Jaderná elektrárna a ukládání jaderného odpadu v České republice

První komerční jaderná elektrárna Calder Hall ve Velké Británii byla poprvé k elektrické síti připojena 27. srpna 1956. Produkce vyhořelého jaderného paliva souvisí s provozem jaderných elektráren.

Vyhořelé jaderné palivo je nezbytné bezpečně izolovat od okolního prostředí a zamezit jeho kontaktu s lidmi nebo složkami životního prostředí. Použité palivo je obvykle skladováno nejdříve pod vodou po dobu nejméně pěti let a po částečném vychladnutí je pak přesunuto do suchého skladování. Hloubkové geologické uložení a likvidace je obecně považováno za nejlepší řešení pro konečné uložení pro většinu vyprodukovaného radioaktivního odpadu.

Navzdory dlouhodobé shodě mezi mnoha odborníky, že geologická likvidace může být bezpečná, technologicky proveditelná a šetrná k životnímu prostředí, velká část široké veřejnosti v mnoha zemích zůstává skeptická.

V rámci ČR je problematika ukládání vyhořelého jaderného paliva v gesci SURAO (Správy úložišť radioaktivních odpadů), jehož hlavním úkolem je zajišťovat bezpečné nakládání s radioaktivními odpady, které musí probíhat v souladu s vládou schválenou Koncepcí nakládání s radioaktivními odpady a vyhořelým jaderným palivem, s požadavky na jadernou bezpečnost a ochranu člověka i životního prostředí a s mezinárodními smlouvami.

Co je to jaderný odpad?

Termín „jaderný odpad“ se často objevuje v mediálním prostoru v souvislosti s vývojem hlubinného úložiště, ale legislativa ČR tento termín nezná. Věcně i formálně správné jsou pouze termíny „radioaktivní odpad“ a „vyhořelé jaderné palivo“.

Čtěte také: Budoucnost jaderné fúze

Zákon č. 263/2016 Sb. definuje radioaktivní odpad jako „věc, která je radioaktivní látkou nebo předmětem nebo zařízením ji obsahujícím nebo jí kontaminovaným, pro kterou se nepředpokládá další využití a která nesplňuje podmínky stanovené zákonem č. 263/2016 Sb. pro uvolňování radioaktivní látky z pracoviště.“ Stejný zákon definuje vyhořelé jaderné palivo jako „ozářené jaderné palivo, které bylo trvale vyjmuto z aktivní zóny jaderného reaktoru.“

„Do doby, než vyhořelé jaderné palivo jeho původce označí záznamem do průvodního listu radioaktivního odpadu za radioaktivní odpad nebo než Úřad (SÚJB) rozhodne, že vyhořelé jaderné palivo je radioaktivním odpadem, se na nakládání s ním, kromě požadavků vyplývajících z jiných ustanovení tohoto zákona, vztahují také požadavky na radioaktivní odpad“ (§ 110 odst. (1) zákona č. 263/2016 Sb.).

Z výše uvedeného je zřejmé, že vyhořelé jaderné palivo není v současnosti ani radioaktivním, ani „jaderným“ odpadem, ale při nakládání s ním je nutno plnit všechna ustanovení, jako kdyby radioaktivním odpadem byl. Kromě jiného to znamená, že je zakázaný dovoz vyhořelého jaderného paliva ze zahraničí a jeho uložení na území ČR.

Hlubinné úložiště vs. sklad radioaktivního odpadu

Hlubinné úložiště je typem úložiště radioaktivního odpadu, které je určeno k trvalému, časově neomezenému umístění radioaktivního odpadu bez úmyslu jej vyjmout. Sklad radioaktivního odpadu nebo vyhořelého jaderného paliva je určen k dočasnému, časově omezenému, umístění těchto materiálů s úmyslem jej znovu vyjmout.

