Ang Ika-4 na Henerasyon ng Nuclear Power: Mas Mura, Mas Malinis, Mas Ligtas

Mula sa Siyensiyang Pantas Hanggang sa Stagnasyon

Sabihin na ang enerhiyang nuklear ay kontrobersyal ay isang pagpapababa lamang. Maraming tao ang nakikita ito bilang napakadelikadong ideya, binabanggit ang anino ng Chernobyl at Fukushima bilang patunay, at ang problema ng nuclear waste bilang isang hindi malulutas na isyu. Ang iba naman ay tinitingnan ito bilang potensyal na teknolohiyang makapagliligtas ng sibilisasyon, dahil sa kakayahan nitong lumikha ng baseload power na may napakababang carbon emissions at maliit na puwang sa lupa.

Umiiral ang paghahating ito noong maaga pa bago pa man naging paksa ang pagbabago ng klima.

Una nang napansin ng mundo ang pambihirang kapangyarihan ng nuklear sa pamamagitan ng atomikong pagbobomba sa Hiroshima at Nagasaki, na sinundan agad ng imbensyon ng H-bomb at ng Cold War. Mula sa mga pinagmulan na ito, malinaw ang mapanirang potensyal ng ating bagong natamong kahusayan sa atom.

Sa madaling panahon, nagsimulang yakapin din ang ideya ng paggamit nito para sa mapayapang layunin. Una ay ang inisyatibong “Atom For Peace”, pagkatapos ay isang malawak na alon ng pagtatayo ng mga planta ng enerhiyang nuklear sa buong mundo. Sa isang panahon, tila malinaw na ang kinabukasan ay nasa nuklear at ang pagsunog ng karbon, langis, at gas ay magiging lipas na tulad ng mga magagandang windmills ng Netherlands.

Sa praktika, huminto ang paglago ng produksyon ng enerhiyang nuklear noong huling bahagi ng 1990s matapos ang Chernobyl at mula noon ay nanatiling stagnant sa buong mundo, kung saan ang lumalaking produksyon ng Tsina ay pumapawi sa pag-urong ng industriya ng nuklear sa Europa.

Pinagmulan: Nuclear Energy – Our World in Data

Sa loob ng maraming taon, tila tanging Tsina at Russia lamang ang handang paunlarin ang enerhiyang nuklear.

Lalo na ang Tsina, na ayon sa The Economist ay “nagpapatayo ng mga nuclear reactor nang mas mabilis kaysa sa anumang ibang bansa.”

Pinagmulan: The Economist

Sa kasalukuyan, muling sumisibol ang enerhiyang nuklear sa buong mundo, sa sukat na hindi maisip ilang taon ang nakalipas, kung saan maraming balita ang nagtuturo sa pagbabago ng mga patakaran sa halos buong mundo:

• Hapon Pinapalakas ang Pagsisikap na I-restart ang Pinakamalaking Planta ng Nuklear sa Mundo
• Kalihim ng Enerhiya ng US na si Jennifer Granholm ay nanawagan na triplehin ang fleet ng nuklear ng US
• Bagong nuklear isinama sa draft na plano ng enerhiya ng Korea
• Pransya ibinababa ang target sa renewables, inuuna ang nuklear sa bagong energy bill
• UK nagbabalak magtayo ng bagong nuclear reactor sa Scotland
• India magtatayo ng 18 nuclear reactor na may kapasidad na 13.8GW pagsapit ng 2032

Ang Nawawalang Ugnayan sa Decarbonization?

Ang mga alalahanin sa kaligtasan ay nananatiling buhay, at ito ang dahilan sa likod ng desisyon ng Alemanya na isara ang mga planta ng enerhiyang nuklear.

Gayunpaman, ang mga alalahanin tungkol sa carbon emissions at pagbabago ng klima ay nagiging mas matindi, at ang enerhiyang nuklear ay talagang pinakamaliit na naglalabas ng emissions kumpara sa lahat ng pinagkukunan ng enerhiya, mas mahusay pa kaysa sa hangin at solar, na nangangailangan ng mas maraming lupa at hilaw na materyales.

