Модерний атом: розробники ядерних реакторів нового типу обіцяють революцію в енергетиці

Засновник корпорації Microsoft Білл Гейтс і колишній співробітник Ілона Маска Даг Бернауер готують справжній технічний прорив у галузі ядерної енергетики.

Йдеться про атомні станції нового покоління та їхні компактні портативні генератори.

Обидва проєкти вважають більш екологічними в порівнянні з теперішніми аналогами, і вони певною мірою спростовують уявлення про те, що природні вітряки та сонячні батареї можуть повністю замінити рукотворні технології.

На думку обох новаторів, світ невдовзі потребуватиме ще більшої кількості електроенергії, тому ядерні програми поки що відміняти рано. Але водночас вони давно потребують технологічних новацій.

«Домашня» АЕС

Даг Бернауер тривалий час працював у компанії SpaceX Ілона Маска інженером з авіоніки. Зокрема, розробляв новий вид палива для заправки багаторазової транспортної системи Starship, призначеної для перевезення екіпажів і вантажів на навколоземну орбіту, Місяць і Марс.

Але згодом покинув відомий космічний бренд і заснував свою фірму для створення термостійких портативних ядерних генераторів, які можна упаковувати в транспортний контейнер. Тобто унікальність цієї системи полягає й у тому, що її можна перевезти та розгорнути у найвіддаленіших куточках планети.  

Установки працюватимуть на новітньому ядерному паливі, основу якого становлять так звані часточки TRISO, створені з синтезу урану, кисню та вуглеводів. Вони покриті спеціальними матеріалами й не перевищують розміру макової зернини. А також можуть набувати форми сфери або циліндра, підлаштовуючись під конструкцію реактора.

Завдяки цьому унікальному паливу моделі Дага Бернауера здатні генерувати один мегават енергії, чого достатньо для опалення 1 тис. приватних будинків.

Ще однією особливістю TRISO є здатність витримувати температуру, що перевищує 1 тис. 600 градусів за Цельсієм. На сьогодні цей показник вважають рекордним у роботі ядерних реакторів, що робить їх стійкішими до розплавлення.

З цією ж метою розробник увів до системи механізм на основі гелію, який полегшує пасивний відвід тепла. Оскільки часточки TRISO потребують заправки лише раз на п’ять років, реактор можна встановити у віддалених від великих міст населених пунктах і навіть там, де немає підключення до єдиної енергосистеми. Їх також можна встановити вздовж магістралей для заправки електромобілів.

Наукова спільнота портативну станцію Дага Бернауера вважає досить безпечною. Як повідомив Forbes, професор ядерної інженерії Мічиганського університету Тодд Аллен підкреслив, що ризик використання таких установок подібний до ризику реакторів у десятках університетських лабораторій США, де проводять ядерні дослідження.

«Там набагато менше ядерних матеріалів, системи менш складні, і їм важче вийти з ладу, — сказав він. — Існує довгий перелік факторів, чому ці установки більш безпечні за традиційні великі легководневі реактори. І їхні показники безпеки досить високі».

Нині компанія має намір отримати дозвіл регулятивних органів на конструкцію реактора і технологію, а наступного року спробує вперше випробувати його на практиці. Комерційне виробництво установок заплановане на 2028 рік.

«Натріум» — чисте джерело енергії

Засновник Microsoft Білл Гейтс, який був причетний до технологічної революції у сфері ІТ-технологій, вирішив вивести на новий рівень ще й енергетичну галузь.

Створена ним компанія TerraPower зараз працює над проєктом нового типу ядерних станцій, які будуть більш надійними та безпечними, аніж теперішні аналоги.

«Світ повинен зробити ставку на ядерну енергетику, якщо ми хочемо задовольнити зростаючу потребу в енергії, а також прибрати викиди вуглецю, — написав він у своєму блозі. — Жодне з інших чистих джерел не є настільки надійним, і жодне з інших надійних джерел не є настільки чистим».

Свій проєкт автори ідеї назвали Natrium, оскільки для охолодження реактора використовуватимуть не воду, як зараз, а рідкий натрій. Ця речовина може поглинати тепло без зростання тиску, тому, навіть втрачаючи електроенергію, станція продовжить охолоджуватися. У підсумку ризик вибуху помітно знизиться.

На думку фахівців, подібна технологія вирішує основну проблему ядерної енергетики, що пов’язана з безпекою експлуатації її реакторів. І ще одна важлива деталь. АЕС від компанії TerraPower вироблятимуть значно меншу кількість відходів, що теж служить важливим аргументом для противників цих джерел енергії.

«Я у захваті від цього проєкту і від того, що він означає для майбутнього, — каже Білл Гейтс. — Це ті зусилля, які допоможуть Америці зберегти свою енергетичну незалежність».

Модель реактора SMP-160.
Фото з сайту «Промисловий портал».

Проєкт «станції наступного ядерного прориву» включає в себе й спеціальну технологію зберігання енергії, яка полегшуватиме інтеграцію з уже існуючими енергосистемами. Запустити свою технічну новинку компанія планує до 2030 року.