Mezisklad vyhořelého jaderného paliva je další z nepřesných termínů, které používají zejména média a který není v legislativních dokumentech definován. Skladování a ukládání radioaktivního odpadu je v zákoně č. 263/2016 Sb. jednoznačně definováno a liší se časovým rámcem těchto činností a posloupnosti dalších činností.

Čtěte také: Životní prostředí a jaderné elektrárny

Zatímco skladování je časově omezeno a počítá s dalším nakládáním s radioaktivním odpadem a vyhořelým jaderným palivem, ukládání se týká pouze radioaktivního odpadu a je časově neomezeno, bez úmyslu uložený materiál vyjmout. Skladování radioaktivního odpadu a vyhořelého jaderného paliva je jedním z posledních, ale ne posledním krokem v procesu nakládání s těmito materiály.

Nakládání s radioaktivním odpadem je v zákoně č. 263/2016 Sb. definováno jako „všechny činnosti, které souvisí se shromažďováním, tříděním, zpracováním, úpravou, skladováním a ukládáním radioaktivního odpadu, s výjimkou přepravy mimo prostor zařízení, ve kterém jsou tyto činnosti vykonávány.“ Obdobně nakládání s vyhořelým jaderným palivem je v § 106 písm. e) zákona č. 263/2016 Sb. definováno jako „všechny činnosti, které souvisí se shromažďováním, skladováním, přepracováním nebo uložením vyhořelého jaderného paliva, s výjimkou přepravy mimo prostor zařízení, ve kterém jsou tyto činnosti vykonávány.“

Na rozdíl od skladování se ukládání týká pouze radioaktivního odpadu, přičemž vyhořelé jaderné palivo bude před uložením deklarováno původcem nebo SÚJB jako radioaktivní odpad. I když se v případě uloženého radioaktivního odpadu s jeho dalším využitím nepočítá, neznamená to, že s ním po omezenou dobu nebude možné nakládat.

V případě hlubinného úložiště do doby, než budou úložné prostory uzavřeny, lze zabezpečit, aby uložený materiál bylo možné vyjmout, pokud takový požadavek v budoucnu vyvstane (např. z důvodu dalšího využití vyhořelého jaderného paliva, které již bylo prohlášeno za radioaktivní odpad). Konkrétně to vzhledem k plánovanému zahájení provozu úložiště v roce 2065 a minimálně 50 letem provozu znamená, že s uloženým radioaktivním odpadem by mohlo být nakládáno alespoň do roku 2115.

Mezisklad vyhořelého jaderného paliva je historický termín, který byl v 90. letech minulého století použit při vývoji prvního skladu vyhořelého jaderného paliva v areálu jaderné elektrárny Dukovany a nadále je používán jako jeho oficiální název (Mezisklad vyhořelého paliva Dukovany). Z hlediska terminologie zákona č. 263/2016 Sb. se ale jedná o sklad vyhořelého jaderného paliva, obdobně jako v případě druhého skladu v Dukovanech a skladu v areálu jaderné elektrárny Temelín.

Čtěte také: Dopady plovoucích jaderných elektráren

Proč je nutné vybudovat hlubinné úložiště v ČR?

Na základě mezinárodních právních úprav, jimiž je ČR vázána, odpovídá ČR za vlastní radioaktivní odpad a nese všechny náklady s ním spojené. V podmínkách ČR je hlubinné úložiště jedinou reálnou a technicky a ekonomicky realizovatelnou možností, jak uzavřít palivový cyklus jaderných elektráren a výzkumných reaktorů; tj. jak dlouhodobě (navždy) naložit s vyhořelým jaderným palivem.

Navíc musí být v HÚ uložen i radioaktivní odpad, který nelze uložit v již provozovaných úložištích. Vývoj HÚ je současně i jedním ze způsobů, jak zabezpečit, aby budoucím generacím nebyla způsobena nepřiměřená technická, ekonomická a společenská zátěž.

