Jaderné elektrárny bez odpadu: Cíl budoucnosti?

Získat čistou energii z jaderné fúze bez radioaktivního odpadu a zároveň s vyšším ziskem je cílem ambiciózního projektu vědců z Finska, Česka, Německa a Velké Británie. Mezinárodní projekt V4F získal finanční podporu grantového programu Horizont Evropa. Jaderná fúze je slibným zdrojem energie budoucnosti, kterou známe ze Slunce.

„Neutronové záření při jaderné fúzi působí na stěny reaktoru, které se pak stávají radioaktivní a rychle se opotřebují - vzniká tedy jaderný odpad. „První experimenty povedeme u nás pomocí unikátního laserového systému PALS,“ dodává Miroslav Krůs, který se výzkumu jaderné fúze dlouhodobě věnuje - a to jak pomocí laserů, tak především udržením fúze v tzv. „Ústav anorganické chemie AV ČR do projektu přispěl zejména objevem nových molekul, nanomateriálů i materiálů se speciálními vlastnostmi.

Ekonomické a environmentální aspekty jaderné energie

Jaderné elektrárny mají nesporné přednosti - například malé exhalace. Hnutí DUHA se domnívá, že by Česko mělo pokračovat v provozu atomových reaktorů, které už má, ale nestavět další. Ekonomické náklady: Výstavba jaderné elektrárny je extrémně drahá a investoři se bojí vysokého finančního rizika.

Politici a ČEZ vícekrát slibovali, že nová jaderná elektrárna umožní vyrábět méně špinavé elektřiny z uhlí. Naopak: návrhy energetické koncepce opakovaně plánují další atomové reaktory a zároveň rozšiřování uhelných dolů. Důvod: energetické společnosti chtějí přebytečnou elektřinu vyvážet. Atomové reaktory rozhodně nejsou pilířem naší energetiky. Místo drahých atomových reaktorů má smysl investovat spíše do toho, abychom vyráběli více s menší spotřebou. Prvním krokem musí být férové, rovné podmínky na trhu. Atomové elektrárny se koupou ve finančních výhodách.

Problém jaderného odpadu

České jaderné elektrárny každý rok vyrobí přes sto tun vysoce radioaktivního vyhořelého paliva - odpadu, se kterým si nevíme rady. České atomové elektrárny už vyrobily přes tisíc tun extrémně radioaktivních odpadů. Názory, jestli stavět další reaktory, se mohou lišit. Ale jedno je jisté: o tohle nebezpečné dědictví se stát musí postarat. Stát už léta vede zákopovou válku s českými obcemi ze šesti míst, které vytipoval pro umístění úložiště radioaktivních odpadů.

Čtěte také: Ekologické katastrofy: seznam a popis

Téměř 3,5 tisíce tun vysoce radioaktivního paliva z jaderných reaktorů „odpočívá“ ve speciálních kontejnerech skladů v areálech dvou jaderných elektráren v Česku. A zůstanou tak ještě asi tři desetiletí, než bude vybudováno hlubinné úložiště. Anebo stát a ČEZ najdou jiné řešení.

Jihočeská jaderná elektrárna Temelín funguje od roku 2000. V jejím skladu v areálu se použité palivo hromadí od roku 2010. Zaplněno je zatím šedesát kontejnerů, do nichž se vešlo 1200 tun vyhořelého jaderného paliva. Jaderná elektrárna Dukovany na Třebíčsku funguje od roku 1985, druhý blok začal vyrábět elektřinu o dva roky později. „Aktuálně je v dukovanských skladech umístěno 113 kontejnerů, ve kterých je 9492 použitých palivových souborů,“ uvádí mluvčí ČEZ Alice Horáková. Celkem 2260 tun.

Vyhořelé jaderné palivo by mělo jednou skončit v hlubinném úložišti, zatím pro něj ale Česko nenašlo místo. Původně bylo vybráno devět lokalit, které vláda v prosinci roku 2020 zúžila na čtyři stávající. Těmi jsou Březový potok na Klatovsku, Horka mezi Třebíčí a Velkým Meziříčím, Hrádek, u Jihlavy a Janoch u Temelína. Hlubinné úložiště je ale zatím nakresleno jen na papíře, a to ještě ne ve formě podrobného projektu. Probíhá výběr vhodné lokality ze čtyř předvybraných.

