الطاقة
الجيل الرابع للطاقة النووية: أرخص، أنظف، وأكثر أمانًا
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
من الخيال العلمي إلى الركود
القول إن الطاقة النووية مثيرة للجدل هو تقليل من الحقيقة. يرى الكثيرون أنها فكرة خطرة للغاية، مستشهدين بظلال تشيرنوبيل وفوكوشيما كدليل، ومشكلة النفايات النووية كأمر لا يمكن حله. بينما يراها آخرون كتقنية قد تنقذ الحضارة، بفضل قدرتها على توليد طاقة أساسية بانبعاثات كربونية منخفضة للغاية وبصمة أرضية صغيرة.
هذا الانقسام وُجد في وقت مبكر قبل أن يصبح تغير المناخ موضوعًا.
أصبح العالم أولًا على دراية بالقوة الاستثنائية للطاقة النووية من خلال القصف الذري لهيروشيما وناغازاكي، ثم اختراع القنبلة الهيدروجينية والحرب الباردة. من هذه البدايات، كان واضحًا أن الإمكانات التدميرية لسيدنا الجديد على الذرة واضحة.
سرعان ما استُحوذت الفكرة لاستخدامها لأغراض سلمية. أولاً كان مبادرة “الذرة من أجل السلام”، ثم موجة هائلة من بناء محطات الطاقة النووية حول العالم. لفترة من الوقت، بدا واضحًا أن المستقبل هو النووي وأن حرق الفحم والنفط والغاز سيصبح عاجزًا كما أصبحت طواحين الهواء الهولندية الخلابة.
في الواقع، توقفت إنتاجية الطاقة النووية عن النمو في أواخر التسعينيات بعد تشيرنوبيل وتوقف نموها عالميًا منذ ذلك الحين، مع تعويض الإنتاج المتزايد في الصين عن تراجع الصناعة النووية الأوروبية.
لسنوات عديدة، كان يبدو أن الصين وروسيا فقط هما المستعدتان لتطوير الطاقة النووية.
وخاصة الصين، التي تقولها مجلة The Economist أنها “تبني مفاعلات نووية أسرع من أي دولة أخرى“.
المصدر: The Economist
اليوم، تشهد الطاقة النووية عودة قوية على مستوى العالم، بحجم لا يمكن تخيله قبل بضع سنوات، مع العديد من الأخبار التي تشير إلى تغيير السياسات في معظم دول العالم:
- اليابان تعزز الجهود لإعادة تشغيل أكبر محطة نووية في العالم
- وزيرة الطاقة الأمريكية جينيفر غرانهولم تدعو إلى ثلاثة أضعاف أسطول الطاقة النووية في الولايات المتحدة
- إدراج الطاقة النووية في مشروع قانون الطاقة الكوري الجنوبي
- فرنسا تلغي أهداف الطاقة المتجددة وتفضّل النووية في مشروع قانون الطاقة الجديد
- المملكة المتحدة تخطط لبناء مفاعل نووي جديد في اسكتلندا
- الهند ستبني 18 مفاعلًا نوويًا بقدرة 13.8 غيغاواط بحلول 2032
الرابط المفقود لإزالة الكربون؟
لا تزال مخاوف السلامة حية، وهي ما يبرر قرار ألمانيا بإغلاق محطاتها النووية.
مع ذلك، تصبح المخاوف المتعلقة بانبعاثات الكربون وتغير المناخ أكثر إلحاحًا، وتُظهر الطاقة النووية في الواقع أنها أصغر مصدر للانبعاثات بين جميع مصادر الطاقة، حتى أفضل من الرياح والطاقة الشمسية التي تتطلب مساحة ومواد خام أكبر بكثير.
المصدر: Our World In Data
على الرغم من كونه مثيرًا للدهشة وله عواقب طويلة الأمد، فإن الطاقة النووية في الواقع آمنة مثل مصادر الطاقة المتجددة عندما نقيس عدد الوفيات التي تسببت بها، حتى مع احتساب الكوارث الكبرى.
