Bomo mesta ogrevali s pomočjo jedrskih odpadkov?

Bazen za izrabljeno gorivo NEK
Foto: Bazen za izrabljeno jedrsko gorivo (NEK)

Češki jedrski strokovnjaki so zasnovali rešitev za daljinsko ogrevanje mest, ki ne bi bila odvisna od uvoza premoga ali plina ter bi bila od obeh možnosti bistveno cenejša in čistejša. V vseh državah, v katerih obratujejo jedrske elektrarne, bi lahko odsluženo jedrsko gorivo iz elektrarn še enkrat koristno uporabili - za ogrevanje mest. Naš sogovornik in idejni oče projekta dr. Radek Škoda že točno ve, kje bi takšno jedrsko toplarno lahko postavili v Sloveniji ...

Jedrsko gorivo, ko enkrat odsluži svoj čas v reaktorju jedrske elektrarne, še vedno vsebuje veliko energije in še vedno oddaja veliko toplote. Zato ga v vseh jedrskih elektrarnah, tudi v Krškem, najprej za nekaj let prestavijo v poseben bazen za izrabljeno gorivo in z neprestanim dotokom vode skrbijo za njegovo hlajenje. Ta toplota trenutno ne koristi nikomur, v Krškem denimo z njo “ogrevajo” reko Savo.

Češki strokovnjaki z univerz v Plznu in Pragi pa so prepričani, da bi veljalo to izrabljeno gorivo, ki trenutno velja za odpadek in čaka na končno rešitev za odlaganje, še enkrat koristno uporabiti – kot vir toplote za ogrevanje mest. Za jedrske toplarne.

Jedrska “teplota”

Koncept jedrske toplarne na izrabljeno jedrsko gorivo so poimenovali – teplator. Gre za kombinacijo beseda “toplota” (po češko “teplota”) in reaktor.

Njegov idejni oče je prof. dr. Radek Škoda, jedrski strokovnjak s Češke tehnične univerze v Pragi. O konceptu jedrske “teplote” je govoril posebej za N1. “Osnovna premisa je, da imamo v srednji Evropi številna mesta s sistemi daljinskega ogrevanja. Ti so danes večinoma odvisni od uvoženih fosilnih goriv, bodisi premoga bodisi zemeljskega plina.”

Radek Škoda
Prof. dr. Radek Škoda (Staš Zgonik/N1)

V zadnjih letih se je v številnih mestih zgodila zamenjava premoga z zemeljskim plinom, kar se je vse do napada Rusije na Ukrajino zdela pametna poteza. Tudi ljubljanska toplarna je tak primer, v katerem novozgrajene plinske turbine letos kljub drugačnim načrtom še ne bodo zagnali.

Po besedah dr. Škode zagotovo obstaja potreba po dodatnih virih toplote, po možnosti takih, ki ne bi povzročali izpustov CO2 in bi bili cenovno ugodni v primerjavi z obstoječimi možnostmi. “Logična možnost je toplota, ki jo oddaja izrabljeno jedrsko gorivo – je relativno poceni, ne proizvaja dodatnih odpadkov in ni odvisna od zunanjih dobaviteljev.”

Če bi se sicer zanašali zgolj na zaostalo toploto, ki jo izrabljeno jedrsko gorivo oddaja samo po sebi zaradi radioaktivnih razpadov jeder, bi bilo energije premalo za velike sisteme daljinskega ogrevanja. Razpadanje jeder v gorivu je zato treba nekoliko pospešiti z vzpostavitvijo verižne reakcije.

Cenejše od plina, neodvisno od uvoza

Teplator deluje kot jedrski reaktor, pojasnjuje dr. Škoda. “Vzamete izrabljeno gorivo iz jedrske elektrarne in ga vstavite v posebne zasnovane odprtine, ki so razporejene v specifični geometrijski obliki, obdane pa so z moderatorjem reakcije – težko vodo.” Pri težki vodi vodik v molekuli nadomešča njegova “težka” različica devterij, ki ima v jedru dodaten nevtron.

