Generasi Ke-4 Pembangkit Listrik Nuklir: Lebih Murah, Lebih Bersih, Lebih Aman

Dari Fiksi Ilmiah ke Stagnasi

Menyatakan bahwa energi nuklir kontroversial adalah pernyataan yang meremehkan. Banyak orang melihatnya sebagai ide yang sangat berbahaya, dengan mengangkat bayang-bayang Chernobyl dan Fukushima sebagai bukti, serta masalah limbah nuklir sebagai sesuatu yang tidak dapat diselesaikan. Lainnya melihatnya sebagai teknologi yang berpotensi menyelamatkan peradaban, berkat kemampuannya menghasilkan listrik dasar dengan emisi karbon yang sangat rendah dan jejak lahan yang kecil.

Pembagian ini sudah ada sejak awal sebelum perubahan iklim bahkan menjadi topik.

Dunia pertama kali menyadari kekuatan luar biasa nuklir dengan pemboman atom di Hiroshima dan Nagasaki, yang kemudian diikuti oleh penemuan bom H dan Perang Dingin. Dari asal-usul ini, potensi destruktif dari penguasaan atom yang baru kami miliki menjadi jelas.

Tak lama kemudian, gagasan memanfaatkannya untuk tujuan damai juga mulai berkembang. Pertama adalah inisiatif “Atom For Peace”, kemudian gelombang besar pembangunan pembangkit listrik nuklir di seluruh dunia. Untuk sementara, tampak jelas bahwa masa depan adalah nuklir dan pembakaran batu bara, minyak, dan gas akan segera menjadi usang seperti kincir angin khas Belanda.

Dalam praktiknya, produksi listrik nuklir berhenti tumbuh pada akhir 1990-an pasca-Chernobyl dan sejak itu stagnan secara global, dengan produksi China yang terus meningkat menutupi penurunan industri nuklir Eropa.

Sumber: Nuclear Energy – Our World in Data

Selama bertahun-tahun, hanya China dan Rusia yang tampak bersedia mengembangkan energi nuklir.

Terutama China, yang menurut The Economist, “membangun reaktor nuklir lebih cepat daripada negara lain mana pun“.

Sumber: The Economist

Saat ini, energi nuklir kembali bangkit secara global, dengan skala yang tak terbayangkan beberapa tahun lalu, dengan banyak berita yang menyoroti perubahan kebijakan di sebagian besar dunia:

• Jepang Mempercepat Upaya untuk Menyalakan Kembali Pembangkit Nuklir Terbesar di Dunia
• Menteri Energi AS Jennifer Granholm menyerukan peningkatan tiga kali lipat armada nuklir AS
• Nuklir baru dimasukkan dalam rancangan rencana energi Korea
• Prancis menghapus target energi terbarukan, memprioritaskan nuklir dalam undang-undang energi baru
• UK merencanakan pembangunan reaktor nuklir baru di Skotlandia
• India akan membangun 18 reaktor nuklir dengan kapasitas 13,8 GW pada tahun 2032

Tautan Dekarbonisasi yang Hilang?

Kekhawatiran tentang keselamatan masih sangat hidup, dan itulah alasan di balik keputusan Jerman untuk menutup pembangkit listrik nuklirnya.

Namun, kekhawatiran tentang emisi karbon dan perubahan iklim semakin mendesak, dan energi nuklir sebenarnya merupakan sumber energi dengan emisi terendah, bahkan lebih baik daripada angin dan surya, yang memerlukan lebih banyak lahan dan bahan mentah.

Sumber: Our World In Data

Meskipun spektakuler dan memiliki konsekuensi jangka panjang, nuklir juga, dalam praktiknya, seaman energi terbarukan bila mengukur jumlah kematian yang ditimbulkannya, bahkan termasuk bencana besar.

Jadi, secara objektif, nuklir seharusnya menjadi salah satu alat untuk mendekarbonisasi jaringan listrik dan ekonomi secara luas. Hal ini terutama benar karena kita membutuhkan lebih banyak listrik untuk elektrifikasi transportasi (EV) dan pemanasan (pompa panas), serta kebutuhan baru seperti pusat data AI.

