Ошибочное решение: атомная энергетика отнюдь не низкоуглеродистая
Существует мнение, что процесс производства атомной энергии является низкоуглеродистым. Но в последнее время это утверждение подвергалось критике, из-за чего его пришлось тщательно исследовать и проверить. По заявлению британского Комитета по вопросам изменений климата, уровень выбросов углерода на атомной станции «Хинкли Пойнт С» в Великобритании составляет 6 граммов на каждый киловатт-час (6гСО2 / кВтч). В действительности, показатель оказался значительно выше тех, что рекомендовал Комитет в связи с новыми атомными объектами, начиная с 2030 года, – 50гСО2/кВтч.
Правительство Великобритании согласилось финансировать отрасль атомной энергетики, уверяя, что она является низкоуглеродистой. Учёные до сих пор не имеют единого мнения о том, каковы реальные объемы выбросов углерода во время всех стадий атомного производства электроэнергии. Многочисленные научные исследования показывают, что вредный уровень всё же превышает норму 50гCO2 / кВтч, которая должна быть внедрена не только на новых энергоблоках, но и на тех, которые уже эксплуатируются на протяжении не одного десятилетия.
Строительство нового реактора третьего поколения по заказу «Хинкли Пойнт С» из-за сложности конструкции и юридических аспектов, вероятно, не сможет завершиться до 2030 года, а государственные субсидии предусмотрены в течение первых 35 лет из общего 60-летнего срока эксплуатации, который завершится в 2090 году.
Каков углеродный след производства энергии?
Чтобы провести сравнение углеродного следа различных способов генерации электрической энергии, следует учесть высвобождение двуокиси углерода на всех стадиях производства, учитывая строительство и демонтаж генератора, а также обеспечение топливом. Исследовать это можно, проведя анализ жизненного цикла (АЖЦ), который учитывает количество выбросов всех парниковых газов. По результатам АЖЦ, все технологии возобновляемой энергии обнаружили показатели ниже 50 гСО2 / кВтч. Наиболее низкоуглеродистой оказалась гидроэнергетика (10гСО2 / кВтч), следом идёт выработка энергии путем анаэробного сбраживания (11гСО2 / кВтч); средние показатели получила ветровая энергетика (34гСО2 / кВтч), а солнечная фотоэлектрическая технология оказалась на грани разрешённой нормы (49,9 гСО2 / кВтч).
Каков углеродный след атомной энергетики?
Более трёхсот результатов АЖЦ атомной энергетики были опубликованы в последнее время.
Первым стало исследование Бенджамина Совакула (Benjamin Sovacool), который из 103 АЖЦ выделил 19 наиболее точных. Количество углерода колебалось в пределах от 3 до 200гСО2 / кВтч. Средний показатель – 66гСО2 / кВтч, который выше рекомендованной нормы 50 гСО2 / кВтч. В 2012 году другие ученые, Этан Уорнер (Ethan Warner) и Гарвин Хит (Garvin Heath), проанализировали уже 274 так называемых независимых АЖЦ. После тщательного отбора осталось только 27 работ. В результате получили показатели от 4 до 220гСО2 / кВтч. Уорнер и Хит не вывели средней цифры, а лишь отметили, что большинство полученных данных были ниже 13гСО2 / кВтч.
Итак, перед нами абсолютно противоположные результаты. Первый доказывает, что углеродный след атомной энергетики выше рекомендованного, второй – что он ниже.
После изучения исследований, проанализированных Уорнером и Хитом, становится понятно – не все методы оказались истинными. В некоторых случаях не были учтены такие важные составляющие, как концентрация урана в руде, географическое расположение и тип реактора. Этим и объясняются низкие показатели.
5 стадий производства электроэнергии
Ошибочность предыдущих исследований можно подтвердить тем, что не были учтены выбросы всех стадий производства, а это – строительство, демонтаж и эксплуатация реактора, а также производство топлива и утилизация отходов. Показатели будут меньше, если оставить без внимания хотя бы один из этих моментов. Измерить уровень выбросов углерода при демонтаже и утилизации было практически невозможно из-за того, что в большинстве случаев реакторы так и не были полностью выведены из эксплуатации. Кроме того, до сих пор не достигнут научно-политический консенсус относительно стандартов хранения и утилизации отходов атомного производства.
