A jövő energiaforrása az ipar számára – ITBUSINESS A jövő ipari tájképe egyre inkább az innovatív energiaforrások köré épül, amelyek fenntarthatóságukkal és hatékonyságukkal képesek forradalmasítani a termelési folyamatokat. A megújuló energiaforrások, m
A Paks bővítése kapcsán világosan látszik, hogy az atomreaktorok fejlesztése egy komplex és időigényes feladat. A kis moduláris reaktorok (SMR-ek) előnye, hogy gyorsabb telepítést tesznek lehetővé, és korszerűbb technológiájuknak köszönhetően hatékonyabb alternatívát nyújthatnak az ipari szereplők fenntartható energiaigényeinek kielégítésére. Azonban ezek az előnyök csak hosszú távon realizálódnak.
Ha tömören szeretnénk meghatározni a kis moduláris reaktorok (SMR-ek) lényegét, azt mondhatnánk, hogy ezek a hagyományos atomerőművek (PWR) korszerűsített, kompakt alternatívái. Viszont ez a meghatározás nem tükrözi teljes mértékben azokat az előnyöket és lehetőségeket, amelyek révén a gyártóüzemek és adatközpontok energiaigényének enyhítésében szerepet játszhatnak.
Az SMR-ek legnagyobb előnye a kompakt méretükben rejlik: kis helyigényük miatt könnyedén elhelyezhetők olyan távoli vagy nehezen megközelíthető területeken is, ahol a hagyományos, nagyobb erőművek telepítése komoly kihívásokat jelentene. Moduláris felépítésük lehetővé teszi az előre gyártott elemek gyors helyszíni összeszerelését, ami nemcsak a beruházási időt rövidíti le jelentősen, hanem a költségek csökkentésére is kedvező hatással van.
A SMR-ek (kisméretű moduláris reaktorok) kiemelkedő szerepet tölthetnek be a fenntartható energiatermelés és a dekarbonizációs célok megvalósításában. E technológia alapvetően a hagyományos atomerőművek működési elvét követi: a fűtőelemek, amelyek jellemzően dúsított uránt tartalmaznak, maghasadás során hőt termelnek. Ez a hő gőzt generál, amely turbinákon keresztül elektromos áramot állít elő. A kisebb reaktorzónák lehetővé teszik a csökkentett teljesítmény mellett a hasadóanyag igényének és a radioaktivitás szintjének mérséklését is. Ennek köszönhetően a hűtési folyamatok üzemzavari helyzetekben is egyszerűbbé válnak, ami jelentősen fokozza a rendszerek biztonságát. Az SMR-ek tehát nemcsak a fenntarthatóság, hanem a biztonság szempontjából is ígéretes alternatívát jelenthetnek a jövő energiatermelésében.
Dr. Aszódi Attila, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Nukleáris Technikai Intézetének elismert tanára egy online publikáció keretein belül részletesen elemezte a hagyományos nyomottvizes reaktorok (PWR) és a kis moduláris reaktorok (SMR) közötti lényegi eltéréseket. Az írásban kiemeli, hogy míg a PWR technológia hosszú évtizedek óta bevett megoldás, az SMR-ek új perspektívákat kínálnak a nukleáris energiatermelés jövőjében.
Legszembetűnőbb természetesen a méret és a kapacitás. Míg a hagyományos PWR-ek nagy, akár több száz vagy ezer megawatt teljesítményű blokkok, addig az SMR-ek legfeljebb 300 megawatt teljesítményű egységek. A PWR-ek magas nyomású vizet használnak hűtésre és a neutronok lelassítására, azaz a moderálásra, ami robusztus, vastag falú reaktortartályokat és összetett biztonsági rendszereket igényel. Építési idejük ezért is hosszú, gyakran 8-15 év, így elsősorban nagy, központi erőművek számára ideálisak.
