Když reaktor, tak rovnou s baterií. Bill Gates se pouští do stavby jádra

Článek si také můžete poslechnout v audioverzi.

Zařízení u města Kemmener by mělo začít fungovat do roku 2030. Jde o první případ hodně uvažované náhrady zavíraných uhelných elektráren menšími jadernými bloky, která z různých důvodů na papíře vypadá rozumně (kvůli už hotovým „drátům“ či složitosti povolování nových elektráren), ale v praxi se ještě nikdy neuskutečnila.

Dodejme, že stavět se zatím bude pouze nejaderná část zařízení. Firma stále nemá finální schválení od amerického jaderného dozoru na stavbu samotného reaktoru. Jde o nezvyklý typ, takže proces je v tomto případě hodně složitý a trvá roky. Ale zatím se alespoň pohledem zvenčí zdá vše běžet poměrně hladce a schválení projektu je pravděpodobné.

Pokud k němu dojde, projekt bude moci splnit svůj hlavní cíl: Ukázat, že „jádro“ se může s trochou inovativního přístupu vyplatit i v dnešní době.

Firma TerraPower vznikla v roce 2006 za Gatesovy účasti a ten v ní od té doby působí jako předseda správní rady. Má něco přes 500 zaměstnanců a zatím se věnovala jen vývoji, výzkumu a projektování. Od soukromých investorů vybrala v několika kolech financování přibližně jednu miliardu dolarů (včetně investic od Gatese), které nepochybně z velké části využívá na provoz.

Pro stavbu je ještě důležitější, že firma obdržela až dvě miliardy dolarů od amerického ministerstva energetiky. Peníze byly na projekt přiděleny podle zákona o infrastruktuře přijatého v roce 2022 a mají se postarat o to, aby elektrárna skutečně vznikla.

Dotace by měla pokrýt zhruba polovinu celkových nákladů na projekt. Elektrárna by tak měla vzniknout za až překvapivě nízkou cenu čtyř miliard dolarů (cca 100 miliard korun). Dodejme, že tento odhad je z roku 2022, nezohledňuje tedy ani vývoj cen od té doby.

Ve výši ceny hraje určitou roli i skutečnost, že reaktor se má stavět bez tzv. kontejnmentu, tedy ochranné železobetonové obálky kolem reaktoru, která je jinak běžnou podmínkou a která spolyká velké množství oceli a betonu – obojí pochopitelně v „jaderném standardu“.

Pro úplnost dodejme, že byť cenové srovnání s dostavbou bloků v Dukovanech nebo Temelíně není z mnoha důvodů korektní, tyto výrazně větší reaktory vyjdou možná na 400–600 miliard korun.

I když se často mluví o „Gatesově společnosti“, TerraPower je do značné míry závislá na státní podpoře. Bez ní by těžko něco postavila. Není to v amerických poměrech až tak nezvyklé: Bez státních dotací by se těžko „rozjížděly“ také například společnosti SpaceX a (v menší míře) i Tesla Elona Muska.

Jde o velké náklady, které se ovšem mnohdy vrací. Firma SpaceX opravdu dokázala výrazně proměnit trh s lety do vesmíru a v roce 2022 překonala do počtu letů čínský vesmírný program. V roce 2023 uskutečnila celkem 98 letů (místo 61 v roce 2022) a je jednoznačnou jedničkou na trhu.

Méně známým případem takové doslova revoluční dotace je dlouhodobá státní podpora technologie hydraulického štěpení v těžbě plynu a ropy. Federální vláda hlavně v 80. letech financovala americkým těžařům jejich experimenty s využitím známých, ale v podstatě nerentabilních paliv (hlavně v břidlicích), které nakonec vyrostly v úplně nový obor.

Spojené státy díky tomu zažily „břidličný boom“ a před několika lety se po dlouhých desetiletích staly největším producentem ropy na světě. Což má výhody jak finanční, tak třeba bezpečnostní.

Co by ale mohly Spojené státy získat za miliardy, které stát „poslal Gatesovi“?

V principu má být „Kemmerer 1“ reaktor zhruba velikosti jednoho dukovanského bloku. Maximální elektrická výroba z tepla vytvářeného reaktorem má být cca 345 MW (samotný reaktor bude vyrábět cca 800 MW tepla, ze kterého lze využít k výrobě elektřiny jen část). Ale maximální elektrický výkon bloku by měl být až 500 MW díky obří baterii, která bude k reaktoru připojená.

Teplo ze štěpné reakce se totiž může ukládat do velkého zásobníku naplněného roztavenými solemi, který je součástí projektu. V případě zvýšené poptávky se tak může výroba elektřiny ještě zvýšit díky čerpání uloženého tepla. Když je odběr nižší, tak se teplo může zase ukládat do soli.

Reaktor proto bude moci fungovat víceméně neustále na plný výkon, což mu naprosto vyhovuje. Jaderné zdroje mohou sice svůj výkon zvyšovat a snižovat podle potřeby, ale není to jejich silná stránka. Změny výkonu nemohou být veliké a nemohou probíhat příliš rychle (několikanásobně pomaleji než u plynových elektráren). Regulace výkonu vede ke změnám teploty v reaktoru, přičemž různé materiály reagují různě a může dojít k nechtěnému namáhání některých dílů či spojů.

