Vyhořelé jaderné palivo není odpad

Optimistické scénáře OECD predikují, že už okolo roku 2025 může výkon jaderných elektráren ve světě překročit magickou hranici 500 000 MW. To si mj. vyžádá posílit kapacity pro těžbu uranu. Ze současných cca 70 000 t o dalších až 100 000 t. Zásoby přírodního uranu jsou zatím (zdá se) dostatečné: činí cca 4,7 mil. t. Při současném způsobu a tempu exploatace mohou lidstvu vystačit na dalších 80-85 let. Pro srovnání: 1000megawattový temelínský reaktor spotřebuje každoročně cca 30 t paliva. Stará 1000megawattová parní elektrárna spálí 7 mil. t uhlí, z něhož se před těžbou musí skrýt minimálně 20 mil. m3 zeminy. Do ovzduší za tutéž dobu vypustí cca 7 mil. t oxidu uhličitého. Provoz klasických odsířených zdrojů se každoročně neobejde bez statisíců tun vápence. Spoléhat na plnohodnotnou substituci uhelných bloků plynem či ropou lidstvo dlouhodobě nemůže. Jejich zásoby se tenčí. Navíc: fosilní zdroje patří k největším znečišťovatelům životního prostředí. Jejich spalování je pak očima našich dětí a vnuků čiré barbarství: jen za období 1850-2000 lidstvo spotřebovalo více než 700 mld. barelů ropy… Energeticky vyspělý svět nalezl východisko: jaderné zdroje. A s jejich stále intenzivnější exploatací řeší naléhavou otázku - co s vyhořelým jaderným palivem? V některých zemích (kupř. ve Švédsku nebo ve Finsku) se intenzivně budují trvalá podzemní úložiště. Jiné státy (zejména Francie a Rusko) investovaly nemálo úsilí a prostředků do recyklace použitého paliva. Čína a Kanada inovují systém CANDU, jenž sází na tzv. přírodní palivo. Indie aktivně pracuje na projektu thoriového reaktoru. OPĚTOVNĚ LZE POUŽÍT AŽ 96 % ENERGETICKÉHO MATERIÁLU Naše redakce byla pozvána k návštěvě unikátního zpracovatelského komplexu La Hague v Normandii. Z přivezeného vyhořelého paliva tam Francouzi dokážou recyklovat až 96 % materiálu. Z toho připadá 95 % na uran a 1 % na plutonium. Recyklační proces zvládli za akceptovatelných ekonomických podmínek (neprodražuje výrobu elektřiny na žádném z 57 reaktorů, které v zemi Galského kohouta fungují) a ekologicky je naprosto bezpečný. Recyklace použitého paliva je s to ušetřit až 25 % přírodního uranu. Francii garantuje vysoký stupeň energetické nezávislosti a podporu široké veřejnosti pro další rozvoj jaderné energetiky v zemi. Do zpracovatelského komplexu společnosti AREVA na severozápadě poloostrova vyrážíme z přístavního regionálního centra Cherbourg. Po stejných silnicích regionu Manche do něj ve speciálních kontejnerech směřuje také použité palivo z elektráren. Aby zpracovací proces mohl vůbec odstartovat, v přejímacím sektoru se musí celý náklad podrobit přísné a nesmlouvavé kontrole. Nás a naši reportážní techniku nevyjímaje. Podle mluvčí komplexu Catherine Argant: „Slevit z náročných bezpečnostních a ekologických norem nesmíme a nemůžeme! Přísný respekt k lidskému zdraví a životům, k životnímu prostředí v blízkém i vzdáleném okolí je primární.