Pinagmulan: Our World In Data

Bagaman kamangha-mangha at may pangmatagalang epekto, ang nuklear ay, sa praktika, kasing ligtas ng renewables kapag sinusukat ang bilang ng mga namatay na dulot nito, kahit isama pa ang mga malalaking sakuna.

Kaya, kapag tiningnan nang obhetibo, marahil ay dapat maging isa sa mga kasangkapan ang nuklear para sa pag-decarbonize ng power grid at ng ekonomiya sa kabuuan. Ito ay lalong totoo dahil kailangan natin ng mas marami pang enerhiya para sa electrification ng transportasyon (EVs) at pag-init (heat pumps), pati na rin sa mga bagong pangangailangan tulad ng AI data centers.

Ang dami ng karbon, langis, at gas na kailangang palitan ay nakabigla. Kahit isaalang-alang ang progreso sa renewables at pag-aampon ng EVs, sila pa rin ang bumubuo ng napakalaking bahagi ng ating konsumo ng enerhiya ngayon.

Pinagmulan: Our World In Data

Paano ang Nuclear Waste?

Gayunpaman, ang tunay na profile ng kaligtasan ng nuklear ay nag-iiwan ng tanong tungkol sa nuclear waste.

Ang ideya ng pag-iiwan para sa mga susunod na henerasyon ng nakalalasong basura na magiging mapanganib nang mas matagal kaysa sa panahong tumayo ang Great Pyramid ay, sa pinakamababa, nakakaalarma.

Dapat ba nating lasunin ang hinaharap upang iligtas ang klima? Sa kabutihang palad, may hindi bababa sa dalawang hanay ng solusyon na lumilitaw mula sa pag-unlad ng teknolohiya upang sagutin ang dilema na ito.

Ang unang opsyon ay i-recycle ang nuclear waste, at ang ikalawa ay mag-produce ng halos walang nuclear waste. Pareho itong bahagi ng tinatawag na ika‑4 na henerasyon ng mga planta ng enerhiyang nuklear.

Para sa karagdagang detalye, tingnan sa ibaba ang fast reactors at thorium reactors.

Siyempre, sa hinaharap maaaring gamitin ang iba pang solusyon, tulad ng pagdadala ng basura sa labas ng mundo gamit ang napaka-maaasahang mga rocket. Ngunit sa ngayon, malabong ituring na katanggap-tanggap ang panganib ng pagkalat ng nuclear waste sa kalahati ng isang kontinente sakaling mag-fail ang paglulunsad.

Mga Henerasyon ng mga Planta ng Enerhiyang Nuklear

Ang unang henerasyon ng mga planta ng enerhiyang nuklear ay halos mga prototype na walang komersyal na paggamit.

Ang ikalawang henerasyon ng mga planta ng enerhiyang nuklear ay kumakatawan sa karamihan ng kasalukuyang fleet. Itinayo ito sa pagitan ng 1965-1996.

Ang ikatlong henerasyon ng mga planta ng enerhiyang nuklear ay itinayo matapos matutunan ang mga aral mula sa ikalawang henerasyon at sinubukang ayusin ang mga kakulangan na nagdulot ng bihirang ngunit mapaminsalang nuclear disaster. Itinayo ito sa pagitan ng 1996-2016. Minsan, tinutukoy ang 3+ henerasyon bilang mga generator na itinayo sa 2017-2021, na may pokus sa pinataas na kaligtasan.

Ang ika‑4 na henerasyon ng enerhiyang nuklear ay nagsisimula pa lamang at kumakatawan sa paglayo mula sa mga naunang henerasyon, na may layuning baguhin ang disenyo, konsepto, at marahil palitan pa ang nuclear fuel sa halip na mga incremental na pagpapabuti.

Mayroon ding pinag-uusapang ika‑5 na henerasyon ng planta ng enerhiyang nuklear. Ang mga disenyo ay teoritikal na posible ngunit hindi pa aktibong pinag-aaralan. Karaniwan itong dahil sa mga isyu sa ekonomikong kakayahan, kakulangan ng teknolohiya, o mga alalahanin sa kaligtasan.

