Kiedy w marcu 2011 r. Jedna z wielkich płyt tektonicznych ziemi uderzyła pod drugą u wschodniego wybrzeża Japonii, wywołała gwałtowne trzęsienie ziemi i wywołała tsunami falami osiągającymi wysokość 20 stóp lub więcej. Ta niszczycielska kombinacja spowodowała śmierć dziesiątek tysięcy ludzi i wywołała kryzys nuklearny, gdy woda morska zatopiła teren elektrowni jądrowej Fukushima Daiichi, odcinając zasilanie i wyłączając zapasowe urządzenia bezpieczeństwa.
Załogi nie były w stanie utrzymać reaktorów w niskiej temperaturze, co doprowadziło do stopienia paliwa, wybuchów wodoru i uwolnienia materiału radioaktywnego. Minęło ponad dziewięć miesięcy, zanim władze ogłosiły, że reaktory zostały doprowadzone do stabilnego stanu zimnego wyłączenia. Obawy dotyczące bezpieczeństwa doprowadziły również do zamknięcia prawie wszystkich innych japońskich elektrowni jądrowych.
Wydarzenie w Fukushimie - najgorszy wypadek nuklearny od Czarnobyla w 1986 r. - rzuciło cień na energię atomową i rosnące nadzieje przemysłu na „nuklearny renesans”. Ponad dwa lata później Japonia ponownie uruchomiła tylko dwa z 54 reaktorów w kraju, a zagrożenia w Fukushimie utrzymują się, gdy robotnicy walczą o powstrzymanie promieniotwórczych wycieków. Niemcy i Szwajcaria postanowiły wycofać energię jądrową, a wiele innych narodów ponownie ocenia swoje ambicje nuklearne. W czerwcu 2011 r. Włoscy wyborcy odrzucili program nuklearny swojego kraju w referendum.
Jednak w świecie coraz bardziej wymagającym energii energia jądrowa pozostaje kusząco niezawodnym, pozbawionym węgla źródłem energii oraz atrakcyjnym sposobem dywersyfikacji dostaw energii i odejścia od źródeł, w tym węgla, który przyczynia się do zmian klimatu. „Potrzebujemy odrodzenia technologii, która może zastąpić węgiel” - mówi Per Peterson, profesor inżynierii jądrowej na University of California w Berkeley. Zarówno elektrownie węglowe, jak i jądrowe są kosztowne w budowie, ale są w stanie zapewnić niezawodną energię przez całą dobę przy stosunkowo niskich kosztach paliwa. „Trudno dostrzec, w jaki sposób można by wyprzeć węgiel, jeśli nie ma się w nim atomu” - mówi Peterson.
Globalnie przyszłość nuklearna w coraz większym stopniu leży w Chinach i Indiach. „Renesans nuklearny jest obecnie w toku, ale przede wszystkim poza Stanami Zjednoczonymi” - mówi Dan Lipman, dyrektor wykonawczy ds. Strategicznych programów dostawców dla Nuclear Energy Institute, grupy branżowej. Siedem z 66 zakładów budowanych obecnie na całym świecie znajduje się w Indiach. W lutym Chiny połączyły swój 17 reaktor jądrowy z siecią energetyczną.
Historia jest bardziej zróżnicowana w Stanach Zjednoczonych, choć kraj ten jest światowym liderem w produkcji energii jądrowej. Do niedawna 104 reaktory w 31 stanach dostarczały około 19 procent energii elektrycznej w kraju. Amerykańska Agencja Informacji Energetycznej przewiduje, że do 2025 r. Nowe reaktory dodadzą około 5, 5 gigawata - porównywalnie do prawie trzech zapór Hoovera - o mocy jądrowej. Tej wiosny budowa dwóch nowych reaktorów rozpoczęła się po raz pierwszy od 30 lat.
