В ожидании уранового голода: Китай построил первый в мире ториевый реактор, чем это может обернуться?

РАССТАНОВКА СИЛ

В ториевых реакторах торий используется не только как топливо, но и как хладагент. В этом плане речь идет уже о ряде потенциальных преимуществ в сравнении с традиционными урановыми реакторами, среди которых – повышенная безопасность, сокращение отходов, а также более эффективное использования топлива. Кроме того, торий – это более распространенный ресурс, и Китай имеет вполне внушительные его запасы. О точном их объеме ничего не известно, однако, как было сказано выше, их хватит для того, чтобы покрыть общие потребности страны в энергии в течение более чем 20 тысяч лет.

Еще одна страна, которая движется в этом направлении – Швейцария, где стартап Transmutex запустил проект TMX-START по строительству прототипа ториевой АЭС стоимостью $1.6 млрд.

Что касается России, то наша ториевая история выглядит следующим образом: в лабораториях Научного исследовательского центра «Курчатовский институт» проходит разработка гибридного термоядерного реактора на тории. То есть, о строительстве станции пока что речи не идет.

На сегодняшний день во всем мире функционирует порядка 200 АЭС, на которых работает более 450 реакторов. Плюс идет строительство еще 55. Однако запасы урана-235 фактически тают, в связи с чем ученые предсказывают урановый голод. Только в США сегодня запущено 104 энергоблока. В России действует 37 урановых реакторов на десяти атомных станциях. Однако запасы урановых месторождений истощаются, поэтому торий мог бы стать полноценным топливом для атомных станций. Стоит отметить, что в России с торием все хорошо, наша страна имеет свои обширные месторождения. Только нет станций. А находиться в ожидании полного истощения урана – перспектива далеко не привлекательная.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТОРИЕВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

В случае, если произвести замену урановых элементов на ториевые на АЭС, то велик шанс двукратно увеличить энергию, которая производится со стандартного объема активной зоны реактора. Работа урановых реакторов АЭС происходит на смеси изотопов урана-235 (делящийся) и урана-238 (изотоп, задействованный в производстве плутония).

Если говорить о ториевом реакторе, то в этом случае предлагается применять так называемое комбинированное топливо, за счет чего серьезно снижается риск загрязнения окружающей среды. Кроме того, сходит на «нет» вопрос с накоплением плутония, и, вполне логично, его распространения в виде оружия. Суть в том, что сгорание топлива происходит без плутониевого остатка.

Плюс, специалисты говорят о еще одном важном плюсе ториевой энергетики: срок работы реактора, который без перезагрузки топлива может варьироваться от 30 до 50 лет. Не стоит забывать и о том, что каждые два года урановые реакторы «спускают» в землю ядерные отходы.

Если сравнивать с классическими АЭС, то расплавы тория не нуждаются в жидком охлаждении, только в воздушном. Как говорят ученые, они быстро затвердевают на воздухе, что исключает радиоактивные утечки.

Если говорить о том, как сегодня в России обстоят дела в этом направлении, то ближе остальных к созданию ториевой энергетики и перспективного гибридного реактора находятся ученые Научного исследовательского центра «Курчатовский институт».

КИТАЙ – ПЕРВЫЙ?

Говоря о ториевом реакторе, в разговоре с РБК инженер-физик Андрей Ожаровский пояснил, что данный реактор — это экспериментальный прототип, а его мощность не сравнима с мощностью реакторов АЭС, которая достигает 1–2 тысячи МВт. Кроме того, на ториевом реакторе будет вырабатываться тепло-, а не электроэнергия.

Поэтому, как отмечает эксперт, пока что говорить и сравнивать преимущества или недостатки реактора можно только теоретически, а оценку стабильности его работы или, например, опасности радиоактивных отходов можно будет дать только после нескольких лет работы реактора, когда будет уже конкретный опыт и итоги работы.

Ожаровский также напомнил, что ториевые реакторы и до этого пытались создавать «в огромном количестве» и другие страны, в то числе Германия, Великобритания и Индия. Однако технологию так и не удалось довести до коммерческого использования. в этом плане, ториевую энергетику можно назвать эдакой «святой коровой» для атомщиков, так как принято считать, что от нее производится меньше радиоактивных отходов, чем от урана. Но это не так, считает эксперт.

Ученый говорит о том, что, если рассматривать ядерную топливную цепочку с самого начала, то торий представляет собой такое же ископаемое топливо, как уран. В частности, Московский завод полиметаллов можно привести в качестве доказательства того, что ториевая энергетика по сути своей небезотходная. На завод завозилась ториевая руда, происходил выпуск тория, и все это привело к тому, что там осталось лежать 60 тысяч тонн радиоактивных отходов.

«В ториевом реакторе тоже образуются радиоактивные отходы, только другие, чем в реакторе, работающем на урановом топливе», — добавил Ожаровский.

Возвращаясь к Китаю, ученый говорит о том, что этот эксперимент основан на том, что тория в природе больше, чем урана. То есть, можно предположить, что ввод ториевого реактора — это событие, которое было давно запланировано, и по сути – это обычная рутинная работа, которая задействует торий в ядерной топливной цепочке.