Minulé i stávající právní úpravy zakazují dovoz radioaktivního odpadu k uložení na území ČR a nejsou žádné indicie, že by se tyto zákazy v budoucnu zmírnily. Již předešlá právní úprava, zákon č. 18/1998 Sb., zakazovala dovoz radioaktivního odpadu do ČR a tento zákaz byl bez větších změn implementován i do nového zákona č. 263/2016 Sb. V budoucnu lze očekávat, že uvedený zákaz nebude zmírněn a tak nebude možno dovážet ze zahraničí radioaktivní odpad k uložení na území ČR.

Proč se neuvažuje o uložení vyhořelého paliva v zahraničí?

Dovoz radioaktivního odpadu, včetně bývalého vyhořelého jaderného paliva, ze zahraničí pro potřeby jeho uložení na území ČR je ze zákona zakázán. Identický zákaz je součástí legislativních ustanovení všech zemí, využívajících jadernou energii a zdroje ionizujícího záření pro mírové účely, včetně např. Slovenska.

Zákon č. 263/2016 Sb., v § 7 odst. 3 zakazuje dovoz radioaktivního odpadu nebo vyhořelého jaderného paliva na území ČR. Nastavený režim vychází z premisy, dle níž každý stát odpovídá primárně za vlastní radioaktivní odpad a nese náklady s ním spojené (jež jsou značné a měly by být neseny především původcem tohoto odpadu), proto je dovoz do ČR zakázán.

Dvě výjimky z tohoto zákazu se týkají zpracování radioaktivního odpadu z ČR v zahraničí event. obráceného postupu. Pokaždé se ale zpracovaný odpad vrátí do země původu, kde musí být bezpečně skladován a posléze uložen. Vývoz do států, které nejsou schopny zajistit účinné a bezpečné nakládání s radioaktivním odpadem, je pak zcela zakázán.

V obecné rovině ale není vývoz radioaktivního odpadu zakázán (§ 107 odst. 2 zákona č. 263/2016 Sb.), i když nelze předpokládat, že v současnosti a budoucnosti bude možné tento vývoz realizovat. Idea mezinárodního úložiště radioaktivních odpadů není nová a její původ lze vysledovat již v 80. letech minulého století. Její realizace ale naráží na prakticky nepřekonatelnou překážku odporu veřejnosti a většiny politiků k ukládání zahraničního radioaktivního odpadu na svém území.

I přes nepopiratelné technické, ekonomické a logistické výhody tak zůstává možnost vývoje mezinárodního úložiště pouze v teoretické rovině a nelze s ní realisticky počítat ani dnes, ani v budoucnu.

Proč nelze uložit vyhořelé palivo ve stávajících důlních dílech?

Vyhořelé jaderné palivo je nutno bezpečně izolovat po dobu řádově stovek tisíc let od složek životního prostředí. Geologické prostředí, ve kterém bude hlubinné úložiště umístěno a které se spolupodílí na této izolaci, smí být porušeno přírodními nebo lidskými aktivitami zcela minimálně. Proto nelze stávající podzemní díla, která vykazují značný stupeň „poškození“ důlní činností, pro uložení vyhořelého jaderného paliva využít.

Podstatou bezpečného uložení jakéhokoliv radioaktivního odpadu je jeho dlouhodobá izolace od životního prostředí až do doby, kdy jeho radioaktivita klesne na úroveň srovnatelnou s radioaktivitou hostitelského prostředí. Pro dosažení tohoto cíle se využívá multibariérový princip, kdy je vlastní radioaktivní odpad, např. bývalé vyhořelé jaderné palivo, umístěn do několika navzájem nezávislých bariér.

V případě hlubinného úložiště se jedná minimálně o úložný obalový soubor, výplňový a zásypový materiál a o hostitelské prostředí. Každá z těchto bariér musí splňovat předem stanovené fyzikální a chemické vlastnosti a musí bránit průniku radioaktivity do další složky úložného systému.

Proto je nutné, aby geologické prostředí, ve kterém je hlubinné úložiště umístěno, bylo co „nejhomogennější“, bez výrazných geologických poruch (pukliny, zlomy) a bez výskytu současné a budoucí lidské aktivity, která by byla způsobilá narušit izolační vlastnosti úložného systému.

