Inginerii din Elveţia şi Franţa au atins un record de randament la o centrală nucleară inaugurată în 1979, datorită unui nou tip de combustibil, imun la incidente

În timp ce aproape toţi fizicienii specializaţi în energie nucleară îşi concentrează atenţia spre fuziunea nucleară, despre care se consideră că e aproape de momentul de a fi stăpânită complet, o echipă de ingineri şi fizicieni din Elveţia şi Franţa, de la compania franceză Framatome, au atins acum, în 2024, un record de randament la o centrală nucleară din Elveţia, inaugurată în 1979, datorită unui nou tip de combustibil, imun la incidente.

Centrala nucleară despre care vorbim e Gosgen, din Elveţia, şi e una absolut obişnuită, pe bază de fisiune nucleară arhicunoscută, având un singur reactor de 970 MW, care produce anual, în mediu 8.072 GWh, ceea ce corespunde cu un factor de capacitate de 95%. Cei de la Framatome, însă, au creat un nou tip de combustibil nuclear pentru aceste centrale obişnuite numit M5 PROtect Enhanced Accident Tolerant Fuel.

Acest combustibil M5 e modelat sub forma unor peleţi mici integraţi în grupuri cu două tipuri de tije. Ambele conţin uraniu oxid de uraniu U2O îmbogăţit cu crom şi placate cu crom din exterior, ceea face fiecare component mult mai sigur pentru eventuale reacţii în lanţ. Un principiul similar a început a fi aplicat şi la combustibilul sub formă de granule încapsulate în ceramică de la reactoarele modulare mici, iar ideea e cam aceeaşi şi aici, de a limita pasiv reacţiile în lanţ şi intensitatea lor, astfel încât să se evite incidentele, doar că aici totul e făcut la scară mare, alimentarea cu noul combustibil fiind gândită pentru a fi compatibilă cu reactoarele de tip vechi.

Prin acest nou combustibil, cei de la Framatome vor să prelungească viaţa multor reactoare nucleare care au 40-60 de ani vechime şi aparent ar ajunge la sfârşitul duratei lor. În plină tendinţă de a trece la energie regenerabilă, tot mai multe ţări au ajuns al concluzia că pe lângă parcuri eoliene şi fotovoltaice e nevoie imperativă şi de energie nucleară, cu zero CO2, chiar dacă nu e clasificată drept regenerabilă, pentru a avea o producţie de bază stabilă de electricitate. De asta, multe ţări au aprobat zeci de proiecte de noi centrale nucleare în ultimii ani, iar până la construcţia acestor, multe din ele fac inspecţii la centralele vechi şi le aprobă o durată de viaţă mai lungă, exact aşa cum s-a întâmplat şi cu centrala Beznau din Elveţia, cea mai veche operaţională din lume, despre care scriam acum câteva luni.

Practic, cu noul lor combustibil, cei de la Framatome fac ca aceste prelungiri de viaţă să fie lipsite de riscul unor incidente, întrucât combustibilul lor poate rămâne stabil la temperaturi mult mai mari ale reactoarelor răcite cu apă, chiar şi la temperaturi considerate de avarie.

Doar că pe lângă imunitatea la incidente, acest combustibil a fost conceput şi pentru un randament mult mai mare, iar de 4 ani încoace, după ce l-a testat în Franţa şi SUA, Framatome testează noul său combustibil M5 şi la centrala Gosgen din Elveţia, în cicluri a câte 12 luni, la fiecare 12 luni având loc realimentarea reactorului. Iniţial, s-au folosit tije de dimensiune redusă, iar în ultimele cicluri s-au folosit deja tije de mărime completă, la parametri complet funcţionali.

Şi acest combustibil Framatome M5 a reuşit să marcheze recordul mondial de randament pentru combustibilii nucleari de acest tip, reuşind să atingă pentru prima dată un parametru de eficienţă de peste 60 GWd/tU. Până acum, combustibilul nuclear obişnuit atingea 40-45 GWd/tU, iar cele mai mari valori au ajuns la 50-55 GWd/tU, cifrele de 60-70 GWd/tU fiind exprimate de industrie doar ca ţinte la care s-ar dori să se poată ajunge.

Ce înseamnă unitatea de GWd/tU? Ei bine, înseamnă gigawaţi-zile per tonă de uraniu, sau câtă energie termică poate fi produsă dintr-o tonă de uraniu. Valoarea de 1 gigawatt-zile e echivalentă cu o putere de 1 GW livrată constant timp de o zi, adică 24 ore, şi e egală cu 24 GWh. Deci, 1 GWd/tU e egal cu 24 GWh/tU.

Cei 24 GWh de energie extrasă dintr-o tonă e energia termică, însă, nu electricitatea, întrucât şi centralele nucleare încălzesc abur, care propulsează o turbină, pentru a produce electricitatea, iar randamentul final ajunge astfel, pe la aproximativ 30-33%, cu mici variaţii pe măsură ce o parte din combustibil se consumă. De asta realimentarea reactoarelor nucleare nu are loc atunci când reactorul rămâne total fără combustibil, ci cam odată la 12-18 luni, când după ce se consumă cam o treime din combustibil.

Asta înseamnă că aproximativ 7,2-7,9 GWh de electricitate va fi produsă dintr-un GWd. La un randament al noului combustibil de peste 60 GWh, asta înseamnă peste 432-474 GWh produşi dintr-o tonă.

Pentru comparaţie, un reactor de 1 GW putere, care produce circa 8,3 TWh de electricitate anual, consumă circa 27 de tone de uraniu îmbogăţit anual. De obicei, construcţia reactorului permite minim 75 tone de combustibil, ceea ce înseamnă că după un an se a consuma cam o treime şi va avea loc realimentarea. Dacă ar fi să calculăm aici, cei 8,3 TWh împărţiţi la 27 de tone de uraniu îmbogăţit, avem circa 307 GWh per tonă de combustibil, în condiţiile randamentului actual.

În cazul unei centrale vechi, asta nu va însemna că ea va furniza mai multă putere electrică decât a făcut-o până acum, ci faptul că va consuma mai lent combustibilul, producând aceeaşi putere. Iar asta înseamnă un factor de capacitate total mai mare, cu realimentări mai rare, ceea ce dă şi riscuri mai reduse asociate acestor proceduri. ŞI la aceste reactoare vechi, în loc să se facă realimentarea la 12 luni, ea se poate la 18 luni sau chiar 24 luni în unele cazuri, în dependenţă de parametrii originali de funcţionare.

Pentru cei dintre noi, care văd poate pentru prima dată aceste cantităţi de tone de combustibil necesar pentru un reactor nuclear anual, cifrele pot suna foarte mari, însă ele sunt zeci de mii de ori mai mici decât în cazul producţiei electricităţii cu alte materiale. Şi apoi, la combustibilul nuclear folosit, din 100% din uraniul existent iniţial în el de obicei 96% încă rămâne în acel combustibil folosit, doar 3% fiind consumate şi 1% fiind transformat în plutoniu. Iar cele 96% sunt reciclabile într-un nou combustibil nuclear. Deci, cu procese corecte, cantitatea netă de deşeuri radioactive care rezultă din funcţionarea unui reactor de 1 GW e de circa 750 kg anual, care trebuie stocat pe termen lung.