3D vytisknutý jaderný reaktor chce snížit cenu jaderek

TLDR: Výzkumníci Oak Ridge vyvíjejí 3D tisk reaktorového jádra. Až v roce 2023 se sice ukáže, zdali bude fungovat – snah o snížení ceny budoucích reaktorů je ale vícero. Tiskovka výzkumníků tuna.

Jedna velikost pro všechny?

Drahé, komplikované, monopolizované – to jsou asi tři nejčastější argumenty proti jaderné energii, pokud tedy odhlédneme od obav z havárie. Navzdory přitažlivému strachu ztělesněnému v Černobylu ve skutečnosti o bytí či nebytí jádra jako významného segmentu energetiky rozhodnou právě ty tři úvodní ekonomicko-produkční důvody. Soláry se totiž stávají na produkci a instalaci natolik levné, že pro dostatečně sofistikované energetiky s dostatečnými kapacitami úložišť působí jádro stále méně lákavě.

Někteří čtenáři teď snad chtějí vykřiknout milion a jeden důvodů, proč je situace složitější – a mnozí budou mít pravdu, jak zmínily i jiné starší články. Jádro je nízkouhlíkové, obří budování čistě solární energetiky a/nebo uložišť má diskutabilní ekologickou cenu, tržní cena je závislá na mnoha proměnných včetně dotací. Jenže při pohledu na nekonečné české budování Temelína těžko rozporovat, že jaderné elektrárny jsou nutně svázané s byrokratickými molochy.

Jaderky jsou jako obří projekty nutně silně spjaty s vládami, prapůvod jaderné energetiky ostatně vězí v obohacování materiálu pro jaderné zbraně. Štěpný materiál není ani dnes úplně žádoucí nechávat zcela privatizovat z důvodů, pro které si stačí pustit libovolný akčňák z 90. let. Jaderky jsou tak dnes v podobné pozici jako NASA – můžou vám být sympatické, mají za sebou bohatou minulost, a principielně to má zřejmě budoucnost. Ale ve srovnání se SpaceX je znát obrovský, pardon OBROVSKÝ lag daný celkovou byrokracií, či lépe tím, čemu se v angličtině říká „red tape“.

Jaká ale může být „SpaceX pro jadernou energii“? Už pár let píšu, že formu muže mít v některé společnosti vyvíjející modulární jaderné reaktory – nejznáměji NuScale. Menší reaktory budované v továrním stylu mají eliminovat několik tradičních nešvarů jaderek. Reaktory bude možné vytvářet levněji a rychleji, což může snížit cenu. Budou méně výkonné, takže sice dají méně proudu (to by však měla kompenzovat ta cena, resp. vyšší počet reaktorů), zároveň se ale budou ochlazovat pasivně. To by mělo zamést s rizikem nehod způsobených výpadkem chlazení.

Ale co ta byrokracie? U toho lze jen pokrčit rameny – nicméně každý nový nápad, který zlevňuje a zjednodušuje hypotetické reaktory zítřka, se kvůli ní počítá dvojnásob. Třeba novinka spočívající v 3D tisku jaderného reaktoru!

Zdroj memu: Hakam Karim a.k.a. Hakoom/Oak Ridge National Laboratory

Proč tisk?

Právě toho tak trochu dosáhl tým Kurta Terrani z americké Oark Ridge National Lab. V rámci svého programu Transformation Challenge Reaktor nedávno dokončili předběžný design jádra reaktoru, který by se měl dočkat realizovat k roku 2023. Ačkoliv design reaktoru je veskrze konzervativní a klidně by mohl být tatínkem modernějších nápadů na poli energetiky, v případě úspěšného dokončení půjde o první kompletně vytištěná reaktorová nádoba na světě.

Materiálem tisku je karbid křemíku, přičemž vytisknuté jádro bude nakonec vpasováno do srdce celého plynem chlazeného reaktoru, jehož výkon by měl činit 3 MWe. To není zrovna mnoho – jediný blok Temelína dává přes 1000 MWe, dokonce i malé NuScale reaktory mají dávat 60 MWe.

