Inginerii francezi au creat un reactor nuclear care poate funcţiona 20 ani fără realimentare cu factor de capacitate de 100%, folosind deşeuri nucleare de la alte centrale

Reactoarele nucleare actuale, cu fisiune nucleară, reprezintă metoda la scara cea mai mare de a produce electricitate cu zero CO2, iar în ultimii ani tehnologiile acestor reactoare s-au diversificat în modul lor de răcire, în temperatura de operare şi pe alocuri în presiunea mai joasă de operare, pentru a minimiza riscurile. Spre deosebire de producţia de energie eoliană sau solară, care are intermitenţe şi un factor capacitate mai mic din această cauză, factorul de capacitate al centralelor nucleare se apropie de 95-97% de obicei, procentele lipsă până la 100 fiind date de timpul necesar opririi reactorului pentru realimentarea lui. Reactoarele mai vechi sunt oprite cam o dată la 12-15 luni, iar cele mai noi ajung de şi la 18-28 luni. Unele reactoare modulare mai mici promit chiar o realimentare o dată la 3 ani. Dar acum inginerii francezi au creat primul reactor nuclear care poate funcţiona 20 de ani fără realimentare, cu factor de capacitate de 100% în primii 20 de ani, folosind deşeuri nucleare de la alte centrale. Ceea ce se întâmplă în acest reactor e de-a dreptul fascinant.

Noul reactor e creat de start-up-ul francez Stellaria, însă când vorbim de start-up aici ne referim la o companie nouă, formată după un principiu care să-i permită să aduce investiţii, iar fondatorii săi iniţiali sunt agenţia guvernamentală franceză de energie alternativă şi energie, abreviată drept CEA, la care s-au mai alăturat companii franceze cu renume, precum Schneider Electric, Technip Energies şi altele. CEO-ul actual, Nicolas Breyton, vine după 17 ani la Schneider Electric, iar directorul tehnic, Guillaume Campioni, e doctor în ştiinţe de fizică nucleară, cu o experienţă de 20 de ani la CEA. Expertul principal de siguranţă e Bruno Desbriere, cu o carieră anterioară la Laue-Langevin Institute şi CEA. Deci vorbim de un start-up în sensul economic de a acumula investiţii, însă la nivelul experienţei, e o echipă de profesionişti din cei mai experimentaţi.

Noul reactor e conceput să aibă o dimensiune relativ mică şi să opereze pe baza unei mixturi de cloruri şi material radioactiv. În rol de clorură poate servi banala sare de bucătărie, NaCl, care obţine astfel rol dublu de combustibil şi de agent de răcire.

În rol de combustibil radioactiv poate servi uraniul, plutoniul, toriul şi chiar deşeurile nucleare de la alte centrale.

Marea inovaţie a acestui reactor nou francez e de a integra un principiu cumva cunoscut anterior, dar testat doar ca unitate auxiliară, de regenerare a combustibilului nuclear utilizat. Aici acest principiu a fost integrat într-un miez „isogenerator” care poate recrea la fel de mult combustibil pe cât foloseşte, menţinând astfel o reactivitate constantă pe un termen enorm. Anume această calitate îi permite să funcţioneze 20 de ani fără realimentare, iar aici e cu siguranţă nevoie să explicăm un pic mai mult.

Materialul radioactiv din acest reactor nu există în formă solidă în reacţie, ci devine parte din amestecul cu sare. Acest material radioactiv poate fi, spre exemplu, plutoniu-239, uraniu-233, uraniu-235 şi uraniul-238. În procesul reacţiei de fisiune nucleară un atom de debranşează din structura acestui combustibil, iar imediat după asta, prin absorbţie de neutron, are loc u transmutare nucleară şi se creează un nou atom capabil să treacă din nou prin fisiune nucleară, după câteva etape.

Uraniu-238 cu un neutron absorbit devine din nou uraniu-239. Apoi U-239 se transformă în Neptuniu-239. Acest proces e format natural prin dezintegrare beta determinată de un nucleu instabil. Ulterior, neptuniul-239 se transformă mai lent în plutoniu-239, care devine combustibilul ce poate trece prin fisiune. Deci, această parte din ciclu porneşte de la U-238 şi prin dezintegrare radioactivă beta graduală ajunge la Pu-239, care e combustibilul dorit pentru un nou ciclu.