Ale niskie ceny gazu ziemnego odgryzły część dochodów właścicieli zakładów. Flota spadła tej wiosny do 102 reaktorów z powodu zamknięcia elektrowni, najnowszym przykładem jest stacja nuklearna Kewaunee w Wisconsin, w której zyski pochłonął nadmiar gazu ziemnego. Wyłączenie podsyciło prognozy, że może nastąpić więcej zamknięć, ponieważ starsze elektrownie jądrowe mają trudności z konkurowaniem. Duke Energy porzucił plany dotyczące dwóch nowych reaktorów w Karolinie Północnej i oficjalnie wycofał swój reaktor Crystal River - przez dwa lata w trybie offline - na Florydzie po dziesięcioleciach działalności, wybierając raczej wyłączenie niż naprawę. Prognozy OOŚ przewidują, że gaz ziemny i odnawialne źródła energii zajmują większe kawałki rosnącego amerykańskiego ciasta energetycznego, w zależności od cen i dotacji.
Awaria nuklearna w 1979 r. Na Three Mile Island w środkowej Pensylwanii, podobnie jak Fukushima, miała miejsce w podobnym czasie wzrostu nuklearnego. Jednak do czasu katastrofy w Czarnobylu wzrost zaczął zwalniać. Stagnacja nastąpiła nie tylko z powodu zwiększonych obaw związanych z bezpieczeństwem, ale również z powodu spadku cen paliw kopalnych w połączeniu z dużymi opóźnieniami, balonami i wysokimi opłatami finansowymi, które były cechami charakterystycznymi budowy nowych zakładów w latach 80. i 90. Wtedy, podobnie jak teraz, ekonomia nuklearna okazała się zniechęcająca.
Zainteresowanie energią jądrową w końcu ożyło. Lipman twierdzi, że od około 2005 r. Zbieżność czynników rozpaliła konstrukcję. Wzrost gospodarczy zwiększył popyt na energię elektryczną, a historycznie niestabilne ceny gazu ziemnego rosły. Ustawa o polityce energetycznej z 2005 r. Zapewniała gwarancje kredytowe i inne zachęty dla nowych elektrowni jądrowych, a popyt na energię elektryczną w mieszkaniach w południowo-wschodnich stanach - szczególnie na Florydzie - „rósł jak gangsterzy” - mówi. Co więcej, przez chwilę wydawało się możliwe, że regulacja klimatu może zwiększyć koszt energii z węgla.
Czas był idealny. „Młodsze pokolenie [zapomniało] o Wyspie Three Mile i Czarnobylu lub nie przeżyło jej” - mówi Edwin Lyman, starszy naukowiec w Global Security Program w Union of Concerned Scientists w Waszyngtonie
Podczas gdy niektórzy Amerykanie poparli pomysł zwiększenia energii jądrowej, opinia publiczna pozostaje podzielona w tej kwestii. Pięć miesięcy przed katastrofą w Fukushimie 47 procent Amerykanów ankietowanych przez Pew Research Center opowiedziało się za zwiększonym wykorzystaniem energii jądrowej. Bezpośrednio po kryzysie wsparcie spadło do 39 procent, ale od tego czasu opinie nieco się uspokoiły.
Bardziej otwarci odbiorcy mogą otworzyć drzwi tylko do tej pory dla broni jądrowej. „Nie mogli poradzić sobie z problemami ekonomicznymi energii jądrowej, nawet zanim nastąpiła Fukushima” - mówi Lyman. Kryzys w Japonii w 2011 r. „Rzucił kolejny klucz do małp w prace”.
Energia jądrowa była czasami promowana jako ważna broń w walce ze zmianami klimatu, ale „poziom wykorzystania energii jądrowej, który byłby potrzebny w ciągu kilku następnych dziesięcioleci, aby obniżyć emisje globalnego ocieplenia, byłby tak ogromny, że jest to po prostu niewykonalne „Mówi Lyman.