Jumlah batu bara, minyak, dan gas yang harus digantikan sangat besar. Bahkan dengan kemajuan energi terbarukan dan adopsi EV, mereka masih menjadi mayoritas konsumsi energi kita saat ini.

Sumber: Our World In Data

Bagaimana dengan Limbah Nuklir?

Profil keselamatan nyata nuklir, bagaimanapun, meninggalkan pertanyaan tentang limbah nuklir.

Gagasan meninggalkan limbah beracun bagi generasi mendatang yang akan berbahaya jauh lebih lama daripada Piramida Besar berdiri, setidaknya, sangat mengganggu.

Haruskah kita meracuni masa depan demi menyelamatkan iklim? Untungnya, setidaknya dua solusi muncul dari kemajuan teknologi untuk menjawab dilema ini.

Opsi pertama adalah mendaur ulang limbah nuklir, dan yang lainnya adalah menghasilkan hampir tidak ada limbah nuklir. Kedua opsi ini merupakan bagian dari apa yang disebut generasi ke-4 pembangkit listrik nuklir.

Untuk detail lebih lanjut, lihat reaktor cepat dan reaktor torium di bawah ini.

Generasi Pembangkit Listrik Nuklir

Generasi pertama pembangkit listrik nuklir pada dasarnya merupakan prototipe tanpa pemanfaatan komersial.

Generasi kedua pembangkit listrik nuklir mewakili sebagian besar armada saat ini. Mereka dibangun pada periode 1965-1996.

Generasi ketiga pembangkit listrik nuklir dibangun setelah mempelajari pelajaran dari generasi kedua dan berusaha memperbaiki kelemahan yang menyebabkan bencana nuklir yang jarang namun katastrofik. Mereka dibangun pada periode 1996-2016. Kadang-kadang, generasi 3+ digambarkan sebagai pembangkit yang dibangun pada periode 2017-2021, dengan fokus pada peningkatan keselamatan.

Generasi ke-4 nuklir baru saja dimulai dan merupakan pergeseran dari yang sebelumnya, dengan target desain baru, konsep, bahkan mungkin mengubah bahan bakar nuklir alih-alih perbaikan bertahap.

Ada juga pembangkit listrik nuklir generasi kelima yang sedang dibahas. Desain ini secara teori mungkin, tetapi belum diteliti secara aktif. Hal ini biasanya disebabkan oleh masalah kelayakan ekonomi, teknologi yang belum ada, atau kekhawatiran tentang keselamatan.

Pembangkit Listrik Nuklir Generasi Ke-4

Apa yang membuat sebuah pembangkit listrik nuklir termasuk dalam generasi ke-4 masih diperdebatkan sengit di antara para ahli industri.

Dalam artikel ini, kami akan terutama membahas desain pembangkit yang secara radikal berbeda dari desain generasi ketiga.

Dan kami akan berusaha menjaga penjelasan sesederhana mungkin, melewatkan beberapa detail bila diperlukan.

Reaktor Suhu Sangat Tinggi (VHTR)

Desain ini ditandai dengan suhu sangat tinggi, sekitar 1.000°C. Ini adalah satu-satunya pembangkit listrik nuklir generasi ke-4 yang sudah beroperasi, dengan peluncuran komersial pada tahun 2023 di Pembangkit Listrik Nuklir Huaneng Shandong Shidao Bay di China timur.

Desain ini sering mengandalkan “pebble bed”, di mana bola keramik kecil yang dapat dipegang dengan tangan melindungi inti uranium, dengan puluhan ribu bola tersebut dalam satu reaktor.

Sumber: CGTN

X-Energy (XE ) juga mengembangkan teknologi serupa di AS.

Karena reaksi memerlukan suhu tinggi dan didinginkan secara pasif, desain ini secara inheren lebih aman dibandingkan pembangkit listrik nuklir generasi ketiga.

Keuntungan desain pebble adalah memungkinkan penggantian tanpa menghentikan produksi reaktor, dengan keramik juga menghindari risiko kebocoran bahan radioaktif.

Reaktor Garam Cair (MSR)

Pada reaktor ini, pendingin berupa campuran garam cair alih-alih air atau gas. Dalam beberapa kasus, bahan bakar juga terkandung dalam garam cair.

