エネルギー
SMR（小型モジュラー原子炉）に関する最新情報 – 依然として原子力の未来
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核の夢と恐れ
核エネルギーは議論の的となるテーマです。
まず第一に、合理的な理由として安全性の面があり、チェルノブイリや福島の災害は、失敗した際に何が起こり得るかを思い起こさせます。
次に、核兵器との非合理的な結びつきや、ポップカルチャーやSFによって駆り立てられる、あらゆる放射線への恐怖があります。
それはまた、風力や太陽光といった「真の」再生可能エネルギーの競合、あるいはそれらに対する劣った代替手段と見なされてきました。
それでもなお、原子力は非常に強力なエネルギー源であり、実際に人類が利用できる中で最もエネルギー密度が高く、ウランの小さなペレット1個で数百リットルの石油、1トンの石炭、または17,000立方フィートのガスに相当するエネルギーを代替できます。
出典: Energy.gov
また、原子力は非常に低炭素のエネルギー源であり、一部の気候活動家は原子力に対する見方を再考しています。特に、天候や時間帯に関係なくベースロード電力を供給できる点で、原子力は再生可能エネルギーが大規模なバッテリーパークを必要とするのと対照的です。
新しい原子力
近年、原子力を擁護しつつも業界のこれまでの道筋を批判する新たな勢力が現れました。彼らが現在の原子力に対して抱く不満は、規模と燃料の二点です。
小ささは美しい？
原子力発電所は大規模なプロジェクトになる傾向があります。出力はギガワット単位で、投資は数百億ドル規模、建設期間は数年、場合によっては数十年かかります。これによりいくつかの問題が生じます：
- プロジェクト開始から最初の電力供給までの長い時間差のため、政府資金以外の資金調達が困難です。
- 小規模な国や遠隔地域には適さず、原子力発電所に合わせて電力網全体をある程度改変する必要があります。
- 何か問題が起きた際、局所的な事故ではなく大陸規模の災害になる可能性があります。
- 各大型プロジェクトはカスタム実験的設計であり、業界が生産プロセスの標準化を進めることを阻んでいます。
この最後の点は、過去数十年にわたる大規模集中型発電所の失敗後に特に顕著であり、業界を事実上凍結させました。ドイツなどの国では、完全に（そしておそらく永続的に）破壊される結果となりました。
発電所が大きくなるほど、単一地点でのエネルギー出力が増大します。これにより、何か問題が起きた際のリアクター冷却がさらに困難かつ危険になります。
そのため、現在はSMR（小型モジュラー原子炉）と呼ばれる小型リアクターに注目が集まっています。これらは船舶や機械のように量産され、トラックで発電所現場へ運搬されます。モジュラーというのは、SMRベースの原子力発電所が4〜20基の「モジュラー」発電ユニットを組み込み、各ユニットが同一であることを指します。
産業用熱、軍事基地、遠隔コミュニティ、さらには月面基地といったニッチな用途向けに、マイクロリアクターを開発する動きもあります。
出典: IAEA
誤った設計と燃料？
設計
もう一つの議論はプラント自体の設計です。水冷設計は本質的に安全性が低いと主張する専門家もおり、常に水の供給が必要で、複雑なポンプや配管システムに依存しています。これは福島事故で失敗した要因と同じです。
現在、受動的安全性を目指したさまざまな冷却設計が開発されており、何か問題が起きた際に外部介入なしでリアクターが冷却されるようにしています。
燃料選択
他方では、燃料としてウランに焦点を当てることを批判する声があります。根本的な物理的理由からウランはプルトニウムを生成するため、核兵器の重要な成分となります。
1950年代から1980年代にかけて、核産業が誕生した当時、これは「品質」と見なされていました。冷戦後、多くの国が自国の安全のために核兵器材料が必要と考えていましたが、現在では核拡散やテロの脅威により、世論ははるかに受け入れがたいものとなっています。
さらに、ウランは本質的にリスクの高い燃料であり、制御不能な連鎖反応のリスクが高いです。そのため、多くの核エネルギー支持者やスタートアップは、代わりにトリウムリアクターの探索を提唱しています。
イノベーションの小さなつまずき
