Elektrownie atomowe mogą napędzić samochody elektryczne

Około 140 lat temu powstała pierwsza elektrownia stworzona przez Thomasa Edisona przystosowana do masowej produkcji. Dziś wiemy, że prąd jest nam niezbędny, w każdym obszarze życia człowieka. Jedyną kwestią, nad którą trzeba pracować, to sposób jego wytwarzania.

Ze względu na globalne ocieplenie planety, potrzebujemy technologii, która będzie zeroemisyjna. Rozwiązaniem, które nie powoduje smogu i popiołów, a emisja gazów cieplarnianych jest wielokrotnie niższa niż przy spalaniu paliw kopalnych to energia jądrowa. Dzięki dynamicznemu rozwojowi nauki i postępowi technicznemu obecne technologie odzysku i ponownego wykorzystania materiałów rozszczepialnych z odpadów radioaktywnych pozwalają mieć nadzieję na większe i intensywniejsze wykorzystanie możliwości elektrowni jądrowych do produkcji zielonej czystej energii elektrycznej.

Siłownie atomowe (elektrownie jądrowe) generują ogromne ilości energii stabilnie i bezpiecznie generując przy tym niewielką ilość odpadów, które można łatwo kontrolować. Olbrzymie ilości energii zmagazynowane w jądrze atomu, którą można dziś pozyskać drogą przemian jądrowych i wykorzystać w gospodarce przemysłowej to zastrzyk, który obecny świat musi wykorzystać.

Sam proces pozyskiwania energii jądrowej wykorzystuje reakcję rozszczepiania, ale zasada funkcjonowania elektrowni jądrowej niewiele się różni od elektrowni węglowych. Istota działania elektrowni jądrowych jest bardzo podobna do działania elektrowni konwencjonalnych produkujących energię elektryczną z gazu czy węgla.

We wszystkich przytoczonych siłowniach pod wpływem wysokiej temperatury następuje zamiana wody w parę, która z kolei obraca turbinę sprzężoną z generatorem wytwarzającym prąd. Jedyną istotną różnicą między elektrownią jądrową a konwencjonalną jest sposób, w jaki tworzone jest ciepło do zagotowania olbrzymich ilości wody i zamiany wody w parę, która to w kolejnym etapie wykonuje pracę napędu turbiny i produkcji energii elektrycznej.

Elektrownia jądrowa wytwarza ciepło w wyniku kontrolowanych reakcji jądrowych. Sam proces rozbicia atomu uranu U-235 odbywa się poprzez bombardowanie jądra atomu wiązką neutronów. Uran jest pierwiastkiem, którego struktura składa się z dość dużych atomów, w wyniku czego doskonale nadaje się do reakcji rozszczepiania, gdyż wymaga on mniejszej energii.

Pod wpływem bombardowania neutronami jądro uranu rozpada się, a tworzące jądro neutrony uwalniają się i zderzają się z kolejnymi atomami. W ten sposób powstaje reakcja łańcuchowa. Podczas tak zachodzącej reakcji proces uwalnia olbrzymie ilości energii, która jest wydzielana również w postaci ciepła. Cała umiejętność kontrolowania zachodzącej reakcji jądrowej polega na stosunkowo wolnym nadzorowanym procesie uwalnianiu energii.

Niechęć do elektorowi jądrowych najczęściej jest podyktowana strachem katastrofy w Czarnobylu jak i nieaktualną wiedzą o odpadach radioaktywnych. Postęp technologiczny pozwala w dużym stopniu na ponowne wykorzystanie, czyli recykling paliwa z reaktorów atomowych. Choć ilość odpadu jest niewielka, to ciągle słychać głosy, że elektrownie atomowe produkują odpad, który jest zagrożeniem dla ludzkości.

Ile zatem tego odpadu jest i jak dzisiejsza technika radzi sobie z odzyskiwaniem nie wykorzystanego paliwa jądrowego? Standardowa elektrownia atomowa o mocy 1 gigawata, która jest w stanie zaspokoić zapotrzebowanie na prąd dla około 3 milionów ludzi, produkuje od 1 do 3 metrów sześciennych odpadów rocznie.

