Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) εκτιμά ότι οι ανάγκες σε ουράνιο HALEU θα μπορούσαν να φτάσουν τους 50 μετρικούς τόνους ετησίως από το 2035 και μετά
Σε μια τολμηρή κίνηση κατά της Ρωσίας την άνοιξη του 2024, η κυβέρνηση των ΗΠΑ ανακοίνωσε ότι θα απαγόρευε την εισαγωγή ενός βασικού συστατικού για την αμερικανική ενέργεια: του εμπλουτισμένου ουρανίου.
Χωρίς επαρκές απόθεμα αυτού του βασικού πυρηνικού καυσίμου, οι ΗΠΑ δεν μπορούν να υλοποιήσουν το όραμά τους για ένα ηλεκτρικό δίκτυο βασισμένο στην καθαρή ενέργεια.
Αυτό συμβαίνει επειδή το ενεργειακό μέλλον της χώρας στηρίζεται σημαντικά σε μια νέα γενιά αντιδραστήρων που είναι διάσπαρτοι σε όλη τη χώρα.
Οι γνωστοί μικροί αρθρωτοί αντιδραστήρες (SMR), θα παράγουν αρκετή καθαρή ενέργεια για να τροφοδοτήσει σπίτια ακόμη και στις πιο απομακρυσμένες περιοχές της επικράτειας.
Δεδομένου όμως ότι αυτοί οι αντιδραστήρες βασίζονται σε έναν τύπο καυσίμου που είναι πολύ ισχυρότερος από αυτόν που χρησιμοποιείται στους σημερινούς αντιδραστήρες -το λεγόμενο ουράνιο χαμηλού εμπλουτισμού υψηλής ανάλυσης (HALEU)- οι ΗΠΑ δεν έχουν άλλη επιλογή από το να επανασχεδιάσουν τον τρόπο με τον οποίο αποκτούν και επεξεργάζονται το ουράνιο.
Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) εκτιμά ότι οι ανάγκες σε HALEU θα μπορούσαν να φτάσουν τους 50 μετρικούς τόνους ετησίως από το 2035 και μετά.
Προς το παρόν, η Ρωσία ελέγχει περίπου το 44% της παγκόσμιας ικανότητας εμπλουτισμού ουρανίου, σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.
Ενώ δεν υπάρχουν ακόμη αντιδραστήρες που να χρησιμοποιούν το HALEU για καύσιμο, υπάρχουν υπό ανάπτυξη SMR σε στάδιο επίδειξης, οι οποίοι θα είναι κρίσιμοι για την απόδειξη της τεχνολογίας.
Ενώ η μελλοντική σχέση μεταξύ των ΗΠΑ και της Ρωσίας είναι αβέβαιη, η ιστορία δείχνει ότι η Αμερική θα πρέπει να ενισχύσει τον εγχώριο εφοδιασμό της με πυρηνικά καύσιμα, ανεξάρτητα από αυτό.
Στην πραγματικότητα, τα όρια στις αμερικανικές εισαγωγές εμπλουτισμένου ουρανίου από τη Ρωσία χρονολογούνται από τη δεκαετία του 1990, σύμφωνα με τον Ken Petersen, πρώην πρόεδρο της Αμερικανικής Πυρηνικής Εταιρείας, ενός κερδοσκοπικού οργανισμού που εδρεύει στο Ιλινόις και προωθεί τον τομέα της πυρηνικής τεχνολογίας.
Αν η Αμερική ελπίζει ποτέ να τροφοδοτήσει τους μικρούς αρθρωτούς αντιδραστήρες της επόμενης γενιάς, πρέπει να βρει έναν τρόπο να παράγει αξιόπιστα εμπλουτισμένο ουράνιο χωρίς τη Ρωσία.
Και οι υπεύθυνοι έχουν καταλήξει σε ένα ανορθόδοξο βραχυπρόθεσμο σχέδιο για να συμβεί αυτό, αντλώντας ουράνιο από παλιές πυρηνικές κεφαλές.
Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες κυμαίνονται από τη γενιά 1 της δεκαετίας του 1950 και του 1960 έως τους αντιδραστήρες της γενιάς 4, οι οποίοι είναι οι προηγμένοι αντιδραστήρες HALEU SMR που αναπτύσσονται σήμερα.
Τόσο η αποδοτικότητα καύσης καυσίμου όσο και τα επίπεδα ασφάλειας έχουν βελτιωθεί στους αντιδραστήρες όλων των γενιών.
