Úvodem

Pačesova komise tvrdí, že reaktory nové generace učiní problém s jaderným odpadem méně důležitým. Toto tvrzení považuji za velice zdrženlivé, jak vyjasním v článku.

Shrnutí

Tzv. problém s "jaderným odpadem", tedy vyhořelým jaderným palivem (VJP), je problém čistě politický - technologické řešeni máme už dnes, jak v následujícím vyjasním. Skutečný jaderný odpad jsou štěpné trosky - rozštěpená těžká jádra, která je třeba od prostředí stínit pouze stovky let, což je triviální problém, na rozdíl od stínění po desítky či stovky tisíc let. Isotopy s dlouhou dobou rozpadu - transurany jako plutonium, americium a pod., které obsahuje současné VJP, lze zužitkovat, recyklovat, jako jaderné palivo. Dále, štěpné trosky jsou svou podstatou vzácné materiály s unikátními vlastnostmi, které mají aplikace v průmyslu, medicině a sanitaci.

Současná situace

Předem bych chtěl upozornit, ze otázka odpadu je ve skutečnosti silná stránka jaderné energetiky: pouze jádro dokáže své odpady odstínit od prostředí, kdežto jeho konkurence - spalováni uhli - své odpady vypouští do všem společné atmosféry. Přitom se nejedná pouze o CO2, SO2, NOx, ale i o toxické látky jako arsen, chrom, kadmium a v neposlední řadě i radioaktivní uran a thorium: uhlí obsahuje typicky 5-50 ppm uranu, což při miliónech tun spálených v typické (1 GWe) uhelné elektrárně znamená řádově desítky tun uranu uvolněných buď přímo do ovzduší nebo do mělkých úložišť popílku, ze kterých se radioaktivní radon snadno uvolní do atmosféry.

Vyhořelé jaderné palivo (VJP) je skladováno v kontejnerech v areálu elektrárny na ploše menší než parkoviště pro managery elektrárny. Za 50 let této praxe neexistuje ani jeden případ úmrtí ani těžkého zraněni v důsledku tohoto uložení, což je bezprecedentní bezpečnost - emise z chemického spalováni zabíjejí podle informací WHO globálně milióny lidí každý rok. Není žádný důvod, proč by toto levné a evidentně bezpečně uloženi nemohlo pokračovat několik dalších desetiletí.

VJP je pouze částečně použité palivo: 95-97% materiálů lze znovu použít jako jaderné palivo. Část se recykluje již dnes formou tzv. MOX (Mixed OXide) paliva [1]. Všechny současné reaktory typu PWR/BWR (tedy naprostá většina energetických reaktorů ve světě a všechny reaktory v ČR) mohou využít MOX palivo v zhruba polovině ze všech palivových elementů. Nové reaktory jako francouzský EPR je možno provozovat 100% na MOX palivo.

Pokročilé reaktory

Rychlé reaktory s kovovým palivem nebo reaktory s tekutým jádrem (tzv. MSR - Molten Salt Reactor), dokáží využít veškerou energii těžkých jader (pro srovnání, PWR využijí zhruba 0.5% vytěženého uranu před obohacením). Nejedná se o žádné sci-fi, rychlé reaktory [2] funguji již přes 50 let; ostatně první reaktor, který vyrobil využitelnou elektřinu, byl rychlý reaktor (20. prosince 1951, EBR-1 [3]). Komerční nasazení těchto reaktorů se plánuje až se čtvrtou generací jaderných elektráren, tedy okolo roku 2030. Zde bych poznamenal, že skladovat VJP současným způsobem v rámci areálu jaderných elektráren je zjevně bezpečné a ověřené jako bezproblémové (s výjimkou politických efektů). Plány se však mohou radikálně změnit. S růstem ceny ropy rostou ceny všech fosilních paliv, takže na masivní expanzi jádra, která je trvale udržitelná pouze s množivými reaktory, možná dojde dříve. Trvalá udržitelnost jaderné energetiky plyne z faktu, že při použití množivých reaktorů a těžby uranu z oceánů [4], máme paliva na miliardy let několikanásobku celkové současné energetické spotřeby lidstva [5]. Pokud pomineme možnost těžby uranu z mořské vody, současné ekonomicky těžitelné zásoby stačí na řádově tisíce let. Kromě uranu lze jako jaderné palivo použít i thorium [8].