Nu e un perpetuum mobile, pentru că apar şi produse auxiliare de la fisiune, care se acumulează în timp şi după 20 de ani, concentraţia lor începe a dilua din eficienţa combustibilului, tocmai de asta durata de viaţă a fost stabilită la acest termen, deşi reacţiile circulare ar putea să mai continue, doar că randamentul ar începe să scadă. Teoretic, după 20 de ani acel combustibil din reactor poate fi scos şi regenerat prin noi reacţii chimice, apoi introdus înapoi în acelaşi reactor sau în altul nou.

Aşa cum spuneam, fizicieni ştiu despre acest principiu de mulţi ani, dar pentru ca acest lucru să se întâmple omogen reactoarele cu tije solide nu erau potrivite, şi s-au făcut anterior doar încercări de a conecta un circuit exterior la reactoare. Aici, graţie construcţiei reactorului şi prezenţei sării, reacţia poate fi omogenă, constantă şi sigură, iar asta sporeşte enorm randamentul economic al unui asemenea reactor. Efectiv, timp de 20 de ani fiecare atom care trece prin reacţia de fisiune nucleară şi generează energie, mai şi determină producţia unui alt atom fisionabil în loc, şi procesul continuă până când concentraţia particulelor aferente devine prea mare, peste 20 de ani.

Francezii spun că pentru a alimenta o pereche de două asemenea reactoare, cu o putere cumulată electrică de 250 MWe, e nevoie de 9,4 tone combustibil din cele enumerate mai sus. Acest combustibil e suficient pentru a produce 250 MW de putere electrică timp de 20 de ani la un factor de capacitate de practic 100%, deci putem calcula exact cât electricitate va fi produsă — 250 MWh x 24 ore x 365 zile x 20 ani = 43.800.000 MWh = 43,8 TWh de electricitate, câte 2,19 TWh de electricitate anual. La un preţ mediu de 80 euro/MWh, cantitatea de energie generată în 20 de ani ar valora 3,5 miliarde de euro.

Apropo, randamentul electric al acestui e reactor e mai mare decât cel mediu la reactoarele obişnuite de 37% şi ajunge la 45%. Şi pe lângă 250 MWe de putere electrică, aceeaşi pereche de reactoare poate livra încă 800 MWth de energie termică sub formă de abur industrial sau încălzire centralizată.

Cei de la Stellaria spun că doar în Franţa există suficiente deşeuri nucleare de la centralele nucleare actuale, încât reactoarele noi să poată asigura electricitate pentru 5.000 de ani înainte.

Iar dacă se doreşte integrarea reactorului în reţele cu energie regenerabilă, acesta îşi poate ajusta uşor puterea în rol complementar în reţea, putând fi oprit şi pornit de la 0 la 100% şi viceversa în doar 3 minute. Asta e de asemenea o calitate rară pentru reactoare, chiar şi pentru cele mici modulare.

Prin urmare, două asemenea reactoare în tandem pot asigura într-un sistem energetic de la 0 la 250 MW de putere la solicitare. Iar 4-6 reactoare ar putea asigura complet o ţară precum Moldova. Dacă luăm în considerare şi sursele de energie regenerabilă existente deja în sistem, o ţară ca Moldova şi-ar putea asigura toate vârfurile de producţie şi producţia de bază cu doar 4 asemenea mici reactoare, şi ar putea încălzi toate oraşele care dispun de încălzire centralizată! Iar pe tip de vară, ar fi asigurată apa caldă şi aburul industrial.

Iar francezii au primit acum fonduri de 23 milioane de euro în pus, pe lângă alte 10 milioane iniţiale, pentru a demara pregătirile pentru versiunea de producţie a acestui reactor, care ar trebui să fie gata în 2029. În 2035 ar trebui să există deja centrale operaţionale cu acest reactor francez.