Po Fukushimie bezpieczeństwo znów stanowi problem. Według Petersona Berkeleya jedną z lekcji, które mogą wyniknąć z katastrofy, jest potrzeba przygotowania się na nieprawdopodobne sekwencje wydarzeń. Po 11 września Komisja Kontroli Jądrowej, odpowiedzialna za regulację amerykańskiego przemysłu nuklearnego, zaczęła badać przeoczone, jeśli nie nieprawdopodobne, zagrożenia powszechnymi szkodami - takie kwestie, jak: „co zrobilibyśmy, gdyby terroryści porwali samolot i postanowili go latać mówi do amerykańskiej elektrowni jądrowej ”- mówi Peterson. NRC przyjrzał się uszkodzeniom systemów bezpieczeństwa elektrowni w takim scenariuszu, mówi, i teraz wymaga, aby elektrownie nabyły przenośny sprzęt awaryjny jako zapasowy.
To, czego nie uwzględniono, to możliwość jednego zdarzenia lub kombinacji naturalnych zagrożeń powodujących uszkodzenie wielu reaktorów w zakładzie, z których każdy wymagał reakcji w sytuacjach awaryjnych i wysiłków wyszkolonego personelu. Ponad jedna trzecia elektrowni jądrowych w Stanach Zjednoczonych ma obecnie dwa lub więcej reaktorów. A jednak plany reagowania kryzysowego dopuszczały tylko jedną awarię. „W Stanach Zjednoczonych zawsze przygotowywaliśmy się do tego, aby stało się to z jedną z jednostek” - mówi Joe Pollock, wiceprezes ds. Operacji jądrowych w Instytucie Energii Jądrowej. „Musimy być w stanie poradzić sobie ze wszystkimi jednostkami jednocześnie we wszystkich naszych planach i przygotowaniach”.
Pollock twierdzi, że elektrownie jądrowe w USA są teraz lepiej przygotowane na sytuacje kryzysowe, ale krytycy twierdzą, że reformy nie zaszły wystarczająco daleko. Związek Zainteresowanych Naukowców ostrzegł, że wiele reaktorów w Stanach Zjednoczonych mogło poradzić sobie znacznie gorzej niż Fukushima Daiichi w przypadku awarii układu chłodzenia, ponieważ ich zbiorniki na wypalone paliwo są gęsto upakowane i trudniej jest im się ochłodzić w nagłych wypadkach. Grupa twierdzi, że rośliny powinny być w stanie wytrzymać 24-godzinną awarię stacji bez uciekania się do urządzeń przenośnych, zamiast ośmiu godzin zalecanych, choć nie wymaganych, przez grupę zadaniową NRC zorganizowaną w odpowiedzi na Fukushimę, i powinny być gotowe do działa przez cały tydzień bez wsparcia poza witryną, w przeciwieństwie do zaledwie trzech dni.
Nowsze reaktory z pasywnymi systemami chłodzenia, takie jak AP1000 Westinghouse, wskazują kroki w kierunku poprawy bezpieczeństwa. Zamiast pomp i generatorów diesla, AP1000 wykorzystuje naturalną konwekcję, grawitację i odparowanie wody, aby zapobiec przegrzaniu i wzrostowi ciśnienia bez potrzeby zasilania z zewnątrz, a nawet działania operatora. Został zaprojektowany, aby wytrzymać 72 godziny całkowitego zaniku zasilania stacji. W Chinach budowane są cztery reaktory AP1000, a dwa są planowane dla elektrowni jądrowej VC Summer w Karolinie Południowej.
Nawet w tym zaawansowanym modelu Westinghouse był w stanie zidentyfikować potencjalne obszary wymagające poprawy po wypadku w Fukushimie. Lipman twierdzi, że firma „cofnęła się i bardzo dokładnie przeanalizowała projekt, aby zobaczyć, jakie zmiany należy wprowadzić”, omawiając zmiany projektowe, takie jak umieszczenie akumulatorów wyżej lub zainstalowanie drzwi wodoszczelnych w celu zapewnienia odporności na powódź. Niemniej jednak firma doszła do wniosku, że AP1000 może znieść wydarzenie podobne do tego, które okaleczyło Fukushimę Daiichi.