Ika‑4 na Henerasyon ng mga Planta ng Enerhiyang Nuklear

Ang kung ano ang nagiging bahagi ng isang planta ng enerhiyang nuklear sa ika‑4 na henerasyon ay mainit na pinagtatalunan ng mga eksperto sa industriya.

Sa artikulong ito, tatalakayin natin pangunahin ang disenyo ng planta na radikal na lumilihis mula sa mga disenyo ng ikatlong henerasyon.

At susubukan naming panatilihing simple ang paliwanag hangga’t maaari, na nilalaktawan ang ilang detalye kung kinakailangan.

Very-High-Temperature Reactor (VHTR)

Ang disenyo ay kinikilala sa napakataas na temperatura, nasa hanay ng 1,000°C. Ito ang nag-iisang planta ng ika‑4 na henerasyon na kasalukuyang umaandar, na inilunsad noong 2023 ang Huaneng Shandong Shidao Bay Nuclear Power Plant sa silangang Tsina.

Kadalasang umaasa ang disenyo sa isang “pebble bed”, kung saan ang mga ceramic na bola na kayang hawakan ay nagpoprotekta sa isang uranium core, na may sampu-sampung libong mga bola sa isang reactor.

Pinagmulan: CGTN

X-Energy (XE ) ay nagde-develop din ng katulad na teknolohiya sa USA.

Dahil ang reaksyon ay nangangailangan ng mataas na temperatura at passively cooled, ang disenyo ay likas na mas ligtas kaysa sa mga planta ng ika‑3 henerasyon.

Ang bentahe ng pebble design ay nagbibigay-daan sa pagpapalit nang hindi pinipigil ang produksyon ng reactor, at ang ceramic ay nakakaiwas din sa anumang panganib ng pagtagas ng radioactive material.

Molten-Salt Reactor (MSR)

Sa mga reactor na ito, ang coolant ay isang halo ng natutunaw na asin imbes na tubig o gas. Sa ilang kaso, ang fuel ay nakapaloob din sa natutunaw na asin.

Ang molten salt reactors ay karaniwang may mas mataas na output efficiency, mas epektibong nasusunog ang fuel, at lumilikha ng mas kaunting nuclear waste. Dahil mas mainit sila, minsan ay pinagsasama kasama ang VHTR sa kategoryang “thermal reactor”.

Gayunpaman, ang problema sa molten salts ay corrosive ito, na pinalalala pa ng posibleng paghina ng istruktura dulot ng radioactivity. Ibig sabihin nito ay nangangailangan ng napakaingat na pagpapanatili at pagsusuri ng mga tubo, pump, at iba pa ng sistema.

Thorium

Mula pa noong 1950s, halos lahat ng reactor ay gumagamit ng uranium bilang fuel. Ito ay nagdudulot sa mga tao na isipin na ito lamang ang solusyon.

Ngunit ito ay sa katunayan ay halos politikal na pagpili, dahil ang mga uranium plant ay lumilikha ng plutonium. Noon, ito ay itinuturing na mabuti dahil tumutulong ito sa mga nuclear powers na gumawa ng materyales para sa mga nuclear bomb.

Isang alternatibo na may rekurso na 3 beses higit sa uranium ay ang elementong thorium. Ang mga by-product ng thorium reactor ay napakabihirang gawing materyales para sa atomic weapons.

Pinagmulan: ACS

Isa pang mahalagang bentahe ng thorium ay ang posibilidad na makagawa ng hanggang 100 beses na mas kaunting waste, lalo na kapag gumagamit ng liquid fluoride thorium reactor design (isang molten salt thorium reactor).

“Dito, nangunguna rin ang Tsina sa isang thorium reactor na maaaring tumakbo nang walang tubig, na angkop para sa mga disyertong rehiyon. At kasama ang mga container ship na pinapagana ng thorium reactor na inihayag ng China State Shipbuilding Corporation (CSSC).”