Ker pa gre za reaktor, ki je namenjen zgolj proizvodnji toplote, deluje pri bistveno nižji temperaturi in ob bistveno nižjem tlaku kot jedrska elektrarna. To pa po besedah Radeka Škode bistveno zmanjša potrebo po debelih zaščitnih strukturah in s tem bistveno zniža stroške gradnje. “To hkrati pomeni, da je celotna naprava relativno poceni, prav tako pa lahko pri proizvodnji sodeluje širši krog podjetij, ne pa samo peščica družb, ki so specializirane za gradnjo jedrskih elektrarn.”

Teplator shema
Shema zasnove teplatorja (Škoda et al.)

Eno napravo, ki bi proizvajala 150 megavatov toplote, naj bi bilo po njihovih izračunih mogoče zgraditi za 30 milijonov evrov, toplota, ki bi jo proizvajala, pa bi bila v “normalnih” časih vsaj enkrat cenejša od ogrevanja s plinom. Ob trenutnih podivjanih cenah bi bila po njegovih izračunih cenejša za vsaj šestkrat.

Za primerjavo, Energetika Ljubljana je dve novi, 57-megavatni plinsko-parni turbini, ki ju zaradi visokih cen plina še vedno ni zagnala, kupila za 123 milijonov evrov. Pri teh gre sicer za soproizvodnjo toplote in električne energije, teplator bi proizvajal zgolj toploto.

“Vsa velika češka mesta bi lahko ogrevali 30 let”

Koncept je za zdaj še na papirju. “Ne gre za rešitev, ki bi bila na voljo že to zimo,” se nasmehne dr. Škoda. “Najprej moramo pridobiti vsa potrebna dovoljenja in licence, kar je precej dolg in drag postopek – ocenjujemo ga na približno dve leti in dva milijona evrov.” Uspelo pa jim je že pridobiti investitorja, ki je pripravljen vložiti denar v licenciranje naprave.

Če bo šlo vse po načrtih, naj bi prvi, demonstracijski teplator začel obratovati leta 2028. “Kot najbolj primerne lokacije si ogledujemo mesta, v katerih že stojijo jedrski reaktorji, bodisi ob jedrskih elektrarnah bodisi ob raziskovalnih reaktorjih. Če bi namreč želeli jedrski objekt zgraditi na lokaciji, kjer ga še ni, bi to bistveno podaljšalo in otežilo celoten postopek gradnje.”

Radek Škoda
Staš Zgonik/N1

Njihove študije so na Češkem pokazale potencial za 15 enot teplatorja. “Naredili smo študije za vsa večja mesta na Češkem – Prago, Brno, Ostravo, Olomuc …”

Osnovna različica teplatorja potrebuje 55 izrabljenih gorivnih elementov, da eno leto proizvaja 150 megavatov toplote. “Samo v eni od dveh jedrskih elektrarn na Češkem letno nastane 280 izrabljenih gorivnih elementov. Brez težav bi torej zagotavljala gorivo za pet teplatorjev, ne da bi se sploh dotaknili bazena z izrabljenim gorivom.”

Vseh izrabljenih gorivnih elementov, ki jih hranijo v čeških jedrskih elektrarnah, pa je trenutno približno 9 tisoč. “Vsebujejo dovolj energije, da bi vsa velika češka mesta oskrbovali s toploto 30 let.”

Tudi če bi izrabljenega goriva zmanjkalo, to ne bi predstavljalo bistvenega problema. “Če zmanjka izrabljenega goriva, je mogoče uporabiti tudi sveže jedrsko gorivo. To sicer ni tako privlačno kot vnovična uporaba nečesa, kar velja za odpadek, prav tako pa bi proizvedeno toploto nekoliko podražilo. Bi bila pa še vedno bistveno cenejša od vseh alternativ.”

Z naraščanjem cen plina je zanimanja vse več

“Presenetilo me je, kako malo nasprotovanja in pomislekov je na Češkem deležen naš projekt,” na pomislek o tem, kako bi javnost sprejela tovrstne načrte, odgovarja dr. Škoda. Javno mnenje je sicer na Češkem zelo naklonjeno jedrski energiji, podpira jo skoraj 70 odstotkov ljudi.

Njihovi jedrski elektrarni – Temelin in Dukovany – s skupaj šestimi reaktorji zagotavljata približno tretjino vseh potreb po elektriki na Češkem.