“ AŽ 1700 T VYHOŘELÉHO PALIVA ROČNĚ Zatímco my a naše fototechnika absolvujeme komplexní dozimetrické vyšetření a převlékáme se do speciálních overalů a obuvi, kontejner s vyhořelým palivem mezitím absolvuje řadu komplexních mechanických, radiačních i chemických diagnostických procedur. Když se potvrdí neporušenost transportní schránky a nesmlouvaví dispečeři vydají souhlas k přijetí kontejneru a k vyjmutí jeho obsahu, kovová schránka putuje dovnitř areálu. Speciálně konstruované vozidlo se po opětovné kontrole radiační bezpečnosti vrací zpět na francouzské silnice, pro další použité palivové články z elektráren po celé zemi. Silniční nebo železniční varianty nejsou výlučné. Strategická poloha zpracovatelského komplexu na normandské výspě vybíhající do Atlantiku umožňuje spolehlivý transport vyhořelého paliva také po moři. Komplex, jehož počátky spadají do roku 1966, zabezpečuje I. fázi recyklace použitého paliva z jaderných reaktorů. Olivier Demarthe, zdejší operační ředitel pro reprocessing a recycling, potvrzuje, že v současnosti zaměstnávají přes 6000 lidí. Vedle vysoce erudovaných specialistů byl komplex vybaven špičkovou technikou, což jej řadí mezi přední jaderná centra na světě. Ročně dokáže zpracovat až 1700 t vyhořelého paliva z domova i ze zahraničí. Kapacitně ošetří 80-100 reaktorů. Již zmíněných 96 % recyklovatelných frakcí vrací k nové výrobě paliva (hlavním odběratelem je EdF). Nepoužitelná 4 % (drobné aktinidy a štěpné produkty) zde separují, sníží jejich toxicitu, bezpečně je zakonzervují a připraví pro dlouhodobé uložení. BAZÉN, V NĚMŽ SI NELZE ZAPLAVAT Poté, co jsme pořídili několik záběrů transportního kontejneru s vyhořelým palivem a 110tunová ocelová skříň s 10 t jaderného materiálu úspěšně absolvovala složité přejímací řízení, v jednotlivých halách areálu sledujeme pouť jejího obsahu. Schránka je přemístěna z horizontální do vertikální polohy. Dálkově řízené roboty a jeřáby ji rozšroubují a palivové články zevnitř dislokují do speciálních rámů. Elektronickým pokynem z dispečinku putují do obřího bazénu. Ponořeny 9 m hluboko pod hladinu vody, budou v něm odpočívat 3-5 let. Do okamžiku, než se jejich radioaktivita sníží na úroveň, jež umožní další zpracovatelské operace. Podle Ivana Bocqueta z vedení útvaru příjmu a skladování: pro spolehlivou ekologickou i bezpečnostní garanci postačují 4 m vody, jež tento (pro člověka i pro přírodu jinak hrozivý) náklad dělí od povrchu. Až tato chladicí etapa skončí, palivové články se vyjmou a ve speciálních provozech R1 a T1 opětovně podrobí přísným radiačním a bezpečnostním testům. Za odstíněnými skly pozorujeme jejich předchůdce z roku 2008. Po průchodu speciálními nůžkami ztrácejí svou dosavadní podobu a proměňují se v masu 35milimetrových kousků. Vzápětí spadnou do disolveru. Jde o obří nádrž naplněnou kyselinou dusičnou. Její technologické poslání je jednoznačné: jadernou frakci rozpustí, zbytky kovových plášťů palivových článků shromáždí a odešle do formovací jednotky. Tam jsou pod vysokým tlakem slisovány do snadno manipulovatelných balíků. A jaderný materiál? Ten putuje do soustavy mísicích a usazovacích nádrží a do pulzních kolon. Rozpouštědlo (v daném případě tributyl phosphate) odvádí těžké prvky (uran a plutonium), a to bez extrakce štěpných produktů. Recyklovatelné produkty se definitivně oddělují od odpadu. AKCENT NA URAN A PLUTONIUM Fyzici a technici v La Hague musí uran a plutonium nejdříve oddělit od sebe. Uran se čistí kapalinovou separací v mísicích a usazovacích nádržích, a to ve dvou po sobě jdoucích cyklech (extrakce a reextrakce). Vzniklé