А по словам замдиректора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ, доктор физико-математических наук, профессора Георгия Тихомирова, в отличие от урана в природном тории не существует делящихся изотопов. То есть, для старта так называемого ториевого цикла их нужно как-то уда добавлять.

Что касается расстановки сил, то сегодня ториевым топливным циклом занимаются во всех странах, где есть атомная энергетика. Обычно это проекты и расчеты, однако в истории атомной отрасли проводилось немало экспериментов и установок с торием. «Китай хочет развивать атомную энергетику по всем направлениям и поэтому хочет рассматривать ториевый топливный цикл и инновационные реакторы», — заявил ученый, отметив, что эксперимент, который проводят китайцы, не окажет никакого влияния на другие энергетические тренды. То есть, как считает эксперт, здесь стоит говорить о своего рода шаге к расширению возможностей атомной энергетики, за которым будет просто интересно наблюдать.

ЭПОХА ТОРИЯ ОТКЛАДЫВАЕТСЯ? 

А вот в России ториево-урановый топливный цикл на данный момент не рассматривается как основной, и приоритетом выступает замкнутый уран-плутониевый топливный цикл. Тихомиров подчеркивает, что российские ученые весьма активны в данном направлении, о чем свидетельствует амбициозный проект «Прорыв», суть которого состоит в апробации технологии замыкания уран-плутониевого топливного цикла, который будет основан на инновационном быстром реакторе БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем. В этом плане уже несколько лет строится опытно-демонстрационный комплекс на площадке Сибирского химического комбината.

В безусловном лидерстве Китая сомневается и завлабораторией «Моделирование инновационных ядерных реакторов и ядерных топливных циклов» Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Евгений Куликов. В разговоре с Газетой.ру он отметил, что применение тория не грозит стать масштабным, как минимум, до тех пор, пока не будут исчерпаны запасы урана. Плюс ко всему нужно учитывать технические и экономические трудности.

Куликов также подчеркивает, что сегодня вся промышленность ориентируется на уран, и для ториевого реактора потребуются серьезные капиталовложения. Вместе с этим несмотря на то, что запасы тория в мире в три раза больше урановых запасов, у тория нет делящегося изотопа. В ториевом реакторе его роль исполняет уран-233, который нарабатывается из тория-232, то есть, накопить достаточные объемы урана-232 – весьма затруднительный процесс.

«Использование тория не будет иметь большого масштаба до исчерпания запасов урана ближе к концу XXI века. Но и в этом случае замыкание топливного цикла может отодвинуть использование тория на еще более дальнюю перспективу», — заключил Куликов.

А ЧТО ЗАПАД? 

Что касается Запада, то страны региона, в том числе и США, все реже строят АЭС, выбирая вариант добычи электричества с помощью ветра, газа и угля. В этом плане, как отмечают эксперты, атомные станции по уровню выбросов проигрывают только наземным ветрякам, выделяя всего 12 граммов углекислого газа на киловатт-час, что в 40 и 68 раз меньше газовых и угольных соответственно.

Мирный атом представляет собой экологически чистый и недорогой метод добычи электроэнергии и его может позволить себе даже Бангладеш. Поэтому для бедных стран ядерная энергетика оказывается едва ли не единственный способом обеспечить людей электричеством, так как завозить газ и уголь в необходимых количествах они не могут.

Конечно, не стоит забывать и тот факт, что в середине XX века США были бессменными лидерами в атомной энергетике. Этот задел дал стране сегодня 92 действующих реактора, что существенно больше, чем где бы то ни было в мире. Но при этом за последние тридцать лет американцы ввели в строй только одну АЭС, в результате лидером мировых коммерческих рынков, как признали эксперты МАГАТЭ, стала Россия.

Что касается Европы, то за последние 16 лет была запущена всего одна атомная станция - ядерный реактор «Олкилуото-3», который недавно начал функционировать в Финляндии. Он может покрыть до 14% потребности страны в электроэнергии, однако его строительство заняло 18 лет, хотя планировалось запустить его еще в 2009 году.

Подобная ситуация наблюдается и в США. Реактор на АЭС «Вогтль» в штате Джорджия, запущенный в марте, компания Westinghouse строила целых 10 лет, что привело к значительному превышению бюджета и срыву всех сроков. Строительство двух станций в Южной Каролине было отменено по тем же причинам.

Несмотря на недавние успехи Westinghouse в Китае, где местные подрядчики были задействованы с самого начала строительства, в США и Европе компетенции в области мирной энергетики сильно пострадали. В Китае, в отличие от Запада, наблюдается подъем в этой отрасли, что связано с наличием достаточного количества квалифицированных специалистов. Однако в США не хватает экспертизы и навыков, так как в 1990-е был введен неофициальный мораторий на строительство новых АЭС. В то время, как Китай и Южная Корея активно развивают свои компетенции, на Западе развитие технологий замедлилось, а приток студентов в эту отрасль стал таять. В результате, передавать знания и наращивать компетенции стало некому.