США сильно зависят от российского урана и импортировали около 14 процентов своего урана и 28 процентов всех услуг по обогащению из России в 2021 году
В России находится крупнейший в мире комплекс по обогащению урана, на долю которого приходится почти половина мировых мощностей.
США активно ищут альтернативы урану в качестве ядерного топлива.
Ядерное топливо на основе тория обладает преимуществами по сравнению с обычным ядерным топливом на основе урана.
Урановый рудник
Еще в марте 2022 года, вскоре после вторжения России в Украину, президент Байден подписал распоряжение, которое запретило импорт российской нефти, сжиженного природного газа и угля в Соединенные Штаты. Хотя запрет вместе с санкциями ЕС был обвинен в резком росте мировых цен на энергоносители, американские нефтеперерабатывающие заводы не пострадали от этого, поскольку Россия поставляла всего 3% импорта сырой нефти в США.
Однако игроки быстро указали, что из этого списка был исключен один заметный экспорт: уран.
В течение длительного времени США сильно зависели от российского урана и импортировали около 14 процентов своего урана и 28 процентов всех услуг по обогащению из России в 2021 году, в то время как показатели Европейского союза составили 20 процентов и 26 процентов на импорт и услуги по обогащению соответственно. И, похоже, конца этому не видно, несмотря на то, что президент Украины Владимир Зеленский призвал США и международное сообщество запретить импорт российского урана после обстрела Россией Запорожской ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ на Украине. Американские компании ежегодно направляют 1 миллиард долларов российскому государственному ядерному агентству Росатом и импортировали обогащенный уран еще на 411,5 миллиона долларов только в первом квартале 2023 года.
Отказаться от российского урана – непростая задача для страны, учитывая, что Россия является домом для одного из крупнейших в мире запасов урана, запасы которого оцениваются в 486 000 тонн, что эквивалентно 8 процентам мировых запасов. В России находится крупнейший в мире комплекс по обогащению урана, на долю которого приходится почти половина мировых мощностей.
В настоящее время в США имеется один действующий завод, управляемый владельцами из Великобритании, Нидерландов и Германии, который может производить менее трети от своих ежегодных внутренних потребностей. Кроме того, в настоящее время у страны нет планов развивать или находить достаточные мощности по обогащению, чтобы стать самодостаточными внутри страны в будущем.
Напротив, китайская China Nuclear Corporation работает над удвоением своих мощностей для удовлетворения потребностей быстро растущего парка гражданских ядерных реакторов Китая, так что к 2030 году Китай планирует иметь почти треть мировых мощностей.
Но, возможно, США не вечно обречены пресмыкаться перед российским ураном, поскольку страна активно ищет урановые заменители.
Альтернативные виды топлива
Поскольку администрация Байдена поставила цель достичь 100-процентной безуглеродной энергетики к 2035 году, ядерная энергетика, вероятно, продолжит оставаться актуальной проблемой, несмотря на то, что это низкоуглеродистое топливо, главным образом потому, что обычное ядерное топливо создает много опасных отходов.
Что дало бы ядерной энергетике серьезный импульс, так это значительный технологический прорыв в замене урана торием в реакторах. Общественность, вероятно, было бы гораздо легче привлечь к работе с удалением опасного урана.
Торий сейчас рекламируется как “великая зеленая надежда” на экологически чистое производство энергии, которое производит меньше отходов и больше энергии, чем уран, устойчив к расплавлению, не имеет побочных продуктов оружейного качества и даже может потреблять устаревшие запасы плутония.
Министерство энергетики Соединенных Штатов (DOE), Центр ядерной инженерии и науки в Техасе и Национальная лаборатория Айдахо (INL) заключили партнерские отношения с чикагской компанией Clean Core Thorium Energy (CCTE) для разработки нового ядерного топлива на основе тория, которое они назвали ANEEL. ANEEL (Advanced Nuclear Energy for Enhanced Life) – запатентованная комбинация тория и “низкообогащенного урана высокой пробы” (HALEU), предназначенная для решения проблем высоких затрат и токсичных отходов (торий должен быть соединен по крайней мере с небольшим количеством расщепляющегося материала из-за его неспособности к естественному расщеплению самостоятельно). Основное различие между ANEEL и ураном, который в настоящее время используется в реакторах США, заключается в уровне обогащения урана. Вместо обогащения урана-235 до 5% реакторам нового поколения требуется топливо с обогащением до 20%. Несколько лет назад CCTE начала адаптировать существующие конструкции реакторов, чтобы они могли использовать аниловое топливо, которое, по прогнозам компании, может поступить в коммерческое использование уже в 2024 году. Между тем, два года назад Комиссия по ядерному регулированию США (NRC) одобрила Запрос Centrus Energy о производстве HALEU на своем заводе по обогащению в Пикетоне, штат Огайо, который станет единственным заводом в стране, где это будет сделано. Однако, если новое топливо окажется успешным, можно ожидать большего.
Хотя ANEEL лучше всего работает в реакторах на тяжелой воде, его также можно использовать в традиционных реакторах на кипящей воде и воде под давлением. Что еще более важно, реакторы ANEEL могут быть развернуты намного быстрее, чем урановые реакторы.