Natomiast jaj odpowiednik - elektrownia węglowa o identycznej mocy (1 gigawata) - produkuje rocznie około 280 000 - 300 000 ton popiołu, który dzięki technologii możemy wykorzystać np. do produkcji cementów, co nie zmienia faktu, że obsługa tak dużych ilości popiołów wymaga znacznych nakładów finansowych i logistycznych.

Jednocześnie elektrownia węglowa produkuje odpad w postaci ponad 6 milionów ton dwutlenku węgla, co stanowi poważny problem dla ochrony środowiska. Obecnie uważa się, że zmiany klimatyczne to najbardziej systemowe zagrożenie dla ludzkości. Biorąc pod uwagę, że trzy czwarte zmian antropogenicznych dotyczących emisji CO² wynika ze spalania paliw kopalnych w celu uzyskania energii elektrycznej, główny nacisk należy położyć na technologie energetyczne, które emitują tylko niewielkie ilości CO² w przeliczeniu na jednostkę energii. W cyklu życia to właśnie energia jądrowa emituje tylko kilka gramów ekwiwalentu CO².

Prawdziwy odpad stanowi jedynie około 1 tony zużytego paliwa jądrowego. Zużyte pręty paliwowe to odpad, którego jeszcze przy obecnej technologii nie potrafimy wykorzystać ponownie i musimy go składować na specjalnych składowiskach przeznaczonych do przechowywania odpadów radioaktywnych.

Miejmy nadzieję, że już w niedalekiej przyszłości i te odpady będziemy w stanie zagospodarować, jednak należy zauważyć, że już obecnie w reaktorach czwartej generacji jesteśmy w stanie znacznie skrócić czas powrotu odpadów do poziomu reaktywności zgodnego z naturalną rudą uranu.

Biorąc pod uwagę zrównoważony rozwój, a zapotrzebowanie na czystą energię, koniecznym jest poszukiwanie rozwiązań, które zaspokoją rosnące potrzeby człowieka. Najbardziej obrazuje to branża motoryzacyjna, w której obecnie kładzie się olbrzymi nacisk na zmniejszenie emisji do atmosfery trujących związków, wprowadzając auta napędzane energią elektryczną.

Aktualnie dużą ilość energii, wykluczając elektrownie węglowe, możemy wyprodukować głównie w elektrowniach atomowych. Doprowadzenie technologii jądrowej do całkowitego wykorzystania materiałów rozszczepialnych i nieskładowanie odpadów radioaktywnych na składowiskach musi być celem, który ludzkość nie tylko powinna, ale zmuszona jest osiągnąć.

Ilość energii, jaką należy dodatkowo wyprodukować dla samej UE, przyjmując tylko dane liczby aut z 2021 roku (278 mln aut), oscyluje w okolicach wartości 667 TWh. To oznacza zwiększenie produkcji energii elektrycznej w całej UE o około 24-25 proc.

Właściwie sam aspekt pozyskania dodatkowej energii elektrycznej nie rozwiązuje problemu, choć jest on kluczowym elementem przy przejściu na tabor samochodów elektrycznych. Dodatkową barierą, nierozwiązaną jak na razie, są stacje ładowania pojazdów, które w szybki sposób dokonały naładowania naszych akumulatorów do dalszej jazdy. Jest to problem złożony, gdyż prąd to nie paliwo, które możemy zatankować w kilka minut, nie mówiąc o ciężarowym transporcie drogowym ładunków, gdzie tankujemy kilkaset litrów paliwa w kilkanaście minut.

Aktualny stan technologiczny pozwala nam realizować takie cele nadal tylko w warunkach murów laboratoryjnych. Patrząc globalnie na kwestię przejścia na elektromobilność, jest to proces, który będzie długi i zdaje się, że potrwa pewnie kilkanaście, jak nie kilkadziesiąt, lat. Jednak zmiany muszą następować już dziś, żebyśmy za te kilkadziesiąt lat mogli cieszyć się czystszym środowiskiem naturalnym.

Anna Orzeł, Adam Busławski
Wyższa Szkoła Bankowa we Wrocławiu