Следует ли считать ядерную энергетику формой возобновляемой энергии, является постоянным предметом дискуссий. Законодательные определения возобновляемой энергии обычно исключают многие существующие технологии ядерной энергетики, за заметным исключением штата Юта . [1] Определения технологий возобновляемой энергетики, взятые из словарей, часто опускают или явно исключают упоминание источников ядерной энергии, за исключением естественного тепла ядерного распада , вырабатываемого на Земле . [2] [3]
По данным Управления энергетической информации, самое распространенное топливо, используемое на обычных атомных электростанциях , уран-235 является «невозобновляемым» , однако организация ничего не говорит о переработанном МОКС-топливе . [3] Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии не упоминает ядерную энергетику в своем определении «основ энергетики». [4]
В 1987 году Комиссия Брундтланд (WCED) отнесла реакторы деления, которые производят больше делящегося ядерного топлива , чем потребляют ( реакторы-размножители , а в случае разработки и термоядерную энергию ), среди традиционных возобновляемых источников энергии , таких как солнечная энергия и гидроэнергетика . [5] Мониторинг и хранение радиоактивных отходов также необходимы при использовании других возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная энергия. [6]
Потоки возобновляемой энергии связаны с природными явлениями, которые, за исключением энергии приливов , в конечном итоге получают энергию от Солнца ( естественный термоядерный реактор ) или от геотермальной энергии , которая представляет собой тепло, получаемое в большей степени из того, что генерируется на Земле из-за распад радиоактивных изотопов , как объясняет Международное энергетическое агентство : [7]
Возобновляемая энергия получается в результате природных процессов, которые постоянно пополняются. В своих различных формах он получается непосредственно от Солнца или от тепла, вырабатываемого глубоко под землей. В это определение включено электричество и тепло, вырабатываемые из солнечного света , ветра , океанов , гидроэнергетики , биомассы , геотермальных ресурсов, а также биотоплива и водорода , полученных из возобновляемых ресурсов.
Возобновляемые источники энергии существуют на обширных географических территориях, в отличие от других источников энергии, которые сконцентрированы в ограниченном числе стран. [7]
В ISO 13602-1:2002 возобновляемый ресурс определяется как «природный ресурс, для которого отношение создания природного ресурса к выпуску этого ресурса из природы в техносферу равно или превышает единицу».
Реакторы ядерного деления — это природный энергетический феномен, который естественным образом сформировался на Земле в прошлые времена. Например, в 1970-х годах был обнаружен природный реактор ядерного деления , который работал в течение тысяч лет в современном Окло- Габоне . Он проработал несколько сотен тысяч лет, выработав за это время в среднем 100 кВт тепловой энергии. [8] [9]
Обычные, изготовленные человеком атомные электростанции в основном используют уран, обычный металл , который встречается в морской воде и горных породах по всему миру, [10] в качестве основного источника топлива. Уран-235, «сожженный» в обычных реакторах без переработки топлива , является невозобновляемым ресурсом, и если его использовать нынешними темпами, он в конечном итоге будет исчерпан .
Это также в некоторой степени похоже на ситуацию с обычно классифицируемым возобновляемым источником, геотермальной энергией , формой энергии, получаемой в результате естественного ядерного распада большого, но, тем не менее, ограниченного запаса урана, тория и калия-40 , присутствующего в земной коре. и из-за процесса ядерного распада в этом возобновляемом источнике энергии также в конечном итоге закончится топливо. Как и Солнце , оно будет истощено . [11] [12]
Ядерное деление с участием реакторов-размножителей , реактора, который производит больше делящегося топлива, чем потребляет, и поэтому имеет коэффициент воспроизводства делящегося топлива выше 1, таким образом, имеет более веские основания считаться возобновляемым ресурсом, чем обычные реакторы деления. Реакторы-размножители будут постоянно пополнять имеющиеся запасы ядерного топлива путем преобразования воспроизводящих материалов , таких как уран-238 и торий , в делящиеся изотопы плутония или урана -233 соответственно. Плодородные материалы также невозобновляемы, но их запасы на Земле чрезвычайно велики, причем сроки поставок превышают сроки поставки геотермальной энергии . Таким образом , в замкнутом ядерном топливном цикле с использованием реакторов-размножителей ядерное топливо можно считать возобновляемым.