Palivo zabírá překvapivě málo prostoru. „Je nutné vzít v potaz, že uran má velmi vysokou hustotu a v podstatě se jedná o jeden z nejtěžších prvků. Je o zhruba 70 procent těžší než olovo. Když si tedy představíte kostku cukru a kostku uranu stejné velikosti, bude uran několikanásobně těžší,“ vysvětluje Horáková.

Cesta paliva v jaderné elektrárně

Cesta paliva vypadá podobně v obou tuzemských jaderných elektrárnách. V Temelíně stojí dva bloky, z nichž každý má maximální výkon přibližně tisíc megawattů. V Dukovanech se nacházejí čtyři menší bloky s výkonem 510 megawattů. Každý rok se v reaktoru vymění zhruba čtvrtina paliva. V Temelíně je v každém ze dvou reaktorů 163 palivových souborů a přibližně 40 z nich se každý rok vymění za nové. Jeden palivový soubor tvoří svazek 312 proutků, přičemž každý proutek je dlouhý 4,5 metru.

Čtěte také: Jaderné palivo a jeho skladování

„Výměna paliva probíhá pod vodou. Vedle reaktoru je bazén, tam se palivo z reaktoru vyveze - tři čtvrtiny se ho vrátí zpět a zbytek se nahradí novým, popisuje Sviták. V bazénu může být použité palivo uloženo až deset let, chladí se tam a snižuje se jeho radioaktivita. To vše běží pod dohledem Mezinárodní agentury pro atomovou energii. Po deseti letech se dá použité palivo přemístit do zmíněných kontejnerů, opět pod vodou, a kontejnery se odvezou do skladu.

Momentálně v Temelíně skladují 60 plných kontejnerů, přičemž kapacita skladu je 152 míst. „Vejde se sem palivo za třicet let provozu. Pokud bychom potřebovali další, využila by se stávající přijímací část budovy a přistavěla by se tatáž skladovací část na druhé straně,“ popisuje Sviták. Mluvčí ČEZ rovněž připouští variantu, že by se teoreticky palivo z dnešních kontejnerů, jež mají licenci na 60 let, mohlo časem přebalit do nových kontejnerů, a zabezpečit tak na další desítky let. To je ale spíše teoretická úvaha, protože Evropská unie tlačí státy, aby hlubinná úložiště vybudovaly do roku 2050.

Použité palivo nicméně není odpad. ČEZ s ním pracuje jako se „surovinou“ až do doby, než ho za odpad jeho původce, případně Státní úřad pro jadernou bezpečnost prohlásí. A to se zatím nestalo.

Přepracování paliva a jeho efektivita

Další možností, jak s palivem z reaktorů naložit, je přepracování, neboli znovuvyužití paliva, které je ještě stále radioaktivní, pro výrobu energie. To je ale zatím hodně drahé, takže ekonomicky nevýhodné. „Použité palivové soubory vypadají stejně nové i použité, jen se výrazně liší radioaktivitou. Když proběhne štěpná reakce, je použité palivo vysoce radioaktivní a je nutné ho oddělit od životního prostředí. To klade větší nároky na přepracování, i proto je dražší,“ vysvětluje Marek Sviták.

„Koncepce nakládání s vyhořelým jaderným palivem v Česku bere přepracování jako alternativu, ale dále ji nezpracovávala, protože to vycházelo ekonomicky neefektivně. Přepracování vás navíc nezbaví odpadu, jen sníží jeho objem, takže náklady na úložiště příliš nesnížíte, říká Radek Trtílek, šéf divize Radioaktivní odpady & vyřazování Ústavu jaderného výzkumu Řež. Podle něj má pro Česko význam vyhořelé palivo přepracovávat, až pokud by bylo více jaderných zdrojů, tedy rozšířil by se počet nynějších bloků. Navíc současné reaktory využití už použitého paliva technologicky nezvládají. Podle Trtílka je to také důvod, proč navrhované hlubinné úložiště v Česku s vyndáním paliva zpět někdy v budoucnu nepočítá. Bude v něm navěky.