Fast / Breeder / Burner Reactors

Ang fast reactors ay umaasa sa “fast neutrons” na hindi pinabagal ng mga moderator tulad ng sa klasikong nuclear reactors. Ito ay nagbibigay-daan upang idisenyo ang reactor na magamit ang fast neutrons para ubusin ang mga elemento na bahagi ng pamilya ng actinides (kasama ang uranium at plutonium).

Pinagmulan: Sciences Notes

Dahil ang klasikong reactor fuel ay nagiging isang komplikadong halo ng mga long-lived actinides, ang klase ng mga elementong ito ang pangunahing problema sa nuclear waste.

Ang burner reactors ay nagta-transmute ng karamihan sa mga problematikong actinides sa spent nuclear fuel, na ginagawa ang resulting processed waste na mas hindi aktibo, 90-98% na mas maliit ang dami, at nagiging problema lamang sa loob ng ilang dekada o siglo imbes na libu-libong taon.

Ang kategoryang ito ng mga reactor ay karaniwang ikinakategorya batay sa cooling system nito, na maaaring gumagamit ng gas, sodium, o lead.

Bagaman ikinakategorya bilang ika‑4 na henerasyon, hindi ito talaga bagong o hindi pa nasusubukang teknolohiya. Kapansin-pansin, ang France’s Phénix at Superphénix ay nag-burn ng nuclear waste mula 1970s hanggang 1990s, bago tuluyang isinara dahil sa gastos sa operasyon at pulitikal na presyon mula sa Green party.

Ang mga modernong bersyon ng fast breeder reactors ay kinabibilangan, halimbawa, ng dinisenyo ngunit hindi pa nailulunsad na PRISM ng GE-Hitachi.

Small Modular Reactors (SMRs) & Microreactors

Karamihan sa mga nuclear reactor ay iniisip bilang tipikal na malalaking planta ng enerhiya na tinuturing natin bilang nuclear plants.

Isang bagong uri ng disenyo ang naglalayong paliitin ang mga nuclear plant sa sukat na maaaring dalhin ng trak (SMR) o kahit sa isang karaniwang container (microreactors).

Pinagmulan: Nuscale

Sa pangkalahatan, inaasahan na gagamitin ang SMRs upang magbigay ng kuryente sa grid o malalaking industriyal na proseso, habang ang microreactors ay mas malamang na gamitin para sa mga liblib na lugar, military facilities, at eksplorasyon sa kalawakan.

Ang mas maliit na sukat at standardized na disenyo ay dapat ding magpadali sa pag-aampon ng SMRs para sa mas maliliit na bansa.

Isa pang bentahe ng SMRs ay maaari silang gawin nang sunud-sunod, tulad ng mga trak o barko, sa halip na natatanging custom design na karaniwang pinipili ng industriya. Sa teorya, dapat itong magbigay ng economies of scale at pagbawas ng gastos.

Sa praktika, maaaring mas mataas ang gastos kaysa sa inaasahan, lalo na para sa mga prototype. Ito ay nagdulot ng bahagyang pagbaba ng sigla tungkol sa SMRs matapos marahil na ito ay naging sobra-sobrang hype.

Gayunpaman, malamang na mabilis na lalago ang SMRs, halimbawa sa mga proyektong umuusad sa Finland, Norway, Poland, USA, Canada, at Argentina.

Maaari kang magbasa pa tungkol sa kalagayan ng SMR technology sa aming artikulo “Update on SMRs (Small Modular Reactor) – Still The Future of Nuclear Power”

Floating Nuclear Station

Bagaman maaaring hindi teknikal na bahagi ng ika‑4 na henerasyon, ang mga floating power station ay isang bagong konsepto na nag-aalok ng radikal na paglayo mula sa karaniwang konsepto ng planta ng enerhiyang nuklear.

Karamihan ay itinataguyod ng Rosatom ng Russia, ang konseptong ito ay iba sa mga nuclear-powered na barko, tulad ng ilang aircraft carrier.

Dito, ang buong layunin ng barko ay maging isang power station, kahit na isang mobile floating na isa. Dahil sa limitasyon sa sukat, maaari rin itong ilarawan bilang isang SMR, bagaman napakalaki.