Jaderné bloky prostě nejlépe fungují, když mohou jet beze změn a neustále na plný výkon. Což je sice velká výhoda, pokud potřebujete pokrýt stálou poptávku, ale v současné síti se zvyšujícím se podílem obnovitelných zdrojů s kolísavou výrobu to je často nevýhoda. Baterie z tekutých solí má problém pomoci vyřešit – a tím vyřešit i hlavní problém „jádra“.

Jaderná energetika funguje spolehlivě a bezpečně, ale finančně nedává ve stávající podobě v dnešních podmínkách velký smysl. Pokud ale bude mít schopnost rychle reagovat na změny poptávky a vydělávat tak na vysokých cenách ve špičkách, mohla by vycházet mnohem zajímavěji.

Plánovaný reaktor má ještě jeden nezvyklý rys: Vyrábí jaderné palivo. Jde totiž o takzvaný „rychlý množivý reaktor“. Takové zařízení může za určitých podmínek produkovat za chodu o něco více paliva, než kolik samo potřebuje k provozu.

V podobných reaktorech se izotop uranu 238, který „nezáří“, ale v přírodě je ho 99,3 % z celkového množství uranu, mění ve velkém měřítku na plutonium 239. To je pak využitelné jako palivo pro elektrárnu.

Dodejme, že „množivý poměr“ bývá u podobných reaktorů cca 1 : 1,3, tedy zhruba s třetinovým přebytkem. To znamená, že jeden takový reaktor neznamená pro energetiku převrat. K tomu by bylo zapotřebí vybudovat flotilu těchto reaktorů, které by pak mohly sloužit jako zdroj paliva i pro další zařízení. Ale od takového cíle jsme hodně daleko.

Technologie to není v principu nijak nová, teoreticky je popsána už skoro století. Tento konkrétní typ má být do značné míry založen na zkušenostech s reaktorem EPR-II, který fungoval v letech 1964–1994 v Idahu. Množivé reaktory byly vždy ovšem hlavně experimentální, nikoliv energetické.

Zvládnutí technologie a vybudování nutné infrastruktury ve velkém měřítku by mohlo zaručit zásoby jaderného paliva na velmi dlouhou dobu, nejspíše celá tisíciletí. A také může snížit množství vznikajícího jaderného odpadu. Ovšem od takového cíle jsme velmi daleko. Zatím tento faktor nehraje velkou roli.

Vraťme se však k technické stránce věci. Z důvodů, do kterých tady nebudu podrobně zabíhat, jsou v množivých reaktorech trochu jiné fyzikální podmínky než v klasických tlakovodních reaktorech „temelínského typu“.

Důležité je, že vyšší hustota štěpení, která je v rychlých reaktorech potřeba, vede k vyšší hustotě produkce tepla a zvyšuje nároky na efektivitu chlazení. Jako „náplň“ reaktoru se tak v podobných případech už nepoužívá voda, ale jiná média. Už název reaktoru „Natrium“ prozrazuje, že používá tekutý sodík. Zase nejde o neověřenou novinku, ve světě už takových zařízení bylo postaveno několik, největší vůbec funguje v Rusku a je normálně zapojeno do sítě jako energetický reaktor.

Využití sodíku při chlazení má rizika spojená hlavně s bouřlivou reakcí sodíku se vzduchem a vodou, ke které by mohlo dojít při úniku do okolí. Využití tekutého kovu má ovšem i své klady. Běžný tlakovodní reaktor je obří „papiňák“, ve kterém obíhá voda o teplotách kolem 300 °C a tlaku stokrát či dvousetkrát vyšším, než je tlak naší atmosféry. Obsah reaktoru tedy velmi „chce“ ven a jen malá vada či netěsnost mohou mít vážné dopady, se kterými konstrukce reaktoru musí počítat.

Sodíkové reaktory mohou pracovat s tlakem jen o něco vyšším než atmosférickým. Podle svědků jsou tak trubky pro sodíkové reaktory poznat od tlakovodních typů i poklepem: Jejich stěny jsou totiž podstatně slabší než u klasických tlakovodních reaktorů. Zařízení v tomto ohledu může být trochu méně náročné na přesnost výroby – pochopitelně ale musí být stále zajištěna naprosto vodotěsnost.

Otázka bezpečnosti by mohla být do jisté míry problematická. Z technického hlediska sodíkové reaktory určitě mohou fungovat spolehlivě, jak dokázal například již zmíněný EPR-II. Bezpečně lze ovšem provozovat i reaktory „černobylského typu“ RBMK, jen je to v některých ohledech náročnější zařízení.

Sodíkové reaktory nepředstavují zásadní bezpečnostní riziko, a kritika někdy hodně přehnaných tvrzení už zaznívá, byť zatím není nijak rozšířená. Ale jak to u novinek bývá (byť v tomto případě je technologie nová jen pro laiky), první problémy důvěrou otřesou.

Mimochodem, TerraPower také má nebo alespoň měla plány na stavbu technicky zajímavějšího reaktoru s „postupnou vlnou“. Což je zařízení, které má v jádru velkou zónu s náplní z netečného uranu 238 a malé množství „startovacího“ materiálu. Náplň reaktoru se tak postupně mění na použitelné palivo a „prohořívá“ trochu jako vánoční františek.

Tohle o hodně ambicióznější zařízení se podle předběžné dohody mělo stavět v Číně, ale z plánů sešlo a zatím se příliš nezdá, že by se v dohledné době dočkalo realizace. Tak třeba to se sodíkem vyjde a ideálně bez jakéhokoliv hoření.

V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.