Izpostavljeno Jedrska energija

Ogljični odtis jedrske energije

Zagovorniki jedrske energije pravijo, da je ogljični odtis jedrske energije majhen. Namreč, v času normalnega obratovanja, jedrske elektrarne ne povzročajo izpustov toplogrednih plinov v ozračje kakor tudi ne emisij drugih škodljivih snovi. To sporoča GEN Energija, solastnica jedrska elektrarna NEK. Kaj pa, če upoštevamo celoten jedrski gorivni krog? Jedrski lobi skriva te podatke bolj kot kača noge.

V svetu je več neodvisnih izračunov ogljičnega odtisa jedrske energije. Predstavljen je članek CO2 emissions of nuclear power: the whole picture, avtor: Jan Willem Storm van Leeuwen, June 8, 2020 Nuclear Monitor 886. Z upoštevanjem vseh treh faz, priprave, obratovanja in razgradnje, ima jedrska energija večji ogljični odtis kot fosilna energija.

Translated from WISE/NISR Nuclear Monitor, https://wiseinternational.org/nuclear-monitor/subscribe-nuclear-monitor

https://www.nirs.org/monitor/

Jedrsko zavajanje je trditev: „Jedrska energija je čisto sredstvo za proizvodnjo električne energije. Vsaj ne povzroča izpustov CO2.” Na podlagi tega stališča so, zaradi strahu pred katastrofalnimi posledicami podnebnih sprememb, nekateri okoljski aktivisti postali zagovorniki jedrske energije. Na prvi pogled se zdi, da imajo prav: jedrske elektrarne so tihe, čiste in (običajno) delujejo zanesljivo, podnevi in ponoči, poleti in pozimi. Ampak tudi tukaj ni brezplačnega kosila. Jedrska energija ni brezogljična, resnično povzroča vse več emisij CO2. Brez emisije toplogrednih plinov je zgolj proizvodnja elektrike v jedrski elektrarni. Ob cepitvi urana v jedrskem reaktorju se sprošča toplota, ki upari vodo, para pa v parni turbini poganja generator. Tako je jedrska elektrika zgolj videti brezogljična. Vendar je obogaten uran, gorivo za jedrski reaktor, proizveden iz uranove rude v zahtevnih industrijskih procesih, ki obremenjujejo okolje s toplogrednimi plini in s škodljivimi emisijami. Rudarjenje urana poteka širom sveta, tam tudi onesnažuje.

Ko je majhen del urana v jedrskem reaktorju razcepljen, je treba jedrsko gorivo odstraniti iz reaktorja, saj ni več primerno za proizvodnjo energije. Približno enkrat na leto je treba četrtino goriva v reaktorju nadomestiti s svežim jedrskim gorivom. Razpadni produkti izrabljenega jedrskega goriva so nestabilni in zelo nevarni, če so sproščeni v okolje, zato jih je treba skrbno varovati. Vendar nikjer v svetu ni rešeno skladiščenje izrabljenega jedrskega goriva IJG in visoko radioaktivnih odpadkov VRAO.

Kaj se zgodi z izrabljenim jedrskim gorivom?

Jedrski gorivni krog lahko prikažemo v treh fazah. Pripravo, rabo in razgradnjo.

1. Priprava obsega rudarjenje, pridobivanje in bogatenje jedrskega goriva iz uranove rude ter izdelavo jedrskega goriva.

2. Raba obsega gradnjo in obratovanje jedrske elektrarne.

3. Razgradnja pomeni varno odstranjevanje jedrskih naprav in vseh radioaktivnih odpadkov, ki nastajajo v uporabni dobi jedrske elektrarne. To so NSRAO- nizko in srednje radioaktivni odpadki, VRAO- visoko radioaktivni odpadki in IJG- izrabljeno jedrsko gorivo.

Trifazna struktura procesne verige –priprava, raba in razgradnja – velja tudi za elektrarne na fosilna goriva, pravzaprav za skoraj vse proizvodne procese. Vendar so pri jedrskem gorivnem krogu krepko večji vplivi na okolje.