Ба більше, Natrium приєднається до «багатомільярдної гонки» за право збудувати АЕС у Великій Британії. Відповідний конкурс уже оголосив уряд цієї країни.

Взяти участь у ньому, окрім компанії Білла Гейтса, зголосилися відомі американські фірми Bechtel и GE Hitachi, а також місцева Rolls-Royce.

У стартапа мільярдера на сьогодні є непогані шанси на виграш, бо малі реактори TerraPower набагато дешевші за свої аналоги й дозволяють отримувати енергію з меншими затратами.

Такі реактори виготовляють на заводі, а потім збирають на місці, не вимагаючи для зведення додаткової інфраструктури.

До речі, ядерна енергетика сьогодні дійсно переживає щось на кшталт ренесансу, оскільки привабливі й «чисті»«зелені» проєкти не можуть повністю задовольнити потреби в цьому виді енергії.

Навіть Німеччина, де вітряки й сонячні батареї отримали велику популярність, сьогодні готується запустити не лише кілька законсервованих ядерних реакторів, а й станції, що працюють на вугіллі.

У свою чергу, фінська компанія Teollisuuden Voima ввела в експлуатацію цього року найбільший у Європі реактор «Олкилуото 3», аби посилити безпеку в регіоні після припинення поставок газу та електроенергії з росії.

Генеральний директор TVO Ярмо Танхуа відзначила, що технічна новинка стабілізує ціни на ринку і відіграє важливу роль у «зеленому» переході країни.

Україна в тренді

Вітчизняний ринок атомної енергетики теж очікує сучасний прорив. У квітні цього року президент ДП «НАЕК «Енергоатом» Петро Котін і виконавчий директор американськї компанії Holtec International Кріс Сінгх уклали угоду про співробітництво в розгортанні в Україні малих модульних реакторів.

У рамках цього проєкту буде зведено близько двох десятків атомних установок із реакторами SMR-160, що працюють на низько­збагаченому урані та пристосовані до виробництва водню і технологічного тепла для промислового сектору.

Як повідомив у ході підписання документа міністр енергетики Герман Галущенко, спорудження в Україні ММР не тільки сприятиме зміцненню енергетичної безпеки держави, а й дасть можливість замінити зруйновані російськими атаками теплоенергетичні потужності.

На його думку, Україна має значний кадровий потенціал для розвитку провідних атомних технологій і докладатиме максимум зусиль, зокрема у співпраці з американськими партнерами, аби витіснити зі світового ринку російську атомну галузь.

Перший пілотний проєкт і вихід на мінімальну регульовану потужність ММР із підключенням до мережі попередньо заплановано на березень 2029 року.

Задля кращої координації дій сторони домовилися створити Спільний проєктний офіс, у роботі якого братимуть участь не лише представники НАЕК «Енергоатом» та Holtec International, а й Держатомрегулювання, ДНТЦ ЯРБ, Міненерго України і всесвітньо відомі компанії Mitsubishi та Hyundai.

Як зазначив Петро Котін, «угода з Holtec International ґрунтується на 20-річному досвіді успішної співпраці. Зокрема, ця компанія виступила підрядником будівництва в Україні Централізованого сховища відпрацьованого ядерного палива. Там уже зберігають відходи з Рівненської, Південноукраїнської та Хмельницької АЕС, що раніше відправляли до росії.

Плани на майбутнє також досить амбіційні. У Міністерстві енергетики вважають, що Україна має потенціал і повинна працювати в напрямку налагодження виробництва ядерного палива та будівництва малих модульних реакторів.

«У нас є завдання почати виготовлення палива для реактора ВВЕР-440 і знищити монополію росатому в Європі, — повідомив Герман Галущенко. — Ми активно працюємо над запровадженням санкцій проти росіян в атомній галузі, але найшвидше санкції рухатимуться, коли Україна зможе замістити виробництво тієї продукції, яку виробляла тільки росія. Серед довгострокових завдань галузі — будівництво нових ядерних блоків, нових атомних станцій і малих модульних реакторів. Україна буде однією з перших держав, де ці реактори працюватимуть».

Ще один крок до незалежності в галузі атомної енергетики було зроблено 11 квітня цього року, коли ДП «НАЕК «Енергоатом» і канадська компанія САМЕСО підписали «Договір на зважування, відбір проб, проведення аналізів, зберігання та організацію транспортування уранового концентрату» (УОК) виробництва ДП «СхідГЗК». Ця угода стала останнім необхідним етапом у процесі реалізації програми використання українського урану при виробництві ядерного палива для АЕС України.  

Як повідомила пресслужба «Енергоатому» в своєму телеграм-каналі, цей «документ регламентує фізичне постачання УОК з України до Канади та пов’язані з цим умови. Зокрема, договір передбачає постачання всього обсягу урану, який видобувають на СхідГЗК, до Канади та подальше використання уранового концентрату для конверсії і постачання природного гекса­фториду урану (UF6) на збагачення».

Петро Котін переконаний, що це «знакова подія для української ядерної галузі. Вона гарантує її стабільність і як наслідок — стабільне забезпечення електроенергією громадян». До того ж підписання договору дає зелене світло практичному втіленню раніше підписаних контрактів між обома компаніями.