Vyhláška č. 378/2016 Sb. určuje v § 18 požadavky na rozsah a způsob hodnocení území k umístění hlubinného úložiště. V případě, že horninové prostředí umožní nepřiměřenou migraci radioaktivních, chemických a toxických látek z radioaktivního odpadu při očekávaném vývoji hlubinného úložiště, nelze v tomto prostředí hlubinné úložiště umístit.

To je i případ existujících důlních děl, ve kterých se nachází velké množství tzv. preferenčních migračních cest, jako jsou podzemní chodby, štoly, vrty, pukliny způsobené trhacími pracemi, ale i geologické poruchy (zrudnění, pukliny,…). Z těchto důvodů je využití stávajících podzemních děl pro ukládání vyhořelého jaderného paliva zcela nevhodné.

Další možnosti nakládání s vyhořelým jaderným palivem

Dlouhodobě, cca od 60. let minulého století, jedinými dvěma možnostmi, jak bezpečně naložit s vyhořelým jaderným palivem, jsou jeho přímé uložení nebo přepracování. Obě tyto možnosti vyžadují výstavbu hlubinného úložiště. V prvním případě pro vyhořelé jaderné palivo a ve druhém minimálně pro vysoce radioaktivní odpad, který při přepracování vzniká a vyhořelé palivo typu MOX a ERU, pokud bude využíváno.

Žádná možnost „bezodpadového“ nakládání s vyhořelým jaderným palivem neexistuje, a s vysokým stupněm pravděpodobnosti v budoucnu ani existovat nebude. Jediné dvě reálné možnosti zneškodnění vyhořelého jaderného paliva jsou jeho přímé uložení nebo přepracování.

Variantu skladování vyhořelého jaderného paliva bez jednoznačného definování konce palivového cyklu (tzv. „wait and see“ strategie) nelze považovat za dlouhodobě udržitelnou a proto není ani uvažována ve vládní Koncepci nakládání s radioaktivním odpadem a vyhořelým jaderným palivem v ČR.

V případě přímého uložení je palivo po několika desetiletích skladování (v ČR v areálech jaderných elektráren) převezeno do lokality hlubinného úložiště a po přebalení do úložných obalových souborů umístěno v podzemí, v hloubce cca 500 m pod zemským povrchem. Technicky lze realizovat opatření, které po dobu provozu hlubinného úložiště (v podmínkách ČR minimálně 50 let, ale pravděpodobně podstatně déle) umožní obalové soubory vyzvednout, dopravit do povrchového areálu a dále s nimi naložit dle potřeb budoucích generací.

Přepracováním vyhořelého jaderného paliva se rozumí proces nebo činnost prováděná s cílem získat z vyhořelého jaderného paliva štěpný nebo množivý materiál pro další použití. Vyhořelé jaderné palivo obsahuje až 94 % původního uranu (směs izotopů uranu 235U, 236U a 238U) a asi 1 % 239Pu. Tyto izotopy jsou v procesu přepracování z vyhořelého jaderného paliva odseparovány a lze je využít při výrobě paliva typu ERU (obohacené uranové palivo z „přepracovaného“ uranu) a MOX (palivo obsahující směs oxidů uranu a plutonia).

Přibližně z osmi palivových souborů s vyhořelým jaderným palivem lze vyrobit po jednom ERU a MOX palivovém souboru, takže dochází asi k 25% úspoře zdrojů přírodního uranu. Při využití MOX paliva v jednom reaktoru o výkonu cca 1000 MWe (např. jeden z bloků JE Temelín) lze použitím MOX paliva snížit množství vyhořelého jaderného paliva za dobu 60 let provozu z cca 1200 t (přímé uložení) na 320 t. Navíc ale vznikne asi 115 m3 vysoceaktivního odpadu a 270 m3 středněaktivního odpadu, které je nutno uložit v hlubinném úložišti. Celkově se inventář hlubinného úložiště sice sníží, ale celkové náklady na přepracování paliva a následné uložení vzniklého radioaktivního odpadu a vyhořelého MOX paliva výrazně překročí náklady na přímé uložení vyhořelého jaderného paliva.