Priprava: prva faza jedrskega gorivnega kroga

Postopki priprave vključujejo pridobivanje uranove rude iz zemeljske skorje, mletje, transport, rafiniranje in pretvorbo v plinasto uranovo spojino. Sledi obogatitev urana in izdelava gorivnih elementov, ki so primerni za vnos v jedrski reaktor. Brez vseh faz priprave ni možna raba jedrske energije. Vsaka stopnja tega procesa potrebuje energijo (elektrika in fosilna goriva), bremeni okolje in oddaja CO2 v ozračje. Zlasti rudarjenje urana potrebuje velike količine fosilnih energentov in ustvarja veliko emisij CO2.

Nahajališča, bogata z uranom, so že izčrpana. Povprečna vsebnost urana v rudi se zmanjšuje, zato je rudarjenje vse zahtevnejše. Pridobivanje iz rude z nižjo vsebnostjo urana terja večje izkope, več kamnin je treba izkopati in mehansko ter kemično obdelati, več energije je potrebno za pridobivanje urana.

Pod določeno koncentracijo rude je za pridelavo urana potrebno toliko energije, kolikor se je pridobi iz urana v jedrski elektrarni. Ta pojav se imenuje »padec iz energijske pečine«, (ang. Net Energy Cliff). Izraz »energijska pečina« ponazarja obliko krivulje, ki prikazuje odvisnost neto razpoložljive energije od razmerja med pridobljeno in vloženo energijo.

Ta ugotovitev sloni na dolgoletni analizi podatkov rudarskih podjetij za pridobivanje urana.

Gradnja, obratovanje, vzdrževanje in obnova: druga faza jedrskega gorivnega kroga

Gradnja sodobne jedrske elektrarne porabi približno 850.000 ton betona in okoli 150.000 ton jekla ter na tisoče ton drugih materialov. Proizvodnja teh gradbenih materialov in opreme potrebuje veliko energije, hkrati povzroča velike emisije CO2. Tudi gradbene dejavnosti prispevajo k izpustom CO2.

Obratovanje, vzdrževanje in obnova tudi povzročajo emisije CO2. Jedrska reakcija je edini del jedrskega gorivnega kroga, ki ne oddaja CO2. Zaradi tega se zmotno domneva, da jedrska energija ne oddaja CO2, da je brezogljična.

Med postopkom cepitve v reaktorju narašča radioaktivnost jedrskega goriva in okoliških materialov milijardo krat. To povečanje povzročajo produkti cepitve in produkti aktivacije. Aktivacija je pojav, ko ne-radioaktivni materiali, kot npr. beton in jeklo, postanejo radioaktivni z obsevanjem z nevtroni iz procesa cepitve. Nemogoče je umetno zmanjšati radioaktivnost materiala ali jo narediti manj škodljivo. Radioaktivnost je škodljiva za vse žive organizme.

Številne radioaktivne komponente elektrarne je treba med obratovalno dobo vsaj enkrat zamenjati. Reaktorska posoda je ena redkih delov jedrske elektrarne, ki je ni možno zamenjati. Delovanje, vzdrževanje in prenove jedrske elektrarne porabijo velike količine energije in oddajajo CO2.

Razgradnja: tretja faza jedrskega gorivnega kroga

Stari latinski pregovor pravi: “In cauda venenum”, strup je v repu. Ta pregovor velja tudi za jedrsko energijo. Zaradi velikih količin radioaktivnosti, ki jih je ustvaril človek, je izrabljeno jedrsko gorivo močno radioaktivno, dolgo časa. Specifična radioaktivnost izrabljenega goriva se s časom zmanjšuje zaradi naravnega razpada radionuklidov. Po 1.000 letih je specifična radioaktivnost izrabljenega goriva še vedno milijon krat višja od smrtne ravni za človeka. Delujoča jedrska elektrarna proizvede vsako leto tisoč krat več radioaktivnosti, kot jo je sprostila eksplozije prve jedrske bombe s 15 kilotonami (Little boy, Hiroshima).

