Czy chiński ciekłosolny reaktor torowy rozwiąże problemy elektrowni jądrowych?.

• Chiński rząd zatwierdził uruchomienie pierwszego reaktora torowego w kraju. Ta decyzja nastąpiła dwa lata po tym, jak badacze z Szanghajskiego Instytutu Fizyki Stosowanej przedstawili prototyp reaktora, który był promowany jako pierwszy reaktor niewymagający wody do chłodzenia.
• Zezwolenie uzyskane od Krajowej Administracji Bezpieczeństwa Jądrowego umożliwia naukowcom z Instytutu w Szanghaju na pracę z reaktorem przez okres dziesięciu lat. W tym czasie przeprowadzą oni badania nad jego zdolnościami i ograniczeniami.
• Tor ma znaczenie strategiczne dla Chin, które dysponują setkami tysięcy ton tego pierwiastka. Zasoby te są wystarczające, aby zaspokoić całościowe zapotrzebowanie na energię kraju przez ponad 20 000 lat.

Plany Elektrowni Jądrowych w Polsce

W następstwie ogłoszenia planów budowy w Polsce dwóch elektrowni jądrowych, wywołano dyskusje skupiające się na dwóch głównych zagadnieniach:

• problemie kosztów związanych z magazynowaniem odpadów radioaktywnych,
• kwestii zapotrzebowania na wodę do chłodzenia reaktorów.

Warto zaznaczyć, że niedostatek wody spowodował już problemy w funkcjonowaniu niektórych elektrowni jądrowych we Francji oraz wpłynął na obniżenie wydajności norweskich elektrowni wodnych. W tym kontekście, warto zwrócić uwagę na prace prowadzone w Chinach nad nową technologią, która ma potencjał rozwiązania obu tych wyzwań. Rozwijane są tam ciekłosolne reaktory torowe, znane jako TMSR (Thorium-based Molten Salt Reactor), które wykorzystują tor i prezentują innowacyjne podejście do wytwarzania energii jądrowej.

Czy wiesz, że…
Szacunki wskazują, że Polska posiada około 7,3 tysiąca ton toru. Surowiec ten znajduje się głównie na terenach Dolnego Śląska oraz Podlasia. Przewiduje się, że te złoża toru mogą wystarczyć do pokrycia całkowitych potrzeb energetycznych Polski przez ponad dwa stulecia.

Rola Toru w Energetyce Jądrowej

Tor, srebrzysty metal nazwany na cześć nordyckiego boga piorunów Thora, staje się obiecującą alternatywą dla uranu, tradycyjnego paliwa jądrowego. Szacuje się, że występujący w naturze w dużych ilościach tor jest ok. trzy razy bardziej zasobny niż uran, co czyni go potencjalnie bardziej zrównoważonym i wydajnym źródłem energii.

Największe zasoby toru szacuje się w krajach takich jak Indie, Australia, Brazylia, USA, Kanada, Norwegia, Egipt, Rosja i Turcja.

W porównaniu z tradycyjnymi reaktorami uranowymi, reaktory torowe:

• mają mniejszą podatność na wykorzystanie w celach militarnych – tor, w przeciwieństwie do uranu, jest znacznie trudniejszy do przekształcenia w materiały nadające się do produkcji broni jądrowej, co czyni reaktory torowe atrakcyjną opcją z punktu widzenia bezpieczeństwa globalnego i ograniczenia rozprzestrzeniania broni jądrowej;
• mają również przewagę w zakresie zarządzania odpadami jądrowymi – cykl paliwowy oparty na torze generuje znacznie mniej długotrwałych izotopów promieniotwórczych w porównaniu do tradycyjnych reaktorów uranowych, co oznacza, że odpady z reaktorów torowych są łatwiejsze do przechowywania i mniej szkodliwe dla środowiska w długim okresie;
• oferują potencjalnie wyższy poziom bezpieczeństwa- są zaprojektowane tak, aby były mniej podatne na awarie, co jest kluczowym czynnikiem w kontekście obaw związanych z bezpieczeństwem energetyki jądrowej, a ich unikalna konstrukcja i sposób działania mogą przyczynić się do zmniejszenia ryzyka katastrof jądrowych.

Jak Działa Ciekłosolny Reaktor Torowy?

Koncepcja ciekłosolnych reaktorów torowych nie jest nowa – sięga wczesnych lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Pierwszy eksperymentalny reaktor tego typu przedstawiono w latach sześćdziesiątych, ale nigdy nie wyszedł poza ten etap. W reaktorach TMSR zarówno paliwo, jak i chłodziwo znajduje się w specjalnej mieszance ciekłosolnej, co oznacza, że sól w normalnych warunkach jest stała, a w podwyższonej temperaturze przechodzi w stan płynny.

