Почему передовые ядерные реакторы приносят пользу промышленности и государствам, зависящим от угля

Химический производитель DowDOW
разработает небольшой ядерный реактор для промышленного применения, который потенциально заменит природный газ, который сейчас сжигается при чрезвычайно высоких температурах для внесения изменений в химические соединения. Однако передовые ядерные технологии позволяют достичь того же результата без выбросов углерода.

Так называемые высокотемпературные реакторы поколения IV наиболее известны для производства электроэнергии. Но они также могут быть использованы в промышленности. Поскольку они работают при температуре 800 градусов по Цельсию, они могут перерабатывать химикаты, опреснять океанскую воду и производить чистый водород для электричества и транспорта. Еще лучше: реакторы могут найти место, где когда-то стояли закрытые угольные электростанции, восстанавливая экономическое здоровье в опустошенных регионах страны.

«Электричество — это низко висящий плод», — говорит Патрик Уайт, руководитель проекта Альянс ядерных инноваций, в разговоре с этим писателем. «Мы еще не интегрировали атомную энергетику с крупными химическими предприятиями. Там могут быть некоторые сбои и вещи, которые нужно проработать. Но первые реакторы для промышленного применения мы увидим в конце десятилетия. После постройки четвертого и пятого реакторов компании начнут массово подписывать контракты. Цель — декарбонизация».

В частности, Dow сотрудничает с X-energy для разработки небольшого модульного реактора на одном из объектов Dow на побережье Мексиканского залива, который может быть запущен в 2030 году. Dow также занимает миноритарную долю в X-energy. Каждый модульный реактор может генерировать 80 мегаватт. Но их можно объединить вместе для производства 320 МВт, обеспечивая чистую, надежную и безопасную базовую мощность для поддержки систем электроснабжения или промышленных приложений.

Существующие в США ядерные реакторы относятся ко второму поколению, хотя компания Southern Company строит реакторы третьего поколения, разработанные Westinghouse. Малые модульные реакторы четвертого поколения производят больше электроэнергии при меньших затратах. Третье и четвертое поколения автоматически отключаются во время чрезвычайной ситуации.

«Усовершенствованная малая модульная ядерная технология станет важным инструментом на пути Dow к нулевым выбросам углерода и нашей способности стимулировать рост, поставляя нашим клиентам продукты с низким уровнем выбросов углерода», — говорится в сообщении. Джим Фиттерлинг, главный исполнительный директор Dow. «Технология X-energy является одной из самых передовых, и при ее развертывании будет обеспечиваться безопасная, надежная энергия и пар с низким уровнем выбросов углерода».

Отрасли, которые трудно декарбонизировать

В настоящее время 99% мирового производства водорода приходится на ископаемое топливо. Это называется серый водород. Цель состоит в том, чтобы получить зеленый водород, с помощью которого солнечные батареи или ветряные турбины производят электроэнергию с помощью электролизера. Но тепло и электричество от ядерной энергии также могут расщеплять молекулу воды для производства водорода, который используется для очистки нефти, производства стали или химических веществ.

Такой процесс без выбросов и очень необходим. Согласно Агентство по охране окружающей среды США, электроэнергия вызвала 25% глобальных выбросов парниковых газов, в то время как на промышленные операции приходилось 24%. Транспорт составил 27%, всего в 2020 году.

Атомная энергия также может опреснять морскую воду. По данным Международного агентства по атомной энергии, ежедневно производится 40 миллионов кубометров питьевой воды — в основном на Ближнем Востоке и в Северной Африке, с использованием ископаемого топлива для получения пара или электричества для облегчения процесса. Но в нем указывается, что атомная энергетика и опреснительные установки сочетаются в Японии и Казахстане, где коммерческие объекты работают с 1970-х годов.

«Если мы заинтересованы в чистой энергии, подумайте обо всех имеющихся у нас источниках топлива», — говорит Уайт из альянса. «Производство электроэнергии составляет около 25% наших выбросов. Ядерная энергетика может решить проблемы в труднодоступных для обезуглероживания промышленных секторах. Атомные станции также должны работать на полную мощность. Использование их для опреснения воды и производства водорода — при одновременном производстве надежного электричества — является хорошей синергией и рентабельно».

Чтобы быть уверенным, есть много препятствий, чтобы преодолеть. Ядерное топливо часто характеризуется концентрацией в нем определенного изотопа урана U-235. Реакторы, работающие сегодня в Соединенных Штатах, требуют уровня обогащения топлива 3%-5% U-235, известного как низкообогащенное урановое топливо. Многие перспективные реакторы в стадии разработки потребуют более высоких уровней обогащения топлива, некоторые до 20% U-235. Это урановое топливо с более высоким обогащением называется низкообогащенным ураном с высокой пробой (HALEU).

Основная проблема для усовершенствованных реакторов, требующих топлива HALEU, заключается в том, что этот материал коммерчески недоступен в Соединенных Штатах. Единственный поставщик — российская государственная компания «Техснабэкспорт», что в нынешних условиях нежелательно. Но федеральные стимулы могут стимулировать внутреннее производство топлива и создать устойчивую цепочку создания стоимости. В противном случае его также предоставляют Австралия, Канада и Казахстан.

Может ли ядерная энергия заменить уголь?

В то же время стоимость строительства этих передовых ядерных реакторов трудно поддается количественной оценке. Больше определенности появится после того, как разработчики начнут проектировать заводы и моделировать расходы. Кроме того, по мере того как общество будет устанавливать цены на углерод, ядерная энергетика будет более привлекательной. Учтите, что GE Hitachi Nuclear Energy работает с Ontario Power Generation над строительством небольшого реактора, который будет запущен в 2024 году: они пытаются заставить других внедрить ту же технологию, чтобы снизить затраты.

Ядерная энергетика, конечно, встретила сопротивление после инцидента на Три-Майл-Айленде в 1979 году. Но усилия по обезуглероживанию могут изменить это, особенно те, которые направлены на помощь регионам, зависящим от угля. Законодательный орган Западной Вирджинии принял политику, разрешающую небольшим модульным реакторам заменять выведенные из эксплуатации угольные электростанции. Аналогичные шаги рассматривают Индиана, Иллинойс, Монтана и Вайоминг.

Действительно, Саймон Айриш, исполнительный директор Земная энергия, пишет, что атомные электростанции четвертого поколения могут заменить угольные установки, оживив сообщества, в которых они были размещены. Поскольку эти усовершенствованные реакторы могут работать при тех же температурах, что и угольный котел, это практичная идея. Кроме того, сменный блок не содержит вредных выбросов.

Джигар Шах, директор Управления кредитных программ Министерства энергетики, поддерживает это мышление, говоря, что этот шаг является логичным началом, поскольку инфраструктура и подключение к сети уже созданы. Его агентство выделяет 11 миллиардов долларов на разработку малых модульных реакторов.

«Если атомная промышленность будет делать то, что она делала десятилетиями, люди будут колебаться», — говорит Уайт из Альянса ядерных инноваций. «Это не понравилось публике. Теперь у нас есть возможность дать атомной энергии еще один шанс из-за декарбонизации. Но мы должны построить доверительные отношения с сообществами и объяснить технологии. Мы должны убедиться, что им это удобно. Нам нужно получить социальную лицензию на ядерную энергетику — чтобы люди захотели ее у себя во дворе».

Ренессанс ядерной энергетики может, наконец, произойти. Декарбонизация является стимулом. Но Закон о снижении инфляции добавляет налоговые льготы, которые вызовут интерес у инвесторов и кредиторов, принося пользу уязвимым сообществам и экономике в целом. Dow видит возможность — потенциальный предшественник для других производителей.