1〜2年前に専門家に尋ねたら、ほとんどの人はSMRが原子力産業の未来になると考えていたでしょう。
「SMRにより、私たちは顧客層の全スペクトラムを開くことができました。」
しかし、最近のNuScale社のカーボンフリーパワープロジェクトの中止により、SMRが再生可能エネルギーや従来の原子力とコスト競争できるか、あるいは原子力全体として競争できるかという疑問が浮上しました。特に、フィンランドと米国で最近稼働した「従来型」原子力発電所のコスト超過が数百億ドルに上ることを考えると、重要です。
このコスト上昇は、再生可能エネルギーを含むエネルギー産業全体が同様の状況でなければ、懸念すべきことです。
この点については、私たちの記事「The 2023 Renewable Energy Crash」で詳しく調査しました。要点をまとめると、風力タービンや太陽光パネルのメーカー、そして原子力発電所の建設者は、以下の問題が重なったことで苦境に立たされています：
- 金属、コンクリート、エネルギーなどの資材コストの上昇、これらは産業プロジェクトに必須です。
- 一般的なインフレにより熟練労働者のコストが上昇しています。
- パンデミック、国際貿易路の混乱、そして西側とロシア・中国間の貿易戦争と制裁に起因するサプライチェーンの混乱。
- 金利上昇により、発電のような資本集約型プロジェクトのコストが大幅に増加しています。
これらすべての現象は、エネルギー生産者、すべてのエネルギー生産者が、以前計画されたような低コストでプラントを提供する能力を損なっています。しかし、エネルギーを今後全く使用しないと計画しない限り、これは再評価が必要な問題です。
化石燃料、再生可能エネルギー、原子力のいずれも、高インフレ・高金利の経済環境では最もコストがかかります。そのため、市場が「再生可能エネルギーとSMRを選ぶ」ことへの反応は、必ずしも合理的とは言えません。
まだ始まったばかり
パイロットプラントの中止に対する懸念は、本質を見誤っている可能性があります。カーボンフリーパワープロジェクトは、定義上パイロットプロジェクトでした。
SMRのコスト削減は、他の原子力プロジェクトと比較して、以下の2つの要因から期待されています：
- 数十〜数百の同一型発電所にわたる研究開発費の償却。
- 組立ラインの安定した作業フローにより、最適化と規模の経済が実現します。
したがって、SMRは最初の5〜10基の発電所ではやや高価になる可能性が高いです。完全に稼働し始めて初めて、設計上の経済的利益が顕在化します。これは、試作車が大量生産車よりも単位当たりコストが高いのと同様です。
これは「デスバレー（Valleys of Death）」と呼ばれるイノベーション産業でよく知られた現象です。各段階の間に熱狂のピークがあり、その後悲観のピークが続きます。長期的な投資家や公共投資がこの負の期間を乗り越え、長期的な進歩を育むのです。
たとえNuScaleの特定設計がコスト過多であっても、これは溶融塩、トリウム、HALEU燃料、あるいは原子力バージェ（以下参照）に関する示唆を提供します。
全体として、業界は再びイノベーションを始めたように見えます。これは、ウクライナ戦争によるエネルギー危機がきっかけと考えられます。中東で緊張が高まる中、1970年代のエネルギー危機が再び起こる可能性があり、フランスなどが電力の70％を原子力で賄う状況を再現するでしょう。
SMRイノベーターの選択
この記事では、SMRの革新的設計のいくつかを取り上げています、 完全なリストはWorld Nuclear Associationのウェブサイトで確認できます。
NuScale Power Corporation (SMR)
SMR 価格チャート
SMR 価格チャート
NuScaleは、小型モジュラー原子炉（SMR）という新タイプの原子炉設計のリーダーです。
NuScaleの主設計はトラックで輸送可能で、モジュールあたり77 MWeを生産し、最大12モジュールを組み合わせることで、ほぼ1GWの定格出力を持つ完成発電所となります。
出典: Nuscale
この設計は、廃止された石炭火力発電所の敷地に実装できるほど小型で、既存のセキュリティと電力網インフラを再利用できます。NuScaleはまた、米国原子力規制委員会（NRC）によって認証された最初のSMRでもあります。
