Przydomowy reaktor nuklearny. Sprawdzam, czy mógłby zastąpić fotowoltaikę

Reaktor nuklearny w przydomowym ogródku? Na pierwszy rzut oka tytuł może jawić się niczym wstęp do noweli science fiction. Niemniej koncept małych urządzeń nuklearnych, które pozwalałyby na zasilenie niewielkich obiektów, choć raczej osiedli i hal fabrycznych niż domów, nie jest nowością. Jak dziś wyglądają te pomysły? Nad jakimi projektami dziś się pracuje? Czy taka produkcja energii jest dziś mrzonką, czy realnym pomysłem? Pytań jest więcej, czas sobie to poukładać i poznać odpowiedzi.

Reaktory klasyczne

Zacznijmy od samych reaktorów. Słysząc pojęcie „reaktor jądrowy” zwykle w naszych umysłach pojawiają się obrazy dużych, przemysłowych obiektów, takich jak elektrownie atomowe. Oczywiście wielu z nas pomyśli o dwóch tego typu placówkach: tej w Czarnobylu w Ukrainie oraz elektrowni jądrowej Fukushima-Daichi w Japonii. To nie jest przypadek, dwie największe katastrofy nuklearne w dziejach energetyki jądrowej wydarzyły się właśnie w tych dwóch obiektach. A nic tak dobrze nie trafia do masowego odbiorcy jak złe wiadomości.

Według danych systemu PRIS (Power Reactor Information System) zarządzanego przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (IAEA – International Atomic Energy Agency) aktualnie na świecie funkcjonuje 417 reaktorów nuklearnych w siłowniach, których głównym zadaniem jest produkcja energii elektrycznej. Łączna moc zainstalowana światowej energetyki nuklearnej to nieco ponad 377 GWe. Najnowszym reaktorem, który pojawia się w danych systemu PRISM jest indyjski reaktor Rajasthan-7 o mocy 630 MWe, uruchomiony i wpięty do sieci energetycznej 17 marca br.

Olbrzymia większość tych reaktorów, działających w dużych elektrowniach atomowych to bardzo duże fizycznie instalacje, w żadnym razie nieadaptowalne do tego, by mogły służyć w mniejszej skali, do zasilenia choćby małego osiedla, nie mówiąc o pojedynczej nieruchomości. Jednak klasyczne reaktory, te z dużych elektrowni atomowych to przecież nie jedyny typ reaktorów znany nauce i inżynierii.

Reaktory SMR i mikroreaktory nuklearne (MMR)

Małe reaktory modułowe (SMR – Small Modular Reactor), zgodnie z definicją Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej, to zaawansowane reaktory o mocy elektrycznej do 300 MWe na moduł. Kluczową cechą SMR jest nie tyle generowana przez nich moc (sporo niższa od klasycznych dużych reaktorów w elektrowniach atomowych), ale przede wszystkim ich „modułowość”, która odnosi się zarówno do możliwości budowy skalowalnej elektrowni z wielu modułów SMR, jak i do produkcji głównych komponentów w fabryce, a następnie transportowania ich na miejsce instalacji. To zupełnie inne podejście niż w przypadku wielu klasycznych reaktorów, gdzie urządzenie było po prostu budowane na miejscu, w powstającej elektrowni atomowej. Strategia przyjęta w przypadku reaktorów SMR ma na celu skrócenie czasu budowy, poprawę kontroli jakości i potencjalne obniżenie kosztów dzięki efektowi skali w produkcji seryjnej.

Nas najbardziej interesuje jeszcze jedna kategoria, tzw. mikroreaktory jądrowe (MMR, skrót od Micro Modular Reactor). Zwane najczęściej po prostu mikroreaktorami urządzenia, stanowią podzbiór SMR, charakteryzujący się jeszcze mniejszą skalą i specyficznymi cechami konstrukcyjnymi.

Jednak od razu warto zaznaczyć, że nie ma tu ścisłych definicji, ale typowo przyjmuje się, że moc reaktora typu MMR nie powinna przekraczać 10-20 MWe, choć amerykański Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE; Department of Energy) w swoim programie obejmuje w kategorii MMR także jednostki o mocy do 50 MWe. W dalszej części przedstawię konkretne przykłady projektów MMR, tymczasem przyjrzyjmy się ogólnym cechom tego typu instalacji.