Σήμερα, υπάρχουν 94 ασφαλείς και αποδοτικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες δεύτερης και τρίτης γενιάς στις ΗΠΑ, σύμφωνα με τον Michael Goff, κύριο αναπληρωτή βοηθό γραμματέα για την πυρηνική ενέργεια στο Γραφείο Πυρηνικής Ενέργειας του Υπουργείου Ενέργειας.
Γιατί είναι ελκυστικοί οι SMR
Οι μικροί αρθρωτοί αντιδραστήρες αποτελούν ελκυστική αντικατάσταση, καθώς έχουν χαμηλότερο αρχικό κόστος και μπορούν να κατασκευαστούν σε διαφορετικές κλίμακες.
Είναι επίσης παρόμοιοι σε μέγεθος με τους σταθμούς καύσης άνθρακα, οπότε καθώς οι υπάρχοντες σταθμοί αποσύρονται, οι SMR μπορούν να έρθουν στη θέση τους, αξιοποιώντας την υπάρχουσα τοποθεσία.
Μεγάλες εταιρείες στις ΗΠΑ υποστηρίζουν ήδη έργα SMR.
Στο πλαίσιο μιας συμφωνίας ύψους 500 εκατομμυρίων δολαρίων, η Amazon συνεργάζεται με την X-energy με έδρα το Rockville του Maryland για τη χρηματοδότηση του πρώτου αντιδραστήρα στο Τέξας, όπως ανακοίνωσαν οι εταιρείες τον περασμένο Οκτώβριο.
Ο στόχος είναι να τεθούν σε λειτουργία πάνω από 5 GW έργων ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2039, το οποίο αποτελεί επί του παρόντος το πιο φιλόδοξο εμπορικό έργο μικρού αρθρωτού αντιδραστήρα μέχρι σήμερα.
Η Google ανακοίνωσε επίσης ότι συνεργάζεται με την Kairos Power με έδρα την Καλιφόρνια για την ανάπτυξη πολλαπλών αντιδραστήρων, έως 500 MW, έως το 2035.
Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι μικρών σπονδυλωτών αντιδραστήρων που αναπτύσσονται επί του παρόντος: οι SMR της 3ης γενιάς με βάση το νερό και οι προηγμένοι SMR της 4ης γενιάς.
Οι SMR της 4ης γενιάς είναι ασφαλέστεροι και φθηνότεροι στην παραγωγή.
Εάν ο αντιδραστήρας υπερθερμανθεί, θα κλείσει μόνος του.
Οι SMR της γενιάς αυτής, μπορούν επίσης να φτάσουν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από τον σημερινό στόλο πυρηνικών αντιδραστήρων και SMR με βάση το νερό, δημιουργώντας αποδοτικότητα στη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας που επιτρέπει την ανάπτυξη μικρότερων αντιδραστήρων - που απαιτούν καύσιμο ουρανίου με υψηλότερο βαθμό εμπλουτισμού.
Για τον εμπλουτισμό του ουρανίου
Ο εμπλουτισμός είναι μια χημική διεργασία που παράγει υψηλότερη συγκέντρωση ισοτόπων ουρανίου-235 ανά περιοχή σε ένα καύσιμο, και συχνά πραγματοποιείται με τη χρήση φυγοκεντρικών συσκευών αερίου, οι οποίες διαχωρίζουν τα ισότοπα.
Υπάρχουν διαφορετικές ποιότητες ουρανίου ανάλογα με το επίπεδο εμπλουτισμού ή συγκέντρωσης του ουρανίου-235:
Το χαμηλά εμπλουτισμένο ουράνιο είναι εμπλουτισμένο σε ποσοστό κάτω του 20% και χρησιμοποιείται στον σημερινό πυρηνικό στόλο των ΗΠΑ.
Είναι συμπυκνωμένο σε πάνω από 20% ουράνιο-235 και χρησιμοποιείται για πυρηνικά όπλα και σε άλλες στρατιωτικές εφαρμογές.
Το υψηλά εμπλουτισμένο ουράνιο χαμηλού βαθμού είναι συμπυκνωμένο σε ποσοστό μεταξύ 5 και 19,75% ουράνιο-235, και θα χρησιμοποιηθεί στην επόμενη γενιά πυρηνικών αντιδραστήρων- θεωρείται το μέλλον της πυρηνικής ενέργειας των ΗΠΑ
«Αυτή η διαδικασία εμπλουτισμού είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο μπορείτε να παράγετε αρκετό υλικό για να πετύχει η πυρηνική βιομηχανία των ΗΠΑ στο μέλλον», λέει ο Jeff Chamberlin, στέλεχος της Εθνικής Υπηρεσίας Πυρηνικής Ασφάλειας.