同社はすでにルーマニアでの契約を確保しています。また、SMR導入にコミットした15社以上の潜在顧客と120社以上の潜在顧客を見込んでいます。さらに、鉄鋼メーカーなどの産業顧客が、事業の脱炭素化と安価で信頼できる電力供給源の確保を目指しています。
しかし、Utah Associated Municipal Power Systems（UAMPS）とのカーボンフリーパワープロジェクトがコスト増により中止されたことで、SMRの経済的実現性についての疑問が中心となっています。ニュース後、同社の株価は大幅に下落しましたが、やや回復しています。
General Electric (GE) / Hitachi (HTHIY)
GE 価格チャート
GE 価格チャート
GEは日立と協力し、BWRX-300小型モジュラーリアクターを開発しています。両社の原子力エネルギーにおける経験を活かし、300 MWのリアクターを実現しています。
出典: GE
GEはカナダのオンタリオ・パワー・ジェネレーションとサスカチュワン州のSaskPowerによるSMRパイロットプロジェクトに選定されました。
米国ではテネシー・バレー・オーソリティと合意し、他の複数の公益事業者とも協議中です。
世界的には、ポーランドで79基のSMR艦隊が選定され、2038年までにOrlen社が導入する予定です。また、エストニア、チェコ共和国、スウェーデンでも選定され、英国やその他の地域でも販売に向けた協議が進んでいます。
GE/日立のBWRX-300推進の成功は印象的で、SMR業界における国際的成功例と言えるでしょう。その人気は設計だけでなく、親会社の評判、影響力ネットワーク、そして小規模スタートアップに比べて利用可能な財政支援の確実性にも起因しています。
Rolls-Royce Holdings plc (RYCEY)
Rolls-Royceは高級車の製造だけでなく、航空（特にジェットエンジン）や先進エンジニアリング技術のリーダーでもあります。
同社は英国におけるSMR技術のリーダーになることを目指しています。その設計はモジュールあたり470 MWを提供します。
出典: Rolls Royce
Rolls RoyceはオランダでのSMR展開を検討しています。また、スウェーデンとフィンランド、さらにチェコ共和国（自動車メーカーSkodaとの協力を含む）やポーランドでも協議中です。
Rolls-Royceは主に欧州市場と産業用途に焦点を当てており、これは大陸が直面しているエネルギー危機を考慮した賢明な選択と言えます。エネルギー輸入のためのスエズ運河閉鎖の可能性が高まる危機については、私たちの記事「Fossil Fuel Supplies Troubles – Looming Shipping And Energy Crisis」で議論しました。
Westinghouse: Cameco (CCJ) and Brookfield Renewable Partners L.P. (BEP)
BEP 価格チャート
BEP 価格チャート
Westinghouse Nuclearは米国原子力エネルギーのパイオニアであり、業界創設以来のリーダーです。最近、ウラン採掘会社Cameco（49%）と大規模低炭素ユーティリティBEP（51%）が共同で取得し、さらに大手Brookfield投資会社（Brookfield ）の傘下となり、管理資産は8500億ドルに上ります。
WestinghouseのAP300 SMR設計は、従来のAP1000リアクターの縮小版です。現在、中国で4基のAP1000が稼働中で、さらに6基が建設中、中国と米国ジョージア州（Vogtleプロジェクトは遅延とコスト超過で有名）でも稼働中です。また、ポーランドで3〜6基、インドで6基のプロジェクトがあります。
出力990MWのこのSMR設計は、従来型と「小型」リアクターの間のラインを走っています。
出典: Westinghouse
直接上場していないため、Westinghouseへの投資は、投資家がBEPの再生可能エネルギー事業へのエクスポージャーに関心があるか、Camecoのウラン採掘事業へのエクスポージャーに関心があるかで判断する必要があります。