Cechy reaktorów MMR

Mikroreaktory charakteryzują się pewnymi cechami, które pozwalają łatwo rozpoznać, że właśnie z tego typu urządzeniem mamy do czynienia. Te cechy to m.in.:

• Fabryczna produkcja całej jednostki. W przeciwieństwie do większych reaktorów, które powstają w sposób rozproszony (wiele komponentów wytwarzanych przez wiele fabryk, montaż na miejscu w elektrowni), MMR-y są tak projektowane, by cała jednostka reaktora mogła być zmontowana i przetestowana w fabryce.
• Transport. MMR-y mają kompaktowe rozmiary, co pozwala na transport gotowego reaktora do miejsca, w którym ma on produkować energię.
• Potencjalna autonomia i zdalna obsługa: wiele projektów MMR zakłada wysoki stopień automatyzacji i samoregulacji, co ma umożliwić pracę z minimalnym nadzorem na miejscu lub nawet zdalne sterowanie i bezobsługowość ze strony użytkownika danego rozwiązania.
• Na klasyczny reaktor czeka się długo (całe lata). Projekty MMR zakładają szybkie wdrożenie danego rozwiązania, może nie jest to kwestia godzin, czy dni, ale raczej miesięcy niż lat, choć najnowsze projekty z racji swojej świeżości mogą napotykać opóźnienia (więcej o konkretnych przykładach w dalszej części), ze względu na wiele kwestii proceduralnych, związanych z dostosowaniem przepisów i regulacji, których dla reaktorów MMR po prostu brakuje.
• Szybkie wdrożenie: produkcja fabryczna i uproszczona instalacja mają znacząco skrócić czas od zamówienia do uruchomienia reaktora.

MMR to nie bateria jądrowa

W naszym serwisie wielokrotnie omawialiśmy tzw. baterie jądrowe, takie jak chiński projekt betawoltaicznej baterii o żywotności 50 lat czy rozwiązanie opracowane przez koreańskich naukowców. To zupełnie inne technologie niż mikroreaktory modułowe (MMR). MMR nie mają także nic wspólnego z radioizotopowymi generatorami termoelektrycznymi (RTG), stosowanymi w misjach kosmicznych, np. w sondach Voyager, które od niemal 50 lat korzystają z RTG w miejscach, gdzie panele słoneczne są niewystarczające.

Kluczowa różnica między tymi rozwiązaniami a MMR dotyczy źródła energii. Baterie jądrowe, w tym betawoltaiczne i RTG, wykorzystują energię z naturalnego rozpadu izotopów radioaktywnych – ciepło w przypadku RTG lub energię cząstek z rozpadu beta w betawoltaice. MMR natomiast działają w oparciu o kontrolowaną reakcję łańcuchową rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków, podobnie jak klasyczne reaktory w elektrowniach jądrowych.

MMR to pełnoprawne reaktory jądrowe, choć w mniejszej skali. Niestety, w wielu publikacjach mikroreaktory błędnie nazywa się „bateriami jądrowymi”, co wprowadza zamieszanie i zaciera różnice między tymi technologiami.

Mikroreaktor w ogłoszeniu (żart)

Temat mikroreaktorów jako źródła energii pozwalającego uniezależnić się od prądu z sieci czy niestabilności OZE był również przedmiotem żartów. Na przykład w popularnym polskim serwisie ogłoszeniowym w 2021 roku opublikowane została (już dawno nieaktualne) następujące ogłoszenie:

Ogłoszenie, które śmiało możemy potraktować jako żart (niektórzy interpretowali je także jako próbę oszustwa) nie neguje jednak sensowności instalacji, o których jest ten materiał. Jednak należy wyraźnie odróżnić takie żarty od poważnych prac badawczo-rozwojowych nad technologiami MMR prowadzonych przez renomowane instytucje i firmy. Pożartowaliśmy sobie, teraz czas skupić się na poważniejszych kwestiach.

Dosłownie przydomowy reaktor to jeszcze fikcja, ale rzeczywiste projekty MMR istnieją

Wizja reaktora jądrowego w każdym domu pozostaje w sferze fikcji z powodu poważnych barier technologicznych, ekonomicznych, regulacyjnych i społecznych, takich jak wysokie koszty, skomplikowane przepisy czy obawy o bezpieczeństwo. Rozwój mikroreaktorów modułowych (MMR) stanowi jednak krok w kierunku decentralizacji energetyki jądrowej, przesuwając paradygmat z dużych, scentralizowanych elektrowni na mniejsze, elastyczne jednostki. Mogą one zasilać lokalne społeczności, zakłady przemysłowe czy odległe instalacje, odpowiadając na potrzebę bardziej rozproszonych źródeł energii. Jak zatem wyglądają możliwości mikroreaktorów jądrowych w zastosowaniach rozproszonych? Odpowiedzmy sobie na to pytanie poznając konkretne projekty mikroinstalacji nuklearnych.

