям, учитывая количество энергии, которую они могут производить. Институт ядерной энергии (NEI) сообщает, что ветряной электростанции с такой же мощностью по производству электроэнергии, как и атомной электростанции, потребуется «до 360 раз больше земельной площади», чтобы вырабатывать электроэнергию с той же скоростью. Атомная электростанция такого масштаба, вырабатывающая около 1000 мегаватт энергии, занимает площадь всего «чуть более одной квадратной мили». Кроме того, урановые гранулы невероятно плотные и в израсходованном виде не занимают места. Все ядерные отходы США за последние 60 лет могли бы поместиться на футбольном поле.
У атомной энергетики есть обратная сторона
К сожалению, в словах скептиков есть доля правды: ядерная энергетика вредна. Если только на электростанции не произойдет авария чернобыльского уровня, она в полной безопасности во время работы. У него заканчивается источник топлива, и это проблема. Утилизация отработавшего топлива реактора – непростая задача, поскольку оно не может оставаться в реакторе, но и не может находиться под открытым небом. Ядерные ядра продолжают генерировать тепло в результате радиоактивного распада, что вредно для окружающей среды и людей. Счетная палата правительства США (GAO) перечисляет три типа ядерных отходов: высокоактивные, трансурановые и низкоактивные отходы, и к каждому из них предъявляются разные требования по утилизации в зависимости от уровня токсичности.
Высокоактивные ядерные отходы разлагаются десятки тысяч лет и требуют хранения в постоянном геологическом хранилище. За утилизацию отработавшего топлива отвечает Министерство энергетики, но, по данным GAO, «с 2010 года политики находятся в тупике по поводу того, что делать с этим отработавшим топливом». Отсутствие постоянных хранилищ вынуждает электростанции по всей стране хранить более 90 000 метрических тонн отработавшего топлива до дальнейшего уведомления. Американское правительство выплатило миллиарды долларов в качестве компенсации за неспособность утилизировать ядерные отходы. Это не значит, что в США вообще нет свалок.
В Южной Каролине, Вашингтоне, Юте и Техасе имеются низкоактивные полигоны для захоронения трансурановых отходов — формы отходов, загрязненных материалами, более тяжелыми, чем уран, такими как разбавленный плутоний.
США могли бы получить больше отдачи от ядерной энергетики
Урановые гранулы невероятно плотные и содержат внутри себя значительное количество потенциальной энергии. Всего за пять лет постоянного использования уран израсходует лишь небольшую часть этой потенциальной энергии. В Европе и Азии есть много стран, которые не утилизируют топливо сразу после его использования, а вместо этого перерабатывают и повторно используют отработанное топливо. Эти страны будут перерабатывать отработанный уран для переработки и использования в новом топливе для повторного использования. Побочные продукты, которые нельзя использовать повторно, помещают в стеклянные контейнеры и утилизируют как обычно. США в настоящее время не практикуют переработку отработанных ядер, как другие страны, полагая, что это недостаточно экономически оправдано.
Есть те, кто считает, что Америка может изменить свою позицию с разработкой атомных электростанций следующего поколения. Совсем недавно, в 2022 году, министр энергетики США Дженнифер Грэнхольм заявила: «Администрация Байдена-Харриса и Министерство энергетики признают важность разработки практического использования отработанного американского ядерного топлива», как сообщает Physics Today.
Одним из примечательных имен, работающих на ядерном рынке, является соучредитель и бывший генеральный директор Microsoft Билл Гейтс. Он является председателем TerraPower, энергетической компании, которая занимается строительством электростанции нового поколения в центре Вайоминга, которая будет использовать не только воду, но и специальную охлаждающую жидкость. Покинув Microsoft в 2000 году, Гейтс сосредоточился на благотворительной деятельности, и похоже, что ядерная энергетика является одним из таких направлений. Гейтс сказал PBS: «В США наблюдается огромный импульс для развития новой атомной энергетики и потенциального использования гораздо более широкого спектра ядерно-энергетических технологий, чем мы видели за последние десятилетия».
