-
TheWbtist #57 Az atomenergia jövője
FORRÁS (Itt grafikonok is vannak)
Az emberiség egyre nagyobb energiasűrűségű forrásokat használt a történelem során, a fától jobb a szén, attól az olaj, és így tovább. Mindezek a felsorolt folyamatok úgy termelnek energiát, hogy közben átalakítják az atomok elektronhéjait. Az elektronhéj jellemző energiái néhány eV (elektronvolt, 1,6*10-19 J) nagyságrendűek. Azonban az emberiség a 20. században már felfedezte, hogyan hasznosítsa az atommagban rejlő energiákat is. Ezek az energiák milliószor nagyobbak, mint az elektronhéjból nyerhető energiák, MeV-es tartományba esnek.
1953-ban egy amerikai reaktor termelt kísérleti jelleggel áramot, majd 1954-ben, Obnyinszkban beindult az első hálózatra termelő atomerőmű. Azóta mintegy 366 GW kapacitást tesznek ki összesen az atomerőművek, Magyarországon Paks 4 blokkja 2000 MW villamos teljesítménnyel az országos igény mintegy 30%-át elégíti ki.
A Föld villamos áram-termeléséből jelenleg 439 reaktor veszi ki a részét, összesen 372 GW villamos teljesítménnyel.
A legtöbb reaktor 20-25 éves, de tekintélyes számban vannak öregebbek is, egy másodlagos csúcs van 34 éves kornál is. Ebben az évben 5 reaktort zárnak majd be és 42 épül, de nem mind fejeződik be. A reaktorok 2007-ben a világ villamos termelésének 14,5%-át adták (2776 TWh-val), a teljes energiaigényből pedig 2,1%-al részesül a nukleáris energia. A villamos áram termelésében 1998 volt a „csúcs-év”, ekkor 18% származott atomerőművekből.
Többek szerint az olaj- és gázkészletek fogyását több atomerőmű rendszerbe állításával kell pótolni, mások hevesen tiltakozna ez ellen, ugyanis az atomenergia veszélyessége kétségbevonhatatlan, bár túlhangsúlyozott. Itt a következő szempontokat vesszük figyelembe:
Uránkészletek
Építendő erőművek, becslés a megfelelő növekedésre vonatkozóan
Új technológiák szerepe: IV. generációs reaktorok, gyors szaporítóreaktorok
Fúzós technológia
Miért kell atomenergiáról beszélni?
A világ kétségtelenül egy energiaválság kezdetén van. A szállítás 90%-a olaj alapú, a villamos ellátás 65%-a pedig fosszilis forrásokra épül. Az olajexport csökkenése már most bénítóan hat a gazdaságra, nagyon közel van ugyanez a szénre és a földgázra is (1. ábra) Az ábra szerint a szén 2012, a földgáz pedig 2015 körül tetőzik. Ezt számos kutatócsoport megerősíti (EWG, ASPO)1. Mindezek alapján sürgősen ki kell találni, hogy mivel helyettesítjük a Föld energiaigényében fellépő hiányt, mely 2012-re 20%-os lehet az elvárt növekedéshez képest. Emlékeztetőül: az 1979-es olajválságot, mely áramszünetet, 3 napos munkahetet, kiürült autópályákat, és sok más rosszat hozott nyugaton 9%-os hiány okozta. Számos javaslatról olvasni, sok az önjelölt szakértő, azonban nem árt ha szem előtt tartunk néhány dolgot.
A földgáz tetőzése 2015-re tehető, a széné előbbre, már ami az exportot illeti, ugyanis a nagy ipari országok már energiájuk nagyobb részét abból nyerik, hogy ellensúlyozzák a gáz és olajfogyást (Kína, USA). Látható, hogy a szénfelhasználás előrejelzése több szenet kíván, mint amit képesek kitermelni (WEO 2006 Reference scenario).)
Tisztázandó
Amikor arról beszélünk, hogy ki kell váltani a fogyó olajat, földgázt és szenet, akkor jusson eszünkbe, hogy a villamos áram 65%-a ezekből készül, a teljes energiatortából pedig 87%-ot tesznek ki, az olaj a közlekedésben szinte kizárólagos. Ugyanakkor a mai mezőgazdaság, gyáripar, acélgyártás, műanyaggyártás, stb. mind rendkívül erősen függ ezektől. Kiváltásuk során figyelembe kell venni, hogy
Amivel kiváltanánk, annak a nyersanyagát is hagyományos erőforrásokkal bányásszuk, szállítjuk, alakítjuk
Amivel kiváltanánk, azt is le kell gyártanunk, amihez hagyományos erőforrást kötünk le,
Amíg gyártjuk ezeket, elvesszük az egyébként is fogyó erőforrásokból; tehát a gyártás, felállítás, üzembe helyezés során ezek a szerkezetek nettó energianyelők, azaz többet vonnak el, mint amit termelnek,
Egyelőre nincs olyan megoldás, ami kizárólagos lehetne, tehát több dolgot kell egyszerre gyártani,
A gyártás és az élettartam során előfordulhat, hogy nagyon rossz energiamérleget kapunk (EROEI> 1 alapkövetelmény2). A szélkerekek EROEI-je 27, napelemekre is 10-15, de pl. az újonnan felfedezett olajmezőkre 3, olajpalára és olajhomokra, 2, és a kitermelés során ezek mindegyikére igaz, hogy az EROEI tart az 1-hez.
Bármit választunk is, 40-szeresére kell felskáláznunk 4-5 év alatt ahhoz, hogy képes legyen kiváltani az ősmaradványi források fogyását.
