MOKSLASplius.lt

Atominė laisvė

Prof. Jonas Grigas

Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas


Atominė energetika yra gąsdinanti ir brangi, bet suteikianti laisvę naudotis elektros teikiamais malonumais ir galinti išgelbėti Žemę. Atominės elektrinės sukuria šeštadalį pasaulio elektros energijos. Trigubai padidinus jų galią, būtų galima geriau apsirūpinti pigia elektros energija ir sumažinti anglies dvideginio išmetimą į atmosferą iki 2 mlrd. tonų kasmet, tuo pačiu gerokai sumažinti klimato šilimą. Tačiau Lietuvos politikai seniai trypčioja vietoje ir nežino, ką su ta laisve daryti.

Kai Lietuvos vyriausybę kankina atominės elektrinės uždarymo galvos skausmas, kitų šalių vyriausybės, atsiliepdamos į vis didėjantį elektros energijos poreikį, kalba apie kylančią naują atominių elektrinių statybos bangą. Vėl atominės elektrinės? O kodėl gi ne? 1943 m. fiziko Enriko Fermio sukonstruoto atominio reaktoriaus galia tebuvo 200 vatų. Kas galėjo numatyti, kad iš šio brangaus žaisliuko išsirutulios milijardų vatų galios atominės elektrinės? Prof. Jonas Grigas užduoda klausimą Lietuvos MA ir Lietuvos persitvarkymo sąjūdžio iniciatyvinės grupės klubo organizuotos konferencijos „Ekstremali Lietuvos energetikos būklė“ pranešėjui

Elektros energijos generavimas atominėse elektrinėse plačiai svarstomas visose šalyse. Kai kurios šalys didina atominių elektrinių skaičių, kitos pamažu nutraukia jų eksploatavimą, dar kitos įstatymais draudžia jų naudojimą. Europos fizikų draugija mano, kad, didėjant pasaulio gyventojų skaičiui nuo dabartinio 6,5 mlrd. iki planuojamo 8,7 mlrd. 2050 m., kasmet beveik 2 proc. didės ir elektros energijos vartojimas. Joks energijos šaltinis negalės patenkinti tokio elektros energijos poreikio ateities kartoms. Europoje iš gaminamos energijos trečdalis yra elektros energija, kurios 31 proc. pagaminamas atominėse elektrinėse ir apie 15 proc. gaunama iš atsinaujinančiųjų energijos šaltinių.

Šiltnamio sąlygas kuriantys anglį ir dujas deginančių elektrinių išmetalai, kurių svarbiausias yra anglies dvideginis, didina žemės vidutinę temperatūrą ir turės esminių padarinių gyvybei žemėje. Atominės elektrinės gamina elektrą neišmesdamos į atmosferą anglies dvideginio.

Dabar pasaulyje veikia 435 atominės elektrinės. Po Černobylio avarijos Europos šalys pristabdė savo atomines programas, tačiau Kinija, Indija, Japonija ir Pietų Korėja – ne. JAV jau veikia 103 atominės elektrinės – ketvirtadalis pasaulio atominių elektrinių, – ir kuriami planai statyti daugiau, nes kitos Amerikos elektrinės kasmet išmeta į atmosferą 2 mlrd. tonų anglies dvideginio, dėl kurio kyla žemės temperatūra. Prancūzijos atominės elektrinės gamina 78 proc. elektros energijos, ir kuriami planai keisti senas elektrines naujomis. Indijoje veikia 15 atominių elektrinių ir statomos dar 8. Kurą veža iš šalia Kalkutos esančių urano kasyklų. Beje, tik Bombėjuje mačiau, kaip atominėje elektrinėje iš urano gaminamas plutonis. Kitose šalyse tai vengiama rodyti. Naujas atomines elektrines mūsų pašonėje planuoja statyti kaimynai – Lenkija, Baltarusija ir Kaliningrado sritis.