Največji del radioaktivnosti, ki jo je ustvaril človek, je skrit v elementih izrabljenega jedrskega goriva ob menjavi goriva. Poleg tega se v tisočih tonah gradbenega materiala razprši precejšnja količina radioaktivnosti. Ti materiali bodo sproščeni ob razgradnji in demontaži jedrske elektrarne po zaprtju. Je možno varno shraniti te radioaktivne snovi?

V zadnjih desetletjih so bile predlagane različne zasnove za dokončno odlaganje radioaktivnih snovi. Jedrska industrija trdi, da radioaktivni odpadki ne predstavljajo nikakršnega problema. Vendar je dejstvo, da so, po 70 letih civilne rabe jedrske energije, vsi radioaktivni materiali, ki jih je ustvaril človek, še vedno skladiščeni v ranljivih začasnih skladiščih.

Edini način za preprečevanje večjega širjenja radioaktivnih snovi v človeško okolje je osamitev radioaktivnega materiala iz biosfere za stotine tisočev let. Obstajajo teoretične zasnove trajnih odlagališč jedrskih odpadkov v rovih, globoko v geološko stabilnih formacijah. Nikjer na Zemlji pa še ni takega geološkega odlagališča za visoko radioaktivne jedrske odpadke. Švedska in Finska sta najbližje gradnji geoloških skladišč za izrabljeno jedrsko gorivo in za druge radioaktivne odpadke. Izgradnja geološkega odlagališča radioaktivnih odpadkov pa terja veliko energije in ustvarja velike emisije CO2.

Drug pomemben del procesov je razgradnja in demontaža obratov jedrske energije po koncu uporabne dobe. V svetu je približno 600 jedrskih elektrarn, ki jih bodo morali nekega dne razgraditi. Masa radioaktivnih ruševin in ostankov, sproščenih iz vsake jedrske elektrarne, lahko znaša približno 100.000 ton, različne stopnje radioaktivnosti. Radioaktivnost teh materialov je ustvarjena z nevtronskim obsevanjem in kontaminacijo z radionuklidi med obratovalno dobo elektrarne. Približno 10.000 ton gradbenih odpadkov iz vsake jedrske elektrarne bo uvrščeno med visoko-radioaktivne odpadke.

Poleg tega bo treba več tisoč kubičnih metrov zemlje, onesnažene zaradi puščanja in manjših nesreč, tudi uvrstiti med radioaktivne odpadke. Prve ocene razgradnje jedrskih elektrarn v Združenem kraljestvu in v Švici opozarjajo na stroške razgradnje, visoke, kot so stroški gradnje, ali celo višje. Ni jasno, če te ocene vključujejo čiščenje obratov in končno odstranjevanje radioaktivnih ruševin in odpadkov.

Glede na podatke jedrske industrije bi se začela razgradnja več desetletij po končni zaustavitvi jedrske elektrarne in bi trajala vsaj 10 let. Koliko energije in človeškega truda bo potrebno za razgradnjo? Kdo bo plačal te dejavnosti 60 do 100 let po dokončni zaustavitvi jedrske elektrarne?

Za ustrezno razgradnjo jedrskih objektov ni potrebna nova tehnologija. Geološka skladišča so podobna globokim podzemnim rudnikom. Porabo energije in emisije CO2 za razgradnjo je mogoče zanesljivo oceniti na podlagi podobnih industrijskih ne-jedrskih procesov. Raba energija in emisije CO2 za celotno razgradnjo je podobna kot pri prvih dveh delih gorivnega kroga, vključno z rudarjenjem, gradnjo in obratovanjem jedrske elektrarne.

Sedanje CO2 emisije in latentne CO2 emisije jedrske energije

Emisije CO2 pri procesih med pripravo, gradnjo in obratovanje imenujemo sedanje emisije CO2, ker se pojavijo pred in med obratovanje jedrske elektrarne.