Zdroj: Oak Ridge NL

Bavíme se však o experimentálním pokusu, nikoliv aplikované energetice. Cílem v Oak Ridge bude především otestovat, „jestli to jde“. Ale jelikož už víme, že 3D tisk kovu je nejenom možný, ale dokonce možná pro řadu úkonů efektivnější než „tradiční“ metalurgie, v principu Kurtově tým nic nebrání v inovaci. Co víc, pokud by se vytisknuté reaktorové jádro, nejenže by mohlo časem vést k ještě levnější výrobě malých modulárních reaktorů, ale mohlo by vést i k efektivnějším návrhům.

Časem bychom se tak mohli dočkat nejen výrazně levnější údržby stávajících reaktorů, ale třeba i návrhu reaktorů, které snižují cenu údržby – anebo kreativně využívají některý fičur reaktoru ke zvýšení efektivity či bezpečnosti. Totéž lze samože říct i o jiném využití 3D tisku (a kovů zejména), a stále vlastně stojíme na počátku téhle éry inovovaného designu. Ale v jaderné energetice může jít opět o kýžený závan čerstvé inovace.

Ještě není rozhodnuto

Jak sepsal nedávno Wired, Kurtův tým prozatím „jenom“ páchá design a prochází schvalováním. Ani malý jaderný není triviální podnik, který by si měl kdokoliv stavět u sebe doma ve sklepě. Teprve po roce 2023 tak uvidíme, zdali nápad skutečně funguje. Tou dobou bychom už mohli mít i první data z pokusných prototypů NuScale, pokud tedy krize a/nebo pandemie do testování modulárních reaktorů nehodí vidle.

Každý nápad se však v honbě za ekonomicky a zároveň i ekologicky přijatelnou energií hodí, a je jenom škoda, že proponenti obnovitelných zdrojů i proponenti jádra na sebe tak často cení zuby, když by je měli cenit spíše na uhlí. Pozice jednotlivých států se liší a kde mají soláry více prostoru a více slunce, může být i v případě levných modulárních reaktorů i nadále smysluplné se držet fotovoltaiky – a opačně.

V ideálním světě bez uhlí si třeba dovedu představit, že státy blíže rovníku a/nebo státy s hodně přebytečnými plochami by mohly sázet primárně na soláry. Anebo dojde na skok v jednodušší produkci solárů. Jasně, budoucí jaderky se můžou zlevnit – ale stejně tak čekáme, až se zlevní organické solární panely, které by si lidi taky mohli tisknout doma. Takže pokrok může kvapem jít dále v obou směrech.

Levnější panely ale zároveň stále neznamenají i levnější úložiště. Vybudovat všude na státní úrovni Muskovy baterky je enviromentálně diskutabilní – pokud budou svět významně pohánět chemické baterie, přibude i významně toxického odpadu z nich. Druhá možnost, tedy uříznout všem kopcům vrcholky a udělat tu přečerpávací elektrárny, by zase znamenala zásah do už tak poničeného biomu a avíc spoléhání na kvanta vody jako médium v době, kdy se na obzoru stále významněji mluví o riziku sucha.

Zrovna Česko je tak v pozici, kdy nemá zrovna výhodné postavení pro soláry co do lokace ani volné plochy. Fotovoltaiku sice už lze skloubit se zemědělstvím anebo aplikovat do oken, ale cesta podobných nápadů z laboratoří do praxe nejspíše jednu, dvě generace zabere. Zdá se tak logičtější, že Česko by mělo spoléhat buďto na jádro, anebo na (pro mnohé nepopulární) společné evropské projekty. Jenže pak je tu zase znalost tuzemské „efektivity“ a „rozpočtové čistoty“ při budování velkých projektů… Až by jeden při vybírání budoucí energetické koncepce nejraději sáhl po svíčkách.

Cesta k nízkouhlíkovější energetice tak rozhodně není o binárním rozhodování mezi dvěma snadnými volbami. A čím více budeme dělat, že je řešení snadné a „jenom druhá strana to nevidí“, tím déle bude turbíny roztáčet uhlí. Nad tím, jestli tak bude 3D tisk hrát významnou roli v jaderné energetice zítřka, budu závěrem taky muset jen pokrčit rameny. V segmentu natolik zatíženém absencí inovace jde však rozhodně o nový nápad, a z těch já prostě zářím nadšením!

[Ladislav Loukota]

Víc na téma jsem vloni pokecal i s Vladímírem Wagnerem.

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Diskuze