JE Temelin
Jedrska elektrarna Temelin / Profimedia

“Ljudem je všeč, da gre za poceni in zanesljiv vir toplote, prav tako jim je všeč uporaba koncepta krožnega gospodarstva, vnovične uporabe jedrskega goriva, ki sicer velja za odpadek.”

Pogovarjajo se tudi z drugimi državami v okolici, ki imajo prav tako mesta s sistemi daljinskega ogrevanja. “Z naraščanjem cen zemeljskega plina je zanimanja vse več. Naša tehnologija zanima tudi Slovake in Poljake, pogovarjali pa smo se že tudi s Finci in Američani. Če bi me pred enim letom vprašali, v kateri državi zunaj Češke bo postavljen prvi teplator, bi vam sicer odgovoril, da v Ukrajini. S tamkajšnjimi oblastmi smo še vedno v stikih, a imajo seveda trenutno druge, bolj akutne probleme.”

Je pa po mnenju dr. Radka Škode zdaj idealen čas za gradnjo novih jedrskih objektov. “V tem trenutku je situacija z dokaj nizkimi obrestnimi merami, izjemno visokimi cenami zemeljskega plina in velikim pritiskom na zniževanje izpustov CO2 idealna za jedrsko energijo. Ne bo boljšega časa za gradnjo novih jedrskih reaktorjev.”

Teplator na obrobju Ljubljane?

V bazenu za izrabljeno gorivo v krški jedrski elektrarni je trenutno nekaj manj kot 1.400 gorivnih elementov. Ob vsakem remontu, ki je predviden na vsakih 18 mesecev, jih dodajo še 55. Ravno ta mesec bodo v bazen “odložili” novo pošiljko. S prihodnjim letom naj bi najstarejše gorivne elemente, ki so že oddali večino zakasnele toplote, prestavili v suho skladišče ob elektrarni, ki ga trenutno gradijo.

Ker so gorivni elementi v tlačnovodnem reaktorju v Krškem nekoliko večji kot gorivni elementi v čeških jedrskih elektrarnah, bi jih po besedah Radka Škode za delovanje enega teplatorja potrebovali nekaj manj – verjetno okoli 50. To pomeni, da je izrabljenega jedrskega goriva že trenutno dovolj za skoraj 30-letno obratovanje enega teplatorja.

“Za Ljubljano bi bila denimo idealna lokacija v reaktorskem centru Instituta Jožef Stefan v Podgorici, kjer že stoji raziskovalni reaktor Triga,” ocenjuje dr. Škoda. “Poleg tega, da mora biti lokacija primerno zaščitena in certificirana, mora namreč biti tudi dovolj blizu mesta, da omogoča navezavo na sistem daljinskega ogrevanja.”

Reaktor IJS
Stavba raziskovalnega reaktorja Triga (Žiga Živulović jr./Bobo)

Teplator je mogoče spraviti v kocko s stranico približno 6 metrov in bi ga lahko spravili v stavbo, v kakršni se nahaja raziskovalni reaktor Triga. “Z vsemi dodatnimi komponentami pa bi potrebovali površino približno polovice nogometnega igrišča.”

“Še varnejši kot že sicer varne jedrske elektrarne”

“Seveda. Reaktorski center IJS ima vso potrebno infrastrukturo; primerno zemljišče z več jedrskimi objekti, odlične dolgoletne izkušnje z upravljanjem jedrskega objekta ter strokovne in primerno usposobljene ljudi,” na vprašanje o smiselnosti lokacije v Podgorici odgovarja vodja raziskovalnega reaktorja Triga dr. Luka Snoj. “Jasno pa brez strinjanja okoliških prebivalcev ne bi šlo.”

Zamisel o možnosti uporabe izrabljenega jedrskega goriva za ogrevanje mest mu je blizu, saj je v skladu s cilji trajnostnega razvoja ter učinkovite rabe virov in energije. “Osnovna ideja za delovanje takšnega reaktorja je strokovnjakom poznana že dlje časa, a po mojem zaradi obilja drugih energijskih virov in poceni surovin ter pretirano stroge zakonodaje nikoli ni bil pravi čas za njeno uresničitev. Ob podnebnih spremembah in energetskih izzivih v EU pa je zdaj idealen čas za udejanjenje tega koncepta v praksi.”