Według szacunków górna skorupa ziemska zawiera średnio 12 ppm toru – co oznacza, że jest najpowszechniejszym pierwiastkiem bez trwałych izotopów. W przeciwieństwie do uranu, tor nie jest naturalnie rozszczepialny. W fizyce jądrowej materiał rozszczepialny to taki, który może ulec rozszczepieniu jądrowemu. Oznacza to, że może rozdzielić się na dwa mniejsze jądra, uwalniając przy tym dużą ilość energii. Tor wymaga wysokoenergetycznych neutronów do zainicjowania rozszczepienia. Po napromieniowaniu, tor-232 przekształca się w uran-233, materiał rozszczepialny zdolny do podtrzymywania reakcji jądrowych i tym samym wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej.

Ponieważ ten typ reaktora nie wymaga wody do chłodzenia, będzie mógł działać w regionach pustynnych. Chiński rząd planuje budowę kolejnych na słabo zaludnionych pustyniach i równinach zachodnich Chin, uzupełniając elektrownie wiatrowe i słoneczne oraz zmniejszając zależność Chin od elektrowni węglowych.

Czysta energia, mniej odpadów

Jedną z najbardziej przekonujących zalet reaktorów torowych jest ich przyjazność dla środowiska. Reaktory te nie tylko działają bez emisji gazów cieplarnianych, ale także wytwarzają mniej długotrwałych odpadów jądrowych w porównaniu z konwencjonalnymi reaktorami zasilanymi uranem. Obecnie wydobycie toru jest na tyle duże, że możemy pozyskać  ilość potrzebną do zasilania całej obecnej cywilizacji przez następne tysiąc lat.

Strategiczna wizja Chin

Wejście Chin w energetykę jądrową opartą na torze jest częścią szerszej strategii mającej na celu zaspokojenie rosnącego zapotrzebowania na energię przy jednoczesnym zmniejszeniu zależności od węgla, który był podstawą ich sektora energetycznego. Zmiana ta ma kluczowe znaczenie dla Chin, nie tylko ze względów środowiskowych, ale także w celu zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza, co jest istotnym problemem dla tego szybko uprzemysławiającego się kraju. Chińscy naukowcy pokonali wszystkie wyzwania technologiczne, które dotychczas uniemożliwiały wdrożenie w pełni operacyjnych przemysłowych reaktorów torowych na ciekłych solach. Dysponują własnymi patentami, materiałami, technologiami, wiedzą specjalistyczną, narzędziami analitycznymi oraz wykwalifikowanym personelem. Przodując w technologii reaktorów torowych, Chiny nie tylko zaspokajają swoje krajowe potrzeby energetyczne, ale także pozycjonują się jako światowy lider w dziedzinie czystej energii.

Rozwój Energetyki Jądrowej w Europie

Podobnie do osiągnięć Chin w zakresie budowy pierwszego eksperymentalnego reaktora jądrowego na tor, Europejska firma Copenhagen Atomics również wykorzystuje potencjał tego pierwiastka, ale z wyraźnym europejskim rozmachem. Ich technologia wykorzystuje zużyte paliwo jądrowe do inicjowania reaktorów, zamieniając długożyciowe odpady w produkty rozszczepienia o znacznie krótszym okresie przechowywania. Podejście to nie tylko rozwiązuje problem zarządzania odpadami nuklearnymi, ale także eliminuje potrzebę wzbogacania uranu, ułatwiając szybki wzrost globalnej produkcji energii. Co więcej, Copenhagen Atomics kładzie silny nacisk na wykorzystanie toru w stopionej soli, metodzie, która maksymalizuje potencjał toru jako zrównoważonego źródła energii. Stopiona sól ma kluczowe znaczenie dla zwiększenia wydajności toru jako źródła energii, potencjalnie oferując dziesięciokrotny wzrost wydajności w porównaniu z innymi porównywalnymi technologiami.

Thomas Jam Pedersen, współzałożyciel Copenhagen Atomics, w wywiadzie udzielonym podczas Enlit on the Road w Danii, rzucił światło na potencjał swojej technologii energii torowej. Podkreślił, że wyzwaniem pozostaje zademonstrowanie jej skuteczności na większą skalę i znaczne obniżenie kosztów. Pedersen uważa, że ich technologia mogłaby dostarczać energię elektryczną po imponująco niskim koszcie wynoszącym około 20 USD/MWh, co stanowi co najmniej połowę tego, co oferują inne technologie, sygnalizując potencjalną rewolucję w sektorze energii jądrowej.

Oprócz wydajności, Pedersen podkreślił inne zalety swojej technologii, w tym bezpieczeństwo, skalowalność i zdolność do przekształcania zużytego paliwa jądrowego w energię przy jednoczesnym drastycznym skróceniu czasu jego przechowywania z 100 000 lat do zaledwie 300 lat. Wskazał również na potencjalne zastosowanie tej technologii na rynku amoniaku, kluczowego dla produkcji nawozów i jako obiecujące paliwo dla dużych statków.

Źródło: enlit.world