S snovno analizo vseh procesov in dejavnosti je mogoče zanesljivo oceniti sedanje emisije CO2 jedrske energije. Metodologija je bila razvita v sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja, obširno pregledana od skupine mednarodnih strokovnjakov. Uporabljeni podatki izvirajo izključno iz jedrske industrije. Vzorčna jedrska elektrarna v tej analizi ustreza najnovejšim jedrskim elektrarnam, ki trenutno obratujejo. Predvidena uporabna doba proizvodnje električne energije je večja od trenutnega globalnega povprečja. Poraba energije in CO2 emisije zaradi pridobivanja urana so izračunani na podlagi podatkov, ki jih je objavila rudarska industrija.

Emisija CO2 pri procesih razgradnje, torej neločljivo povezana s sedanjo uporabo jedrske energije, se bo zgodila v prihodnosti, dolgo po zaprtju jedrske elektrarne. Zaradi tega imenujemo te emisije odložene, »latentne emisije CO2« jedrske energije. Latentne emisije so skrite v prihodnost in jih običajno ne prikazujejo.

Snovna analiza celotne jedrske procesne verige temelji na ocenah sedanjih izpustov CO2. Sedanje emisije znašajo med 65 in 116 g CO2 / kWh dobavljene električne energije, latentne emisije pa znašajo 74 g CO2 / kWh. Raztros številk sedanjih emisij je posledica razlik trenutno delujočih rudnikov urana. Razlike so posledica različnih lastnosti uranove rude, kot sta vrsta in kemična sestava rude. Emisije CO2 pri pridobivanju urana in mletju se povečujejo, saj so rudniki najbogatejše rude že izčrpani, rude postajajo siromašnejše.


PROCES
g CO2 / kWh
pridobivanje urana (rudarjenje + mletje), nizko, bogata ruda7,1
povprečno32,3
visoko, siromašna ruda57,4
rafiniranje in pretvorba2,8
obogatitev (ultracentrifuga)2,6
pretvorba + izdelava gorivnih elementov, vključno s proizvodnjo cirkonijevih zlitin3,4
izgradnja jedrske elektrarne24,9
delovanje + vzdrževanje + prenove elektrarne24,4  
emisije sedanjih procesov – nizko65,2
povprečno90,4
visoko115,5
preglednica 1: sedanje emisije CO2 jedrske energije
PROCES   g CO2 / kWh
dokončna izolacija radioaktivnih odpadkov v začetnih procesih (upstream)14,0
pretvorba in dokončna izolacija osiromašenega urana5,7
razgradnja jedrske elektrarne, dokončno izoliranje ruševin40,9
začasno skladiščenje in dokončna izolacija izrabljenega goriva8,2
sanacija sorazmernega dela rudnika urana4,8
emisije prihodnjih procesov73,6
preglednica 2: latentne emisije CO2 jedrske energije
Slika 1: sedanje emisije CO2 jedrske energije
Slika 2: prihodnje, latentne emisije CO2 jedrske energije

CO2 past jedrske energije

Da bi svetovna jedrska proizvodnja elektrike ostala na sedanji ravni (približno 370 GWe priključne moči), bo treba vsako leto, do leta 2060, priključiti devet novih jedrskih elektrarn na omrežje. Sedanja stopnja gradnje je precej nižja od devet obratov na leto v preteklih 40 letih. V naslednjih štirih desetletjih bodo skoraj vse obstoječe jedrske elektrarne dosegle konec svoje tehnične uporabne dobe in jih bo treba zapreti.