Az SMR-ekben ezzel szemben többféle hűtési technológiát alkalmazhatnak - víz-, gáz- vagy olvadt só alapú rendszereket - és sokkal gyorsabban, akár 3-5 év alatt is telepíthetők. A szakember a Kairos Power által fejlesztett erőművet (Kairos Power Fluoride salt Hight Temperature Reactort, KP-FHR-t) hozza példaként, amely fluoridsós hűtést alkalmaz. Ez a módszer alacsony nyomáson is működik, miközben magas hőmérsékletet képes elérni, így hatékonyabb energiatermelést biztosít. A szakember kiemeli, hogy a kétféle erőműtípus üzemanyag-használat terén is eltér: míg a PWR-ek 5 százalékos urándúsítás mellett, hengeres, fém burkolatú üzemanyagot használnak, addig a KP-FHR apró, 1 mm körüli méretű, kerámia burkolatú, gömb alakú üzemanyag-szemcsékkel működik. Az alkalmazott kezdeti urándúsítás közel 20 százalékos, négyszer magasabb a hagyományos reaktorokénál. Ez azt is jelenti, hogy a KP-FHR 140 MW-os blokkjában mindössze nagyjából 100 kg dúsított uránra van szükség.
A biztonság terén kiemelkedő eltérések figyelhetők meg, amelyek kulcsfontosságúak az erőművek üzemeltetése során. Az SMR-ek (kisméretű moduláris reaktorok) olyan passzív biztonsági rendszerekkel működnek, amelyek emberi beavatkozás nélkül is képesek garantálni a biztonságos üzemelést. Ezzel szemben a PWR-ek (nyomott vízreaktorok) aktív biztonsági rendszereket alkalmaznak, amelyek külső energiaforrást és összetett mechanikai megoldásokat igényelnek. Ez a különbség alapvetően befolyásolja az erőművek működésének megbízhatóságát és biztonságát.
Az SMR-ek (kis moduláris reaktorok) elterjedésének egyik fő mozgatórugója az ipari alkalmazások iránti kereslet, amely különösen a kisebb kapacitásuk miatt válik vonzóvá. Vegyünk például egy közepes méretű autógyártót, amely évente körülbelül 200-300 ezer járművet állít elő. Az ilyen üzemek általában 50-100 MW folyamatos energiaellátásra van szükségük. Ezzel szemben a nagyobb, korszerű technológiákat alkalmazó gyárak, főként azok, amelyek elektromos járműveket gyártanak, akár 200 MW-ot vagy még annál is nagyobb folyamatos energiamennyiséget igényelnek.
Ennek alapján egyetlen SMR elegendő energiát nyújthat egy átlagos autógyár teljes működéséhez, sőt, akár több kisebb üzemet is képes egyidejűleg kiszolgálni. Továbbá, ha több moduláris egységet kombinálunk, az energiaellátás rugalmasan bővíthető, így ideális megoldásként szolgálhat nagyobb ipari vagy logisztikai központok számára is.
Nem meglepő, hogy az SMR-ek (kis moduláris reaktorok) különösen vonzó lehetőséget jelentenek a kihívásokkal küzdő autóipar számára. Ezek a rendszerek képesek stabil és szén-dioxid-mentes energiaforrást nyújtani, amely hozzájárul a gyártási folyamatok karbonlábnyomának csökkentéséhez. Ez a tényező kulcsfontosságú a fenntarthatósági célok elérésében, továbbá elengedhetetlen az elektromos járművek gyártásának támogatásához, ahol a megújuló energiaforrások kiemelt szerepet játszanak.
A fenntartható energia iránti igény bizonyítéka a BMW Group debreceni gyára területén felépülő 500 000 négyzetméter területű, 43 MW névleges teljesítmény leadására képes napelempark is. Ez a tervek szerint idén készül el, és kapacitása a vállalat tájékoztatása szerint közel 45 gigawattóra lesz, amennyi - közvetlen felhasználás esetén - húszezer háztartás kiszolgálására is elegendő lenne.
Jelenleg a kis moduláris reaktorok főként Oroszországban és Kínában működnek. Oroszországban található az Akagyemik Lomonoszov, amely egy úszó atomerőmű, és két KLT-40S típusú reaktort foglal magában, mindegyikük 35 megawatt elektromos teljesítményre képes. Az építkezés 2007-ben indult, és 2019 decemberében kezdte meg működését Pevekben, az Északi-tengeren. Ezen innovatív létesítmény elsődleges feladata, hogy biztosítsa a távoli északi területek energiaellátását.
Kínában található a HTR-PM nevű, magas hőmérsékletű gázhűtéses reaktor, amely két reaktormodulból áll, együttesen 210 megawatt elektromos teljesítménnyel. Ez a létesítmény 2021 decemberében csatlakozott a hálózathoz, és a világ első kereskedelmi célú, magas hőmérsékletű gázhűtéses reaktoraként tartják számon.