لذلك، عندما يُنظر إلى الطاقة النووية بموضوعية، ينبغي أن تكون أحد الأدوات المستخدمة لإزالة الكربون من شبكة الطاقة والاقتصاد ككل. وهذا صحيح خاصةً مع الحاجة المتزايدة للطاقة لتكهّن النقل (المركبات الكهربائية) والتدفئة (مضخات الحرارة)، بالإضافة إلى احتياجات جديدة مثل مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.
كمية الفحم والنفط والغاز التي يجب استبدالها هائلة. حتى مع التقدم في مجال الطاقة المتجددة واعتماد المركبات الكهربائية، لا تزال تشكل الغالبية العظمى من استهلاكنا للطاقة اليوم.
المصدر: Our World In Data
ماذا عن النفايات النووية؟
مع ذلك، يطرح الملف الحقيقي للسلامة النووية سؤال النفايات النووية.
فكرة ترك نفايات سامة للأجيال القادمة ستظل خطرة لفترة أطول بكثير من بقاء الهرم الأكبر واقفًا، هي فكرة مقلقة على أقل تقدير.
هل يجب أن نسُمِم المستقبل لإنقاذ المناخ؟ لحسن الحظ، تظهر مجموعتان من الحلول من خلال التقدم التكنولوجي للإجابة على هذا المعضلة.
الخيار الأول هو إعادة تدوير النفايات النووية، والآخر هو إنتاج نفايات نووية شبه معدومة. كلاهما جزء من ما يُسمى بالجيل الرابع من محطات الطاقة النووية.
لمزيد من التفاصيل، انظر أدناه المفاعلات السريعة ومفاعلات الثوريوم.
بالطبع، قد تُعتمد حلول أخرى لاحقًا، مثل نقل هذه النفايات إلى الفضاء بفضل صواريخ فائقة الموثوقية. لكن في الوقت الحالي، من غير المرجح أن يُقبل خطر رش النفايات النووية على نصف قارة في حال فشل الإطلاق.
أجيال محطات الطاقة النووية
كان الجيل الأول من محطات الطاقة النووية في الأساس نماذج أولية دون استغلال تجاري.
يمثل الجيل الثاني من محطات الطاقة النووية الجزء الأكبر من الأسطول الحالي. تم بناؤه في الفترة من 1965 إلى 1996.
بُني الجيل الثالث من محطات الطاقة النووية استنادًا إلى الدروس المستفادة من الجيل الثاني، محاولًا تصحيح العيوب التي أدت إلى كوارث نووية نادرة لكنها كارثية. تم بناؤه في الفترة من 1996 إلى 2016. أحيانًا يُشار إلى جيل 3+ على أنه المولدات التي بُنيت في الفترة من 2017 إلى 2021، مع تركيز على زيادة السلامة.
الجيل الرابع من الطاقة النووية لا يزال في بدايته ويمثل انحرافًا عن السابقين، مع هدف لتصميم جديد، مفهوم جديد، وربما تغيير الوقود النووي بدلاً من تحسينات تدريجية.
هناك أيضًا مناقشات حول جيل خامس من محطات الطاقة النووية. هذه التصاميم ممكنة نظريًا لكنها لم تُبحث بنشاط، عادةً بسبب قضايا الجدوى الاقتصادية أو نقص التكنولوجيا أو مخاوف السلامة.
محطات الطاقة النووية من الجيل الرابع
ما يجعل محطة الطاقة النووية جزءًا من الجيل الرابع يُناقش بشدة بين الخبراء في الصناعة.
في هذه المقالة، سنركز في الغالب على تصاميم المحطات التي تنحرف جذريًا عن تصاميم الجيل الثالث.
وسنحاول إبقاء الشرح بسيطًا قدر الإمكان، متجاوزين بعض التفاصيل عند الحاجة.
