Polscy badacze z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) opracowali reaktor wysokotemperaturowy. Ma on być bazą dla komercyjnych reaktorów wykorzystywanych w polskich zakładach przemysłowych.

Założenia Polski odnośnie ograniczenia emisji

Od porozumienia w Paryżu w 2015 roku wzrasta presja społeczna dotycząca redukcji globalnego ocieplenia poprzez ograniczanie emisji gazów cieplarnianych. Oznacza to konieczność zmiany podejścia do generowania energii elektrycznej i cieplnej, które dotąd w większości wytwarzane są przy pomocy paliw kopalnych. Jednym z rozwiązań tego problemu jest przemysł jądrowy, który nie emituje do atmosfery gazów cieplarnianych – nie licząc pary wodnej, która tak czy siak krąży w atmosferze w obiegu zamkniętym. Paliwo jądrowe dla reaktorów HTGR (z ang. High Temperature Gas cooled Reactor) jest ogromnie wydajne i dzięki temu generuje niewielkie ilości odpadów, które są w bezpieczny sposób składowane w odpowiednich miejscach lub przetwarzane do ponownego użytku. 

Zgodnie z Programem Polskiej Energetyki Jądrowej (PPEJ), do 2043 roku w naszym kraju powinno być wybudowanych 4-6 tzw. lekkowodnych bloków jądrowych, produkujących 6-9 GW mocy prądu, co zapewnia ok. 25% obecnego zapotrzebowania. Jednak dekarbonizacja sektora energetycznego musi obejmować również inne aspekty, jak ciepło do ogrzewania i para o wysokiej temperaturze konieczna do procesów przemysłowych. O ile ciepło można wyprodukować za pomocą modularnych reaktorów lekkowodnych o tyle para wymaga zastosowania reaktorów wysokotemperaturowych chłodzonych gazem (HTGR). 

Czytaj też: Polska unijnym liderem w redukcji emisji CO2

Potrzeba zmian na lepsze

Aktualnie produkcja wysokotemperaturowej pary wodnej na potrzeby przemysłowe obarczona jest bardzo wysokim śladem węglowym. Piętnaście największych polskich zakładów chemicznych potrzebuje stałego dostarczania min. 6,5 GW mocy cieplnej w postaci pary o temperaturze 400-550 stopni Celsjusza. Tymczasem Polska posiada jedynie pochodzące z lat 70.XX wieku bloki klasy 200 MW, które, jak podkreślają specjaliści z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), wkrótce będą nadawać się jedynie do wyrzucenia – są po prostu przestarzałe. Zgodnie ze zobowiązaniami Polska powinna zastąpić je bardziej ekologicznymi maszynami najpóźniej do 2035 roku. 

Takim rozwiązaniem są elektrownie jądrowe z lekkowodnymi reaktorami. 

– Ich uruchomienie oznaczać będzie wzmocnienie bezpieczeństwa energetycznego, gdyż skutecznie zdywersyfikuje bazę paliwową i kierunki dostaw nośników energii oraz zastąpi starzejący się park wysoko­emisyjnych bloków węglowych – podkreślają badacze z NCBJ.

Zdaniem naukowców, elektrownie jądrowe są najtańszymi możliwymi źródłami energii – nawet przy uwzględnieniu pełnego rachunku kosztów (inwestorskich, systemowych, sieciowych, środowiskowych, zdrowotnych, itp.) oraz długiego czasu pracy po okresie amortyzacji. Dotyczy to odbiorców indywidualnych i biznesowych – w szczególności zabezpiecza rozwój przedsiębiorstw energochłonnych, czyli zakładów przemysłu chemicznego i petrochemicznego. 

Zobacz też: Jak powstaje energia jądrowa i czy atom to OZE? Oto, co musisz wiedzieć o elektrowniach atomowych

Długa droga do wysokotemperaturowego reaktora

Już ponad 10 lat temu NCBJ rozpoczęło prace nad koncepcją małego wysokotemperaturowego reaktora badawczego o mocy 30 MW cieplnych. Naukowcy i inżynierowie bazowali na doświadczeniach działającego od 50 lat w Świerku reaktora badawczego MARIA oraz japońskiego reaktora badawczego HTTR (z ang. High Temperature Test Reactor). W pierwszej kolejności badacze zrealizowali w latach 2012-2015 projekt badawczo-rozwojowy HTR-PL, w ramach którego powstały wstępne założenia. W 2016 roku ówczesny minister energii powołał Zespół ds. Analizy i Przygotowania Warunków do Wdrożenia Wysokotemperaturowych Reaktorów Jądrowych, który dwa lata później przedstawił raport szacujący zapotrzebowanie polskiego przemysłu na flotę kilkunastu reaktorów o średniej mocy cieplnej 180 MW (w postaci 230 ton/godzinę pary o temperaturze 540 stopni Celsjusza i ciśnieniu 13,4 MPa). 

Dwa lata temu powstała tzw. przedkoncepcja projektu reaktora badawczego o mocy cieplnej 40 MW oraz mapa budowy prototypowych i seryjnych reaktorów komercyjnych, a w kolejnych latach stworzono opis techniczny urządzenia i wykonano prace, które w przyszłości pozwolą wnioskować do Polskiej Agencji Atomistyki o licencję na jego budowę, rozruch i użytkowanie. 

Przyszłość reaktora 

Naukowcy z NCBJ szacują, że za dwa lata powinien powstać ostateczny projekt reaktora. Kolejny rok zajmie jego licencjonowanie, a następne 4 lata – budowa. Gotowe urządzenie będzie potrzebować na rozruch co najmniej 6 miesięcy, a najwięcej – rok.

Reaktory wysokotemperaturowe, aby odebrać ciepło z rdzenia, używają chemicznie obojętnego gazu – helu, krążącego pod wysokim ciśnieniem w obiegu zamkniętym poprzez reaktor i wytwornicę pary. Ich paliwem jest dwutlenek uranu wzbogacony rozszczepialnym izotopem U235. Z kolei grafit pełni rolę moderatora, tj. materiału do uwalniania neutronów. Wszystkie te materiały są odporne na wysoką temperaturę, dzięki czemu możliwe jest wytworzenie pary nawet o temperaturze 950 stopni Celsjusza. Jednocześnie reaktory tego typu uważane są za bardzo bezpieczne.

Przeczytaj też: Microsoft wskrzesi wygaszoną elektrownię jądrową

Źródło: naukawpolsce.pl, ncbj.gov.pl

Fot.: Canva (Alicia_Garcia/Getty Images)

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.