NANO Nuclear Kronos

Projekt firmy NANO Nuclear Energy Inc. to wysokotemperaturowy mikroreaktor modułowy chłodzony helem, zasilany paliwem HALEU (wysoko wzbogaconym uranem o wzbogaceniu 5–20% U-235) w formie cząstek TRISO. Te kuliste cząstki paliwa, osadzone w matrycy z węglika krzemu, są wysoce odporne na wysokie temperatury i promieniowanie, zapewniając bezpieczeństwo i trwałość. Dla porównania, klasyczne elektrownie jądrowe używają paliwa LEU (3–5% U-235), które wymaga częstszej wymiany.

Kronos, oparty na technologii przejętej od Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC), oferuje moc elektryczną w zakresie 5–15 MWe i termiczną 15–45 MWth, w zależności od konfiguracji, przy sprawności około 33%, porównywalnej z dużymi reaktorami. Deklarowana żywotność rdzenia bez wymiany paliwa wynosi 20 lat. Reaktor wyróżnia się pasywnymi systemami bezpieczeństwa – paliwo TRISO jest wysoce odporne na stopienie, a ujemny współczynnik reaktywności automatycznie wygasza reakcję w razie destabilizacji.

NANO Nuclear planuje budowę reaktora badawczego we współpracy z University of Illinois Urbana-Champaign, firma nie podała jednak dokładnego terminu jego uruchomienia. Dzięki znacznej mocy i wysokiej temperaturze roboczej (temperatura wyjściowa helu to 660°C, z potencjałem do 950°C w przyszłości.), Kronos może zasilać odległe kopalnie, zakłady przemysłowe lub izolowane społeczności, a także dostarczać ciepło procesowe lub wspierać produkcję wodoru.

Westinghouse eVinci

Mikroreaktor eVinci, rozwijany przez firmę Westinghouse, to kompaktowy reaktor wykorzystujący innowacyjne pasywne rurki cieplne do transportu ciepła z rdzenia, eliminując potrzebę pomp i tradycyjnego chłodziwa w obiegu pierwotnym. Zasilany jest paliwem HALEU (wzbogacenie 19,75% U-235) w formie cząstek TRISO na bazie tlenowęglika uranu (UCO), co zapewnia wysoką odporność na temperatury i promieniowanie.

Reaktor oferuje moc elektryczną 5 MWe i termiczną 13–15 MWth, przy żywotności rdzenia szacowanej na ponad 8 lat pracy z pełną mocą. Zaprojektowany do instalacji naziemnej, nie wymaga dostępu do wody chłodzącej, co zwiększa jego elastyczność. Bezpieczeństwo opiera się na pasywnych rurkach cieplnych, inherentnej odporności paliwa TRISO oraz dodatkowych pasywnych systemach usuwania ciepła powyłączeniowego. Reaktor umożliwia zdalny monitoring i sterowanie, minimalizując potrzebę obsługi na miejscu.

Projekt jest aktywnie rozwijany przy wsparciu programu DOE ARDP (Department of Energy Advanced Reactor Demonstration Program). Westinghouse zakończyło kluczową fazę projektowania i planuje test prototypu w ośrodku NRIC DOME (oznacza National Reactor Innovation Center Demonstration of Microreactor Experiments) w Idaho National Laboratory w 2026 roku. Firma współpracuje z regulatorem, czyli amerykańską Komisją Regulacji Jądrowych (NRC – Nuclear Regulatory Commission) od 2021 roku i rozpoczęła produkcję komponentów, takich jak pełnowymiarowe rurki cieplne. Planowana jest także budowa reaktora badawczego na Penn State University, a Westinghouse otrzymało warunkową alokację paliwa HALEU od DOE (Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych).

Dzięki kompaktowości i wszechstronności eVinci może zasilać odległe społeczności, kopalnie, bazy wojskowe czy infrastrukturę krytyczną. Wysoka temperatura robocza umożliwia dostarczanie ciepła dla przemysłu, ciepłownictwa oraz produkcję wodoru, a reaktor może pełnić funkcję jednostki badawczej.