Χωρίς να υπάρχει εγκατεστημένη εγχώρια προμήθεια παραγωγής HALEU, η Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας εξάγει ουράνιο από παροπλισμένες πολεμικές κεφαλές και απόβλητα ουρανίου από παλιά πυρηνικά έργα για να αναπτύξει το ισχυρό πυρηνικό καύσιμο για μικρούς αρθρωτούς αντιδραστήρες.
Το downblending
Το downblending είναι μια διαδικασία αραίωσης η οποία λαμβάνει εξαιρετικά εμπλουτισμένο ουράνιο με συγκέντρωση άνω του 20% και το αναμειγνύει με απεμπλουτισμένο ουράνιο για να μειώσει το επίπεδο εμπλουτισμού του ουρανίου σε επίπεδα μεταξύ 5 και 19,75% - ασφαλή επίπεδα για χρήση ως πυρηνικό καύσιμο.
Όσο υψηλότερος είναι ο εμπλουτισμός, τόσο καλύτερη είναι η ενεργειακή απόδοση.
Στο 20% -για να φτάσει σε οπλικό επίπεδο- το ουράνιο εισέρχεται στην κατηγορία του HEU, οπότε το όριο για το HALEU πέφτει λίγο πιο κάτω.
Το 20% είναι το όριο για τη χρήση ουρανίου σε πολιτικές και στρατιωτικές εφαρμογές.
Η προσέγγιση του downblending δεν είναι καινούργια, αλλά είναι επί του παρόντος απαραίτητη.
«Το κάνουμε αυτό εδώ και δεκαετίες στο πλαίσιο της NNSA. Υλικό που είχε μπει στην άκρη και είχε δηλωθεί ως πλεονάζον για τις αμυντικές μας ανάγκες, είχε απομονωθεί πριν από 20-30 χρόνια για να διασφαλίσουμε ότι είχαμε προμήθειες για τους ερευνητικούς μας αντιδραστήρες και την παραγωγή ιατρικών ισοτόπων», λέει ο Chamberlin. Ωστόσο, ο ευαίσθητος χαρακτήρας του χειρισμού ουρανίου από πολεμικές κεφαλές σημαίνει ότι η διαδικασία αυτή πραγματοποιείται μόνο από κυβερνητικούς φορείς, όπως το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και η Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας.
www.worldenergynews.gr
Χωρίς επαρκές απόθεμα αυτού του βασικού πυρηνικού καυσίμου, οι ΗΠΑ δεν μπορούν να υλοποιήσουν το όραμά τους για ένα ηλεκτρικό δίκτυο βασισμένο στην καθαρή ενέργεια.
Αυτό συμβαίνει επειδή το ενεργειακό μέλλον της χώρας στηρίζεται σημαντικά σε μια νέα γενιά αντιδραστήρων που είναι διάσπαρτοι σε όλη τη χώρα.
Οι γνωστοί μικροί αρθρωτοί αντιδραστήρες (SMR), θα παράγουν αρκετή καθαρή ενέργεια για να τροφοδοτήσει σπίτια ακόμη και στις πιο απομακρυσμένες περιοχές της επικράτειας.
Δεδομένου όμως ότι αυτοί οι αντιδραστήρες βασίζονται σε έναν τύπο καυσίμου που είναι πολύ ισχυρότερος από αυτόν που χρησιμοποιείται στους σημερινούς αντιδραστήρες -το λεγόμενο ουράνιο χαμηλού εμπλουτισμού υψηλής ανάλυσης (HALEU)- οι ΗΠΑ δεν έχουν άλλη επιλογή από το να επανασχεδιάσουν τον τρόπο με τον οποίο αποκτούν και επεξεργάζονται το ουράνιο.
Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) εκτιμά ότι οι ανάγκες σε HALEU θα μπορούσαν να φτάσουν τους 50 μετρικούς τόνους ετησίως από το 2035 και μετά.
Προς το παρόν, η Ρωσία ελέγχει περίπου το 44% της παγκόσμιας ικανότητας εμπλουτισμού ουρανίου, σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.
Ενώ δεν υπάρχουν ακόμη αντιδραστήρες που να χρησιμοποιούν το HALEU για καύσιμο, υπάρχουν υπό ανάπτυξη SMR σε στάδιο επίδειξης, οι οποίοι θα είναι κρίσιμοι για την απόδειξη της τεχνολογίας.
