Izrabljeno jedrsko gorivo je državna strateška zaloga

Pot jedrskega goriva

Današnje tlačnovodne jedrske elektrarne za gorivo uporabljajo uran. V zemeljski skorji se uran nahaja s povprečno koncentracijo 3 grame na tono, najdemo pa ga tudi v obliki raztopine v oceanih. V majhnih količinah ga najdemo skoraj povsod. Tudi večja najdišča uranove rude so porazdeljena po vseh celinah.

Uranovo rudo iz zemeljske skorje očistijo, zmeljejo, minerale raztopijo in koncu dobijo prečiščen koncentrat uranovega oksida (U₃ O₈ ), ki se imenuje rumena pogača.

Nekateri reaktorji so sposobni uporabiti naravni uran in že rumeno pogačo lahko neposredno predelajo v gorivo, večina pa potrebuje obogateni uran.

Gorivo za današnje tlačnovodne reaktorje je kompaktirano v trde keramične tabletke. Te so odporne na visok pritisk in temperaturo. Talijo se šele pri 2800 °C. Gorivne tabletke so neprepustno zaprte v ceveh gorivnih palic, ki so narejene iz cirkonijeve zlitine. Prostor med srajčko gorivne palice in gorivnimi tabletkami je napolnjen s helijem, kar preprečuje deformacijo gorivnih palic, ki bi lahko nastala zaradi obratovalnih razmer v reaktorju (tlak nad 150 barov). Gorivne palice se nato združijo v večjo konstrukcijo, ki jo imenujemo gorivni element.

V Nuklearni elektrarni Krško (NEK) tipični gorivni element odsluži dva ali tri cikle, med katerimi se uran cepi in sprošča energijo. Vsak cikel traja 18 mesecev, lahko je tudi krajši.

Po največ treh ciklih gorivo konča v bazenu za izrabljeno gorivo, kjer se v vodi ohlaja. Izrabljeno gorivo s časom oddaja manj toplote in radioaktivnega sevanja. Po 5 letih lahko izrabljeno gorivo preselijo v suho skladišče, kjer čaka na nadaljnjo usodo.

Zakaj rabljeno gorivo ni odpadek?

V nekaterih državah (Švedska, Finska) so se določili, da je njihovo izrabljeno jedrsko gorivo odpadek in ga bodo odložili globoko v geološke plasti. Taki uporabi jedrskega goriva pravimo
odprti cikel, geološko odlagališče pa spada med končna odlagališča.

Finska je svoje geološko odlagališče Onkalo že zgradila in bo kmalu prešlo v komercialno rabo.

Zaradi cepitvenih produktov, ki preprečujejo nadaljevanje jedrske reakcije, je gorivo v taki obliki neprimerno za nadaljnjo uporabo. Vseeno pa potencial obstaja in jedrska znanost se tega zaveda.

Znanstveniki razvijajo različne načine za uporabo takega rabljenega goriva. Na primer češki jedrski strokovnjaki so zasnovali rešitev za daljinsko ogrevanje mest z izrabljenim gorivom. Upajo, da bo prvi, demonstracijski TEPLATOR začel obratovati leta 2028.

Tudi drugi načrti so v razvoju, nekateri pa celo že obstajajo.

Jedrska energija je trajnostna

V Franciji, Veliki Britaniji in Rusiji rabljeno gorivo ni odpadek, ampak surovina. Rabljeno jedrsko gorivo reciklirajo. Kemijsko ločijo elemente v gorivu, iz dobljenega urana in plutonija pa naredijo novo gorivo, ki ga lahko znova uporabijo v naslednjem gorivnem ciklu.

Reciklirano jedrsko gorivo se imenuje »gorivo MOX« in jedrski reaktorji, ki ga uporabljajo, delujejo trajnostno.

V Sloveniji obrata za predelavo goriva nimamo, vendar pa je v energetskem dovoljenju za JEK2 zahtevano, naj bo elektrarna delovala tudi z recikliranim gorivom.

Tako bi v Sloveniji tudi brez svojega obrata gorivo namesto v odlagališče pošiljali v tujino na recikliranje, kjer ga bodo prečistili in predelali v sveže gorivo. Na ta način bomo lahko predelali in ponovno uporabili tudi gorivo, ki smo ga uporabili v prvi jedrski elektrarni (NEK).

V prihodnosti bomo jedrsko gorivo lahko izkoristili še učinkovitejše. V hitrih reaktorjih, kakršni so načrtovani v četrti generaciji, bomo lahko uporabili tudi preostali del goriva, ki ga v trenutnih reaktorjih ni mogoče. Na ta način bomo lahko dosegli popoln zaprti cikel, v katerem ne bomo proizvedli dolgoživih radioaktivnih odpadkov.