roztoky uranu jsou následně zkoncentrovány odpařováním ve formě kapaliny - nitrátu uranu. Ten je znovu a zevrubně zkontrolován, speciálně zabalen a odvezen pro další recyklační operace. Dokáží jej uskladnit i v pevné formě. S plutoniem je to složitější. Kalcinační technologie je v peci nejdříve promění v prach - oxid plutonia. Ten se akumuluje do 3kilogramových konzerv. Plazmově se svaří a válec s 5 nerezovými jednotkami se fixuje do speciálního kontejneru. Ten jej chrání před vzduchem, vodou i nepovolanýma rukama. Takto zajištěný polotovar se odesílá do závodu na výrobu paliva MOX. ZPROPADENÁ 4 PROCENTA Ta dají místním expertům zabrat nejvíce. Poté, co byly recyklovatelné materiály vyjmuty, nejvíce radioaktivní složky třeba stabilizovat. Děje se to prostřednictvím vitrifikace. Kovové schránky jsou zhutněny a speciálně zabaleny. Zevrubným ošetřením procházejí i plynné a kapalné výtoky. Tekutý odpad po průchodu kalcinátorem (velmi zjednodušeně: rotační trubkou zahřátou na cca 800 °C, v níž proudí za pomoci gravitace) vyschne. Vytvoří se kalcinát. Do hry vstupují skleněné frity. Směs 82 % skla a 18 % odpadu se mísí a propadá do tavicí indukčně vytápěné pece. Při teplotách více než 1100 °C se vytváří homogenní sklo, které dobře chrání před radioaktivitou. Sklo se zahřívá tzv. přímou indukcí ve „studeném“ tavicím kotlíku. Zdejší teploty nad 1200 °C umožnily rozšířit škálu radioaktivních odpadů, které lze vitrifikovat a zároveň posílily tempo výroby. Ošetřené sklo je posléze nalito do žáruvzdorné nádoby z nerezové oceli a kryt po ochlazení přivařen k obalu. Glazované kontejnery pro odpad (CSD-V) jsou dekontaminovány vysokotlakým vodním paprskem. Po předepsaných testech jsou nádoby uloženy do skladu. Popsaná recyklace a vitrifikace umožňuje snížit objem vysoce radioaktivního odpadu 5krát. Strukturální odpad, trupy a koncovky použitého paliva a technologický odpad, který se nesmí dostat do povrchových skladů, se z La Hague odesílá do speciálního úložného objektu. Snahou je maximálně omezit jeho objemy a nezbytné operace mechanizovat a automatizovat. PORTFOLIO RECYKLAČNÍCH TECHNOLOGIÍ SE ROZRŮSTÁ Zatímco recyklace paliva z lehkovodních reaktorů III. generace umožňuje oproti přímé likvidaci 25procentní úsporu uranu a 10násobné snížení radioaktivní toxicity, recyklace pro IV. generaci rychlých neutronových reaktorů vykáže podstatně lepší možnosti. Rychlé reaktory vygenerují z izotopu U238, jenž je neštěpný a v uranové rudě se ho nachází cca 99 %, štěpné plutonium 239. Ve většině stávajících reaktorů se využívá štěpný izotop U235. „Flotila“ budoucích sofistikovaných reaktorů se plus-mínus zužuje na sexteto nejperspektivnějších typů: na sodíkem, olovem a plynem chlazené rychlé reaktory, na reaktor chlazený vodou se superkritickými parametry, na vysokoteplotní heliem chlazený reaktor a na reaktor chlazený tekutými solemi (thoriové palivo). Pozitivní překvapení nejsou vyloučena. Někteří badatelé přicházejí s dalšími konstrukčními nápady. Mimo jiné jak s minimem diagnostických a zpracovatelských operací opětovně a efektivně využít všechny frakce zčásti vyhořelého paliva, a to i z již ošetřených a zakonzervovaných foliantů. Více ukáže čas. Prý už 3. a 4. dekáda tohoto století. Dr. Bronislav Sowa, CSc. La Hague