Oklo Aurora

Mikroreaktor Aurora, rozwijany przez firmę Oklo, to reaktor prędki chłodzony pasywnie za pomocą rurek cieplnych, wykorzystujący nadkrytyczny obieg dwutlenku węgla (CO2) do konwersji ciepła na energię elektryczną. Zasilany jest paliwem HALEU w formie stopu metalicznego uranu i cyrkonu (U-Zr), co pozwala na kompaktową konstrukcję i długotrwałą pracę.

Początkowo projektowana na moc 1,5 MWe i 4 MWth, Aurora została przeskalowana do wariantów o mocy 15 MWe, 50 MWe, a nawet 75 MWe, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu, szczególnie ze strony centrów danych. Deklarowana żywotność rdzenia wynosi ponad 10 lat, a reaktor jest instalowany pod ziemią, co zwiększa bezpieczeństwo i minimalizuje wpływ na otoczenie.

Bezpieczeństwo opiera się na pasywnym chłodzeniu rurkami cieplnymi oraz inherentnych cechach reaktorów prędkich, takich jak silny ujemny współczynnik reaktywności, który automatycznie wygasza reakcję w razie destabilizacji. Projekt czerpie z doświadczeń historycznego reaktora prędkiego EBR-II, zapewniając wysoki poziom niezawodności.

Oklo aktywnie rozwija projekt, współpracując z Nuclear Regulatory Commission (NRC) w ramach procesu pre-aplikacyjnego po nieudanej próbie uzyskania licencji w 2022 roku. Firma planuje złożyć nową aplikację licencyjną w czwartym kwartale 2025 roku, z celem uruchomienia pierwszego komercyjnego reaktora w Idaho National Laboratory (INL) pod koniec 2027 lub na początku 2028 roku.

Rozpoczęto wstępne prace w INL oraz planowanie zakładu produkcji paliwa HALEU. Oklo deklaruje umowy na dostawę ponad 14 GW mocy, głównie dla sektora centrów danych, ale na razie są to umowy ramowe, a nie gwarantowane kontrakty. Dzięki elastyczności i skalowalności Aurora może zasilać centra danych, zakłady przemysłowe, odległe społeczności oraz instalacje wojskowe, oferując stabilną alternatywę dla zmiennych źródeł odnawialnych.

Radiant Kaleidos

Mikroreaktor Kaleidos, rozwijany przez firmę Radiant, to wysokotemperaturowy reaktor chłodzony helem (HTGR), zasilany paliwem HALEU w formie cząstek TRISO formowanych w kompaktach cylindrycznych. System jest zaprojektowany do transportu w standardowym kontenerze, co ułatwia jego instalację w różnorodnych lokalizacjach.

Reaktor generuje moc elektryczną 1,2 MWe i termiczną 3–3,5 MWth, z żywotnością rdzenia szacowaną na 5 lat (z możliwością wydłużenia tego czasu). Chłodzenie odbywa się za pomocą powietrza, wykorzystując wymuszony obieg wentylatorami oraz pasywną konwekcję naturalną, co eliminuje potrzebę dostępu do wody i zwiększa elastyczność zastosowań.

Bezpieczeństwo opiera się na inherentnej odporności paliwa TRISO, które jest wysoce odporne na stopienie, oraz pasywnym chłodzeniu powietrzem, które działa nawet w razie awarii. Te cechy minimalizują ryzyko incydentów i umożliwiają prostą obsługę.

Projekt jest wspierany przez Departament Energii USA (DOE) poprzez vouchery GAIN. Radiant zakończyło fazę projektowania i planuje test prototypu w ośrodku NRIC DOME w Idaho National Laboratory, z możliwym startem w 2026 roku. Firma prowadzi interakcje pre-aplikacyjne z regulatorem NRC od 2022 roku i otrzymała warunkową alokację paliwa HALEU od DOE.

Kaleidos jest przeznaczony głównie do zastępowania generatorów diesla w odległych lokalizacjach, takich jak wioski czy instalacje przemysłowe, oraz do zapewnienia zasilania awaryjnego dla infrastruktury krytycznej, w tym szpitali, baz wojskowych i centrów danych. Jego kompaktowość i prostota czynią go szczególnie atrakcyjnym dla rozproszonych zastosowań.

Polski akcent: HTGR-POLA

Wśród reaktorów MMR mamy też polski akcent. Reaktor HTGR-POLA (POLski Atomowy), rozwijany przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku, to wysokotemperaturowy reaktor chłodzony helem (HTGR) typu badawczo-demonstracyjnego. Wykorzystuje paliwo HALEU w formie cząstek TRISO osadzonych w pryzmatycznym rdzeniu grafitowym, umożliwiając produkcję wysokotemperaturowego ciepła dla zastosowań przemysłowych.

