Pomalu, ale jistě se vrací jaderná energie na výsluní společenského zájmu, který je charakterizován důrazem na snižování uhlíkové stopy. Rok 2021 se postaral o výrazný technologický pokrok a mnozí odborníci se v této souvislosti domnívají, že nastal čas na jaderné inovace. Někteří sázejí na jadernou fúzi, jak jsme o tom referovali v minulém dílu tohoto seriálu, jiní na plovoucí reaktory, kterými se budeme zabývat nyní.
Plovoucí jaderné reaktory nabízejí zajímavou alternativu k současným elektrárnám. Mohou stabilně vyrábět energii v odlehlých územích, například v polárních oblastech nebo v Karibiku, případně je možné je také přesunovat do míst, kde jsou takové energetické zdroje zapotřebí jen na určitou dobu. Třeba po živelních pohromách.
JEDNODUCHÝ NÁPAD, ALE TĚŽKÉ ŘEŠENÍ
Na začátku byl jednoduchý nápad: umístit jaderný reaktor na loď. Realizace této myšlenky je však technicky velmi náročná. Jak z hlediska konstrukce plavidla, tak koncepce reaktoru.
První takové jaderné zařízení postavili vojáci v 50. letech, kdy poprvé vyplula americká jaderná ponorka USS Nautilus. Avšak první plovoucí jaderná elektrárna MH-1A byla vybudována až v 60. letech v USA a fungovala na lodi Sturgis pojmenované po generálu Samuelu D. Sturgisovi jr. Tato loď neměla vlastní motory, protože se předpokládalo, že většinou bude zakotvena. Pro přepravu sloužil remorkér. Tlakovodní reaktor využívající slabě obohacený uran (4—7 % izotopu uranu 235) byl vestavěn do přebudované lodi typu Liberty.
Jeho vývoj zahájila v roce 1961 firma Martin Marietta a samotná výroba začala v roce 1963 ve Fort Belvoir ve Virginii. K první štěpné řetězové reakci došlo 24. ledna 1967. V testovacím režimu pak dodávala elektrárna dalších 11 měsíců proud právě pro základnu Fort Bevoir. Po ukončení testů bylo zařízení přesunuto do oblasti Panamského průplavu, kde na jezeře Gatun dodávalo 10 MW elektrické energie. Zde elektrárna působila od října 1968 do roku 1975. Přispěla k zajištění optimálního hospodaření s vodou v době, kdy o ní byla v kanále a na jezerech nouze. Během této doby došlo pětkrát k výměně paliva v aktivní zóně.
V roce 1975 skončil program vývoje vojenských reaktorů, MH-1A měl jako unikátní vývojový prototyp příliš vysoké provozní náklady. Zóna Panamského průplavu navíc získala dostatek kapacit pro produkci elektřiny na zemi. Operační nasazení MH-1A tak skončilo, elektrárna byla v roce 1976 vyřazena z provozu a přemístěna zpět do Spojených států, kde proběhla její dekontaminace a konečná likvidace. Ta byla dokončena v roce 2018.
LOMONOSOV SE ZPOŽDĚNÍM
Po několikaletém zpoždění proti plánu byl koncem roku 2019 konečně uveden do provozu také ruský plovoucí reaktor Akademik Lomonosov, který je navržen tak, aby vydržel zemětřesení o síle 10 stupňů Richterovy škály, vlny tsunami, ale také pád 10t letadla. Je umístěn v Pevku, což je oblast Čukotky na ruském Dálném východě a stal se oficiálně 11. jadernou elektrárnou v Ruské federaci. Velkou výhodou je 12letý palivový cyklus. Kolos, který se sám nemůže pohybovat, je dlouhý 140 m, široký 30 m a vysoký 10 m a je vybaven dvěma jadernými reaktory KLT-40C o celkovém výkonu 70 MWe a 150 MWt.
V současné době pokrývá 20 % poptávky lokality Chaun-Bilibino. Po uzavření jaderné elektrárny Bilibino se stane hlavním zdrojem elektrické energie pro Čukotku.
OPTIMALIZACE POMOCÍ SOLI
Ruská federace není jediná, kdo vyvíjí plovoucí jaderné reaktory. Dánský start-up Seaborg dokončuje experimenty k optimalizaci plovoucího jaderného reaktoru na roztavenou sůl. Ve spolupráci s experty z laboratoře Rutherford Appleton při Radě vědeckých a technologických zařízení v Harwell Science and Innovation Campus v Oxfordshire disponujících pulzním zdrojem neutronů a mionů ISIS Neutron and Muon Source [ISIS není zkratka, odkazuje na staroegyptskou bohyni a místní název pro řeku Temži — pozn. red.] a s provozovateli European Spallation Source ERIC (ESS) [multidisciplinární výzkumné zařízení založené na světově nejvýkonnějším pulsním neutronovém zdroji, který je v současné době ve výstavbě v Lundu ve Švédsku — pozn. red.] zkoumají chování neutronů. Seaborg vyvíjí kompaktní reaktory na roztavenou sůl (MSR — molten salt reactor) [jaderné palivo ve formě roztavené soli slouží současně jako prostředek pro přenos tepla (tzv. homogenní reaktor), jaderné palivo v tekuté formě je rovnoměrně rozděleno v primárním okruhu — pozn. red.]. MSR byl původně vyvinut v USA v 50. a 60. letech 20. století, ale projekt byl ukončen a nikdy nebyl uveden na trh kvůli vážným technickým problémům.