Przyszłe reaktory jądrowe mogą ominąć niektóre wyzwania związane z kosztami i bezpieczeństwem związane z dzisiejszymi gigantami o mocy ponad 1000 megawatów poprzez zmniejszenie ich rozmiarów. Amerykański Departament Energii ma ambitny cel, jakim jest dostrzeżenie technologii dla mniejszych, samodzielnych i głównie fabrycznych reaktorów wdrożonych w ciągu następnej dekady. Te małe elektrownie jądrowe, zwane małymi reaktorami modułowymi lub SMR, miałyby moc elektryczną równą mniej niż 300 megawatów i byłyby wystarczająco kompaktowe, aby wysyłać je koleją lub ciężarówką. Już teraz naukowcy pracują nad dziesiątkami różnych koncepcji na całym świecie.
Jeden obiecujący typ jest znany jako zintegrowany reaktor wody pod ciśnieniem. Model ten, nazwany mPower, od firmy Babcock & Wilcox, zajmującej się sprzętem nuklearnym, wymaga pary modułów o mocy 180 megawatów, które mogą działać przez cztery lata bez tankowania - dwa razy dłużej niż dzisiejsze reaktory. Są wystarczająco małe, aby potencjalnie wykorzystać istniejącą infrastrukturę w starzejących się elektrowniach węglowych, zwiększając możliwość nadania nowego, napędzanego energią jądrową życia elektrowniom węglowym z lat 50. po ich wycofaniu. Szacunkowe koszty wdrożenia SMR wynoszą od 800 milionów do 2 miliardów USD na jednostkę - około jednej piątej kosztu dużych reaktorów.
„Naprawdę łatwiej jest zaprojektować bezpieczne, małe reaktory” - mówi Peterson. W przypadku dużych reaktorów istnieje ryzyko powstania „gorących punktów” w paliwie. „Gdy paliwo ulegnie uszkodzeniu, trudniej jest go schłodzić, dlatego szkody mogą się rozprzestrzeniać” - wyjaśnia Peterson. Dobrze zaprojektowane mniejsze reaktory, które mogą uniknąć tego problemu, a może nawet stłumić potrzebę zewnętrznego sprzętu i omylnego podejmowania decyzji przez człowieka w czasach kryzysu, mogą być „wewnętrznie bezpieczniejsze”, mówi. Jednak stopień, w jakim małe reaktory modułowe mogą poprawić bezpieczeństwo w rzeczywistym świecie, pozostaje niepewny.
Nie można również zagwarantować korzyści kosztowych. „Historia energii jądrowej sprawiła, że reaktory stają się coraz większe”, aby skorzystać z ekonomii skali, mówi Lyman. „Jeśli chcesz sprawić, że małe reaktory staną się konkurencyjne wobec dużych reaktorów, musisz obniżyć koszty operacyjne”, mówi. „Musisz obniżyć koszty pracy w sposób nieodpowiedzialny. Nie jest udowodnione, że można bezpiecznie zmniejszyć liczbę operatorów [i] pracowników ochrony i nadal utrzymują bezpieczeństwo. ” Dodaje, że można uczynić mały reaktor bezpieczniejszym niż większy, ale nie stanie się to automatycznie.
Przed każdą innowacyjną technologią, która może zastąpić dzisiejsze reaktory lub odnieść sukces, czeka nas długa droga. „Nawet najlepiej przebadane rośliny mają wiele tajemnic”, mówi Lyman. Postfukushima dąży do zbadania tych niewiadomych i wyeliminowania niepotrzebnego ryzyka może być zbyt krótki, aby zapewnić trwałą zmianę. Tym razem Lyman mówi: „To byłoby miło, gdyby zmiany miały nastąpić przed katastrofą ”.