Atominės elektrinės dabar gamina šeštadalį pasaulio elektros energijos ir kartu su hidroelektrinėmis, kurios taip pat generuoja kiek daugiau nei šeštadalį elektros energijos, yra didžiausios švarios elektros energijos tiekėjos, kuriai nenaudojama anglis ir neišmetamas į atmosferą anglies dvideginis. Nors atominės elektrinės susijusias su Trijų mylių salos (JAV, Pensilvanija) ir ypač Černobylio (Ukraina) sprogimų prisiminimais, gerose rankose jos pasirodė gana patikimos ir naudingos. Ar atėjo laikas vėl apkabinti atomą? Ar vėl žmones užvaldė atominio renesanso jaudulys? Gal protas diktuoja atsigręžti į atomą, kai pasaulio urano atsargos gali dar 40–50 metų patenkinti daug didesnio skaičiaus atominių elektrinių kuro poreikį? Atominės energetikos šalininkai teigia, kad ji yra patikrinta XIX amžiaus technologija ir siūlo atsižadėti deginti anglį ir dujas.

Didėjant susirūpinimui dėl klimato atšilimo sukeltų reiškinių ir artėjančios griežtesnės anglies dvideginio, sukeliančio šiltnamio efektą, išmetimo į atmosferą kontrolės, šalių vyriausybės svarsto galimybes statyti daugiau atominių elektrinių. Nėra kito pasirinkimo, nes kitos alternatyvios elektrinės turi didelių trūkumų. Gamtinėmis dujomis kūrenamos elektrinės yra patrauklios, nes išmeta į atmosferą mažiau žalingų produktų už kitas anglimi ar mazutu kūrenamas elektrines, jos yra pigiausios. Tačiau jų gaminama elektros kaina yra labai „jautri“ dujų kainai, kuri pastaraisiais metais sparčiai kyla. Anglies kaina, priešingai, yra palyginti maža ir stabili, anglis yra didžiausias elektros energijos gamybos šaltinis, bet ir didžiausias atmosferos teršiklis. Anglies dvideginio surinkimas elektrinėse ir jo izoliavimas gerokai padidintų elektros energijos kainą, jei būtų nuspręsta visuotinai uždrausti anglies dvideginio išmetimą į atmosferą. Šie rūpesčiai kelia abejonių dėl investavimo į naujų dujų ar anglies varomų elektrinių statybą.

Tai skatina galimą atominių elektrinių atgimimą. Nuo 2000 m. daugiau nei 20 tūkst. megavatų elektros energijos, daugiausia Artimuosiuose Rytuose, buvo papildomai pagaminta atominėse elektrinėse. Didžiausios kliūtys atominių elektrinių plėtrai yra didelė jų statybos kaina ir atominio kuro atliekų laikymas. Be to, atominių elektrinių gausėjimas pasaulyje didina galimybę kai kurioms šalims pasigaminti atominių ginklų. Kaip ir visi energijos šaltiniai, atominė energetika nėra saugi. Atominių elektrinių saugumas, atliekų laidojimas, atominių medžiagų plitimas ir ekstremistų pavojus kelia pagrįstą susirūpinimą. Kiek galima rizikuoti šiais pavojais, priklauso nuo turimų alternatyvių energijos šaltinių ir visuomenės nuomonės.

Prieš keletą metų Mesačusetso Technologijos instituto studija Atominės energijos ateitis (The Future of Nuclear Power) analizavo, kokia galėtų būti atominės energetikos raida. Joje aprašytas toks scenarijus: jei pasaulio elektros energijos gamyba atominėse elektrinėse iki 2050 m. patrigubėtų iki vieno milijono megavatų, anglies dvideginio išmetimas į atmosferą sumažėtų 0,8–1,8 mlrd. tonų per metus priklausomai nuo to, kiek elektros energijos būtų gaminama deginant dujas ar anglį. Sumažėjęs anglies dvideginio išmetimas sustabdytų žemės temperatūros didėjimą ir kasmet nereikėtų iškasti ir sudeginti apie 7 mlrd. tonų anglies.


Kuro ciklai


Statant atominę elektrinę reikia žinoti, kokią elektrinę statyti? Vienas svarbiausių elektrinės parametrų yra kuro ciklas; jis gali būti atviras arba uždaras. Atviro ciklo atveju uranas vieną kartą „dega“ reaktoriuje, o panaudotas kuras yra laidojamas geologinėse arba dirbtinėse saugyklose. Panaudotame kure lieka plutonio, kurį cheminiu būdu galima „ištraukti“ ir panaudoti kitame reaktoriuje.