Reaktor oferuje moc termiczną 30 MWt, z temperaturą helu na wyjściu sięgającą 750°C. Chłodzenie helem w obiegu o ciśnieniu 6 MPa oraz wtórny obieg wodno-parowy (13,8 MPa) zapewniają efektywną konwersję energii. Żywotność rdzenia, choć nieokreślona w szczegółach, jest projektowana z myślą o długotrwałej pracy, typowej dla HTGR. Kompaktowe wymiary (zbiornik ciśnieniowy: 4,1 m średnicy, 12,3 m wysokości) ułatwiają potencjalną integrację z infrastrukturą przemysłową.

Bezpieczeństwo opiera się na inherentnej odporności paliwa TRISO, które jest wysoce odporne na stopienie, oraz pasywnych mechanizmach chłodzenia, minimalizujących ryzyko awarii. Projekt czerpie z doświadczeń polskiego reaktora badawczego MARIA (który jest jednak reaktorem zupełnie innego typu, lekkowodnym) oraz japońskiego HTTR, we współpracy z Japan Atomic Energy Agency (JAEA).

Projekt HTGR-POLA osiągnął wysoki poziom gotowości technologicznej, z ukończonym projektem podstawowym i znaczną częścią Wstępnego Raportu Bezpieczeństwa (WRB) w grudniu 2024 roku. NCBJ współpracuje z AGH w Krakowie i Energoprojekt-Katowice, planując dalsze prace licencjonowania przez Państwową Agencję Atomistyki (PAA). Jednak w 2025 roku pojawiły się doniesienia o wstrzymaniu finansowania projektu, co budzi obawy o jego wykonalność. Mimo to, NCBJ kontynuuje badania materiałowe i przygotowania do potencjalnej budowy, wspierane przez europejskie inicjatywy, takie jak European Industrial Alliance on SMRs.

HTGR-POLA jest przeznaczony do dostarczania wysokotemperaturowego ciepła procesowego dla przemysłu chemicznego i petrochemicznego, kogeneracji energii elektrycznej i ciepła dla lokalnych społeczności oraz produkcji wodoru. Może przyczynić się do dekarbonizacji sektorów trudnych do zelektryfikowania, oferując alternatywę dla paliw kopalnych.

Który z nich najbardziej „przydomowy”?

Gdybyśmy spróbowali czysto hipotetycznie, ignorując np. regulacje i koszty wybrać ten najbardziej „przydomowy”, to wydaje się nim być MMR Radiant Kaleidos, ze względu na najmniejszą moc (1,2 MWe), kompaktowość (transport w kontenerze), chłodzenie powietrzem eliminujące potrzebę wody oraz prostotę instalacji, co czyni go odpowiednim do zastępowania generatorów diesla w małych, odległych lokalizacjach, takich jak wioski czy szpitale.

Jednak w praktyce jeszcze raz podkreślę, że żaden z reaktorów nie nadaje się do dosłownego użytku w pojedynczym domu. Kaleidos jest najbliższy wizji rozproszonego, lokalnego źródła energii dla niewielkich społeczności lub obiektów. Jego ograniczeniem jest krótka żywotność rdzenia (5 lat), co może zwiększać koszty w porównaniu do np. eVinci (8+ lat) czy Kronosa (20 lat).

Westinghouse eVinci jest bliskim konkurentem dzięki zdalnemu sterowaniu i braku potrzeby wody, ale jego większa moc (5 MWe) i fokus na większe instalacje (kopalnie, bazy wojskowe) czynią go mniej „przydomowym”. Pozostałe projekty, zwłaszcza HTGR-POLA, są zbyt duże lub przemysłowe, by pasować do tego kryterium.

Mały reaktor, duże bariery

Na razie skupiliśmy się na kwestiach technicznych, jednak pomimo medialnego zainteresowania i istniejących koncepcji, idea instalowania reaktorów jądrowych w skali pojedynczego domu lub małego osiedla mieszkalnego jest obecnie i w dającej się przewidzieć przyszłości całkowicie nierealistyczna. Wynika to z szeregu fundamentalnych barier.