Příkladem projektu moderní množivé jaderné elektrárny je Integrovaný rychlý reaktor (Integral Fast Reactor, IFR), který v letech 1984-1994 vyvíjeli Američané [6]. IFR předběhl svou dobu - tehdy téměř nikoho nezajímaly skleníkové plyny a uran stál desetinu současné ceny. Podstatná součást IFR je proces recyklace paliva, tzv pyroprocessing [7], který umožňuje relativně snadno separovat na jedné straně veškerá použitelná jaderná paliva, a na druhé štěpné produkty. Pyroprocessing je důkladně ověřená technologie, jejíž vývoj a testy pokračovaly v Argonne i po opuštění projektu IFR.

Jestli budou ekonomičtější projekty podobné IFR (jehož výzkum je dokumentován ve vědecké literatuře) nebo zda-li budou ekonomičtější reaktory typu MSR (technické detaily a dokumenty viz [8]), je otázka budoucnosti. Problém jaderné energetiky spočívá bohužel v bezprecedentní byrokracii a regulaci, která znemožňuje vstup nových technologii na trh. V důsledku toho stále používáme primitivní jaderné elektrárny technologicky vyvinuté v 50tých letech, ale to je na jiné pojednání.

Separace a využití štěpných produktů

Elektrolytický pyroprocessing i přepracování paliva v MSR umožňuje separaci jednotlivých materiálů ze směsi štěpných produktů, díky rozdílných ionizačním potenciálům v případě pyroprocessingu, resp. rozdílnému tlaku sytých par v případě MSR, kde je použita vakuová destilace tekutých solí pro separaci štěpných produktů.

Štěpné produkty lze vitrifikovat (zalít do skla), a výsledný odpad je nutné stínit od prostředí po stovky let [9]. Nicméně štěpné produkty jsou vzácné materiály s unikátními vlastnostmi, tedy hodnotné suroviny. Detailní rozbor potenciálního využití těchto materiálů přesahuje rozsah článku. Za zmínku stojí vzácné kovy platinové skupiny (Ru, Rh, Pd) [10]. Rhodium stojí téměř 10x tolik co zlato. Dále, dlouhožijící isotopy přítomné ve štěpných produktech [11] lze využít při čištění odpadních vod [12], případně transmutovat na stabilní či krátkodobě žijící isotopy [13].

Přehlednou diskusi o využití radioaktivních materiálů v medicíně a průmyslu najde čtenář v referencích [14] a [15].

Závěrem

Existence rychlých reaktorů a zkušennosti s technologii IFR ukazuji, ze již dnes máme technologie jak vyřešit problém s jaderným odpadem - odstínění od prostředí na pár set let je snadno řešitelný problém; a zároveň provozovat jadernou energetiku trvale udržitelně po dobu jakékoliv představitelné budoucnosti.

[1] http://www.world-nuclear.org/info/inf29.html
[2] http://www.world-nuclear.org/info/inf98.html
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/EBR-I
[4] http://www.taka.jaea.go.jp/eimr_div/j637/theme3%20sea_e.html
[5] http://www-formal.stanford.edu/jmc/progress/cohen.html
[6] http://www.nuc.berkeley.edu/designs/ifr/anlw.html , Český překlad s komentáři zde: http://proatom.luksoft.cz/view.php?cisloclanku=2008070003
[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_reprocessing#Pyroprocessing
[8] http://www.energyfromthorium.com/
[9] http://www.world-nuclear.org/info/inf60.html
[10] http://wwwsoc.nii.ac.jp/jnrs/paper/JN63/jn6331.pdf
[11] http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_transmutation#Long-lived_fission_products [12] http://dx.doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00220-0
[13] http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/10180577-PCAEyE/10180577.PDF
[14] http://www.world-nuclear.org/info/inf55.htm
[15] http://www.world-nuclear.org/info/inf56.html