Reaktor garam cair cenderung memiliki efisiensi output yang lebih tinggi, membakar bahan bakar lebih efisien, dan menghasilkan limbah nuklir lebih sedikit. Karena mereka lebih panas, mereka kadang-kadang digabungkan dengan VHTR ke dalam kategori “reaktor termal”.

Namun, masalah garam cair adalah sifatnya yang korosif, masalah yang diperparah oleh potensi pelemahan struktur oleh radioaktivitas. Hal ini menuntut pemeliharaan dan pemeriksaan yang sangat hati-hati pada pipa, pompa, dll.

Torium

Sejak tahun 1950-an, hampir semua reaktor menggunakan uranium sebagai bahan bakar. Hal ini membuat orang berasumsi bahwa itu satu-satunya solusi.

Namun, ini sebenarnya pilihan politik, karena reaktor uranium menghasilkan plutonium. Pada saat itu dianggap baik karena membantu kekuatan nuklir menciptakan bahan untuk bom nuklir.

Alternatif dengan sumber daya tiga kali lebih banyak daripada uranium adalah unsur torium. Produk sampingan reaktor torium juga sangat tidak mungkin diubah menjadi bahan untuk senjata atom.

Sumber: ACS

Keuntungan utama lain dari torium adalah kemampuannya menghasilkan hingga 100 kali lebih sedikit limbah, setidaknya ketika menggunakan desain reaktor torium fluida cair (reaktor torium garam cair).

Di sini, China juga memimpin dengan reaktor torium yang dapat beroperasi tanpa air, cocok untuk wilayah gurun. Dan dengan kapal kontainer yang akan digerakkan oleh reaktor torium yang diungkapkan oleh China State Shipbuilding Corporation (CSSC).

Reaktor Cepat / Pembiak / Pembakar

Reaktor cepat mengandalkan “neutron cepat” yang tidak diperlambat oleh moderator seperti pada reaktor nuklir klasik. Hal ini memungkinkan desain reaktor untuk menggunakan neutron cepat dalam mengonsumsi elemen keluarga aktinida (yang meliputi uranium dan plutonium).

Sumber: Sciences Notes

Karena bahan bakar reaktor klasik berubah menjadi campuran kompleks aktinida berumur panjang, kelas elemen ini menjadi masalah utama dalam limbah nuklir.

Reaktor pembakar mentransmutasi sebagian besar aktinida problematik dalam bahan bakar bekas, sehingga limbah yang diproses menjadi kurang aktif, 90-98% lebih sedikit volumenya, dan menjadi masalah hanya selama dekade atau abad, bukan milenium.

Kategori reaktor ini biasanya diklasifikasikan berdasarkan sistem pendinginnya, yang dapat menggunakan gas, sodium, atau timah.

Meskipun diklasifikasikan sebagai generasi ke-4, ini bukan teknologi baru atau belum teruji. Secara khusus, Phénix dan Superphénix milik Prancis membakar limbah nuklir selama 1970-an hingga 1990-an, sebelum akhirnya ditutup karena biaya operasional dan tekanan politik dari partai Hijau.

Versi modern reaktor pembiak cepat termasuk, misalnya, PRISM oleh GE-Hitachi yang dirancang namun belum dibangun.

Reaktor Modular Kecil (SMR) & Mikrorektor

Sebagian besar reaktor nuklir dirancang sebagai pembangkit besar yang biasanya kita pikirkan sebagai pembangkit nuklir.

Desain tipe baru berupaya memperkecil pembangkit nuklir menjadi ukuran yang dapat diangkut oleh truk (SMR) atau bahkan dalam kontainer standar (mikrorektor).

Sumber: Nuscale

Secara keseluruhan, SMR diharapkan digunakan untuk memasok jaringan listrik atau proses industri besar, sementara mikrorektor lebih mungkin digunakan untuk daerah terpencil, fasilitas militer, dan eksplorasi luar angkasa.

Ukuran yang lebih kecil dan desain standar juga seharusnya mempermudah adopsi SMR bagi negara-negara kecil.

Keuntungan lain SMR adalah dapat diproduksi secara berurutan, seperti truk atau kapal, alih-alih desain khusus unik yang biasanya dipilih industri. Secara teori, ini harus memberikan skala ekonomi dan pengurangan biaya.

