Společnost TerraPower, u jejíhož zrodu stál Bill Gates, slavnostně zahájila stavbu nového typu jaderné elektrárny ve státě Wyoming. Zařízení u města Kemmener by mělo začít fungovat do roku 2030.
První stavba hodně uvažované náhrady zavíraných uhelných elektráren menšími jadernými bloky, tedy malého modulárního reaktoru (SMR), byla zahájena u Kemmeneru v americkém státě Wyoming. Ačkoliv cesta k SMR se „na papíře“ jeví jako jasná a rozumná (kvůli už hotovým „drátům“ či složitosti povolování nových elektráren), v praxi se jejich realizace doposud nikde neuskutečnila. Dodejme ovšem, že i ve zmíněném případě se zatím bude stavět pouze nejaderná část zařízení. Firma TerraPower totiž ještě nemá na stavbu samotného reaktoru finální schválení od amerického jaderného dozoru. Jde vlastně o nezvyklý typ, takže proces je v tomto případě hodně složitý a trvá už roky. Zatím se však, alespoň pohledem zvenčí, zdá, že vše běží relativně hladce a schválení projektu je pravděpodobné. Stavba by měla, pokud má projekt splnit svůj hlavní cíl, ukázat, že „jádro“ se může s trochou inovativního přístupu vyplatit i v dnešní době.
Léta příprav a velká dotace
TerraPower vznikla v roce 2006 za účasti Billa Gatese, zakladatele společnosti Microsoft, ten ve firmě orientované do energetického segmentu působí jako předseda správní rady. TerraPower má něco přes 500 zaměstnanců a zatím se věnovala jen vývoji, výzkumu a projektování. Od soukromých investorů vybrala v několika kolech financování přibližně miliardu USD (včetně investic od Gatese), které nepochybně z velké části využívá na provoz. Pro stavbu je ještě důležitější, že firma obdržela až dvě miliardy USD (50 mld. Kč) od amerického ministerstva energetiky. Peníze byly na projekt přiděleny podle zákona o infrastruktuře přijatého v roce 2022, a mají se postarat o to, aby elektrárna skutečně vznikla. Dotace by měla pokrýt zhruba polovinu celkových nákladů na projekt. Elektrárna by tak měla vzniknout za až překvapivě nízkou cenu 4 miliard USD (cca 100 mld. korun). Dodejme, že tento odhad je z roku 2022 a nezohledňuje vývoj cen od té doby. Ve výši ceny hraje určitou roli i skutečnosti, že reaktor se má také stavět bez tzv. kontejnmentu, tedy ochranné železobetonové obálky kolem reaktoru, která je jinak běžnou podmínkou polykající velké množství oceli a betonu — obojí v „jaderném standardu“, pochopitelně. Pro úplnost dodejme, že dostavba výrazně větších bloků v Dukovanech nebo v Temelíně vyjde (možná) na 400—600 miliard, nicméně zároveň je potřeba doplnit i informaci, že přímé srovnání není z mnoha důvodů korektní. I když se tedy často mluví o „Gatesově společnosti“, TerraPower je do značné míry závislá na státní podpoře. Bez ní by těžko něco postavila. A tato situace není v amerických poměrech až tak nezvyklá. Bez státní podpory by se například jen těžko „rozjížděly“ také společnosti SpaceX či (byť v menší míře) Tesla Elona Muska. Jde o velké dotace, které se ovšem mnohdy vracejí. SpaceX opravdu dokázala výrazně proměnit trh s lety do vesmíru. V roce 2022 tahle firma překonala do počtu letů i čínský vesmírný program. V roce 2023 uskutečnila celkem 98 letů do vesmíru (61 v roce 2022) a je jednoznačnou jedničkou na trhu. Méně známým případem takové doslova „revoluční“ dotace je dlouhodobá státní podpora technologie „hydraulického štěpení“ v těžbě plynu a ropy. Federální vláda hlavně v 80. letech financovala americkým těžařům jejich experimenty s využitím známých, ale v podstatě nerentabilních paliv (hlavně v břidlicích), které nakonec vyrostly v úplně nový obor. Spojené státy díky tomu zažily „břidličný boom“ a před několika lety se po dlouhých desetiletích staly největším producentem ropy na světě. Což nese výhody nejen finanční, ale také třeba bezpečnostní. A co by mohly Spojené státy získat za 50 miliard, které stát „poslal Gatesovi“?