Čtěte také: Rizika jaderné energie: Pohled Greenpeace

„Pro našich šest jaderných bloků je ekonomicky zajímavější nechat si vyrobit čerstvé palivo. Proto je lepší skladovat je a čekat na vhodný okamžik, doplňuje Sviták z Temelína.

Tuzemské jaderné elektrárny produkují zhruba třetinu veškeré vyrobené elektřiny. Loni dodaly Dukovany a Temelín do sítě 30,7 terawatthodin elektrického proudu. A bude ho víc. Jaderná energetika patří mezi nejdiskutovanější témata současnosti. Často se v této debatě opakuje obava z jaderného odpadu, který bývá vnímán jako dlouhodobě neřešitelný problém. Jedním z největších mýtů je představa, že jaderný odpad zůstává nebezpečný navždy. Ve skutečnosti radioaktivní materiál časem přirozeně ztrácí svou intenzitu.

Díky vysoké energetické hustotě jaderného paliva vzniká relativně malé množství odpadu. Jaderná elektrárna o výkonu 1 GW vyprodukuje ročně přibližně 27 tun vyhořelého paliva, což odpovídá objemu jedné velké lednice. Například kdyby USA vyráběly veškerou elektřinu z jádra, roční produkce odpadu by vyžadovala prostor přibližně šest nákladních vagonů. Další častou námitkou je otázka, co s použitým palivem dělat. Málokdo si uvědomuje, že vyhořelé jaderné palivo obsahuje až 97 % nevyužité energie. Současné technologie jsou schopné tento odpad zpracovat a získat z něj další energii. Breeder reaktory, které využívají i uran-238, dokáží prodloužit zásoby uranu o faktor 140 a efektivně využít i to, co jinak považujeme za odpad.

Místo miliardových investic do hlubinných úložišť, jako je finské Onkalo, lze použít efektivnější přístup: dlouhodobé skladování v suchých kontejnerech, které zajišťují bezpečnost na stovky let. Po poklesu intenzity radiace lze cenné prvky znovu zpracovat nebo zbytek bezpečně likvidovat v povrchových úložištích. Jaderná energetika je jedním z nejslibnějších zdrojů čisté energie s minimální ekologickou stopou. Přesto je často obětí iracionálních obav. Namísto přehnaně nákladných úložišť je zapotřebí racionální přístup, který využije potenciál jaderného odpadu jako zdroje energie budoucnosti.

Bezpečnost jaderných reaktorů

Neustále se zdokonalujícím technickým provedením a mnohostrannými bezpečnostními opatřeními patří v současné době jaderné elektrárny k nejbezpečnějším technickým zařízením. I přes tato opatření však nelze zcela vyloučit vznik poruch za provozu. Provedené analýzy ukázaly, že pravděpodobnost vzniku poruchy reaktoru a z toho vyplývajícího ohrožení provozu jsou nesrovnatelně nižší než rizika, kterým je člověk vystaven v každodenním životě a která běžně přijímá.

Inherentní bezpečnost jaderných reaktorů

Pojmem inherentní bezpečnost se rozumí specifická vlastnost technických zařízení, která je daná fyzikálními zákony a vlastnostmi, tj. nikoli lidskými opatřeními. Voda, která slouží jako moderátor (zpomalovač neutronů), zvětšuje v důsledku růstu své teploty svůj objem, tj. dochází ke zvětšování vzdáleností mezi jednotlivými molekulami vody. V důsledku toho se snižuje moderační účinek vody, který je předpokladem pro vznik a existenci štěpné řetězové reakce. To má za následek pokles počtu tepelných neutronů, které jsou schopny štěpit jádra uranu, a tak dochází k útlumu štěpné reakce, což postupně může vést až k úplnému samoodstavení reaktoru.