المفاعل عالي الحرارة الفائقة (VHTR)
يُميز هذا التصميم درجات حرارة مرتفعة جدًا، في نطاق 1,000°C. هذا هو الجيل الرابع الوحيد من محطات الطاقة النووية التي تعمل بالفعل، حيث أُطلقت تجاريًا في عام 2023 محطة هوانينغ شاندونغ شيداو باي للطاقة النووية في شرق الصين.
يعتمد التصميم غالبًا على “سرير الحبيبة”، حيث تحمي كرات سيراميك صغيرة بما يكفي لتُحمل باليد نواة من اليورانيوم، وتحتوي على عشرات الآلاف من هذه الكرات داخل مفاعل واحد.
المصدر: CGTN
X-Energy (XE ) يطوّر أيضًا تقنية مشابهة في الولايات المتحدة.
نظرًا لأن التفاعل يتطلب درجة حرارة عالية ويتم تبريده بشكل سلبي، فإن هذا التصميم أكثر أمانًا بطبيعته من محطات الجيل الثالث.
ميزة تصميم الحبيبة هي السماح بالاستبدال دون إيقاف إنتاج المفاعل، كما أن السيراميك يمنع أي خطر تسرب للمواد المشعة.
المفاعل الملحي المنصهر (MSR)
في هذه المفاعلات، يكون المبرد مزيجًا من الملح المنصهر بدلاً من الماء أو الغاز. في بعض الحالات، يُحتوى الوقود أيضًا داخل الملح المنصهر.
تميل المفاعلات الملحية المنصهرة إلى تحقيق كفاءة إنتاج أعلى، وحرق الوقود بشكل أكثر فعالية، وإنتاج نفايات نووية أقل. وبسبب ارتفاع درجات حرارتها، تُجمع أحيانًا مع VHTR تحت فئة “المفاعلات الحرارية”.
مع ذلك، تكمن مشكلة الملح المنصهر في أنه مادة كاوية، وتزداد المشكلة عندما يضعف الهيكل بسبب الإشعاع. وهذا يتطلب صيانة دقيقة وفحصًا شديدًا لأنابيب النظام والمضخات وغيرها.
الثوريوم
منذ الخمسينات، استخدم تقريبًا جميع المفاعلات اليورانيوم كوقود. وهذا يدفع الناس إلى افتراض أنه الحل الوحيد.
لكن هذا كان في الأساس اختيارًا سياسيًا، حيث تُنتج مفاعلات اليورانيوم البلوتونيوم. كان يُنظر إلى ذلك كشيء إيجابي في ذلك الوقت، لأنه ساعد القوى النووية على إنتاج مادة للقنابل النووية.
بديلًا عن ذلك، يُعد الثوريوم عنصرًا يمتلك موارد تفوق اليورانيوم بثلاثة أضعاف. ومن غير المحتمل أن تُحوَّل منتجات نفايات مفاعل الثوريوم إلى مواد تُستَخدم في الأسلحة الذرية.
المصدر: ACS
ميزة رئيسية أخرى للثوريوم هي إمكانية إنتاج نفايات أقل بـ 100 مرة، على الأقل عند استخدام تصميم مفاعل ثوريوم فلوريد سائل (مفاعل ثوريوم ملحي منصهر).
هنا، تتصدر الصين أيضًا بمشروع مفاعل ثوريوم يعمل بدون ماء، مما يجعله مناسبًا للمناطق الصحراوية. كما أن سفن حاويات تُشغل بمفاعل ثوريوم كشفت عنها شركة بناء السفن الصينية (CSSC).
المفاعلات السريعة / المولدات / المفاعلات الحارقة
تعتمد المفاعلات السريعة على “النيوترونات السريعة” التي لا تُبطئ بواسطة المهدئات كما في المفاعلات التقليدية. وهذا يسمح بتصميم مفاعل يستخدم هذه النيوترونات السريعة لاستهلاك العناصر التي تنتمي إلى عائلة الأكتينيدات (التي تشمل اليورانيوم والبلوتونيوم).