Ob predpostavki, da bo svetovna jedrska zmogljivost ostala konstantna, bodo povprečne emisije CO2 jedrske energije po letu 2070 postale višje od 400 g CO2 / kWh. S to vrednostjo postane jedrska energija enakega emisijskega razreda kot elektrarne na fosilna goriva. Temu pojavu pravimo CO2 past jedrske energije. Malo je možnosti odkritja novih, bogatih uranovih nahajališč, s katerimi bi bilo mogoče CO2 past prestaviti na poznejše leto. V zadnjih štirih desetletjih, kljub obsežnemu raziskovanju, niso odkrili velikih, bogatih nahajališč.

Ob 2% rasti rabe jedrske elektrike je pričakovati CO2 past jedrske energije že leta 2050.

Slika 3: Sčasoma naraščajo jedrske emisije CO2, ker so najbogatejša nahajališča uranove rude izčrpana, razpoložljive rude postanejo siromašne. Posledično narašča energija za pridobivanje urana iz nahajališč. V zadnjih 3-4 desetletjih ni bilo odkritih novih, velikih, bogatih, nahajališč uranove rude.

Vidnost začetnih in zaključnih dejavnosti

Zaključne dejavnosti jedrskega energetskega kroga so običajno skrite javnosti, ker se pojavljajo v drugih krajih, ki so daleč od jedrske elektrarne, pogosto na različnih celinah. Poleg tega do njih pride precej pozneje, kar je treba upoštevati. Zaključne dejavnosti je lahko prikriti, ker se še niso zgodile.

Ta dejstva lahko prispevajo k napačnemu mnenju, da je jedrska elektrarna samostojen sistem, in posledično, da je za izračun emisij CO2 jedrske elektrarne treba upoštevati samo obremenitve proizvodnje elektrike. Običajno so celo gradnja, obratovanje in vzdrževanje elektrarne izpuščeni iz prikaza emisij. Vendar so specifične emisije CO2 jedrskih procesov enake vsoti emisij celotnega zaporedja od-zibelke-do-groba, ki omogočajo proizvodnjo jedrske energije.

Jedrska zapuščina

Zaključni del jedrske verige vključuje jedrsko zapuščino za prihodnje generacije. Med katastrofama v Černobilu in Fukušimi se je umetno povzročena radioaktivnost razpršila po celem svetu približno toliko, kot je letna proizvodnja ene jedrske elektrarne. Ta vrednost ustreza samo 0,01 % količine radioaktivnosti, ki jo je sprostil človek v biosfero in je shranjena v ranljivih začasnih skladiščih.

Zagotovo bo prišlo do nadaljnje razpršitve radioaktivnih materialov, ki jih ustvarja človek, kar bi lahko povzročilo katastrofe, ki bi lahko presegale Černobil in Fukušimo, če človeštvo ne bo vložilo dovolj energije in naporov za preprečitev.

Drugi zakon termodinamike je neusmiljen.

Možnosti jedrske energije

V letu 2018 je znašala globalna bruto proizvodnja vse energije vseh virov skupaj 585 eksadžulov (EJ). Delež jedrske energije je bil 10 eksadžulov, kar ni več kot 1,7 %. Iz tega sledi, da je na splošno jedrski prispevek k zmanjšanju emisij CO2 minimalen, tudi če bi bila jedrska energija povsem brez emisij CO2.

Kakšne so možnosti za jedrsko energijo? Najbolj napredni delujoči jedrski generatorji ne morejo razcepiti več kot 0,5 % uranovih jeder v naravnem uranu, kot ga najdemo v naravi. Od začetka civilne jedrske energije v petdesetih letih 20. stoletja deluje jedrska industrija na sistemih jedrske energije, ki temeljijo na ciklu urana in plutonija, da bi lahko razcepila 30-50 % jeder v naravnem uranu.

V praksi pa nobena delujoča jedrska elektrarna ni izpolnila tega pričakovanja. Po sedmih desetletjih raziskav v sedmih državah in naložbah v vrednosti več sto milijard dolarjev se tovrstne jedrske elektrarne umikajo. Ta neuspeh se lahko pojasni s tehničnimi težavami in omejitvami, ki so posledica Drugega zakona termodinamike.