Dalam praktiknya, biaya mungkin lebih tinggi dari yang diperkirakan, setidaknya untuk prototipe. Hal ini menyebabkan penurunan antusiasme terhadap SMR setelah mungkin menjadi terlalu dibesar-besarkan.

Namun, SMR kemungkinan akan berkembang cepat, dengan contoh proyek yang sedang berlangsung di Finlandia, Norwegia, Polandia, AS, Kanada, dan Argentina.

Anda dapat membaca lebih lanjut tentang status teknologi SMR dalam artikel kami “Pembaruan tentang SMR (Reaktor Modular Kecil) – Masih Masa Depan Energi Nuklir”.

Stasiun Nuklir Mengapung

Meskipun mungkin tidak secara teknis generasi ke-4, stasiun tenaga mengapung adalah konsep baru yang memberikan pergeseran radikal dari konsep pembangkit listrik nuklir biasanya.

Sebagian besar didukung oleh Rosatom Rusia, konsep ini berbeda dari kapal bertenaga nuklir, seperti, misalnya, beberapa kapal induk.

Di sini, tujuan utama kapal adalah menjadi stasiun tenaga, meskipun mengapung dan dapat dipindahkan. Karena keterbatasan ukuran, ini juga dapat digambarkan sebagai SMR, meskipun sangat besar.

Sumber: Power Technology

Penerapan konsep ini berada di Kutub Utara Rusia, memasok listrik ke kota-kota di pesisir yang sebagian besar berfokus pada pertambangan serta ekstraksi minyak & gas. Dalam lingkungan ini, “panas limbah” stasiun tidak terbuang dan dapat digunakan untuk pemanas distrik.

Aplikasi yang lebih luas dapat membawa energi nuklir ke negara berkembang yang belum memiliki pengalaman mengoperasikan teknologi nuklir. Stasiun dapat dioperasikan oleh pembuatnya, dan listrik dijual ke daratan hanya dengan “menancapkan” ke jaringan listrik.

Konsep ini juga dapat menyediakan listrik ke pulau-pulau dan wilayah terpencil, serta menjadi sistem bantuan bencana yang dapat dimobilisasi dengan cepat.

Sebagai contoh, Guinea sudah mencari kerja sama dengan Rusia dalam proyek semacam itu.

Westinghouse dan Prodigy juga sedang menyelidiki ide ini, begitu pula KSOE & Kepco Korea, atau Seaborg Denmark yang menggabungkan teknologi garam cair dengan pembangkit listrik di atas laut.

Biaya

Satu kritik terakhir yang diarahkan pada energi nuklir adalah biaya.

Hal ini sebagian besar disebabkan oleh proyek nuklir terbaru di AS dan Eropa yang mengalami pembengkakan biaya besar. Misalnya, pembangkit Vogtle di Georgia berakhir dengan biaya $37 miliar, di mana $20 miliar di antaranya merupakan pembengkakan biaya. Atau pembangkit Olkiluoto‑3 di Finlandia yang awalnya diperkirakan €3 miliar, berakhir dengan €11 miliar.

Fakta bahwa Vogtle memakan waktu 14 tahun untuk dibangun dan Olkiluoto baru beroperasi 12 tahun setelah perkiraan awal menjadi penyebab utama pembengkakan biaya.

Namun ini bukan akhir yang fatal. Pada periode yang sama, Bloomberg mengungkapkan bahwa China membangun 6 reaktor nuklir hanya dengan $17 miliar.

Pertumbuhan biaya di Barat terutama terkait tiga faktor:

1. Beban regulasi yang meningkat.
   1. Meskipun sebagian karena peningkatan pengawasan keselamatan, beberapa pihak mengkritiknya sebagai birokrasi berlebih dan hambatan yang dimotivasi politik bagi industri.
2. Biaya modal yang meningkat.
   1. Karena biaya pembangkit nuklir sebagian besar merupakan biaya awal dari konstruksi, biaya modal yang rendah secara drastis mengurangi harga akhir. Biasanya, proyek nuklir China mendapatkan akses ke pinjaman berbunga rendah dari negara.
3. Terlalu sedikit proyek.
   1. Jika lebih banyak pembangkit dibangun secara berurutan, produsen dapat menstandarisasi produksi dan memproduksi peralatan secara batch atau seri, alih-alih desain khusus unik setiap kali.
   2. Aliran proyek yang lebih stabil juga membantu melatih dan mempertahankan tenaga kerja terampil.