Reaktor s baterií
V principu má být „Kemmerer 1“ reaktorem zhruba velikosti jednoho dukovanského bloku. Maximální elektrická výroba z tepla vyráběného reaktorem má ale činit „jen“ cca 345 MW (samotný reaktor bude vyrábět cca 800 MW tepla, ze kterého lze využít k výrobě elektřiny jen část). Maximální elektrický výkon bloku by měl ovšem dosahovat až 500 MW, a to díky obří baterii, která bude k reaktoru připojená. Teplo ze štěpné reakce se totiž může ukládat do velkého zásobníku naplněného roztavenými solemi, který je součástí projektu. V případě zvýšené poptávky se tak může výroba elektřiny ještě zvýšit s pomocí čerpání uloženého tepla. V případě, že bude odběr nižší, teplo se může naopak do soli ukládat. Do značné míry tak tento koncept pomůže i se stabilizací výkyvů v rozvodné síti, vyvolaných především elektrárnami závislými na slunci a větru. Reaktor tak bude moci fungovat víceméně neustále na plný výkon, což mu naprosto vyhovuje. Jaderné zdroje mohou sice svůj výkon regulovat (tj. zvyšovat a snižovat podle potřeby), ale není to jejich silná stránka. Změny výkonu nemohou být veliké a nemohou probíhat příliš rychle (několikanásobně pomaleji než u plynových elektráren). Regulace výkonu vede ke změnám teploty v reaktoru, přičemž různé materiály reagují různě a může dojít k nechtěnému namáhání některých dílů či spojů. Jaderné bloky prostě nejlépe fungují, když mohou jet beze změn a neustále na plný výkon. Což je sice velká výhoda, pokud potřebujete zajistit nějakou stálou poptávku, ale v současné síti se zvyšujícím se podílem obnovitelných zdrojů s kolísavou výrobou to je často nevýhoda. Baterie z tekutých solí má problém pomoci vyřešit — a tím vyřešit i hlavní problém „jádra“. Jaderná energetika funguje spolehlivě a bezpečně, ale finančně jde ve stávající podobě a v nejistých podmínkách cen energií o ekonomický risk. Pokud má uspět na současném trhu, schopnost rychle reagovat na změny poptávky a vydělávat tak na vysokých cenách ve špičkách, mohla by vycházet mnohem zajímavěji. Ale uvidíme v praxi.
Rychlý reaktor s hořlavou náplní
Natrium má ještě jeden pro dnešní reaktory nezvyklý rys: vyrábí jaderné palivo. Jde totiž o takzvaný „rychlý množivý reaktor“. Takové zařízení může za určitých podmínek produkovat za chodu o něco více paliva, než samo k provozu potřebuje. V podobných reaktorech se izotop uranu 238, který „nezáří“, ale v přírodě je ho 99,3 % z celkového množství uranu, mění ve velkém měřítku na plutonium 239. To je pak využitelné jako palivo pro elektrárnu. Dodejme, že „množivý poměr“ bývá u podobných reaktorů cca 1 : 1,3, tedy zhruba s třetinovým přebytkem. To znamená, že jeden takový reaktor neznamená pro energetiku převrat. K tomu by bylo zapotřebí vybudovat flotilu těchto reaktorů, které by pak mohly sloužit jako zdroj paliva i pro další zařízení. Zvládnutí technologie a vybudování nutné infrastruktury ve velkém měřítku by tedy mohlo zaručit zásoby jaderného paliva na velmi, velmi dlouhou dobu, nejspíše na celá tisíciletí. A může navíc snížit množství vznikajícího jaderného odpadu. Ale od takového cíle jsme ještě hodně daleko. Zatím tento faktor nehraje velkou roli. Technologie to přitom v principu není nijak nová, teoreticky je popsána už skoro století. Popisovaný konkrétní typ má být navíc do značné míry založen na zkušenostech s reaktorem EPR- -II, který fungoval v letech 1964—1994 v Idahu. Množivé reaktory byly vždy ovšem hlavně experimentální, nikoliv energetické.