Значительное количество углерода выделяется при горнодобывающих работах, фрезеровании и выделении урана из руды. Объём СО2, который попадает в окружающую среду, зависит от концентрации урана в руде.
Следует заметить, что такие проблемы, как добыча топлива, демонтаж и утилизация отходов, не характерны для возобновляемой энергетики.
Более тщательный анализ
Если взять все АЖЦ водяных турбин, проведённые как Совакулом, так и Уорнером и Хитом, останется лишь восемь таких, где присутствуют все пять стадий и которые могут быть рассмотрены в дальнейшем. И вновь результаты отличаются. Четыре АЖЦ оказались под разрешенной чертой 50гСО2 / кВт – другие над. Вывод один – с помощью этих исследований невозможно определить соответствие атомной энергетики заказным стандартам. Странно, как серьёзные издания могли публиковать результаты таких неполных анализов.
Почему же результаты АЖЦ оказались настолько разными?
Учёный Джеф Биртен (Beerten) вместе с своей командой решил отдельно проанализировать исследования с низкими показателями, средними и высокими. Именно этот расширенный анализ помог объяснить, почему результаты столь различны. Чтобы получить более точные показатели, следует обязательно учитывать выбросы от демонтажа и утилизации. Биртен и его сотрудники также отмечают, что углеродный след должен быть учтён при добыче, подготовке и обогащении топлива. Кроме того, должна быть принята во внимание концентрация урана в руде, потому что это также фактор увеличения углеродного следа.
0,005% урановая руда приводит к большему выбросу углерода, чем газ
Производство ядерного топлива начинается с добычи урановой руды, с последующим дроблением и отделением урана химическим путем. Это требует значительных энергетических затрат, что в большинстве случаев достигается путем сжигания ископаемого топлива. Чем меньше содержание урана в руде, тем больше энергии требуется для его отделения. Руда с концентрацией урана 0,01% оставит после себя столько выбросов углерода, сколько и производство на сжигании газа. Это наблюдение было подтверждено Австралийским институтом экологии. Было определено, что, используя 0,01% урановую руду, будет потрачено значительно больше энергии на подготовку топлива и строительство реактора, чем произведено энергии этим реактором за весь жизненный цикл. Около 37% запасов урановых руд имеют концентрацию ниже 0,05%. Месторождения высокой концентрации легче найти, поэтому получается, что месторождения, которые будут обнаружены в дальнейшем, будут иметь низкую концентрацию. Поэтому АЖЦ атомных станций, срок эксплуатации которых продолжается до 2090 года, должен учитывать минимальную концентрацию 0,005%. И при такой концентрации производство оставит после себя больше выбросов углерода, чем производство электроэнергии на сжигании газа. А отсюда и вывод, что атомные электростанции не смогут обеспечить нас чистой энергией в будущем.
Каков углеродный след реактора третьего поколения, строительство которого предусмотрено для атомной электростанции «Хинкли Пойнт C»?
Предварительно мы рассмотрели АЖЦ действующих реакторов. Чтобы оценить аналогичным образом генераторы третьего поколения, нужно учитывать три важных момента. Строительство прототипа европейского атомного реактора (ЕАР), разработанного именно для «Хинкли Пойнт C», не завершено и значительно отстало из графика. Как будет изменена конструкция реактора до завершения строительства, никто не может предсказать, именно это и стало причиной построения пробного образца. Также не ясно, будет ли такой реактор настолько мощным, как планируется, и какой будет его производительность в период между дозаправками. Эти моменты являются решающими для вычисления АЖЦ, потому что для этого надо общее количество произведенной энергии разделить на количество выбросов. Большинство изменений к разработке модели были внесены с учетом аварии на Фукусиме. ЕАР больше по размерам и имеет более сложную конструкцию, чем любой существующий реактор или даже чем любая другая конструкция, которая производит энергию. Следовательно, строительство такого непростого сооружения потребует значительных денежных затрат и оставит после себя большой углеродный след. С целью уменьшить себестоимость энергии топливные элементы будут оставаться дольше в ядре ЕАР. Это означает, что отработанное топливо будет более радиоактивным, что повлечёт новые сложности в демонтаже и утилизации отходов и оставит после себя больше выбросов. Странно, что Комитет по вопросам изменений климата делает заявления о 6гСО2 / кВтч, зная такие важные факторы. Компанией Ricardo-AEA был проведен анализ и высказано предположение, что оба ЕАР будут работать на 1 ГВт выше расчётной мощности 85% времени 60-летнего срока эксплуатации. Такие данные являются оптимистичными, ведь предусматривают достаточно большие объёмы производства электроэнергии. Но это лишь единственная причина надеяться на то, что углеродный след будет невысоким. Огромные деньги налогоплательщиков не должны быть потрачены на реализацию ненадёжного проекта.