Na bezpečnosti provozu těchto reaktorů se však podílí i samotné jaderné palivo. Uran 238, který tvoří asi 97 % paliva, zasahuje regulačně do procesu štěpení tak, že sám absorbuje neutrony, aniž by se dále štěpil. Dodržování výše uvedených zásad je dosahováno plněním principů ochrany do hloubky, tj. vzájemným prolínáním a doplňováním fyzických bariér a úrovní ochrany. Pro celou jadernou elektrárnu platí tzv. zadávací program zajištění jakosti (ZJ), který byl schválen SÚJB a který platí ode dne schválení přes konec životnosti elektrárny až po likvidaci jaderného zařízení. Tento program rozpracovává zásady na zajištění jakosti v jaderné elektrárně a při kontrolních činnostech.

Budova Aktivních Pomocných Provozů (BAPP)

V Dukovanech jsou BAPPky dvě. Větší část BAPP slouží pro shromažďování a skladování radioaktivních odpadů (RaO), zbývající část je určena na přípravu médií pro HVB a jejich čištění. Spodní část budovy je zhotovena z armovaného silnostěnného betonu. Obsahuje kobky, do kterých lze v případě potřeby vstoupit přes stínící dveře. V části z nich jsou umístěny nerezové nádrže různých velikostí. Šest z nich slouží ke skladování radioaktivního koncentrátu a ionexu. Ostatní nádrže (přepadová a sedimentační) slouží k usazování pevných nečistot před tím, než se odpadní voda dostane ke zpracování. Do BAPP tedy stéká použitá voda z budovy reaktoru.

Odpadní vody z hlavního výrobního bloku stečou do sběrných nádrží na podlaží do mínus 10 m, odkud se pak čerpají přes přepadovou a sedimentační nádrž do dalších nádrží na BAPP. Osud se pak se vracejí zpátky do hlavního výrobního bloku, kde se odpaří. Vyčištěná voda se po prověření obsahu radionuklidů vypouští do životního prostředí nebo se skladuje jako čistý kondenzát pro opětovné použití.

Nádrže jsou dvojí velikosti. Menší o objemu 460 m3 a větší o objemu 550 m3. Za rok naplníme radioaktivním koncentrátem přibližně jednu nádrž (zhruba 500 m3). Po zaplnění se z ní odebere vzorek odpadu, který se dále testuje v ÚJV Řež.

Další cesta radioaktivního koncentrátu

Radioaktivní koncentrát je z BAPP přečerpáván do objektu ZRAO - zpracování odpadů, kde je upravován technologií bitumenace. Princip úpravy spočívá v mísení koncentrátu s horkým bitumenem. Směs je roztírána v tenké vrstvě po vyhřívané stěně vertikální odparky a přitom dochází k odpaření vody. Soli s obsahem radionuklidů jsou rovnoměrně rozptýleny v bitumenu. Tím se zabrání jejich rozpouštění při případném styku s vodou. Toto je jedním ze základních požadavků pro uložení odpadu do úložiště. Produkt úpravy, což je černá hmota, se naplní do sudu.

Fixace kapalného odpadu do asfaltu je technologie, která se používá už jenom u nás a na Slovensku. Technologie bitumenace byla v EDU uvedena do provozu v roce 1995. V České republice i na Slovensku se nadále využívá. Přistoupili jsme totiž k důsledným kontrolám všech teoreticky možných nežádoucích jevů, které by nás mohly překvapit a ty sledujeme jak před zahájením úpravy, tak během ní.

Nakládání s pevnými odpady

Jaderné elektrárny v České republice nemají, na rozdíl od kapalných odpadů, k dispozici technologii pro úpravu pevných radioaktivních odpadů. Zhruba deset let se nedělo nic, dokud se nezačaly projevovat problémy se skladovacími kapacitami pro pevné odpady. V roce 2007 jsme proto začali s jejich spalováním. V současné době odpady spalujeme ve Švédsku, odkud nám posílají popel a prach ze spalování zpět. Od roku 2012 odvážíme odpad, který nelze upravovat spalováním (například izolace), k úpravě vysokotlakým lisováním na Slovensko.

Velice účinným způsobem snižování objemu pevných odpadů je jejich pečlivé třídění a precizní měření obsahu v nich obsažených radionuklidů. Část odpadů, která splní přísná kritéria pro uvedení do životního prostředí je recyklována (kov, kabely, elektroodpad) nebo ukládána na skládce.

