Меня всегда завораживала перспектива сделать мусор полезным. Будь то использованные батареи, солнечные панели или отработанное ядерное топливо, использование того, что предназначено для утилизации, звучит как победа во всех отношениях.
В ядерной энергетике выяснение того, что делать с отходами, всегда было сложной задачей, поскольку с материалом нужно обращаться осторожно. В новой истории я углубился в вопрос о том, что современные ядерные реакторы будут означать для отходов отработанного топлива. Новые охлаждающие жидкости, топливо и логистика, которые появляются в проектах компаний, могут потребовать некоторых корректировок.
Мои репортажи также помогли ответить на еще один вопрос, который не давал мне покоя: почему мир не перерабатывает больше ядерных отходов?
В отработавшем ядерном топливе, извлеченном из реакторов, все еще остается много полезного урана. Более эффективное использование отработанного топлива могло бы сократить как количество отходов, так и потребность в добыче нового материала, но этот процесс является дорогостоящим, сложным и не на 100% эффективным.
Сегодня Франция имеет самую крупную и наиболее устоявшуюся программу переработки в мире. Завод в Ла-Аге на севере Франции способен перерабатывать около 1700 тонн отработавшего топлива каждый год.
На заводе используется процесс под названием PUREX: отработанное топливо растворяется в кислоте и подвергается химической обработке для извлечения урана и плутония, которые затем разделяются. Плутоний используется для производства смешанного оксидного (или МОХ) топлива, которое можно использовать в смеси для топлива обычных ядерных реакторов или отдельно в качестве топлива в некоторых специализированных конструкциях. А уран можно будет переобогащать и использовать в стандартном низкообогащенном урановом топливе.
Переработка может сократить общий объем высокоактивных ядерных отходов, требующих особого обращения, говорит Эллисон Макфарлейн, директор школы государственной политики и глобальных отношений Университета Британской Колумбии и бывший председатель NRC.
Но есть небольшая загвоздка. Сегодня золотым стандартом постоянного хранения ядерных отходов является геологическое хранилище, глубокое подземное хранилище. Тепло, а не объем, часто является ключевым фактором, ограничивающим количество материала, которое может быть помещено в эти объекты, в зависимости от конкретного хранилища. А отработанное МОХ-топливо выделяет гораздо больше тепла, чем обычное отработанное топливо, говорит Макфарлейн. Таким образом, даже если объем меньше, материал может занять столько же или даже больше места в хранилище.
Также сложно превратить это в настоящую петлю: уран, полученный в результате переработки, загрязнен изотопами, которые трудно отделить, говорит Макфарлейн. Сегодня Франция, по сути, сохраняет уран для возможного будущего обогащения в качестве своего рода стратегического запаса. (Исторически сложилось так, что часть его также экспортируется в Россию для обогащения.) И хотя МОХ-топливо можно использовать в некоторых реакторах, после его израсходования его переработка технически сложна. Поэтому сегодня в лучшем случае топливо можно будет использовать дважды, а не бесконечно.
«Каждый ответственный аналитик понимает, что независимо от того, насколько хорош ваш процесс переработки, в конце концов вам все равно понадобится геологическое хранилище», — говорит Эдвин Лайман, директор по безопасности ядерной энергетики в Союзе обеспокоенных ученых.
У переработки также есть свои недостатки, добавляет Лайман. Один из рисков связан с образующимся в процессе плутонием, который может быть использован в ядерном оружии. Франция справляется с этим риском с высокой степенью безопасности и быстро превращает плутоний в МОХ-топливо.
Переработка также довольно дорога, а запасы урана существенно не ограничены. «В настоящее время переработка не приносит никакой экономической выгоды», — говорит Пол Дикман, бывший сотрудник Министерства энергетики и NRC.
По его словам, Франция несет более высокие издержки, связанные с переработкой, главным образом по политическим причинам. У страны нет ресурсов урана, и сегодня она импортирует его запасы. Переработка помогает обеспечить энергетическую независимость: «Они готовы платить премию за национальную безопасность».
Япония в настоящее время строит завод по переработке отработанного топлива, хотя задержки препятствовали реализации проекта, строительство которого началось в 1993 году и первоначально предполагалось запустить к 1997 году. Теперь ожидается, что объект откроется к 2027 году.
Вполне возможно, что новые технологии сделают переработку более привлекательной, и таким агентствам, как Министерство энергетики, следует провести долгосрочные исследования в области передовых технологий разделения, говорит Дикман. Некоторые компании, работающие над усовершенствованными реакторами, заявляют, что планируют использовать альтернативные методы переработки в своем топливном цикле.
Эта статья взята из The Spark, еженедельного климатического информационного бюллетеня MIT Technology Review. Чтобы получать его на свой почтовый ящик каждую среду, зарегистрируйтесь здесь.