Společnost Seaborg Technologies vznikla jako malý tým fyziků, chemiků a inženýrů se vzdělávacími kořeny v institutu Nielse Bohra, CERN, ESS (European Spallation Source) a DTU (Technical University of Denmark), kteří sdílejí společnou vizi bezpečné a levné jaderné energie. Pojmenována je po americkém jaderném chemikovi a laureátu Nobelovy ceny Glennu T. Seaborgovi.
Jejich reaktor se nazývá Compact Molten Salt Reactor (CMSR). Palivo je v něm smícháno v kapalné soli, jejíž bod varu je daleko nad teplotami produkovanými štěpnými produkty. To mu umožňuje pracovat stabilně při tlaku jedné atmosféry. Na rozdíl od jiných reaktorů nepoužívá reaktor CMSR jako moderátor grafit. Místo toho je nasazen roztavený hydroxid sodný (NaOH). V případě havárie s přehřátím se roztaví solná zátka na dně reaktoru a kapalné palivo vytéká z aktivní zóny reaktoru do nádrží, kde se ochladí a tuhne. Díky své fluoridové palivové soli na bázi uranu má CMSR několik významných vlastností: nemůže se roztavit nebo explodovat, nemůže uvolnit radioaktivní plyny do vzduchu nebo vody a nemůže být použit pro jaderné zbraně.
Společnost chce vyrábět své reaktory ve spolupráci se strojírenskými podniky. První se už hlásí z Jižní Koreje. Reaktory o velikosti přepravních kontejnerů se budou sériově vyrábět v továrnách a potom se umístí na lodě. Výkon jednoho reaktoru se předpokládá 200 MWe. Na jednom plavidle bude možné nasadit několik reaktorů. Palivový cyklus je stanoven na 12 let.
Prototyp je naplánován na rok 2025 a Seaborg Technologies doufá, že bude mít regulační schválení v roce 2026 a že bude připraven k sériové výrobě v roce 2027. Loď s reaktorem CMSR je konkurenceschopná bez ohledu na to, zda se zapojí do sítě ve stávajícím uhelném přístavu nebo při výrobě elektřiny z vodíku a čpavku.
REAKTOR NA MOŘI
Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) mají vlastní koncept reaktoru, který odolá i tsunami. Více než lodi by se podobal platformě připomínající ropnou plošinu. Mohl by mít variabilní výkon od 50 MW až po 1 000 MW a byl by pevně ukotven k mořskému dnu v hloubce 100 m ve vzdálenosti několika kilometrů od pobřeží. S pevninou je elektrárna spojena pouze podvodním vedením pro přenos energie. Ve specifikované hloubce chrání mořská voda elektrárnu před zemětřesením a tsunami a může sloužit jako nekonečný zdroj chladicí vody.
Uvažuje se o různých velikostech a výkonech. Konstrukce o průměru asi 45 m by měla elektrárnu generující 300 MW elektřiny. Alternativní návrh elektrárny o výkonu 1 100 MW vyžaduje konstrukci o průměru asi 75 m. V obou případech plošiny zahrnují obytné prostory a heliporty pro přepravu personálu.
JADERNÉ LODĚ
Specifickou kapitolu plujících reaktorů představují lodě s jaderným pohonem. Jaderné ponorky mohou plout hlouběji a rychleji než s konvenčním pohonem. Nesou také velké nukleární užitečné zatížení a zůstávají ponořeny celé měsíce. Také tomuto segmentu se v poslední době věnuje zvýšená pozornost. Bezesporu k tomu přispělo překvapivé rozhodnutí z loňského září.
Austrálie, Spojené království a USA oznámily třístranný bezpečnostní pakt zaměřený na posílení obranných vazeb. Jejich vedoucí představitelé zdůraznili, že tento krok není namířen proti jiné zemi, ale je široce vnímán jako prostředek proti politice Číny. Ústřední součástí tohoto paktu je sdílení špičkové technologie a spolupráce na vývoji a nákupu zbraní. V toto souvislosti vyniká závazek USA a Spojeného království pomoci Austrálii získat osm ponorek s jaderným pohonem.
Tento krok je historický. USA sdílely technologii jaderného pohonu pouze jednou — s Velkou Británií v roce 1958. Austrálie tak bude rovněž zařazena do velmi exkluzivního vojenského klubu. Pouze šest dalších zemí provozuje ponorky s jaderným pohonem. Vedle USA a Velké Británie jsou to Francie, Indie, Rusko a již zmíněná Čína.
Austrálie si může vybrat jedno ze stávajících amerických nebo britských konstrukčních řešení — s největší pravděpodobností třídy Virginia nebo třídy Astute. Austrálie může také usilovat o zcela novou, vlastní koncepci pouze s technickou pomocí od Britů a Američanů. Canberra [hlavní, nikoliv však největší město Australského společenství — pozn. red.] dala jasně najevo, že chce, aby se většina jejích budoucích ponorek stavěla v Austrálii. Ostatně to byl prý jeden z důvodů, proč padla původní dohoda Austrálie s Francií. Není však známo, kolik práce USA a Spojené království přenechají Austrálii, ani zda Austrálie dokáže vyvinout a vybudovat tak komplikovaný systém.
Bez ohledu na to, které řešení bude vybráno, je jisté, že nové ponorky s jaderným pohonem budou postaveny až za 10 let nebo ještě později. Admirál, který vede tamní pracovní skupinu pro ponorky s jaderným pohonem, australským zákonodárcům v říjnu řekl, že chce mít „alespoň jednu loď“ ve vodě do roku 2040.
Vědci nám slibují energii také z kosmu. Podrobnosti v příštím dílu našeho seriálu.