Bariera nr 1: to nie jest sprzęt „plug-and-play”

Owszem mikroreaktory są znacznie mniejsze od tradycyjnych elektrowni, ale nadal pozostają skomplikowanymi urządzeniami jądrowymi. Wymagają one specjalistycznej wiedzy i infrastruktury do instalacji, obsługi, konserwacji, monitoringu i zapewnienia bezpieczeństwa. Nie są to urządzenia typu „plug-and-play”, które mogłyby być obsługiwane przez przeciętnego użytkownika, w przeciwieństwie do domowych paneli fotowoltaicznych czy małych turbin wiatrowych. Konieczność zapewnienia niezawodnego działania systemów bezpieczeństwa, kontroli reaktywności i integralności barier ochronnych wyklucza zastosowanie w skali indywidualnej.

Bariera nr 2: ekonomia

Nawet przy najbardziej (wręcz ekstremalnie) optymistycznych założeniach dotyczących redukcji kosztów dzięki produkcji seryjnej reaktorów MMR (której jeszcze nie ma, nigdzie na świecie), szacowany koszt jednostkowy mikroreaktora liczony jest co najmniej w dziesiątkach milionów dolarów (zależnie od projektu). Na przykład Westinghouse szacuje, że ich mikroreaktor eVinci będzie kosztował od 90 do 120 milionów dolarów dla pierwszych jednostek, z potencjałem spadku do około 60 milionów dolarów za egzemplarz, przy zwiększonej produkcji. Kaleidos jest projektowany jako mniejszy reaktor, co potencjalnie może przełożyć się na niższą cenę, ale Radiant na razie w ogóle nie definiuje choćby szacowanych kwot, co nie zmienia faktu, że mowa o sumach rzędu milionów dolarów.

Jest to kwota astronomiczna dla pojedynczego gospodarstwa domowego, a nawet dla większości małych wspólnot czy osiedli. Do tego dochodzą znaczące koszty związane z zakupem lub leasingiem paliwa (zwłaszcza HALEU, które dodatkowo jest obłożone obostrzeniami ze względu na większy udział wzbogaconego U-235, który potencjalnie jest składnikiem broni nuklearnej), ubezpieczeniem od odpowiedzialności cywilnej (które w przypadku obiektów jądrowych jest niezwykle wysokie), zapewnieniem ochrony fizycznej obiektu, bieżącą obsługą i konserwacją przez wykwalifikowany personel oraz ostateczną likwidacją reaktora i zagospodarowaniem odpadów promieniotwórczych. Łączne koszty cyklu życia czynią takie zastosowanie całkowicie nieopłacalnym.

Bariera nr 3: prawo

Systemy prawne regulujące energetykę jądrową na całym świecie są niezwykle rygorystyczne i obejmują szczegółowe wymagania dotyczące projektowania, lokalizacji, budowy, eksploatacji, ochrony fizycznej, postępowania z materiałami jądrowymi, kwalifikacji personelu, planowania awaryjnego i zarządzania odpadami. Spełnienie tych wymagań jest procesem złożonym, długotrwałym i kosztownym, praktycznie wykluczającym możliwość licencjonowania i eksploatacji reaktora jądrowego w skali indywidualnego domu lub małego osiedla. Kwestie takie jak odpowiedzialność cywilna w razie awarii również stanowią trudną do pokonania przeszkodę prawną.

Bariera nr 4: zarządzanie ryzykiem

Rozproszenie tysięcy małych reaktorów w środowisku mieszkalnym stworzyłoby niemożliwe do zarządzania ryzyko związane z ochroną fizyczną przed kradzieżą materiałów jądrowych (zwłaszcza atrakcyjnego proliferacyjnie HALEU), sabotażem czy terroryzmem. Zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa i nadzoru nad tak dużą liczbą obiektów byłoby niewykonalne.

Bariera nr 5: gospodarka odpadami

Logistyka bezpiecznego zbierania, transportu i długoterminowego składowania wypalonego paliwa pochodzącego z tysięcy małych, rozproszonych jednostek stanowiłaby ogromne wyzwanie techniczne i organizacyjne.

Bariera nr 6: społeczna akceptacja

Jest wysoce nieprawdopodobne, aby społeczeństwo zaakceptowało perspektywę posiadania reaktorów jądrowych w bezpośrednim sąsiedztwie domów, nawet jeśli byłyby one reklamowane jako „bezpieczne”. Obawy związane z promieniowaniem, awariami i odpadami są zbyt głęboko zakorzenione.

Dyskusja o „przydomowych reaktorach” jest zatem bardziej symptomem ogólnego poszukiwania przełomowych, kompaktowych i potencjalnie autonomicznych źródeł nowoczesnej i bezemisyjnej energii (reaktory nie emitują CO2), niż odzwierciedleniem realistycznej ścieżki rozwoju technologicznego w kontekście zasilania energią mieszkań, domów czy nawet małych osiedli na obszarach zurbanizowanych (czyli tam, gdzie dostęp do energii jako takiej jest względnie łatwy).