Kai kurios šalys, pavyzdžiui, Prancūzija, naudoja uždarą kuro ciklą, kuriame plutonis atskiriamas iš panaudoto kuro, o plutonio ir urano oksidų mišinys vėl naudojamas atominiame reaktoriuje. Vadinamajame greitajame reaktoriuje pakartotinai panaudoti galima ne tik uraną ar plutonį, bet visus transuraninius elementus. Tokiu būdu galima būtų panaudoti beveik visus ilgai gyvuojančius radioaktyvius panaudoto kuro elementus ir pašalinti panaudoto kuro problemą. Tačiau dar reikia atlikti nemažai tyrimų, kad būtų išspręsti šie bauginantys techniniai ir ekonominiai iššūkiai.

Panaudoto kuro deginimas uždaru ciklu galėtų atrodyti labai racionali idėja: mažiau reikia iškasti urano tos pačios galios elektros generavimui, panaudotame kure lieka mažiau radioaktyvių medžiagų, kuris bus palaidotas tūkstančiams metų. Tačiau atrodo, kad ateinančiais dešimtmečiais dar bus naudojamas atviras ciklas dėl kelių priežasčių. Pirma, panaudotas kuras yra brangesnis už iškasamą uraną. Antra, žemėje gausu nebrangaus urano, kad atominių elektrinių skaičių galima būtų trigubai padidinti ir jų darbą užtikrinti 40–50 metų. Trečia, panaudoto kuro sudėtingo ir labai pavojingo perdirbimo trumpalaikė rizika kompensuoja ilgalaikio saugojimo žalą aplinkosaugai. Pagaliau kuro perdirbimo uždarame cikle metu gaunamas plutonis, kurį, kaip minėta, galima naudoti atominėms bomboms.

Dar porą dešimtmečių ar ilgiau bus naudojami lengvojo vandens atominiai reaktoriai, kurie aušalu ir neutronų lėtikliu naudoja paprastą vandenį, o ne sunkųjį, turintį deuterio. Dauguma pasaulyje veikiančių atominių reaktorių yra būtent tokie, kurių technologija yra geriausiai apgalvota ir suprantama.


Ateities atominiai reaktoriai


Atominiai reaktoriai yra įvairių kartų. Pirmosios kartos reaktoriai, statyti prieš 50 metų, nesigilinant į supaprastintų ir dėl to nesaugių rusiškų reaktorių skirtumus, buvo iš esmės vienodi. Antrosios kartos reaktoriai, statyti 1960–1990 m. buvo gana įvairūs. Trečiosios kartos reaktoriuose yra daug patobulinimų, tokių kaip geresnė kuro technologija ir pasyvus saugumas, reiškiantis, kad avarijos atveju reaktorius pats savaime išsijungia be žmogaus pagalbos, išsilydžius reaktoriui, kaip atsitiko Černobylyje, visos radioaktyvios medžiagos pasiliktų uždarytos sulaikymo sistemoje. Tokius reaktorius sunkiau susprogdinti teroristams. Toks pirmasis šios kartos reaktorius 1996 m. pastatytas Japonijoje.

Ketvirtosios kartos reaktoriai dar tik kuriami. Jie veiks aukštesnėse temperatūrose ir iš to paties urano kiekio gamins daugiau energijos. Jų panaudotas kuras bus mažiau radioaktyvus ir greičiau taps nekenksmingu. Jie dar reikalauja daug tyrimų ir pradės veikti apie 2030 metus. Apie 2020 m. tikimasi taip pat sukurti branduolių sintezės reaktorius, kuriuose švarią elektros energiją generuos deuterio ir tričio branduolių sintezė. Šie reaktoriai ne tik neišmes taršalų į atmosferą, bet ir nepaliks jokių radioaktyvių atliekų. Bet jie paplis tik antrojoje mūsų amžiaus pusėje.Naujasis Lietuvos energetikos ministras Arvydas Sekmokas

Su nedidelėmis išimtimis (pavyzdžiui, modulinis reaktorius), komerciniai ketvirtosios kartos reaktoriai pasirodys vėliau, nei Lietuvos Leo jų prireiks. JAV jau statomas eksperimentinis helio dujomis šaldomas ketvirtosios kartos reaktorius, kuris gamins elektrą ir vandenilio dujas jomis varomiems automobiliams. Tačiau maždaug iki 2050 m. daugiausia bus statomi lengvojo vandens trečiosios kartos patobulinti reaktoriai.