それでも、Westinghouseは核エネルギーの巨人であり、業界標準を設定してきた長い歴史があります。特に、数十年にわたり核産業を支配した加圧水設計はその代表例です。
TerraPower
非上場企業であるTerraPowerはビル・ゲイツの支援で知られています。大手企業やNuScaleが規模と製造方法の変更で従来型原子力発電所の改善を目指すのに対し、TerraPowerは根本的に変革しようとしています。
同社の主なイノベーションは溶融塩リアクターで、GE-日立との提携でNatriumリアクター（345 MWe）を開発しています。この技術はワイオミング州の廃止予定の石炭プラントで導入される予定です。また、Molten Chloride Fast Reactor (MCFR) 設計にも取り組んでいます。
溶融塩は燃料として放射性元素を含み、同時に冷却材として機能します。これにより、温度が高すぎると塩が膨張し、核反応が自発的に抑制され、温度が下がります。
また、18〜24か月ごとにリアクターを停止せずに連続的に燃料補給が可能です。さまざまな濃縮度のウラン燃料を受け入れられるため、柔軟性が高まります。
中性子が従来の原子炉のように減速されないため、反応効率が大幅に向上します。
出典: Terrapower
このような極端なイノベーションでさえ、TerraPowerにとっては十分ではありません。同社は「長期目標」としてTraveling Wave Reactor (TWR®) 設計を開発しており、非濃縮ウランで数世紀にわたり稼働し、従来設計の30倍の効率を目指しています。
核エネルギー産業は過去のメルトダウンを繰り返さないよう慎重であり、現在は新しい設計に対して極めて懐疑的です。これはTerraPowerにとって有利にも不利にも働く可能性があります。
一方で、彼らの急進的かつ革新的なアプローチは、独自で安全性の高い設計を生み出す可能性があります。もう一方で、規制当局を説得し、実験的な原子炉の立ち上げを受け入れさせるのは大きな壁となるでしょう。
Terrestrial Energy
別の溶融塩企業であるTerrestrial Energyは、Integral Molten Salt Reactor（統合型溶融塩リアクター）を提供しています。
同社は、グラファイト減速材の寿命に関する重要課題を解決すると主張しています。リアクターコアを完全に統合されたユニットにすることで、交換が容易になり、寿命は7年です。
この設計は、他の溶融塩リアクターと同様に、安全性向上と高温による効率向上という利点を享受します。
Moltex Energy
Moltexは英国拠点の企業で、核廃棄物を燃焼させるリアクター、いわゆるStable Salt Reactor – Wasteburner (SSR-W)をカナダのPoint Lepreauで開発しています。
この設計はエネルギー出力を迅速に変化させることができ、間欠的な再生可能エネルギーを補完するのに最適です。
“この先進的な核技術はガス火力発電所の柔軟性を持ちつつ、低コストで炭素排出なしに電力を生成します”
このリアクターは可動部品がなく、受動的に冷却するため、従来型リアクターに比べてはるかに少ない監視が必要です。
Moltexは核廃棄物を利用するため、標準的またはSMR設計を完全に置き換えることはできませんが、安価なエネルギー供給と核廃棄物削減、そして需要に応じた低炭素エネルギー源という独自のニッチに適合します。
Rosatom
ロシアの国営核企業Rosatomは、数十年にわたり業界のリーダーであり、初期に小型リアクターに類似したものを開発した企業の一つです。現在、SMR開発に特化しているわけではなく、主に海上原子力に注力しています。
既に実装されている構想は、原子潜水艦や空母を動かすものと同様の小型原子力発電所を船舶に搭載することです。この浮体式発電所は、ロシアの場合、主に北極海の都市や工業拠点に展開できます。
この設計は、核動力軍艦の建造に経験のある専用造船所でシリーズ生産することも可能です。
世界人口の80％が沿岸地域に住んでいることから、この設計は普及する可能性があります。現在想定されているビジネスモデルは、Rosatomが電力バージェを所有・運営し、電力を販売する（外国でも）というものです。