المصدر: Sciences Notes
نظرًا لأن وقود المفاعلات التقليدية يتحول إلى مزيج معقد من الأكتينيدات طويلة العمر، فإن هذه الفئة من العناصر تُعد المشكلة الرئيسية في النفايات النووية.
تقوم المفاعلات الحارقة بتحويل معظم الأكتينيدات المشكلة في الوقود المستهلك إلى نفايات أقل نشاطًا، وتقلل حجمها بنسبة 90-98%، وتصبح مشكلة لعدة عقود أو قرون بدلاً من آلاف السنين.
تصنّف هذه الفئة من المفاعلات عادةً وفقًا لنظام التبريد الخاص بها، والذي قد يكون غازيًا أو صوديومًا أو رصاصًا.
على الرغم من تصنيفها كجيل رابع، فإن هذه التقنية ليست جديدة أو غير مختبرة. على سبيل المثال، استخدمت فرنسا مفاعلي فينيكس وسوبرفينيكس لحرق النفايات النووية طوال فترة 1970-1990، قبل أن تُغلق نهائيًا بسبب تكاليف التشغيل والضغط السياسي من الأحزاب الخضراء.
تشمل النسخ الحديثة من المفاعلات السريعة المولدات، على سبيل المثال، PRISM من GE-Hitachi (لم يُبْنَ بعد).
المفاعلات الصغيرة النمطية (SMRs) & المفاعلات الدقيقة
تُصمم معظم المفاعلات النووية على أنها محطات طاقة كبيرة تقليدية نتخيلها كمحطات نووية.
نوع جديد من التصميم يسعى لتصغير محطات الطاقة النووية إلى حجم يمكن حمله بشاحنة (SMR) أو حتى داخل حاوية قياسية (المفاعلات الدقيقة).
المصدر: Nuscale
بشكل عام، من المتوقع أن تُستخدم SMRs لتزويد الشبكة أو العمليات الصناعية الكبيرة بالطاقة، بينما من المرجح أن تُستَخدم المفاعلات الدقيقة في المناطق النائية، المرافق العسكرية، واستكشاف الفضاء.
يجب أن يجعل الحجم الأصغر والتصميم المعياري تبني SMRs أسهل للدول الصغيرة.
ميزة أخرى للـ SMRs هي إمكانية إنتاجها على شكل سلاسل، مثل الشاحنات أو السفن، بدلاً من التصميم الفريد المخصص الذي تفضّله الصناعة عادةً. نظريًا، يجب أن يوفّر ذلك اقتصاديات حجم وتخفيضًا في التكلفة.
في الواقع، قد تكون التكاليف أعلى مما كان متوقعًا، على الأقل للنماذج الأولية. أدى ذلك إلى انخفاض حماس البعض تجاه SMRs بعد أن أصبحت ربما مبالغًا فيها قليلاً.
مع ذلك، من المرجح أن تتوسع SMRs بسرعة، مع تقدم مشاريع في فنلندا، النرويج، بولندا، الولايات المتحدة، كندا، والأرجنتين.
يمكنك قراءة المزيد عن حالة تقنية SMR في مقالتنا “تحديث حول SMRs (المفاعلات الصغيرة النمطية) – لا يزال مستقبل الطاقة النووية”.
محطة نووية عائمة
ربما لا تُعد تقنية عائمة من الجيل الرابع تقنيًا، لكنها مفهوم جديد يوفر انحرافًا جذريًا عن مفهوم محطات الطاقة النووية التقليدية.
تُروج لها في الغالب شركة روسيا “روساتوم”، وهذا المفهوم يختلف عن السفن التي تعمل بالطاقة النووية، مثل بعض حاملات الطائرات.
هنا، الغرض الكامل للسفينة هو أن تكون محطة طاقة، وإن كانت عائمة ومتحركة. بسبب قيود الحجم، يمكن وصفها أيضًا كـ SMR، وإن كانت ضخمة.