Ενώ η μελλοντική σχέση μεταξύ των ΗΠΑ και της Ρωσίας είναι αβέβαιη, η ιστορία δείχνει ότι η Αμερική θα πρέπει να ενισχύσει τον εγχώριο εφοδιασμό της με πυρηνικά καύσιμα, ανεξάρτητα από αυτό.
Στην πραγματικότητα, τα όρια στις αμερικανικές εισαγωγές εμπλουτισμένου ουρανίου από τη Ρωσία χρονολογούνται από τη δεκαετία του 1990, σύμφωνα με τον Ken Petersen, πρώην πρόεδρο της Αμερικανικής Πυρηνικής Εταιρείας, ενός κερδοσκοπικού οργανισμού που εδρεύει στο Ιλινόις και προωθεί τον τομέα της πυρηνικής τεχνολογίας.
Αν η Αμερική ελπίζει ποτέ να τροφοδοτήσει τους μικρούς αρθρωτούς αντιδραστήρες της επόμενης γενιάς, πρέπει να βρει έναν τρόπο να παράγει αξιόπιστα εμπλουτισμένο ουράνιο χωρίς τη Ρωσία.
Και οι υπεύθυνοι έχουν καταλήξει σε ένα ανορθόδοξο βραχυπρόθεσμο σχέδιο για να συμβεί αυτό, αντλώντας ουράνιο από παλιές πυρηνικές κεφαλές.
Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες κυμαίνονται από τη γενιά 1 της δεκαετίας του 1950 και του 1960 έως τους αντιδραστήρες της γενιάς 4, οι οποίοι είναι οι προηγμένοι αντιδραστήρες HALEU SMR που αναπτύσσονται σήμερα.
Τόσο η αποδοτικότητα καύσης καυσίμου όσο και τα επίπεδα ασφάλειας έχουν βελτιωθεί στους αντιδραστήρες όλων των γενιών.
Σήμερα, υπάρχουν 94 ασφαλείς και αποδοτικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες δεύτερης και τρίτης γενιάς στις ΗΠΑ, σύμφωνα με τον Michael Goff, κύριο αναπληρωτή βοηθό γραμματέα για την πυρηνική ενέργεια στο Γραφείο Πυρηνικής Ενέργειας του Υπουργείου Ενέργειας.
Γιατί είναι ελκυστικοί οι SMR
Οι μικροί αρθρωτοί αντιδραστήρες αποτελούν ελκυστική αντικατάσταση, καθώς έχουν χαμηλότερο αρχικό κόστος και μπορούν να κατασκευαστούν σε διαφορετικές κλίμακες.
Είναι επίσης παρόμοιοι σε μέγεθος με τους σταθμούς καύσης άνθρακα, οπότε καθώς οι υπάρχοντες σταθμοί αποσύρονται, οι SMR μπορούν να έρθουν στη θέση τους, αξιοποιώντας την υπάρχουσα τοποθεσία.
Μεγάλες εταιρείες στις ΗΠΑ υποστηρίζουν ήδη έργα SMR.
Στο πλαίσιο μιας συμφωνίας ύψους 500 εκατομμυρίων δολαρίων, η Amazon συνεργάζεται με την X-energy με έδρα το Rockville του Maryland για τη χρηματοδότηση του πρώτου αντιδραστήρα στο Τέξας, όπως ανακοίνωσαν οι εταιρείες τον περασμένο Οκτώβριο.
Ο στόχος είναι να τεθούν σε λειτουργία πάνω από 5 GW έργων ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2039, το οποίο αποτελεί επί του παρόντος το πιο φιλόδοξο εμπορικό έργο μικρού αρθρωτού αντιδραστήρα μέχρι σήμερα.
Η Google ανακοίνωσε επίσης ότι συνεργάζεται με την Kairos Power με έδρα την Καλιφόρνια για την ανάπτυξη πολλαπλών αντιδραστήρων, έως 500 MW, έως το 2035.
Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι μικρών σπονδυλωτών αντιδραστήρων που αναπτύσσονται επί του παρόντος: οι SMR της 3ης γενιάς με βάση το νερό και οι προηγμένοι SMR της 4ης γενιάς.
Οι SMR της 4ης γενιάς είναι ασφαλέστεροι και φθηνότεροι στην παραγωγή.
Εάν ο αντιδραστήρας υπερθερμανθεί, θα κλείσει μόνος του.