Еще одним ключевым преимуществом ANEEL по сравнению с ураном является то, что с его помощью можно достичь гораздо более высокой скорости выгорания топлива – порядка 55 000 МВт / Т (мегаватт-день на тонну топлива) по сравнению с 7000 МВт / Т для природного уранового топлива, используемого в реакторах с водой под давлением. Это позволяет топливу оставаться в реакторах гораздо дольше, что означает гораздо более длительные интервалы между остановками для дозаправки. Например, индийская установка Kaiga-1 и канадская установка Darlington PHWR установили мировой рекорд по бесперебойной работе – 962 дня и 963 дня соответственно.
Топливо на основе тория обладает и другими ключевыми преимуществами. Одним из важнейших является то, что гораздо более высокая степень сгорания топлива сокращает отходы плутония более чем на 80%. Период полураспада плутония короче – около 24 000 лет по сравнению с периодом полураспада Урана-235, составляющим чуть более 700 миллионов лет. Плутоний высокотоксичен даже в малых дозах, приводя к лучевой болезни, раку и часто к смерти. Кроме того, торий имеет более низкую рабочую температуру и более высокую точку плавления, чем природный уран, что делает его по своей сути более безопасным и устойчивым к расплавлению активной зоны.
Свойства возобновляемой энергии тория также весьма впечатляют.
Еще одно преимущество: в земной коре тория более чем в два раза больше, чем урана. В Индии тория в 4 раза больше, чем урана. Торий также можно добывать из морской воды, как и уран, что делает его практически неисчерпаемым.
Что еще лучше, в феврале чикагская Clean Core Thorium Energy и Канадская комиссия по ядерной безопасности (CNSC) начали этап планирования предварительного лицензионного обзора ANEEL thorium и HALEU производства Clean Core, сигнализируя о достигнутом прогрессе.
Ториевое проклятие?
Будем надеяться, что ANEEL не пострадает от ториевого проклятия и, наконец, поможет стране стать менее зависимой от российского урана. В конце концов, ториевые MSR (реакторы на расплавленной соли) разрабатывались с 1960-х годов США, Китаем, Россией и Францией, но из них так ничего и не вышло. Кроме того, новое топливо еще предстоит испытать в коммерческих масштабах. Радиолог-ядерщик Питер Карамоскос из Международной кампании за ликвидацию ядерного оружия (ICAN) посоветовал миру не затаивать дыхание:
“Все без исключения [ториевые реакторы] никогда не были коммерчески жизнеспособными, и ни один из предполагаемых новых проектов даже отдаленно не кажется жизнеспособным. Как и все производство ядерной энергии, они полагаются на обширные субсидии налогоплательщиков; единственная разница в том, что в случае с ториевыми и другими реакторами-размножителями они на порядок больше, вот почему ни одно правительство никогда не продолжало их финансирование.”
Однако, если ANEEL превзойдет все шансы, страна могла бы поставлять новое топливо в страны, которые эксплуатируют реакторы CANDU (канадский дейтерийно-урановый реактор) и PHWR (реактор на тяжелой воде под давлением), такие как Китай, Индия, Аргентина, Пакистан, Южная Корея и Румыния. Эти реакторы охлаждаются и замедляются с использованием тяжелой воды под давлением. Еще 50 стран (в основном развивающиеся) либо приступили к ядерным программам, либо выразили заинтересованность в запуске таких же в ближайшем будущем. У США, вероятно, будет готовый рынок для их нового ториевого топлива, поскольку они подписали двусторонние ядерные договоры, включая Соглашение 1-2-3, касающиеся безопасности, нераспространения оружия и ядерных материалов, не менее чем с 48 странами. В целом, 50 из существующих в мире 440 ядерных реакторов могут работать на этом новом топливе.
К счастью, это происходит в нужное время, поскольку ядерная энергетика переживает своего рода очередной мини-ренессанс.
Продолжающийся энергетический кризис помогает подчеркнуть статус ядерной энергетики как самого надежного источника энергии, что якобы дает ей серьезное преимущество перед другими возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия, которые находятся на нижней границе спектра надежности.
Unite, крупнейший профсоюз Великобритании и Ирландии, поддержал призыв Ассоциации ядерной промышленности Великобритании (NIA) к массовым инвестициям в ядерную отрасль, заявив, что комплексные инвестиции в ядерную промышленность будут необходимы для запуска экономики Великобритании после пандемии, а также для достижения цели ЕС по декарбонизации всех ее отраслей к 2050 году. Лидеры ЕС признали ядерную энергетику способом борьбы с изменением климата, хотя водород остается их главным приоритетом.
Тем временем Япония объявила о серьезном повороте в своей энергетической политике после того, как азиатская нация приняла новую политику, способствующую более широкому использованию ядерной энергии, фактически положив конец 11-летнему запрету и поэтапному отказу, который был вызван катастрофой на Фукусиме. В соответствии с новой политикой Япония будет максимально использовать существующие ядерные реакторы путем перезапуска как можно большего числа, продления срока службы старых реакторов сверх их 60-летнего предела, а также разработки реакторов следующего поколения для их замены.
ANEEL и “Ядерный дизель” предлагают другой возможный путь возвращения к ядерной энергетике, но только в том случае, если он преуспеет там, где торий пока не преуспел.
Владимир Карасёв, специально для News Front