Slabé stěny
Vraťme se však k technické stránce věci. Z důvodů, do kterých tady nebudeme podrobně zabíhat, jsou v množivých reaktorech trochu jiné fyzikální podmínky než v klasických tlakovodních reaktorech „temelínského typu“. Důležité je, že vyšší hustota štěpení, která je v rychlých reaktorech potřeba, vede k vyšší hustotě produkce tepla a zvyšuje nároky na efektivitu chlazení. Jako „náplň“ reaktoru se tak v podobných případech už nepoužívá voda, ale jiná média. Natrium, jak název prozrazuje, používá tekutý sodík. Ani v tomto případě nejde o neověřenou novinku, na celém světě už takových zařízení bylo postaveno více, vůbec největší funguje v Rusku a je normálně zapojeno do sítě jako energetický reaktor. Využití sodíku při chlazení má svá rizika spojená hlavně s bouřlivou reakcí sodíku se vzduchem a vodou. Případný únik do okolí by tedy vedl k velmi bouřlivé chemické reakci. Využití tekutého kovu nese ovšem i klady. Běžný tlakovodní reaktor je obří „papiňák“, ve kterém obíhá voda o teplotách kolem 300 °C a tlaku 100× či 200× vyšším, než představuje tlak naší atmosféry. Obsah reaktoru tedy „chce“ velmi ven a jen malá vada či netěsnost mohou přinést vážné dopady, se kterými konstrukce reaktoru musí počítat. Sodíkové reaktory mohou pracovat s tlakem jen o něco vyšším než atmosférickým. Podle svědků lze tak stěny a trubky pro sodíkové reaktory rozeznat od tlakovodních typů i pouhým poklepem. Jejich stěny jsou totiž podstatně slabší než u klasických tlakovodních reaktorů. Zařízení tak v tomto ohledu může být i trochu méně náročné na přesnost výroby — pochopitelně ale musí být i zde zajištěna stálá naprostá vodotěsnost. Otázka bezpečnosti by ale mohla být do jisté míry problematická. Z technického hlediska sodíkové reaktory určitě mohou fungovat spolehlivě, jak dokázal například již zmíněný EPR-II. Bezpečně lze ovšem provozovat i reaktory „černobylského typu“ RBMK, jen je to v některých ohledech náročnější zařízení. Sodíkové reaktory obecně nepředstavují zásadní bezpečnostní pokrok, a kritika někdy hodně přehnaných tvrzení už zaznívá, byť zatím není nijak rozšířená. Ale jak to u novinek bývá (byť v tomto případě je technologie nová jen pro laiky), první problémy důvěrou otřesou.
Ambiciózní projekt u ledu
TerraPower má nebo alespoň měla plány také na stavbu technicky zajímavějšího reaktoru s „postupnou vlnou“. Palivo pro reaktor by tvořila směs izotopů uranu, ve které by množství radioaktivního uranu 235 tvořilo je jen malý zlomek celkového množství, řádově desetiny procenta z celkového objemu (standardní úroveň obohacení je kolem 4 %). Zbylý objem paliva tvoří běžný izotop uranu 238, tedy de facto ochuzený uran. Malé množství štěpného materiálu se vkládá do několika přesně určených míst v reaktoru a slouží jako „startér“. Neutrony uvolněné při rozpadu uranu 235 by měly začít měnit ochuzený uran ve své blízkosti v palivo pro další reakci. Uran 238 se totiž po zachycení jednoho neutronu změní na uran 239, který se v řádu minut změní na neptunium (za vzniku beta záření), a to se pak (za uvolnění další částice beta) změní na plutonium, které pak slouží jako palivo pro reaktor. Plutonium se totiž po zásahu neutronem rozpadá na další izotopy, přičemž uvolní hned několik neutronů, které celý koloběh udrží v chodu. Původní náplň aktivní zóny reaktoru tak postupně „prohořívá“ jako například vánoční františek, jak se reaktorem postupně šíří vlna štěpných reakcí. Postup má být rovnoměrný, protože by se mělo jednat o tzv. solitonovou vlnu, která se materiálem šíří konstantní rychlostí a nepodléhá disperzi. Celý proces je nesmírně pomalý a podle projektu Terra- Power by palivo mělo vystačit na více než 50 let — a to bez jediné výměny. To by samozřejmě mohlo být ohromnou provozní i bezpečnostní výhodou. Toto o hodně ambicióznější zařízení se podle předběžné dohody mělo stavět v Číně, ale z plánů sešlo a zatím se příliš nezdá, že by se v dohledné době dočkalo realizace. /jj/
