حرکت کشورهای پیشرفته به سمت میکروراکتورهای هسته‌ای

به گزارش خبرگزاری تسنیم، بیش از 60 سال از به کار گرفتن انرژی هسته‌ای برای تولید برق گذشته و امروز جایگاه این فناوری مهم در بسیاری از کشورهای مهم تثبیت و هر روز عمیق‌تر شده است. این فناوری امروز در آمریکا حدود 91.5 گیگاوات برق تولید می‌کند. فرانسه هم با تولید 61 هزار مگاوات برق اتمی، تکیه بسیار زیادی به این انرژی پاک دارد. چین هم در این سال‌ها با احداث 52 نیروگاه اتمی، 52 هزار مگاوات برق اتمی تولید می‌کند. روسیه، ژاپن، کره جنوبی، کانادا، آلمان، هند، انگلیس و اسپانیا هم در جایگاه‌های بعدی تولید برق هسته‌ای قرار دارند.

با گذشت 6 دهه از به کارگیری انرژی اتمی برای تولید برق، امروز یک نسخه جدید از این فناوری به نام «میکروراکتورهای هسته‌ای» در حال معرفی و توسعه است که می‌تواند نقش مهمی در عمیق‌تر شدن جایگاه فناوری هسته‌ای در تولید انرژی جهان ایفا کند. میکروراکتورهای امروز به عنوان یک گزینه مطمئن برای تولید برق و انرژی در مناطق دورافتاده، شهرک‌ها و مناطق صنعتی و پروژه‌های بزرگ مسکن است.

یکی از مهمترین مزیت‌های میکروراکتورهای هسته‌ای به عنوان یک منبع پاک برای تولید برق، نیاز به فضای کم (بر خلاف شیوه‌های خورشیدی و بادی) است. همچنین این نیروگاه‌های کوچک امکان راه‌اندازی در مناطق دورافتاده بدون وابستگی به شرایط محیطی و و آب هوایی را دارند.

فناوری اتمی و تولید ارزان‌ترین برق دنیا

فناوری اتمی امکان تولید برق ارزان و پاک را در اختیار بشر قرار داده است و امروز ارزان‌ترین منبع تولید برق به شمار می‌رود. این فناوری برای تولید برق به خوبی قابل مدیریت بوده و برخلاف انرژی باد یا خورشید، بدون وابستگی به شرایط محیطی به تولید انرژی ادامه می‌دهد. فناوری اتمی از نظر مدیریت‌پذیری و سیکل عملیاتی، مشابه روش‌های تولید برق با سوخت‌های فسیلی است اما بدون آزاد کردن کربن، چند برابر برق تولید می‌کند.

همانطور که اشاره شد، کشورهای توسعه یافته جهان بخش مهمی از برق خود را با استفاده از انرژی اتمی تولید می‌کنند. در این میان روسیه یکی از تجربه‌های آموزنده را در این زمینه دارد. این کشور با وجود داشتن منابع بزرگ گاز طبیعی و جایگاه مهمی که در استخراج گاز دارد؛ اما 50 درصد تولید برق خود را از این منبع مستقل کرده و به جای سوزاندن گاز در داخل، آن را به منبعی برای ثروت و افزایش نفوذ بین‌المللی تبدیل کرده است. این سیاست باعث شده روسیه برای مدت طولانی، رتبه اول صادرات گاز را به خود اختصاص دهد.

ایران هم مانند روسیه یکی از دارندگان منابع بزرگ گاز است. اما بر خلاف روسیه، بخش زیادی از گاز استخراجی را در داخل برای تولید برق و گرما مصرف می‌کند. این در حالی است که می‌شد با توسعه بیشتر فناوری هسته‌ای، برق ارزان و پاک اتمی را به سطح اطمینان و اتکای بالا تولید و در اختیار مردم قرار داد و از گاز برای تولید ثروت و بهبود جایگاه بین‌المللی استفاده کرد. ما طی این سال‌ها با وجود برخوداری از منابع بسیار زیاد اورانیوم و در اختیار داشتن فناوری اتمی، به دلیل محدودیت‌های بین‌المللی، فقط یک نیروگاه هزار مگاواتی در بوشهر راه‌اندازی کرده‌ایم که سهمی یک درصدی در تولید برق کشور ایفا می‌کند در حالی که می‌شد با استفاده از این فناوری، هم نیاز داخلی را تأمین کرد و حتی به کشورهای همسایه هم فروخت.

برق هسته‌ای به عنوان یک فناوری پاک، می‌تواند با کاهش اتکا به انرژی‌های فسیلی، نقش مهمی در کاهش آلودگی هوا هم ایفا کند. این موضوع با مقایسه میزان کربن منتشر شده در شیوه‌های مختلف و انرژی اتمی به خوبی قابل درک است. مثلاً یک نیروگاه گاز طبیعی در بهترین حالت بازدهی، برای تولید یک مگاوات برق حدود 300 تا 400 کیلوگرم دی اکسید کربن آزاد می‌کند. میزان انتشار دی اکسید کربن در نیروگاه سیکل ترکیبی حدود 500 کیلوگرم، نیروگاه دیزلی 700 تا 800 کیلوگرم و نیروگاه مازوت‌سوز تا یک تن است ولی نیروگاه هسته‌ای هیچ کربن صفر می‌تواند به کاهش وابستگی به منابع آلاینده تولید برق کمک کند.