Raziskave o uporabi torija kot neto vira energije, ki temelji na ciklu torija in urana, so se začele v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Torij ni cepljiv in ga je treba v jedrskem reaktorju pretvoriti v cepljivi uran. Tehnične težave in omejitve, ki izhajajo iz drugega zakona termodinamika, še toliko bolj velja za jedrsko energijo verižno reakcijo na osnovi torija. Razvoj torijskih reaktorjev so v sedemdesetih letih ustavili.

Iz zgornjih ugotovitev izhaja, da bo tudi morebitna prihodnja jedrska tehnologija slonela na trenutno delujočih tehnologijah jedrskih reaktorjev.

Sklepi

Mnenje, da jedrska energija ne povzroča emisij CO2, je napačno in izhaja iz neupoštevanja emisij gradnje, obratovanja, vzdrževanja, pripravljalnih procesov in postopkov razgradnje jedrske elektrarne.

Pravzaprav je specifična emisija CO2 jedrske energije enaka vsoti skupnih emisij vseh procesov, brez katerih jedrska energija ne bi bila mogoča.

Emisija CO2 od zibelke do groba je med 139 in 190 g CO2 / kWh, kar je vsota sedanjih emisij (65-116 g CO2 / kWh) in latentnih emisij (74 g CO2 / kWh). Te številke so rezultat celovite snovne analize podatkov o vseh vključenih procesih, ki jih je v preteklih letih objavila jedrska industrija.

CO2 pasti: Izpusti CO2 jedrske energije se bodo v prihodnosti povečali zaradi izčrpavanja bogatih uranovih rud. Če bo svetovna proizvodnja jedrske energije ostala nespremenjena na sedanji ravni, bodo po letu 2070 jedrske emisije CO2 presegale emisije CO2 plinskih elektrarn, na enoto energije.

Jedrska zapuščina: Obratovanje jedrskih elektrarn je treba izvajati tako varno, da se preprečijo jedrske nesreče, podobne katastrofam v Černobilu in Fukušimi.

Energetski dolg: Sedanja uporaba jedrske energije zapušča znaten energijski dolg prihodnjim generacijam. Obsega prihodnje naložbe v razgradnjo in skladiščenje jedrskih odpadkov.

V letu 2018 je znašala globalna bruto proizvodnja vse energije vseh virov skupaj 585 eksadžulov (EJ). Delež jedrske energije je bil 10 eksadžulov, ne več kot 1,7 %.

Najbolj napredne vrste jedrskih elektrarn, ki trenutno delujejo ali bodo začele delovati, ne morejo cepiti več kot 0,5 % uranovih jeder, prisotnih v naravnem uranu.

Napovedi jedrske industrije, da bi neto proizvodnja energije, proizvedene z jedrskimi reaktorji, lahko cepila 30-50 % uranovih jeder v naravnem uranu, so se izkazala za neizvedljive.

Izkazalo se je, da torijske jedrske elektrarne niso izvedljive.

Neuspehe sistemov uran-plutonij in torij-uran lahko pripišemo stanju, ki ga ureja Drugi zakon termodinamike.

Tudi v prihodnje bo jedrska energija temeljila samo na sedanji tehnologiji reaktorjev.

Ozadje dokumentov

Opise procesov, izračune, metodologijo, reference in uporabljene publikacije najdete v poročilih, ki jih lahko prenesete s strani www.stormsmith.nl/reports.html. Poudariti je treba, da izvirajo vsi podatki, uporabljeni v tej analizi, iz publikacij jedrske industrije in z njo povezanih uradnih institucij ter od podjetij za pridobivanje urana.

Translated from WISE/NISR Nuclear Monitor, https://wiseinternational.org/nuclear-monitor/subscribe-nuclear-monitor

Sorodni članki

Siva voda

Matjaž Valenčič

NEK bi preživela tudi potres osme stopnje

Matjaž Valenčič

Radon, nevarni sostanovalec

Matjaž Valenčič

Komentiraj

UA-149436393-1