Modulinis reaktorius atveria įdomią perspektyvą kurti modulines atomines elektrines. Vietoj didelės 3 tūkst. megavatų elektrinės galima statyti saugius modulius po 100 megavatų. Tokios elektrinės ypač tinkamos nelabai turtingoms šalims, nes daug pigesnė jų statyba. Pietų Afrika jau kuria tokius 110 ir 165 megavatų modulius ir pardavinės 2009–2013 metais.


Elektros kainos mažinimas


Mesačusetso technologijos instituto mokslininkai visapusiškai išanalizavo veikiančias dujų, anglies ir atomines elektrines. Jie nustatė, kad naujų atominių elektrinių elektros energijos kilovatvalandės kaina yra apie 6,7 JAV centų (17–18 lietuviškų centų) ir yra keliais centais brangesnė nei anglimi ar dujomis kūrenamų elektrinių. Daugeliui žmonių tai nesuprantama, nes praeityje buvo skleidžiamas mitas, o Lietuvoje jis skleidžiamas iki šiol, apie pigią atominių elektrinių generuojamą elektros energiją. Todėl statant atominę elektrinę reikia nepamiršti ir žmonių piniginių storio. Ką gali sau leisti turtingos šalys, negali ne tokios turtingos.

Atominės elektrinės generuojamos elektros energijos kainą galima sumažinti. Sumažinus 25 proc. statybos kainą, kilovatvalandės elektros kaina sumažėtų iki 5,5 JAV centų. Sutrumpinus statybos laiką nuo penkių iki keturių metų ir pagerinus statybos ir elektrinės valdymą, kilovatvalandės kaina dar sumažėtų 0,4 JAV centais. Tik kyla rimtų abejonių, ar Lietuvoje tai kam nors rūpi. Naujos atominės elektrinės statyba yra dar tik vizijoje, o Leo valdyba jau gauna mėnesinius atlyginimus dešimtimis tūkstančių litų būsimos elektros energijos kainos sąskaita.

Atominės elektrinės pranašesnės ekonomiškai, kai tapo įkainotas anglies dvideginio išmetimas į atmosferą, vadinamas anglies mokesčiu. Europoje leidimais išmesti anglies dvideginį prekiaujama rinkoje. Prieš dvejus metus tokie leidimai buvo parduodami po 27 JAV dolerius už anglies dvideginio toną. Dabar ši kaina sumažėjo. Jeigu tona anglies kainuotų 200 JAV dolerių, anglimi kūrenamos elektrinės kilovatvalandės kaina pasiektų 9 JAV centus, o dujomis kūrenamų elektrinių kilovatvalandės kaina būtų 7,9 JAV centai. Taigi atominėse elektrinėse generuojama elektros energija anaiptol nėra pigi.


Atliekų tvarkymas


Kita didelė kliūtis atominiam atgimimui yra atliekų tvarkymas. Jokia pasaulio šalis dar nesukūrė visiško panaudoto atominio kuro ir kitų radioaktyvių atliekų atsikratymo sistemos. Geriausias yra radioaktyvių atliekų geologinis laidojimas šimtų metrų gylyje žemėje. Inžinerinės arba geologinės kliūtys turi neleisti plisti atliekų radiacijai tūkstančius metų. Įvairių šalių tyrimai rodo, kad geriausias yra geologinis radioaktyvių atliekų laidojimas. Nors mokslininkai gerai supranta procesus, kurie galėtų radionuklidus iš saugyklų pernešti į biosferą, panaudoto radioaktyvių atliekų geologinių saugyklų kūrimas dar yra kupinas iššūkių.

Suomija turbūt bus pirmoji pasaulio šalis, sukūrusi pastovias atominio kuro atliekų saugyklas žemėje. Olkiluoto vietovėje netoli dviejų atominių reaktorių pusės kilometro gylyje uolose kuriama saugykla, tiriama jos uolų sandara ir gruntinio vandens tekėjimas. Jei tyrimai bus teigiami, tokia saugykla pradės veikti 2020 metais. Iki 2130 m. saugykla bus užpildyta ir sandariai uždengta. Lėšos saugyklos įrengimui nuo 1970 m. kaupiamos iš elektros energijos kainos.