Momentálně probíhá vyjímání a úprava ionexu na druhé BAPP, tedy z třetího a čtvrtého bloku. Temelín má svoji BAPP i bitumenační linku, která se však od naší v detailech liší. Ve srovnání s EDU má Temelín podstatně menší kapacity (přibližně 10 krát) pro skladování radioaktivních odpadů.

Úložiště radioaktivních odpadů (ÚRAO) v Dukovanech je společné pro obě elektrárny. Z Temelína se k nám odpad přiváží v ISO kontejnerech obsahujících sudy s upraveným odpadem. Odpady k uložení musí splňovat přísná kritéria přijatelnosti pro uložení do ÚRAO. Z odpadu naplněného do sudů se odebírají vzorky, které jsou dále analyzovány.

Jaderná fúze: bezpečná reakce bez radioaktivního odpadu

Před 70 lety byla myšlenka využití jaderné fúze něčím, co většina vědeckého světa považovala za nápad z říše science fiction. V nejbližších několika letech by ale měl být spuštěn první takový velký reaktor a v polovině století by tato technologie mohla změnit pozemskou energetiku, odhaduje fyzik plazmatu Radomír Pánek, ředitel Ústavu plazmatu Akademie věd.

Podle něj si plazma můžeme nejlépe představit jako plyn, který je zahřátý na obrovskou teplotu. „Při tomto zahřátí dojde k tomu, že se z atomu odtrhnou elektrony, takže se plazma skládá z volně se pohybujících elektronů záporně nabitých a volně se pohybujících kladných jader atomů.“

„Jádra atomů se od sebe odpuzují, ale pokud bychom je dokázali přiblížit na dostatečně krátkou vzdálenost, tak převládne přitažlivá jaderná síla a dojde ke sloučení dvou lehkých jader na jádro těžší,“ vysvětluje vědec hlavní princip jaderné fúze. Při tomto sloučení atomů se uvolní obrovské množství energie.

Výhod jaderné fúze je několik. „U reaktorů 1. generace předpokládáme jako palivo izotopy vodíku deuterium a tritium. Deuterium se nachází ve vodě, tedy všude kolem nás. Evropská komise zařadila jádro a zemní plyn mezi zelené zdroje.„Ideál je, že do fúzního reaktoru budeme přivádět deuterium a lithium jako palivo a produkcí této reakce bude jádro helia, které je samo o sobě neškodné. A tak se uvolní obrovské množství energie.“ Další významnou výhodou tohoto typu reakce je to, že neprodukuje radioaktivní odpad, který by bylo nezbytné dlouhodobě skladovat například v podzemních úložištích.

„Třetí výhodou je, že tato reakce je bezpečná. Nemůže dojít k žádné řetězové reakci jako v případě klasických štěpných reaktorů. V těch fúzních palivo přidáváme neustále a v případě jakékoliv neočekávané reakce můžeme jeho přívod odstavit, reakci během několika sekund zastavit a reaktor vypnout,“ zdůrazňuje Pánek.

V současné době mají vědci vyvinutu většinu technologií, základní koncept a směřují k dokončování klíčového zařízení. „To se jmenuje ITER, stavíme ho v jižní Francii a jde o největší mezinárodní projekt na světě.“ „ITER poprvé ukáže fúzní reakci na velké škále a dokáže, že umí produkovat minimálně desetkrát více energie, než do reaktoru vložíme. Někdy kolem roku 2050 bychom mohli tento zdroj energie využívat v komerčním smyslu,“ shrnuje Radomír Pánek.

Bezodpadové strategie ve stavebnictví a architektuře

Bezodpadové strategie jsou postupně začleňovány do všech oborů a projektování staveb není výjimkou. Proces vedoucí k bezodpadové architektuře začíná s tužkou a papírem v ruce. Je potřeba mít celý postup dobře naplánovaný. Prvním krokem při navrhování projektů je přemýšlet jinak. Zbořit dosavadní postupy, najít nové materiály a moderní kreativní řešení. Chytré plánování může výrazně snížit potřebu zástavby a optimalizovat využití volného prostoru a vybavení. Bude budova například multifunkční, takže ji bude možné využívat na 100 % každý den? Méně je více.