Vyhořelé palivo jako cenná surovina?

ČEZ, a. s., jako jediný producent vyhořelého jaderného paliva z energetických reaktorů v ČR, označuje vyhořelé jaderné palivo jako použité palivo, protože „obsahuje ještě značné množství energie“ (viz. webové stránky ČEZ, a. s.). Současně ale nerozporuje nutnost výstavby hlubinného úložiště, ať už pro přímé uložení „použitého“ paliva, nebo vysoce radioaktivního odpadu vzniklého z jeho přepracování, kdy pouze izotopy uranu a plutonia lze dále využít jako zdroje energie.

Využití vyhořelého jaderného paliva pro energetické účely naráží na značná technická a ekonomická úskalí, v důsledku čehož většina států provozujících jaderné elektrárny nikdy k rutinnímu přepracování vyhořelého jaderného paliva nepřistoupila (kromě např. ČR, SR, Maďarska, Finska, Švédska i země s největším počtem provozovaných jaderných elektráren na světě - USA), nebo od něj odstoupila (např. Německo, Velká Británie, Švýcarsko).

V současnosti jsou celosvětově k dispozici pouze komerčně provozované závody na přepracování vyhořelého jaderného paliva ve Francii a Rusku. Zkušenosti s přepracováním a dostatečné, cenově dostupné zásoby uranu činí z přímého uložení vyhořelého jaderného paliva dlouhodobě jedinou reálnou alternativu konce palivového cyklu v ČR. I když až 94 % původního obohaceného uranu zůstává ve vyhořelém jaderném palivu a lze ho teoreticky dále využít pro energetické účely, vyhořelé MOX nebo ERU palivo již nelze z technických a ekonomických důvodů dále přepracovat a tak více než 80% původního obohaceného uranu nelze dále využít pro výrobu elektrické energie. Vyhořelé MOX a ERU palivo je tak nutno přímo uložit spolu s radioaktivním odpadem vzniklým při jeho výrobě v hlubinném úložišti.

Druhy radioaktivních odpadů

Radioaktivní odpady dělíme na kapalné, plynné a pevné. Kapalné odpady musí být před uložením fixovány do matrice (např. cement nebo bitumen). Plynné odpady (vzdušiny z místností kontrolovaného pásma) jsou zachyceny na speciálních filtrech a uloženy jako pevný odpad.

Dále se radioaktivní odpady dělí dle původu na:

• Institucionální odpady - Vznikají v průmyslu, výzkumu, zemědělství nebo zdravotnictví. Mohou to být např. staré měřicí přístroje a radioaktivní zářiče, znečistěné pracovní oděvy, látky, papír či injekční stříkačky.
• Provozní odpady z jaderných elektráren - Jedná se o nejrůznější kontaminované kapaliny a ochranné pomůcky, které přišly při provozu jaderné elektrárny do kontaktu s radionuklidy.

Podle aktivity se odpady dělí na:

• Nízkoaktivní odpady - Obsahují omezené množství radionuklidů.
• Středněaktivní odpady - Obsahují významné množství dlouhodobých radionuklidů, a proto je třeba oddělit je od okolního prostředí s vyšším stupněm izolace než nízkoaktivní odpady.
• Vysokoaktivní odpady - Obsahují velké množství radionuklidů, které generují zbytkové teplo.

Podle doby rozpadu se odpady dělí na:

• Krátkodobé odpady - Odpady s radionuklidy s nižším poločasem rozpadu.
• Dlouhodobé odpady - Odpady s radionuklidy s dlouhým poločasem rozpadu.