Оценка углеродного следа ЕАР
Углеродный след гидроэнергетики составляет 10 гСО2 / кВтч. Подсчёты являются более точными, чем в области атомной энергетики. Показатели низкие из-за того, что эта отрасль не нуждается в производстве топлива и не имеет проблем с отходами – значимыми моментами при анализе углеродного следа. Стоимость только одного ЕАР превысит стоимость строительства дамбы, которая будет производить то же количество энергии. ЕАР – высокотехнологичная конструкция, которая требует денежных затрат на транспортировку стального корпуса реактора, дорогие высокоточные ядерные компоненты, парогенераторы и систему безопасности. Дополнительные расходы также понадобятся на сжигание ископаемого топлива, транспортировку электрической энергии и строительство самого генератора. Строительство реактора обойдётся дороже, чем строительство дамбы, почти в пять раз, и приведёт к большему количеству выбросов углерода при одинаковых объемах производства. Такой подход впервые был предложен нобелевским лауреатом, физиком Гансом Бете (Hans Bethe) в 1960 году, и в настоящее время применяется как компаниями, так и правительствами в расчётах углеродного следа. Реактор и дамба имеют одинаковый срок эксплуатации и производят энергию в течение всего года, поэтому углеродный след на каждый киловатт-час будет в пять раз выше в случае с ЕАР и составит примерно 50 гСО2 / кВтг. Обратите внимание, что углеродный след вычислен во время строительства без учёта трех определяющих факторов: производства топлива, демонтажа и утилизации отходов. Если эти факторы учесть, результаты полностью превысят рекомендованную грань. Итак, утверждение, что углеродный след ЕАР составляет 6 гСО2 / кВтч, не может быть правдивой информацией.
Какие меры должны быть приняты?
Правительство Великобритании должно придерживаться надлежащей инженерной и инвестиционной практики и привести всё к юридическому соответствию перед тем, как подписать контракт по предоставлению субсидий. Необходим полный и всеобъемлющий АЖЦ выбросов парниковых газов с учетом особенностей рабочего прототипа. Австрийское правительство подало иск в суд против предоставления субсидий строительству ЕАР, и это затянет подписание контракта. В любом случае, ненадёжно инвестировать в проект, пока мы не увидим прототип в работе. Результаты всех АЖЦ должны быть тщательно изучены независимыми экспертами, и ими же должна быть предоставлена оценка о целесообразности инвестирования. Строительство атомной станции «Хинкли Пойнт С» – крупнейший и самый дорогой проект Великобритании в области производства электрической энергии. На данный момент правительство этой страны подписывает ряд контрактов с китайскими и французскими государственными компаниями, чтобы воплотить строительство в реальность. Предполагается привлечение денег простых граждан. Именно за счёт бюджета планируется осуществление проекта, и это до того, как люди смогут увидеть прототип в работе и узнать, какое влияние он окажет на окружающую среду. Инвестиции в строительство такого сооружения могут заставить сомневаться в адекватности политических решений.
Итоги
Сегодня в среде учёных нет консенсуса относительно углеродного следа атомной промышленности. Более убедительными выглядят результаты шести АЖЦ с самыми высокими показателями с учётом трёх важнейших факторов атомного жизненного цикла. К тому же два из этих АЖЦ были проверены независимыми экспертами. Такая статистика характерна для уже действующих реакторов, а не для ЕАР. Большая себестоимость предусматривает значительно большие выбросы углерода при строительстве, и в течение 60-летнего жизненного цикла будет использоваться урановая руда низкой концентрации. В связи с подачей Австрией иска против принятия строительства ЕАР и задержкой в подписании контракта есть время на проведение полного и независимого анализа, который позволит определить истинные масштабы воздействия на окружающую среду такой сложной и дорогостоящей конструкции.