Snížení spotřeby materiálů lze dnes dosáhnout mnoha různými způsoby. Například změnou stavebních struktur. Preferovány jsou lehčí konstrukce před hustými. Obecně je vhodné zmenšování ploch a využívání méně surového a těžkého materiálu. Je nutné navrhovat efektivnější konstrukce, které obsahují méně hmoty, a přesto jsou stejně kvalitní. Ale výběr vhodného materiálu je klíčem. Ideální jsou materiály, které například nepotřebují následnou povrchovou úpravu, jsou odolné, flexibilní a s dlouhou životností. V neposlední řadě je zásadní neplýtvat materiály a minimalizovat například odpad při řezání dlaždic.

Použití materiálů z druhé ruky je v dnešní době více než na místě. Znovu využít lze téměř cokoliv. Staré pevné dřevo, ocelové konstrukce, sklo, dělicí stěny a příčky, beton nebo cihly. Namísto demolice lze starým budovám vdechnout nový život. Staré továrny předělané na nové kancelářské prostory či hotely jsou zajímavým architektonickým zpestřením. Zároveň se tím výrazně sníží spotřeba nového materiálu a ulehčí se skládkám.

Pokud předešlý krok opětovného použití není možný, přichází na řadu recyklace. Jde o výrobu zcela nového produktu, který může mít podobné či zcela nové vlastnosti a využití. Opět už při návrhu stavby je nutné myslet na tento krok. Například začlenění skla tak, aby následně šlo dobře oddělit od ostatních materiálů a recyklovat. Z recyklovaného skla lze vyrobit skleněný prášek, který dokáže nahradit cement u betonových produktů. Obecně se doporučuje u staveb využívat materiály s vysokým recyklačním obsahem. Ideálně takové, které mohou být stoprocentně recyklovány samovolně.

Zero Waste: životní styl bez odpadu

Bea Johnson, průkopnice života bez odpadu (neboli zero waste), přijela toto září do Zlína. Ptala se, jak by popsala zero waste: Je to různorodá snaha o snížení odpadu z domácnosti. Jde vlastně o změnu a zjednodušování zaběhlých rituálů, aby se z nich staly rituály nové, funkční a minimalistické, díky nimž neprodukujeme téměř žádný komunální odpad. Při nákupu či jeho plánování využíváme pravidlo 5Z: Zamítnout to, co nepotřebujeme; Zredukovat to, co potřebujeme a nemůžeme zamítnout; Zužitkovat věci, které spotřebováváme a nemůžeme zamítnout či zredukovat; Zrecyklovat jen to, co jsme nemohli zamítnout, zredukovat ani zužitkovat; a nakonec Zkompostovat, což stojí trošku mimo tuto pyramidu.

Česko a obecně Evropa si stanovily ambiciózní cíle snížení emisí. Měla by k tomu přispět i jaderná energie z malých modulárních reaktorů, na jejichž vývoji se nyní pracuje a které zkoumají i čeští jaderní experti. „Malé a velké reaktory si nekonkurují, ale budou se v budoucnu doplňovat,“ říká Marek Ruščák z Centra výzkumu Řež, který je seniorním konzultantem pro jadernou bezpečnost a malé modulární reaktory.

Podle Marka Ruščáka jsou daleko v jejich vývoji Britové ve firmě Rolls-Royce, kde pracují na modulárních reaktorech o výkonu 500 MW. Každý velký reaktor je nyní originální stavba, což je i důvod jejich vysoké ceny a dlouhých staveb. Modulární reaktory by bylo možné vyrábět sériově, což by jejich výrobu zlevnilo.

tags: #jaderné #elektrárny #bez #odpadu

Oblíbené příspěvky:

• Udržujte čistotu s koši Ebal
• Norské statistiky emisí aut
• Tipy pro lesní procházky s dětmi
• Likvidace autovraků: Co potřebujete vědět
• Odstranění vody z odpadu myčky