Egy izgalmas projekt keretében Hainan tartományban készül a világ első kereskedelmi célú, szárazföldi nyomottvizes moduláris reaktora, a Linglong One, amely 2026-ra várhatóan megkezdi üzemelését. Ez a reaktor a hagyományos nyomottvizes reaktorokhoz hasonló technológiát alkalmaz, de kompaktabb és moduláris felépítése lehetővé teszi a rugalmasabb telepítést. Szakértők előrejelzései szerint Kína évente akár 10 új reaktort is integrálhat a nukleáris flotta bővítésébe, jelentős lépést téve a fenntartható energiaforrások felé.
Argentínában is épül már egy 32 MW névleges villamos teljesítményű, CAREM-25 nevű reaktor, amelyet 2022 novemberében egy magyar nukleáris szakmai delegáció is meglátogatott. A látogatás során szándéknyilatkozatot írtak alá kis moduláris reaktorok nukleáris biztonságához kapcsolódó oktatási és kutatási együttműködési megállapodás kidolgozásáról.
Európában és Észak-Amerikában jelenleg számos SMR-projekt van folyamatban, amelyek többsége még a tervezési vagy engedélyezési szakaszban tart. A következő években azonban várható, hogy ezek a projektek megvalósulnak. Például az Egyesült Államokban a NuScale Power a VOYGR nevű kis moduláris reaktor rendszer fejlesztésén dolgozik, amely modulonként 77 megawatt elektromos teljesítményt kínál, és akár 12 modult is lehet telepíteni egy adott helyszínen. NuScale célja, hogy az első ilyen erőmű az évtized végére üzembe helyezhető legyen. Mindazonáltal a kis moduláris reaktorokkal kapcsolatos jelenlegi kihívásokat jól tükrözi, hogy az építési költségek az évek során jelentősen megemelkedtek, ami kétségessé teszi azt a korábbi nézetet, miszerint az SMR-ek olcsóbban kivitelezhetők, mint a hagyományos, nagyobb atomerőművek.
Ha a technológia ennyire kedvező, miért nem terjednek el gyorsabban ezek a "zseberőművek" világszerte? A válasz nem olyan egyszerű, mint elsőre tűnik. Az SMR-ek (kisméretű moduláris reaktorok) bevezetése számos kihívással jár, és ezek megoldása elengedhetetlen ahhoz, hogy a technológia valóban széles körben elérhetővé váljon.
Az egyik legnagyobb nehézséget a szabályozási környezet jelenti, mivel a hagyományos atomerőművekre vonatkozó előírások nem mindig alkalmazhatók közvetlenül az SMR-ekre. Az új típusú reaktorok engedélyezése hosszú időt vehet igénybe, mivel a szabályozó hatóságoknak először ki kell dolgozniuk az új követelményeket, és tesztelniük kell a biztonsági rendszereket.
A másik lényeges tényező a költségek terén keresendő. Gazdasági szempontból az SMR-ek (kisméretű moduláris reaktorok) fejlesztése és gyártása a kezdeti fázisban jelentős tőkebefektetést követel meg. A költséghatékonyság csak akkor érhető el, ha a gyártás volumene megnő, ami miatt a kezdeti telepítések a befektetők számára kockázatosak lehetnek. Továbbá, bár a szakértők úgy vélik, hogy az SMR-ek potenciálisan olcsóbbak és gyorsabban telepíthetők, az első prototípusok kivitelezése rendkívül magas költségekkel járhat, ami szintén hátráltathatja a piaci bevezetést.
Harmadrészt a hulladékkezelés kérdése nem elhanyagolható szempont. Bár az SMR-ek (kisméretű moduláris reaktorok) potenciálisan hatékonyabb üzemanyag-felhasználást tesznek lehetővé, a radioaktív hulladék keletkezése továbbra is elkerülhetetlen, amely hosszú távú tárolási megoldásokat követel. Ezért az új reaktortípusok esetében kulcsfontosságú, hogy megtaláljuk a hulladék kezelésére és újrahasznosítására vonatkozó optimális stratégiákat. A társadalmi elfogadottság is lényeges tényező, hiszen a közvéleményben továbbra is erős a nukleáris energiával kapcsolatos bizalmatlanság. E problémát leginkább a biztonsági előnyök tudatos kommunikációjával és a technológia alapos tesztelésével lehet mérsékelni, ám ez a folyamat sem gyors, sem egyszerű.