Uránkészletek
Jelenleg a következő fontos izotópjai léteznek a természetben: U238 (99.275%), U235 (0.72%), U234 (0.005%), a zárójelek a gyakoriságot mutatják. Az urán az egész földkéregben elszórtan megtalálható, koncentrációja változó, átlagosan 3-5 milliomodrész3. Az urán dúsabban is előfordul, uránszurokérc formájában, itt a sűrűsége ezerszeres: 5-8 ezer milliomodrész, azaz 0.05-0.08%. Vannak olyan lelőhelyek is, ahol ez 0,1-0.25%, sőt Kanadában előfordul 10% körüli urántartalom is. A legnagyobb termelő Kanada (a világtermelés 27,9%-ával) és Ausztrália (22,8%). Nagyobb termelők még: Kazahsztán (10,5%), Oroszország (8,0%), Namíbia (7,5%), Niger (7,4%), Üzbegisztán (5,5%).
Fontos kérdés a Föld mélyén lévő, még gazdaságosan kitermelhető készletek nagysága, hiszen a technikai előrehaladás mellet ez szabja meg az atomenergia helyét a jövőbebn.
Az uránkészletekből 2.3 millió tonnát már kitermeltek, jelenleg már csak Kanadában vannak olyan ércek, melyekben az urántartalom meghaladja az 1%-ot. A világ többi részén ez az arány 0.1% alatt van, és a bizonyított készletek harmada esetén ez 0.06% alatti. Fontos megjegyezni, hogy minél kisebb a relatív urántartalom az ércben, annál drágább kinyerni belőle a hasznosítható anyagot, és 0,01-0,02%-os urántartalom alatt az EROEI <1 miatt nettó energianyelővé válik az uránbányászat. A Föld jelenleg ismert készletei 4.5 millió tonna kitermelhető uránt tartalmaznak, ebben benne van az a készlet is, melynél az EROEI már majdnem 1. Ez árban 130 $/kg-os uránt jelent. Ezen felül józanul feltehető, hogy még vannak fel nem fedezett készletek is, összesen 2.53 millió tonna mennyiségben.
Jelenleg az erőművek 67 ezer tonna uránt igényelnek évente, ebben 42 ezer tonnát biztosít a kitermelés, a maradék 25 ezer tonnát az 1980 előtt felhalmozott készletek adják. Mivel ez a készlet 10 éven belül kimerül, ezért a kitermelést 50%-al meg kell növelni, hogy fedezze az igényeket.
2. ábra Az urántermelés alakulása, ha csak a táblázat első sorának alacsony költségű részét vesszük (40 $/kg-os készletek, narancsszín), ezzel még a jelenlegi kapacitás sem látható el zavarok nélkül (Constant capacity, 2005 szaggatott vízszintes vonal). Ha az összes bizonyított készletet kibányásszák, akkor a jelenlegi kapacitás ellátható 2010-ig zavar nélkül (halványsárga), de már ez sem teszi lehetővé a reaktorok számának növelését. A jelenlegi készletekből következtetett további készletek is tetőznek 2030-ra (kék), ráadásul ez már drága is. A feltételezések ezen az ábrán nem szerepelnek. Jól látszik, hogy a sok erőművet építő forgatókönyv (Alternative policy scenario, meredek szaggatott vonal) nem tartható, mert az 1990 előtti tartalékok elfogytával már csak az előttünk álló termelésre hagyatkozhatunk; és a termelés mindhárom készletet figyelembe véve lassabban nő a csúcs előtt, mint az „alternative policy” által szabott kapacitásnövekedés.
A készleteket jelentősen túlbecsülték az 1980-as években, azokon mostanában 20-30%-os csökkentést hajtottak végre (pl. USA, Franciaország esete). E két országnál az is kiderült, hogy miután a kitermelés uránból tetőzött, a maradék készletek jóval kisebbnek bizonyultak, mint a termelési csúcs előtti becslések azt mutatták.
Reaktorok építése
Egy reaktor hosszú élettartalmú dolog, felépítése is sokáig tart, az engedélyekkel együtt tíz évre tehető. Ha a Föld áramigényében, az ősmaradványi források okozta hiányt atomenergiával kívánnánk fedezni, hetente kellene egy atomerőművet építeni, 5 éven keresztül. Ekkor az uránkészletek sokkal hamarabb kimerülnének, kb. 7 év alatt.5 Az így nyert energia egyébként nem lenne alkalmas szállításra, mezőgazdálkodás segítésére, stb. csak áramtermelésre. Az atomenergia, éppen a rektorok építése, és nyersanyagaik előállítása során használt hagyományos energia miatt nem alkalmas a CO2 kibocsátás csökkentésére. Ahhoz, hogy a jelenlegi kapacitást szinten tartsa a világ, már kellene épülni új erőműveknek, melyek a bezárandók helyére állnak, ez nem történik jelenleg.
3. ábra Múltbeli (piros oszlopok) erőműátadások, és az általuk adott kapacitás (piros vonal). Hogy az atomerőművekből származó kapacitás állandó 360 GW maradhasson, új erőműveket kellene építeni (sötétzöld oszlopok). Ahhoz, hogy az olajfogyás WEO6 által is elfogadott mértékét ellensúlyozni lehessen, a világoskék oszloppal jelölt erőműveknek is meg kellene – kellett volna (bekarikázott rész) – épülni; ez nem történt meg, és nem is történik.
Magyarország számára legtöbben két 1000 MW-os AP-Westinghouse blokkot javasolnak 1500 milliárd forintért (1 blokkja Paks fele). A gyártó éppen lekötött Kínában, nem tud azonnal hazánkban kezdeni; az erőmű a paksi műszakiak szerint 2025-re lehetne csak kész, de addigra már az uránkészletek fogyása elkezdődne.