Kje je ovira za reciklirano gorivo?

Jedrska znanost se razvija v smeri trajnosti. Razlog, da gorivo MOX še ni tako široko uporabno, kot bi lahko bilo, pa je v ekonomiji.

Uran predstavlja majhen del stroškov obratovanja jedrskih elektrarn, recikliranje goriva pa je še vedno drag in tehnološko zapleten proces. Vse to so razlogi, da se predelava goriva ponekod ekonomsko manj izplača kot pridobivanje svežega urana iz rude. Vseeno pa se večina držav zaveda potenciala, ki ga ima uporabljeno gorivo in svoje gorivo hrani kot strateško zalogo. Med te države sodi tudi Slovenija.

Je skladiščanje izrabljenega goriva res problem?

Hramba nepredelanega izrabljenega goriva prestavlja manjši problem, kot je pogosto mogoče sklepati iz medijev, saj jedrske elektrarne proizvedejo prostorninsko malo goriva. Vse gorivo, ki so ga v zgodovini uporabe proizvedle ameriške elektrarne, bi lahko spravili na površino enega nogometnega igrišča v višino dobrih 7 metrov.

Kaj pa v Sloveniji? Vso uporabljeno jedrsko gorivo za 40 let delovanja naše jedrske elektrarne se v času pisanja članka še nahaja v enem samem bazenu znotraj Jedrske elektrarne Krško. Bazen (na sliki) je dolg 16 m in širok 8 m.

Izrabljeno gorivo s slike bo v naslednjih letih prestavljeno v pasivno suho skladišče. Jedrskega goriva namreč ne shranjujemo v luknjastih sodih, kot bi lahko pogosto sklepali iz filmov, temveč v trdnem stanju v posebnih vsebnikih, ki ne potrebujejo aktivnega hlajenja in minimalno obremenjujejo okolje.

Jedrska industrija je posebna v tem, da vse svoje uporabljeno gorivo shranjuje in zanj skrbi. Nekatere druge industrije, med katerimi je najbolj zloglasna industrija fosilne energije, za odlagališče uporabljajo skupno atmosfero in morja, saj proizvedejo preveč odpadkov, da bi zanje lahko skrbeli po tako visokih standardih, kot so vzpostavljena v jedrski industriji.

O tem, kako jedrska industrija skrbi za radioaktivne odpadke, smo že pojasnjevali. Če še niste prebrali, vas vabimo, da se seznanite še s tem področjem.

Izrabljeno jedrsko gorivo ravno tako ni bolj nevarno kot ostali industrijski odpadki. Tudi če bi vse izrabljeno gorivo, ki je bilo kadarkoli proizvedeno na svetu, homogeno zmešali v ocean (tega seveda ne bomo naredili!), bi naravno koncentracijo urana povečali za manj kot 1 %. Jedrska industrija za svoje gorivo torej ne skrbi tako vestno zato, ker bi bilo bolj nevarno od odpadkov ostalih industrij, temveč zato, ker za razliko od ostalih industrij operira z obvladljivimi količinami.

Skladiščenje jedrskega goriva naj torej ne bo zadržek pred širitvijo jedrske energije. Tako za začasno skladiščenje kot za dolgotrajne rešitve skladiščenja ali predelave goriva obstajajo že razvite, preizkušene in praktične rešitve.

Čakanje na razvoj drugih rešitev, kot so masovna shramba elektrike ali zajem ogljika iz zraka, je s podnebnega vidika zelo tvegano. Člani mednarodnega foruma za podnebne spremembe (IPCC) v drugem delu svojega šestega poročila ocenjujejo, da bomo segrevanje ozračja za 1,5 °C glede na predindustrijsko obdobje tudi po najbolj optimističnih scenarijih verjetno dosegli že pred letom 2040. Verjetnost za tako povečanje bi lahko znižali samo s takojšnjim masovnim zmanjšanjem izpustov ogljikovega dioksida, pri čemer izpusti zadnja leta še vedno rastejo.

Jedrska energija se ne zanaša na tehnologije prihodnosti in nam že danes ponuja stabilno ter nizkoogljično proizvodnjo električne energije.

Vir: Jan Malec, ‘Jedrsko gorivo iz druge roke’, Alternator, vol. 18/2022, 5 2022. Accessed: Mar. 06, 2023. [Online]. Available: https://www.alternator.science/sl/daljse/jedrsko-gorivo-iz-druge-roke/, DOI: https://doi.org/10.3986/alternator.2022.18