Pinagmulan: Power Technology

Ang aplikasyon ng mga konseptong ito ay sa Russian Arctic, nagbibigay ng kuryente sa mga lungsod sa baybayin na pangunahing nakatuon sa pagmimina at pagkuha ng langis at gas. Sa kapaligirang ito, ang “waste heat” ng istasyon ay hindi nasasayang at maaaring magamit para sa district heating.

Ang mas malawak na aplikasyon ay maaaring dalhin ang enerhiyang nuklear sa mga umuunlad na bansa na walang karanasan sa pagpapatakbo ng teknolohiyang nuklear. Ang istasyon ay maaaring patakbuhin ng gumawa nito, at ang kuryente ay ibebenta sa mainland sa pamamagitan lamang ng “pag-plug” nito sa power grid.

Ang konsepto ay maaari ring magbigay ng kuryente sa mga isla at liblib na rehiyon, pati na rin sa mabilis na mobilisadong sistema ng disaster relief.

Halimbawa, ang Guinea ay naghahanap nang makipagtulungan sa Russia sa ganitong proyekto.

Westinghouse at Prodigy ay nagsusuri rin ng ideya, pati na rin Korea’s KSOE & Kepco, o Danish’s Seaborg na pinagsasama ang molten salt technology sa mga seaborne power plant.

Gastos

Isa pang huling kritisismo laban sa enerhiyang nuklear ay ang gastos.

Ang ito ay pangunahing dahil sa mga pinakabagong nuclear project sa USA at Europe na nagdanas ng napakalaking cost overruns. Halimbawa, ang planta ng kuryente ng Vogtle sa Georgia nagtapos na nagkakahalaga ng $37B, kung saan $20B ay cost overruns. O ang €11B Olkiluoto-3 plant sa Finland, sa halip na ang inaasahang €3B.

Ang katotohanang tumagal ng 14 na taon ang Vogtle upang maitayo at ang Olkiluoto ay nagsimulang maglingkod 12 taon matapos ang paunang estima ay pangunahing dahilan ng pagtaas ng gastos.

Ngunit ito ay hindi isang kapalaran. Sa parehong panahon, iniulat ng Bloomberg na ang Tsina ay nagtayo ng 6 nuclear reactor sa halagang $17B lamang.

Ang pagtaas ng gastos sa Kanluran ay pangunahing nauugnay sa tatlong salik:

1. Lumalagong pasanin sa regulasyon.
   1. Bagaman bahagi nito ay dahil sa pagtaas ng pagsusuri sa kaligtasan, may ilan na tinuturing ito bilang bureaucratic red tape at politikal na pinapaboran na hadlang para sa industriya.
2. Lumalagong gastos sa kapital.
   1. Dahil ang gastos ng mga planta ng nuklear ay karamihan ay upfront mula sa konstruksyon, ang mababang gastos sa kapital ay lubos na nagpapababa ng panghuling presyo. Karaniwan, ang mga nuclear project ng Tsina ay binibigyan ng access sa low-interest loans ng estado.
3. Masyadong kaunting proyekto.
   1. Kung mas maraming planta ang itatayo nang sunud-sunod, maaaring i-standardize ng mga tagagawa ang produksyon at gumawa ng kagamitan sa batch o serye, sa halip na isang natatanging custom design bawat pagkakataon.
   2. Ang mas tuloy-tuloy na daloy ng mga proyekto ay tumutulong din sa pagsasanay at pagpapanatili ng mga bihasang tauhan.

Ang bawat isa sa mga problemang ito ay maaaring maresolba. Ang labis na pasanin sa regulasyon ay maaaring bawasan, ang kapital ay maaaring ilipat ng pamahalaan. At ang mas maraming proyekto at isang matatag na patakaran sa enerhiya ay magpapanumbalik ng supply chain.

Mga Kumpanya sa Enerhiyang Nuklear

1. Cameco Corporation

Ang enerhiyang nuklear ay nakasalalay sa suplay ng uranium. Ang uranium ay hindi isang napakabihirang mapagkukunan, bagaman ang mga deposito na may mataas na konsentrasyon ay hindi madaling matagpuan.