المصدر: Power Technology
كان تطبيق هذا المفهوم في القطب الشمالي الروسي، لتزويد المدن الساحلية التي تركز أساسًا على التعدين واستخراج النفط والغاز. في هذا البيئة، لا يُهدر “الحرارة المتبقية” للمحطة ويمكن استخدامها للتدفئة المركزية.
يمكن أن يكون لتطبيق أوسع هدفه إحضار الطاقة النووية إلى الدول النامية التي لا تملك خبرة في تشغيل التكنولوجيا النووية. يمكن للمصنع تشغيل المحطة، وتُباع الطاقة للبر الرئيسي ببساطة عن طريق “توصيلها” إلى شبكة الطاقة.
يمكن أيضًا أن يوفر هذا المفهوم طاقة للجزر والمناطق النائية، بالإضافة إلى نظام إغاثة سريع الاستجابة للكوارث.
على سبيل المثال، غينيا تبحث بالفعل عن التعاون مع روسيا في هذا المشروع.
Westinghouse وProdigy يدرسان الفكرة أيضًا، وكذلك كوريا عبر KSOE & Kepco، أو شركة Seaborg الدنماركية التي تجمع بين تقنية الملح المنصهر ومحطات الطاقة البحرية.
التكاليف
أحد الانتقادات الأخيرة الموجهة للطاقة النووية هو التكلفة.
يرجع ذلك إلى أن أحدث المشاريع النووية في الولايات المتحدة وأوروبا عانت من تجاوزات هائلة في التكاليف. على سبيل المثال، محطة فوجتل في جورجيا انتهت بتكلفة 37 مليار دولار، منها 20 مليار دولار تجاوزات تكلفة. أو محطة أولكيلوتو-3 في فنلندا التي بلغت تكلفتها 11 مليار يورو بدلاً من 3 مليارات يورو المتوقعة.
إن استغراق فوجتل 14 سنة للبناء وأولكيلوتو دخل الخدمة بعد 12 سنة من التقدير الأول هو السبب الرئيسي لتضخم التكاليف.
لكن هذا ليس مصيرًا نهائيًا. في نفس الفترة، بلومبرغ كشفت أن الصين بنت 6 مفاعلات نووية مقابل 17 مليار دولار فقط.
نمو التكلفة في الغرب مرتبط أساسًا بثلاث عوامل:
- العبء التنظيمي المتزايد.
- بينما جزءًا من ذلك يعود إلى زيادة التدقيق على السلامة، يصفه البعض بأنه بيروقراطية زائدة وعقبات سياسية موجهة ضد الصناعة.
- ارتفاع تكلفة رأس المال.
- نظرًا لأن تكاليف محطات الطاقة النووية تُدفع في الغالب مقدماً من البناء، فإن انخفاض تكلفة رأس المال يقلل السعر النهائي بشكل كبير. عادةً ما تُمنح المشاريع النووية الصينية قروضًا منخفضة الفائدة من الدولة.
- قِلَّة المشاريع.
- إذا بُنيت المزيد من المحطات على التوالي، يمكن للمصنعين توحيد الإنتاج وإنتاج المعدات على دفعات أو سلاسل، بدلاً من تصميم مخصص فريد لكل مرة.
- تدفق مستمر من المشاريع يساعد أيضًا على تدريب والاحتفاظ بالكوادر المتخصصة.
كلًا من هذه المشكلات يمكن حلها.
يمكن تقليل العبء التنظيمي الضخم، وتحفيز رأس المال من خلال الحكومة. وستعيد المزيد من المشاريع وسياسة طاقة مستقرة بناء سلسلة الإمداد.
شركات الطاقة النووية
1. Cameco Corporation
CCJ مخطط السعر
تعتمد الطاقة النووية على إمدادات اليورانيوم. اليورانيوم ليس موردًا نادرًا جدًا، رغم أن الرواسب ذات التركيز العالي ليست سهلة الاكتشاف.