Οι SMR της γενιάς αυτής, μπορούν επίσης να φτάσουν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από τον σημερινό στόλο πυρηνικών αντιδραστήρων και SMR με βάση το νερό, δημιουργώντας αποδοτικότητα στη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας που επιτρέπει την ανάπτυξη μικρότερων αντιδραστήρων - που απαιτούν καύσιμο ουρανίου με υψηλότερο βαθμό εμπλουτισμού.
Για τον εμπλουτισμό του ουρανίου
Ο εμπλουτισμός είναι μια χημική διεργασία που παράγει υψηλότερη συγκέντρωση ισοτόπων ουρανίου-235 ανά περιοχή σε ένα καύσιμο, και συχνά πραγματοποιείται με τη χρήση φυγοκεντρικών συσκευών αερίου, οι οποίες διαχωρίζουν τα ισότοπα.
Υπάρχουν διαφορετικές ποιότητες ουρανίου ανάλογα με το επίπεδο εμπλουτισμού ή συγκέντρωσης του ουρανίου-235:
Το χαμηλά εμπλουτισμένο ουράνιο είναι εμπλουτισμένο σε ποσοστό κάτω του 20% και χρησιμοποιείται στον σημερινό πυρηνικό στόλο των ΗΠΑ.
Είναι συμπυκνωμένο σε πάνω από 20% ουράνιο-235 και χρησιμοποιείται για πυρηνικά όπλα και σε άλλες στρατιωτικές εφαρμογές.
Το υψηλά εμπλουτισμένο ουράνιο χαμηλού βαθμού είναι συμπυκνωμένο σε ποσοστό μεταξύ 5 και 19,75% ουράνιο-235, και θα χρησιμοποιηθεί στην επόμενη γενιά πυρηνικών αντιδραστήρων- θεωρείται το μέλλον της πυρηνικής ενέργειας των ΗΠΑ
«Αυτή η διαδικασία εμπλουτισμού είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο μπορείτε να παράγετε αρκετό υλικό για να πετύχει η πυρηνική βιομηχανία των ΗΠΑ στο μέλλον», λέει ο Jeff Chamberlin, στέλεχος της Εθνικής Υπηρεσίας Πυρηνικής Ασφάλειας.
Χωρίς να υπάρχει εγκατεστημένη εγχώρια προμήθεια παραγωγής HALEU, η Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας εξάγει ουράνιο από παροπλισμένες πολεμικές κεφαλές και απόβλητα ουρανίου από παλιά πυρηνικά έργα για να αναπτύξει το ισχυρό πυρηνικό καύσιμο για μικρούς αρθρωτούς αντιδραστήρες.
Το downblending
Το downblending είναι μια διαδικασία αραίωσης η οποία λαμβάνει εξαιρετικά εμπλουτισμένο ουράνιο με συγκέντρωση άνω του 20% και το αναμειγνύει με απεμπλουτισμένο ουράνιο για να μειώσει το επίπεδο εμπλουτισμού του ουρανίου σε επίπεδα μεταξύ 5 και 19,75% - ασφαλή επίπεδα για χρήση ως πυρηνικό καύσιμο.
Όσο υψηλότερος είναι ο εμπλουτισμός, τόσο καλύτερη είναι η ενεργειακή απόδοση.
Στο 20% -για να φτάσει σε οπλικό επίπεδο- το ουράνιο εισέρχεται στην κατηγορία του HEU, οπότε το όριο για το HALEU πέφτει λίγο πιο κάτω.
Το 20% είναι το όριο για τη χρήση ουρανίου σε πολιτικές και στρατιωτικές εφαρμογές.
Η προσέγγιση του downblending δεν είναι καινούργια, αλλά είναι επί του παρόντος απαραίτητη.
«Το κάνουμε αυτό εδώ και δεκαετίες στο πλαίσιο της NNSA. Υλικό που είχε μπει στην άκρη και είχε δηλωθεί ως πλεονάζον για τις αμυντικές μας ανάγκες, είχε απομονωθεί πριν από 20-30 χρόνια για να διασφαλίσουμε ότι είχαμε προμήθειες για τους ερευνητικούς μας αντιδραστήρες και την παραγωγή ιατρικών ισοτόπων», λέει ο Chamberlin. Ωστόσο, ο ευαίσθητος χαρακτήρας του χειρισμού ουρανίου από πολεμικές κεφαλές σημαίνει ότι η διαδικασία αυτή πραγματοποιείται μόνο από κυβερνητικούς φορείς, όπως το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και η Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας.
www.worldenergynews.gr