В 1983 году физик Бернард Коэн заявил, что быстрые реакторы-размножители , работающие исключительно на природном уране, извлеченном из морской воды , могут обеспечивать энергию, по крайней мере, в течение ожидаемого оставшегося срока службы Солнца в пять миллиардов лет. [13] Это было основано на расчетах, включающих геологические циклы эрозии, субдукции и поднятия, в результате которых люди потребляют половину всего урана в земной коре при годовой норме использования 6500 тонн в год, что было достаточно для производства примерно В 10 раз больше, чем мировое потребление электроэнергии в 1983 году , и снизит концентрацию урана в морях на 25%, что приведет к увеличению цены на уран менее чем на 25%. [13] [14]
Достижения Национальной лаборатории Ок-Ридж и Университета Алабамы , опубликованные в выпуске Американского химического общества за 2012 год , в направлении извлечения урана из морской воды были сосредоточены на повышении биоразлагаемости используемых материалов, снижении прогнозируемой стоимости металла, если он будет получен. добывался из моря в промышленных масштабах. Усовершенствования исследователей включают использование электропряденых хитиновых матов из панциря креветок , которые более эффективно поглощают уран по сравнению с предыдущим рекордным японским методом использования пластиковых амидоксимовых сеток. [16] [17] [18] [19] [20] [21] По состоянию на 2013 год лишь несколько килограммов (доступно фото) урана было добыто из океана в рамках пилотных программ. Также считается, что уран, добытый на В промышленных масштабах морская вода будет постоянно пополняться за счет урана, выщелоченного со дна океана, поддерживая концентрацию морской воды на стабильном уровне. [22] В 2014 году, учитывая достижения в области эффективности добычи урана из морской воды, статья в журнале Marine Science & Engineering предполагает, что, если целью являются легководные реакторы, этот процесс будет экономически конкурентоспособным, если будет реализован на больших масштабах. шкала . [23] В 2016 году глобальные усилия в области исследований стали темой специального выпуска журнала Industrial & Engineering Chemistry Research . [24] [25]
В 1987 году Всемирная комиссия по окружающей среде и развитию (WCED), организация, независимая от Организации Объединенных Наций , но созданная ею, опубликовала «Наше общее будущее» , в котором определенная часть существующих в настоящее время технологий ядерного деления и ядерного синтеза были засекречены. как возобновляемый. То есть реакторы деления, которые производят больше делящегося топлива, чем потребляют, — реакторы-размножители , а когда они разрабатываются, термоядерная энергия , оба классифицируются в той же категории, что и традиционные возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и падающая вода . [5]
В настоящее время, по состоянию на 2022 год, только два реактора-размножителя производят промышленную электроэнергию — БН-600 и БН-800 . Выведенный из эксплуатации французский реактор «Феникс» также продемонстрировал коэффициент воспроизводства, превышающий единицу, и проработал около 30 лет, производя электроэнергию, когда в 1987 году была опубликована книга «Наше общее будущее» .
Как сообщили Degueldre et ал. (2019). [26] Извлечение урана из разбавленной жидкой руды, такой как морская вода, изучалось в различных странах мира. Эту экстракцию следует проводить экономно, как предлагает Дегельдре (2017). [27] Скорость добычи килотонн урана в год на протяжении столетий не приведет к существенному изменению равновесной концентрации урана в океанах (3,3 частей на миллиард). Это равновесие является результатом поступления 10 килотонн урана в год с речными водами и его поглощения на морском дне из 1,37 экзатонн воды в океанах. [28] Для добычи урана из возобновляемых источников предлагается использовать специальный материал биомассы для адсорбции урана, а затем и других переходных металлов. Загрузка урана в биомассу составит около 100 мг на кг. По истечении времени контакта загруженный материал будет высушен и сожжен (CO 2 нейтральный) с преобразованием тепла в электричество . отличный выход для производства максимального количества тепловой энергии путем деления и преобразования ее в электричество. Эта оптимизация может быть достигнута за счет снижения замедления и концентрации продуктов деления в жидком топливе/хладагенте. Этих эффектов можно достичь, используя максимальное количество актинидов и минимальное количество щелочных/щелочноземельных элементов, что приводит к более жесткому спектру нейтронов. В этих оптимальных условиях потребление природного урана составит 7 тонн в год и на гигаватт (ГВт) произведенной электроэнергии . энергии, чтобы получить статус возобновляемого источника энергии. Кроме того, количество морской воды, используемой атомной электростанцией для охлаждения последнего теплоносителя и турбины, составит ~ 2,1 гигатонны в год для реактора на быстрых нейтронах, что соответствует 7 тоннам природного урана, извлекаемого в год. Эта практика оправдывает ярлык «возобновляемый». [30] [ круговая ссылка ]
Если он будет разработан, термоядерная энергия обеспечит больше энергии для данного веса топлива, чем любой топливопотребляющий источник энергии, используемый в настоящее время [31] , а само топливо (в первую очередь дейтерий ) существует в изобилии в земном океане: примерно 1 из 6500. Атомы водорода (H) в морской воде (H 2 O) — это дейтерий в форме ( полутяжелая вода ). [32] Хотя эта доля может показаться небольшой (около 0,015%), поскольку реакции ядерного синтеза гораздо более энергичны, чем химическое горение, а морская вода легче доступна и ее больше, чем ископаемое топливо, термоядерный синтез потенциально может обеспечить мировые энергетические потребности для миллионы лет. [33] [34]
В топливном цикле термоядерного синтеза дейтерий + литий расчетный срок службы этой термоядерной энергии составляет 60 миллионов лет , если можно извлечь весь литий из морской воды , предполагая текущее (2004 г.) мировое потребление энергии . [35] В то время как во втором простейшем энергетическом термоядерном цикле, сжигании дейтерия + дейтерия [ сломанный якорь ] , если предположить, что весь дейтерий в морской воде был извлечен и использован, существует примерно 150 миллиардов лет топлива, при этом опять же, если предположить, что текущее (2004 г.) мировое потребление энергии. [35]
Если бы ядерная энергетика была классифицирована как возобновляемая энергия (или как низкоуглеродная энергия), дополнительная государственная поддержка была бы доступна в большем количестве юрисдикций, и коммунальные предприятия могли бы включить ядерную энергетику в свои усилия по соблюдению стандарта портфеля возобновляемых источников энергии (ВИЭ). [ нужна цитата ]
В 2009 году штат Юта принял «Закон о развитии возобновляемых источников энергии», который частично определил ядерную энергетику как форму возобновляемой энергии. [1]
Сегодняшние первичные источники энергии в основном невозобновляемые: природный газ, нефть, уголь, торф и традиционная ядерная энергия. Существуют также возобновляемые источники, в том числе древесина, растения, навоз, падающая вода, геотермальные источники, солнечная энергия, энергия приливов, ветра и волн, а также мускульная сила человека и животных. Ядерные реакторы, которые производят собственное топливо («размножители») и, в конечном итоге, термоядерные реакторы, также относятся к этой категории.