Nízko a středněaktivní odpady tvoří většinu radioaktivních odpadů, které v České republice vznikají. Radionuklidy v nich obsažené mají poločas rozpadu v řádech desítek až stovek let (např. izotop vodíku 3H s poločasem rozpadu 12 let). Tyto odpady ukládáme v úložištích Bratrství a Richard.

Přechodně aktivní odpady - Po maximálně 5 letech skladování v tzv. vymíracích komorách je jejich aktivita srovnatelná s aktivitou okolního prostředí, takže s nimi může být nakládáno jako s komunálním odpadem. Patří sem odpady z nemocnic, které vznikají při aplikaci radiofarmak nebo při použití radiodiagnostických metod.

Zpracování a uložení radioaktivních odpadů

Než se nízkoaktivní a středněaktivní odpady uloží, musí být nejdříve zahuštěné, zpevněné nebo lisované. Poté se naplní do sudů, které se zafixují cementem či asfaltem a jsou vloženy do většího sudu.

U vysokoaktivních odpadů a vyhořelého jaderného paliva je situace složitější. Než ho bude možné uložit do hlubinného úložiště, je potřeba ho nejdřív 5 až 10 let dochlazovat ve speciálních bazénech poblíž reaktoru. Poté se na několik desetiletí uskladní do meziskladů v prostorách elektráren. V těchto meziskladech je vyhořelé palivo uloženo ve speciálních kontejnerech CASTOR.

V současnosti Česká republika, která se po prohlášení látky za radioaktivní odpad stává jejím majitelem, provozuje tři úložiště nízko a středněaktivních odpadů. Jedná se o úložiště institucionálních odpadů Richard u Litoměřic, úložiště Dukovany a úložiště Bratrství.

Vyhořelé jaderné palivo se u nás zatím skladuje v areálech jaderných elektráren, ale to není dlouhodobé řešení. Za nejbezpečnější se celosvětově považuje ukládání do hlubinných úložišť a Česká republika pro něj vybírá vhodné místo již od 90. let minulého století. V prosinci loňského roku vláda schválila k dalšímu výběru 4 lokality. Do roku 2025 by mělo být vybráno konečné místo pro skladování odpadů a finální a záložní lokalita by měla být potvrzena do roku 2030.

Součástí příprav je i provoz „laboratoře” v prostorách někdejšího uranového dolu Rožná na Vysočině. Tam zhruba v půlkilometrové hloubce zkoumají způsoby, jak nejlépe postupovat při budování místa pro trvalé uložení radioaktivního odpadu. Podobně jako Česká republika jsou na tom s jadernou energií i ostatní státy. Nejdále je Finsko, které by mělo první trvalý sklad vyhořelého paliva zprovoznit v Olkiluoto již v tomto desetiletí.

Alternativy k ukládání odpadu

Odborníci hledají nejlepší způsob zneškodnění vysokoaktivních odpadů již od 70. let minulého století. Co všechno zvažovali? Například ukládání do věčně zmrzlé půdy, které ale narazilo na nejasnosti ohledně budoucího klimatického vývoje na Zemi. Dále také ukládání do moře a podmořské dno. Zde je však problémem zákaz využívání moří a oceánů k ukládání radioaktivních odpadů (tzv. Londýnská konvence). Uvažovalo se i o ukládání do antarktických ledovců, proti kterému však hovoří zákaz o exportu radioaktivních odpadů do Antarktidy.

Často se v souvislosti s vyhořelým odpadem z elektráren hovoří o možnosti jeho přepracování, nebo zpracování v reaktorech 4. generace. Nová generace reaktorů, které by měly přijít do komerčního provozu ještě v první polovině tohoto století, se ukazuje jako výhodnější z hlediska radioaktivních odpadů. Odpadů je menší množství a není nutné jej skladovat po stovky tisíc let.

tags: #jaderná #elektrárna #ukládání #jaderného #odpadu

Oblíbené příspěvky:

• Označování skladovacích prostor
• Látkové kabelky a ekologie
• Kyselina citronová v domácnosti
• Dvojitý koš 2 x 25 l – recenze
• Informace o skládce