Realne scenariusze wykorzystania mikroreaktorów

Prawdziwy potencjał mikroreaktorów jądrowych leży w zastosowaniach na większą skalę niż indywidualne gospodarstwo domowe, ale mniejszą niż tradycyjne elektrownie. Realistyczne scenariusze wdrożenia, wskazywane przez samych projektantów mikroreaktorów obejmują m.in. zasilanie odległych społeczności i instalacji, tam, gdzie koszt energii z dieslowskich generatorów jest bardzo wysoki, a alternatyw nie ma, nie mówiąc o dostępie do sieci.

Mikroreaktory mogą być też uzasadnionym ekonomicznie rozwiązaniem energetycznym dla zakładów przemysłowych, zwłaszcza że mogą dostarczyć nie tylko energii elektrycznej, ale i dużą ilość (względnie) ciepła procesowego dla kopalń, zakładów chemicznych, hut, etc. Podobnie mogą one mieć sens użytkowy w kontekście zasilania infrastruktury krytycznej, takiej jak np. zapewnienie ciągłości działania baz wojskowych, szpitali, centrów danych, systemów komunikacyjnych.

Wspomniane wcześniej projekty MMR to w obecnym dziś kształcie przede wszystkim prototypy i projekty badawcze, co wpisuje się w kolejny realny scenariusz: użycie mikroreaktorów jako urządzeń badawczych, szkoleniowych, czy urządzeń integrowanych z lokalnymi sieciami dystrybucyjnymi, gdzie MMR w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii zapewniałby dodatkową stabilność zasilania i niezawodność dla określonego obszaru (np. parku przemysłowego).

Mikroreaktory nuklearne a OZE

Na koniec czas zając się pytaniem postawionym już w tytule niniejszego materiału. Czy potencjalnie mikroreaktor nuklearny może zastąpić OZE (fotowoltaikę, turbiny wiatrowe)?

Przede wszystkim MMR-y, jako źródła jądrowe, są w stanie dostarczać energię w sposób stabilny i przewidywalny, niezależnie od warunków pogodowych, pory dnia czy roku. Mogą pracować w trybie mocy bazowej (baseload), dostarczając stałą ilość energii, lub potencjalnie w trybie „load-following”, dostosowując swoją moc do bieżącego zapotrzebowania w sieci (zależy to od konkretnego projektu, jeden z wcześniej wymienionych przykładów prezentował reaktor proponowany dla centrów danych o elastycznym doborze mocy).

Oczekuje się, że mikroreaktory będą charakteryzować się bardzo wysokim współczynnikiem wykorzystania mocy (capacity factor), potencjalnie przekraczającym 90-95%, podobnie jak duże elektrownie jądrowe. Dlaczego to jest istotne? To kwestia ekonomii. Już wyżej zaznaczyłam poważne wątpliwości związane z rzeczywistymi kosztami reaktorów MMR. Jakikolwiek reaktor, który jest wykorzystywany w dużo mniejszym stopniu od podanego wyżej progu, przestaje być po prostu rentowny praktycznie w jakimkolwiek scenariuszu (przy założeniu, że istnieją energetyczne alternatywy). Dotyczy to zresztą nie tylko instalacji MMR, ale dowolnego typu reaktorów, także tych instalowanych w dużych elektrowniach jądrowych.

Swoją drogą Polska już dekady czeka na swoją pierwszą elektrownię jądrową, jednocześnie cały czas w naszym kraju rozwijają się źródła OZE, a także inwestujemy w instalacje stabilizacyjne, jak np. wielka inwestycja PGE na Pomorzu. Z czasem może się okazać, że budowa elektrowni jądrowej wobec podaży energii z OZE przy odpowiedniej obecności magazynów energii czyniłaby inwestycję w atom z góry nieopłacalną.