يسيطر على السوق كل من كازاتومبروم في كازاخستان وكاميكو في كندا. توجد منتجون آخرون لليورانيوم، لكن هذين الاثنين هما الأكبر بكثير واللذان يتمتعان بتكاليف إنتاج أقل. نتيجة لذلك، ستظل كاميكو في مركز إمداد المواد الخام المطلوبة للمحطات النووية الحالية والمستقبلية.
المصدر: Cameco
مع ذلك، جانب التعدين لدى كاميكو هو نصف القصة فقط. ذلك لأن شركة كاميكو في عام 2022 قررت الاستحواذ على السيطرة الأغلبية في شركة Westinghouse، الرائدة في بناء محطات الطاقة النووية في الولايات المتحدة، بالتعاون مع شركة استثمارية عملاقة، بروكفيلد.
هذا يمنح كاميكو وصولًا إلى إيرادات Westinghouse المستقرة من صيانة المحطات القائمة وتحكمًا في جزء كبير من سلسلة إمداد الطاقة النووية. وبسبب اللوائح الصارمة، ستُطلب هذه الأجزاء والمعدات لأي محطة جديدة، سواء تقليدية أو SMR.
مثال جيد على قدرة Westinghouse الابتكارية هو تصميمها الأخير AP300 SMR، الذي من المحتمل أن يُنشر في سلوفاكيا، وفنلندا، و السويد.
إذن، تُعد كاميكو رهانًا على أسعار اليورانيوم وWestinghouse التي تحافظ على سيطرة قوية على سوق بناء محطات الطاقة النووية التي كانت تهيمن عليها. يجدر الإشارة إلى أن الشراكة مع بروكفيلد قد تساعد أيضًا، حيث تمتلك الشركة قسمًا ضخمًا لتوليد الطاقة المتجددة/منخفضة الكربون تحت اسم Brookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) (BEPC ) (BEP ) (قيمة 19 مليار دولار) (BEP).
2. Mirion Technologies, Inc.
MIR مخطط السعر
بعيدًا عن المفاعلات وتقنيات الوقود، تعتمد توليد الطاقة النووية بشكل كبير على العديد من الكواشف، الأجزاء، وغيرها من المعدات “الصغيرة” التي يجب أن تعمل بشكل مثالي.
إحدى هذه الفئات هي كشف الإشعاع، وهو النشاط الأساسي لشركة Mirion (الولايات المتحدة). تتطلب تنظيمات الطاقة النووية فحوصًا دقيقة على التعرض للإشعاع للموظفين والبيئة، والكشف المبكر عن أي تسرب أو تلوث محتمل. وينطبق الأمر نفسه على الاستخدام الطبي للمركبات المشعة، مثل علاج السرطان والتصوير.
المصدر: Mirion
تعمل الشركة أيضًا في قياسات فيزيائية للتحليلات العلمية والبحثية، بالإضافة إلى أجهزة إلغاء تشغيل وإزالة التلوث لصناعة الدفاع، الأمن السيبراني، وخدمات التدريب. تم طرح أسهمها للاكتتاب العام في عام 2020.
نمت إيرادات Mirion بشكل مستقر، مدعومة بالتساوي من قطاعها الطبي وعملائها الصناعيين.
Mirion هي جزء أقل “بريقًا” من سلسلة إمداد الطاقة النووية، حيث تراقب وتقيس الإشعاع بدلاً من إنشاء تصاميم مفاعلات جديدة أو وقود عالي الكثافة أو تطبيقات عسكرية. وهذا لا يجعلها أقل جاذبية من الناحية المالية.
لذلك، تُعد Mirion سهمًا من نوع “المعول والمجرفة” سيستفيد من الاهتمام المتجدد والاستثمارات في الطاقة النووية. وستستفيد أيضًا من الشك العام المستمر حول الطاقة النووية، مما يعزز المتطلبات للأنظمة الإشعاعية المتوفرة في كل مكان، الفعّالة، والموثوقة التي توفرها الموردين المجربين.