Luka Snoj
Dr. Luka Snoj (Denis Sadiković/N1)

Na vprašanje o varnosti takšnega objekta odgovarja, da je potencialna nevarnost zelo podobna kot pri ostalih jedrskih elektrarnah – poškodba reaktorske sredice in izpust radioaktivnih snovi iz reaktorske posode v primeru popolne izgube napajanja in posledične nezmožnosti odvajanja zakasnele toplote.

“Bistvena razlika pa je, da teplator proizvaja toploto pri nizki temperaturi, ki je primerna le za ogrevanje stavb, ne pa za industrijsko uporabo ali proizvodnjo elektrike. Prednost nizkih temperatur pa je, da lahko reaktor deluje pri atmosferskem tlaku in nižji gostoti moči. Posledično so nekatere nezgode, ki so povezane z visokimi tlaki in temperaturami, npr. parna ali vodikova eksplozija, praktično nemogoče.”

Zaradi majhne gostote moči je inventar radioaktivnih snovi manjši, posledično pa so manjši tudi potencialni izpusti radioaktivnih snovi ob malo verjetni nesreči, poudarja Snoj. “Teplator je posledično še varnejši kot že sicer zelo varne klasične tlačnovodne jedrske elektrarne, kot je Nek.”

Po mnenju Radka Škode je, kar zadeva varnost, še največja težava prevoz izrabljenega goriva na novo lokacijo. “V srednji Evropi večinoma nimamo izkušenj s prevažanjem izrabljenega jedrskega goriva. Zahodne države imajo izkušnje na tem področju, a njihove rešitve je treba prilagoditi za naše potrebe in pridobiti vsa potrebna dovoljenja.”

Prevoz jedrskih odpadkov Velika Britanija
Prevoz izrabljenega jedrskega goriva po železnici v Veliki Britaniji (Profimedia)

Kot za N1 opozarja direktor Uprave za jedrsko varnost Igor Sirc, je treba pred morebitnim razmislekom o uporabi te tehnologije v Sloveniji počakati in videti, kako se bo zadeva v praksi obnesla na Češkem. Brez tega pri nas niti ne bi mogli pridobiti vseh potrebnih dovoljenj. “Pri odločitvi za tak projekt so pomembne tudi predhodno pridobljene obratovalne izkušnje, ki dokazujejo, da je obratovanje takšnega novega jedrskega objekta varno.”

Jedrska toplota mora biti prihodnost

Predsednik Društva jedrskih strokovnjakov dr. Tomaž Žagar je do projekta teplator skeptičen. “Za razogljičenje energetike imajo v tem trenutku največji potencial velike jedrske elektrarne, ki so že na tržišču. Obstajajo ponudniki in dobavne verige. Tu v naslednjem desetletju ali dveh vidim največji prispevek. Šele potem pridejo na vrsto ostali koncepti, med katere spada tudi teplator. Razvoj je na mestu, kako bo v praksi, pa še ne moremo reči.”

Poudarja pa, da bi bilo treba v prihodnje nameniti več pozornosti izkoriščanju toplote, ki jo jedrske elektrarne proizvajajo kot stranski produkt proizvodnje elektrike. Ne nazadnje tudi v Neku obstajajo načrti za daljinsko ogrevanje Krškega in okoliških naselij ter oskrbo bližnje industrije s procesno toploto v primeru gradnje drugega bloka nuklearke.

Proizvodnja toplote je eden najbolj zapostavljenih segmentov v prizadevanjih za zmanjševanje izpustov toplogrednih plinov – večinoma je še vedno odvisna od fosilnih goriv. Tudi OECD v nedavno izdanem poročilu navaja, da bi morale države “prepoznati potencial jedrske energije za nadomestitev fosilnih goriv na področju proizvodnje toplote v industrijskem in komercialnem sektorju”.

JE Beznau
Jedrska elektrarna Beznau (Profimedia)

Za zdaj je sicer po svetu zelo malo primerov jedrskih elektrarn, ki hkrati delujejo kot toplarne. Za primer dobre prakse velja najstarejša še obratujoča jedrska elektrarna na svetu – JE Beznau v Švici. Tam so leta 1984 zgradili sistem daljinskega ogrevanja, ki z delom toplote, ki jo proizvedeta reaktorja elektrarne, oskrbuje enajst okoliških skupnosti in zanesljivo deluje že več kot 30 let.