Setiap masalah ini dapat diselesaikan.

Beban regulasi yang berlebihan dapat dikurangi, modal dapat dimobilisasi oleh pemerintah. Dan lebih banyak proyek serta kebijakan energi yang stabil akan membangun kembali rantai pasokan.

Perusahaan Energi Nuklir

1. Cameco Corporation

Energi nuklir bergantung pada pasokan uranium. Uranium bukan sumber daya yang sangat langka, meskipun deposit dengan konsentrasi tinggi tidak mudah ditemukan.

Pasar didominasi oleh Kazatomprom di Kazakhstan dan Cameco di Kanada. Produsen uranium lain ada, tetapi dua perusahaan ini jauh terbesar dan memiliki biaya produksi yang lebih rendah. Akibatnya, Cameco akan menjadi pusat pasokan bahan mentah yang dibutuhkan oleh pembangkit listrik nuklir yang ada dan yang akan datang.

Sumber: Cameco

Namun, sisi pertambangan Cameco hanyalah setengah cerita. Karena pada tahun 2022, Cameco memutuskan untuk mengakuisisi kontrol mayoritas di Westinghouse, pembangun utama pembangkit listrik nuklir di AS, bersama dengan firma investasi raksasa, Brookfield.

Hal ini memberi Cameco akses ke pendapatan stabil Westinghouse dari layanan pembangkit yang ada dan kontrol atas sebagian besar rantai pasokan nuklir. Karena regulasi yang ketat, bagian dan peralatan tersebut akan diperlukan untuk setiap pembangkit baru, baik tradisional maupun SMR.

Contoh yang baik tentang potensi inovasi Westinghouse adalah desain AP300 SMR yang baru diungkapkan, yang kemungkinan akan diterapkan di Slovakia, Finlandia, dan Swedia.

Jadi Cameco merupakan taruhan pada harga uranium dan Westinghouse yang mempertahankan kontrol kuat atas pasar pembangunan pembangkit nuklir yang dulu dikuasainya. Perlu dicatat bahwa kepemilikan bersama dengan Brookfield mungkin juga membantu, karena perusahaan tersebut memiliki divisi pembangkit energi terbarukan/karbon rendah yang besar berupa $19 miliar Brookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) (BEPC ) (BEP )  (BEP).

2. Mirion Technologies, Inc.

Selain reaktor dan teknologi bahan bakar, pembangkitan energi nuklir sangat bergantung pada banyak penangkap, komponen, dan peralatan “kecil” lainnya yang tetap harus dapat diandalkan untuk berfungsi sempurna.

Salah satu kategori tersebut adalah deteksi radiasi, bisnis inti Mirion (AS). Regulasi energi nuklir memerlukan pemeriksaan ketat terhadap paparan radiasi bagi personel, lingkungan, dan deteksi dini potensi kebocoran atau kontaminasi. Hal yang sama berlaku untuk penggunaan medis senyawa radioaktif, seperti perawatan kanker dan pencitraan.

Sumber: Mirion

Perusahaan ini juga aktif dalam pengukuran fisik untuk analisis dan riset ilmiah, serta perangkat dekomisioning & dekontaminasi untuk industri pertahanan, keamanan siber, dan layanan pelatihan. Perusahaan ini melakukan IPO pada tahun 2020.

Pendapatan Mirion tumbuh secara stabil, didukung secara merata oleh segmen medis dan klien industri.

Mirion merupakan bagian rantai pasokan nuklir yang kurang “glamour”, memantau dan mengukur radiasi alih-alih menciptakan desain reaktor baru, bahan bakar berkapasitas tinggi, atau aplikasi militer. Hal ini tidak membuatnya kurang menarik dari sudut pandang keuangan.

Jadi, Mirion lebih seperti saham “alat dan sekop” yang akan mendapat manfaat dari minat dan investasi kembali di bidang nuklir. Ia juga akan memperoleh keuntungan dari skeptisisme publik yang masih tinggi terhadap energi nuklir, memperkuat kebutuhan akan sensor dan monitor radiasi yang omnipresent, efisien, dan dapat diandalkan yang disediakan oleh pemasok yang telah teruji.