Jei atviro ciklo atominių elektrinių generuojama galia pasaulyje pasiektų milijoną megavatų, radioaktyvių atliekų ir panaudoto kuro tvarkymas virstų didele pasauline problema. Tai būtų rimtas stabdys atominių elektrinių plėtrai, tačiau ši problema gali ir turi būti išspręsta.


Paplitimo grėsmė


Atominį kurą šiuo metu teikiančios šalys (JAV, Rusija, Prancūzija ir Didžioji Britanija) turėtų pasirūpinti panaudoto kuro surinkimu ir laidojimu. Mainais atominį kurą naudojančios šalys turėtų susilaikyti nuo jo gamybos. Toks susitarimas labai sumažintų atominių ginklų plitimą, nes jam didžiausias pavojus yra ne atominių elektrinių skaičius, bet kuro sodrinimo ir perdirbimo gamyklos. Irano urano sodrinimo programa yra geriausias pavyzdys. Jei atominių elektrinių skaičius patrigubės, būtina sukurti atominio kuro nuomos vartotojams schemą, nes atominės elektrinės plis į visas šalis, stabilias ir nestabilias. Šalims, turinčioms vieną ar kelias atomines elektrines, ekonomiškai neapsimoka gaminti atominį kurą. Todėl neišvengiamai pasaulis pasidalija į atominio kuro tiekėjus ir pirkėjus. Tokia schema naudingesnė šalims tiekėjoms, nors jos užtikrins pigaus atominio kuro tiekimą ir jo surinkimą bei laidojimą. Šalys pirkėjos taps priklausomos nuo tiekėjų, kaip dabar yra priklausomos nuo naftos ar dujų tiekėjų. Iranas ir Brazilija, Indija ir kai kurios kitos didžiosios šalys stengiasi išvengti šios priklausomybės ir kuria savas atominio kuro gamyklas.


Teravatinė ateitis


Siekiant apvalyti žemės atmosferą nuo teršalų, paskleistų šio amžiaus viduryje, keliamas tikslas – pagaminti teravatą arba milijoną megavatų švarios elektros energijos, generuojamos atominėse elektrinėse neišmetant į atmosferą anglies dvideginio. Tam reikėtų kas mėnesį pastatyti po 2 tūkst. megavatų elektrinę. Tai pareikalautų per keletą dešimtmečių 2 trilijonų JAV dolerių investicijų. Ar taip bus, priklausys nuo pasaulinės ekonomikos būklės ir to, kaip bus apmokestintos anglies dvideginį išmetančios į atmosferą elektrinės visose šalyse, įskaitant sparčiai besivystančias Kiniją, Indiją, Braziliją ir kitas šalis.

Europos fizikų draugijos nuomone, privalome naudoti technologijas, kurios jau įrodė galinčios saugiai ir patikimai gaminti švarią elektros energiją dabar ir ateities kartoms. Atominės elektrinės, kartu su atsinaujinančiųjų energijos šaltinių elektrinėmis, gali ir turi gaminti didžiąją dalį elektros energijos, nekurdamos anglies dvideginio išmetalų. Tam reikia moksliškai šviesti visuomenę, ruošti ją nebijoti atomo, rengti atominės fizikos specialistus. Vilniaus universiteto fizikos fakultetas jau pradėjo rengti tokius specialistus. Fizikai privertė elektroną tarnauti žmonijai, sukurdami elektronikos ir telekomunikacijų priemones, o dabar baigia priversti atomą tarnauti žmonijai, kurdami neišsenkančios švarios elektros energijos priemones. Tik jos suteiks žmonėms laisvę gyventi švarioje aplinkoje ir džiaugtis aukšta gyvenimo kokybe – atomine laisve.


 

Nuotraukose: 

Prof. Jonas Grigas užduoda klausimą Lietuvos MA ir Lietuvos persitvarkymo sąjūdžio iniciatyvinės grupės klubo organizuotos konferencijos „Ekstremali Lietuvos energetikos būklė“ pranešėjui

Naujasis Lietuvos energetikos ministras Arvydas Sekmokas