Jednak trzeba pamiętać, że produkcja energii z fotowoltaiki i turbin wiatrowych jest z natury zmienna i silnie zależna od warunków atmosferycznych – nasłonecznienia i siły wiatru. Powoduje to znaczne wahania produkcji w cyklu dobowym i rocznym. Współczynniki wykorzystania mocy dla tych technologii są znacznie niższe – dla wielkoskalowej fotowoltaiki wynoszą typowo 10-25%, a dla lądowych farm wiatrowych 30-50%, w zależności od lokalizacji i technologii. Aby zapewnić ciągłość zasilania i stabilność systemu przy dużym udziale OZE, konieczne jest stosowanie dodatkowych rozwiązań, takich jak magazynowanie energii (np. w bateriach, czy naturalnych zbiornikach za pomocą elektrowni szczytowo-pompowych, jednak tych nie da się zbudować wszędzie, lecz tylko tam, gdzie pozwalają na to warunki terenowe) lub utrzymywanie rezerwowych, dyspozycyjnych źródeł mocy. Dziś takimi dyspozycyjnymi źródłami mocy są elektrownie węglowe, ale z nich powinniśmy zrezygnować.

Koszty: fotowoltaika (OZE) wygrywa

Porównanie kosztów jest kluczowe dla oceny konkurencyjności technologii. Niestety, mikroreaktory to młoda technologia, głównie projekty i prototypy, a nie produkt mocno posadowiony na rynku energetycznym. Dlatego LCOE dla MMR jest obecnie obarczone dużą niepewnością, podczas gdy koszty OZE są dobrze udokumentowane. Wyjaśnienie: LCOE to skrót od Levelized Cost of Energy (czasami tłumaczone jako uśredniony koszt energii elektrycznej lub wyrównany koszt energii). Jest to metryka ekonomiczna, która próbuje określić średni koszt netto wytworzenia jednostki energii elektrycznej przez elektrownię w całym okresie jej eksploatacji. Koszt ten jest zwykle wyrażany w walucie na jednostkę energii, na przykład w euro na megawatogodzinę (EUR/MWh).

Mówiąc prościej, LCOE odpowiada na pytanie: „Jaka minimalna cena za jednostkę wyprodukowanej energii elektrycznej jest potrzebna, aby pokryć wszystkie koszty budowy i eksploatacji elektrowni w ciągu jej całego życia?„

W przypadku MMR szacunki są bardzo zgrubne i wahają się znacznie od ok. 90 do nawet 410 USD / MWh dla pierwszych MMR-ów, z potencjalną szansą spadku do poziomu 70 – 330 USD / MWh przy seryjnej produkcji mikroreaktorów.

Tymczasem fotowoltaika to nie tylko dobrze znana od dekad technologia, ale i obecnie jest to jedna z najtańszych metod wytwarzania energii elektrycznej. Amerykański NREL (National Renewable Energy Laboratory) szacuje LCOE dla fotowoltaiki w zakresie 24 – 40 USD/MWh w zależności od lokalizacji. Nie sposób pominąć faktu, że koszty kapitałowe tej technologii spadły dramatycznie w ostatniej dekadzie. Myślę, że już to widzicie: nawet najmniej optymistyczny LCOE dla fotowoltaiki jest i tak dwukrotnie niższy od najbardziej optymistycznego LCOE dla mikroreaktorów. To pokazuje, że w typowych scenariuszach zastosowanie MMR-ów na zwykłych osiedlach mieszkaniowych nie ma najmniejszego sensu. Reaktory są i pozostaną niszą, ich sens użycia będzie ograniczony do specyficznych scenariuszy (wojsko, odległe instalacje przemysłowe, stacje badawcze z dala od sieci energetycznych, itp.).

Ktoś mógłby w tym momencie słusznie zwrócić uwagę, że przecież panele to źródła niestabilne, ale nawet gdy do fotowoltaiki dołożymy wciąż drogie dla indywidualnych odbiorców baterie do magazynowania energii (które stabilizują podaż energii z fotowoltaiki), okazuje się, że tandem PV+baterie wciąż jest bardziej opłacalny niż reaktory MMR. Inaczej mówiąc: nawet uwzględniając koszty magazynowania, OZE zdecydowanie wygrywa z potencjalnymi instalacjami nuklearnymi w dowolnej skali. A przecież w przypadku reaktorów należy jeszcze pamiętać o licznych pozaekonomicznych barierach, które wymieniłam wcześniej.

Źródło: opracowanie własne. Zdjęcie otwierające: wygenerowano w DALL-E 3

Część odnośników to linki afiliacyjne lub linki do ofert naszych partnerów. Po kliknięciu możesz zapoznać się z ceną i dostępnością wybranego przez nas produktu – nie ponosisz żadnych kosztów, a jednocześnie wspierasz niezależność zespołu redakcyjnego.

Artykuł Przydomowy reaktor nuklearny. Sprawdzam, czy mógłby zastąpić fotowoltaikę pochodzi z serwisu ANDROID.COM.PL - społeczność entuzjastów technologii.