Ang merkado ay dominado ng Kazatomprom sa Kazakhstan at Cameco sa Canada. May iba pang mga prodyuser ng uranium, ngunit ang dalawang ito ang pinakamalaki at may mas mababang gastos sa produksyon. Bilang resulta, ang Cameco ay magiging sentro sa pagbibigay ng mga hilaw na materyales na kinakailangan ng kasalukuyan at hinaharap na mga planta ng enerhiyang nuklear.

Pinagmulan: Cameco

Gayunpaman, ang bahagi ng pagmimina ng Cameco ay kalahati lamang ng kwento. Ito ay dahil noong 2022, nagpasya ang Cameco na kunin ang mayoridad na kontrol sa Westinghouse, ang nangungunang tagapagtayo ng mga planta ng enerhiyang nuklear sa US, kasama ang isang higanteng investment firm, Brookfield.

Nagbibigay ito sa Cameco ng access sa patuloy na kita ng Westinghouse mula sa pagserbisyo sa mga umiiral na planta at kontrol sa malaking bahagi ng supply chain ng nuklear. Dahil sa mahigpit na regulasyon, ang mga ganitong bahagi at kagamitan ay kakailanganin para sa anumang bagong planta, tradisyonal man o SMR.

Isang magandang halimbawa ng potensyal ng inobasyon ng Westinghouse ay ang kamakailang inilantad na disenyo ng AP300 SMR, na malamang ilalagay sa Slovakia, Finland, at Sweden.

“Kaya ang Cameco ay parehong isang taya sa presyo ng uranium at sa Westinghouse na nagpapanatili ng matibay na kontrol sa merkado ng pagtatayo ng mga planta ng nuklear na dati nitong dominado. Dapat ding tandaan na ang co-ownership kasama ang Brookfield ay maaaring makatulong, dahil ang kumpanya ay may napakalaking renewable/low carbon power generation division sa anyo ng $19B Brookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) (BEPC ) (BEP ) (BEP).”

2. Mirion Technologies, Inc.

Maliban sa mga reactor at teknolohiya ng fuel, ang pagbuo ng enerhiyang nuklear ay lubhang nakadepende sa maraming captors, bahagi, at iba pang “minor” na kagamitan na kailangang mapagkatiwalaan na gumana nang perpekto.

Isa sa mga kategoryang ito ay ang radiation detection, na pangunahing negosyo ng Mirion (USA). Ang regulasyon sa enerhiyang nuklear ay nangangailangan ng napakahigpit na pagsusuri sa radiation exposure ng mga tauhan, kapaligiran, at maagang pagtuklas ng anumang posibleng leak o kontaminasyon. Ganun din sa medikal na paggamit ng radioactive compounds, tulad ng paggamot sa kanser at imaging.

Pinagmulan: Mirion

Ang kumpanya ay aktibo rin sa physical measurements para sa scientific analyses at research, pati na rin sa decommissioning at decontamination devices para sa defense industry, cybersecurity, at mga serbisyo sa pagsasanay. Ang kumpanya ay nag-IPO noong 2020.

Ang kita ng Mirion ay patuloy na lumago, pantay na pinapadaloy ng medical segment at ng mga industrial client nito.

Ang Mirion ay isang hindi gaanong “glamorous” na bahagi ng supply chain ng nuklear, na nagmo-monitor at sumusukat ng radiation imbes na lumikha ng mga bagong disenyo ng reactor, high-density fuel, o military applications. Hindi ito nagiging mas hindi kaakit-akit mula sa pananaw ng pananalapi.

Kaya, ang Mirion ay mas katulad ng “pick and shovel” na uri ng stock na makikinabang mula sa muling pagtaas ng interes at pamumuhunan sa nuklear. Makikinabang din ito mula sa patuloy na mataas na pag-aalinlangan ng publiko sa enerhiyang nuklear, na nagpapalakas ng pangangailangan para sa omnipresent, efficient, at reliable na radiation sensors at monitors na ibinibigay ng mga subok at napatunayang supplier.