また、ハリケーンなどの災害が発生した地域やエネルギーインフラが乏しい遠隔地へ電力プラントを移動させる柔軟性も提供します。
Seaborg
Rosatomの核バージ／浮体式発電所の概念はロシアに特有のものではなく、地政学的状況を考えると、西側諸国や同盟国でこのロシア設計が近い将来に普及する可能性は低いです。
ここでデンマークの企業Seaborgが登場します。同社は、最大800 MWの浮体式電力プラントとなるコンパクトな溶融塩リアクターを開発しています。
出典: Seaborg
Seaborgリアクターの海上設計は、インドネシアやノルウェーとの協議が進んでいるように、沿岸国に適しています。
Seaborgは、世界的な造船リーダーであるSamsung Heavy Industriesと協力し、水素・アンモニアプラントと組み合わせた浮体式原子力発電所の開発に取り組んでいます。
したがって、Seaborgは私たちの記事「The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks」で説明したように、核駆動の水素・アンモニア経済の重要な要素となり得ます。
X-Energy
X-Energyの核エネルギーにおけるイノベーションは、従来の濃縮ウランとは異なる燃料、TRISO-X燃料を使用することです。
TRISO-X燃料は「高濃縮低濃縮ウラン」（HALEU）を使用し、長期間の運転が可能で、コスト削減が期待されます。また、燃料自体に封じ込めシステムを組み込むことで、安全性が大幅に向上します。
Xe-100リアクターは高温ガス冷却型原子炉（HTGR）で、80 MWeの設計は第4世代原子力発電所の一部と見なされています。このようなリアクターは安全周囲長400m（従来設計の10マイルに対し）を主張しています。
X-Energyの設計は技術的利点があるものの、地政学的リスクにもさらされます。HALEU燃料は主にロシアのRosatomから米国へ供給されており、ウクライナ戦争により供給が危機に瀕しています。米国のCentrusやフランスのOranoからの代替供給は、開発に5〜10年要する可能性があり、同社の核燃料供給を危険にさらします。
同社は2023年10月にSPAC Ares Acquisition Corporationとの契約を終了し、X-Energyが上場企業になることを発表しました。
China
長らくロシアや西側から核技術を輸入していた中国は、急速に業界のリーダーとなりつつあります。
同国は55基の稼働中核電站を抱え、22基が建設中、さらに70基が計画中です。総計で2021年に150基の新規電站建設を目指すと発表しました。また、2023年12月に第4世代核電站の世界初商業運転を開始しました。
従来の大型電站に加え、中国企業は乾燥地域に適した空冷トリウムリアクターを開発しており、これは水が不足する地域に最適です。
また、コンテナ船を動かすためのトリウムコンパクト溶融塩設計が開発されており、炭素排出や燃料補給の必要がありません。これは、1960年代の「原子力平和利用」プログラムで構想された商業核船の夢を実現する可能性があります。象徴的に、米国のSavannahは2023年1月に退役が発表されました。
US Savannah – 出典: ANS
Copenhagen Atomics
デンマークの企業は、標準的な40フィートコンテナに収まるトリウム駆動の溶融塩リアクターの構築を目指しています。
同社は、同リアクターが商業利用可能になる価格を10万ドル、またはリースで提供し、100 MWの熱出力（560°C）を供給できると主張しています。最初のデモ製品は2025年に予定されています。
出典: Copenhagen Atomics
2028年までに、同社は初の廃棄物燃焼装置を建設することも見込んでいます。これにより、10万年続く放射性廃棄物を300年に短縮しながら電力を生産できるようになります。
最先端の核技術（トリウム、溶融塩、廃棄物燃焼、コンテナサイズリアクター）すべてに同時に焦点を当てているCopenhagen Atomicsは、核産業で最も野心的なスタートアップの一つと言えるでしょう。その将来の成功または失敗は、技術的成果以上に、規制枠組みがどれだけ迅速に新しい核設計を受け入れるかに大きく左右されるでしょう。