نگاه دقیق‌تر به میکرو راکتورهای هسته‌ای

میکروراکتورها برای تولید برق در مقیاس کوچک و قابلیت استفاده در مناطق مختلف طراحی شده‌اند. این نیروگاه‌های کوچک مقیاس را می‌توان مستقل از شبکه سراسری ایجاد کرد به همین دلیل می‌توان در مناطق دورافتاده آن را احداث و با این روش هزینه انتقال برق به این مناطق را کاهش داد.

میکروراکتورهای هسته‌ای به دلیل ابعاد کوچک و نوع طراحی، یک نیروگاه متحرک به شمار می‌رود. ارتفاع میکروراکتورهای هسته‌ای بین 5 تا 10 متر است و به همین دلی امکان نصب در هر منطقه‌ای را دارند. دوره سوختگیری این نیروگاه‌های کوچک 5 تا 10 سال است. برخی از طراحی‌ها می‌توانند تا 20 سال یا بیشتر بدون نیاز به سوخت‌گیری مجدد فعالیت کنند. در آینده، با پیشرفت فناوری، ممکن است این دوره‌ها طولانی‌تر شود.

تأمین برق مناطق دورافتاده و مناطق صنعتی با میکروراکتورهای هسته‌ای

از دیگر مزیت‌های میکروراکتورها می‌توان برق مناطق دورافتاده و غیرقابل دسترس مانند قطب شمال و بیابان‌ها، پایگاه‌های نظامی با نیاز به تأمین انرژی پایدار، صنایع، کارخانه‌ها و مناطق صنعتی و پروژه‌های تحقیقاتی و علمی به ویژه در شرایط خاص را تأمین کرد. تأمین گرمایش و آب گرم برای ساختمان‌ها در مناطقی با نیاز به انرژی حرارتی، تأمین انرژی کشتی‌ها و وسایل نقلیه دریایی مانند کشتی‌های یخ‌شکن و شیرین‌سازی آب دریا در مناطقی با محدودیت دسترسی به آب شیرین از دیگر مزیت‌های میکروراکتورها است.

به دلیل پیش‌بینی‌هایی که از آینده میکروراکتورهای هسته‌ای وجود دارد و رفتن کشورها به سمت این فناوری، از منظر پدافند غیرعامل نیز بسیار توصیه می‌شود. همچنین می‌توان این فناوری را به عنوان یکی از شیوه‌های تأمین برق کشور به ویژه پروژه‌های بزرگ مسکن در نظر گرفت و آن را در پیوست انرژی اقتصاد مسکن کشور لحاظ کرد.

حرکت کشورهای پیشرفته به سمت میکروراکتورهای هسته‌ای

ایالات متحده در پروژه‌هایی مانند NuScale Power و X-energy پیشرو است. کانادا نیز در حوزه تحقیق و توسعه، همکاری‌های گسترده‌ای با دانشگاه‌ها و شرکت‌های خصوصی دارد. روسیه بر توسعه راکتورهای کوچک برای مناطق سرد و دورافتاده مانند KLT-40S متمرکز است. چین به‌صورت گسترده در حال سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین برای استفاده در مناطق روستایی است. ژاپن نیز طراحی‌هایی مقاوم در برابر زلزله برای استفاده در مناطق پرخطر انجام داده است.

از نمونه‌های میکروراکتورهای موجود و توان تولید برق آنها می‌توان به میکروراکتور 60 مگاواتی NuScale Power Module اشاره کرد. قیمت این نیروگاه حدود 3 تا 6 میلیون دلار به ازای هر مگاوات است و با یکبار سوختگیری می‌تواند بین 12 تا 24 سال فعالیت کند.

نمونه دیگر میکروراکتور 80 مگاواتی X-energy Xe-100 است که به ازای هر مگاوات حدود 6 تا 8 میلیون دلار قیمت دارد و یکبار سوختگیری آن برای فعالیت 20 ساله این نیروگاه کافی است.

TerraPower Natrium نمونه دیگری است که توان تولید 345 مگاوات برق را دارد. قیمت این میکروراکتور به ازای هر مگاوات، 4 میلیون دلار است و با یکبار سوختگیری می‌تواند بین 10 تا 20 سال فعالیت کند.

میکروراکتور Holtec SMR-160 هم یک نمونه با توان تولید 160 مگاوات است که می‌تواند 20 سال با یکبار سوختگیری فعالیت کند. هزینه راه‌اندازی این میکروراکتور 3 تا 5 میلیون دلار به ازای هر مگاوات توان تولید برق است.

General Atomics EM2 هم یک میکروراکتور 50 مگاواتی است که هر مگاوات آن 5 میلیون دلار هزینه دارد. این نیروگاه کوچک، می‌تواند 10 تا 15 سال فعال بماند.

BWXT mPower یک نمونه 180 مگاواتی است که به ازای هر مگاوات، 4 میلیون دلار هزینه دارد. این میکروراکتور هم می‌تواند با یکبار سوختگیری 15 سال فعالیت کند.

Rolls-Royce SMR یک میکروراکتور 440 مگاواتی است که با یکبار سوختگیری می‌تواند 60 سال فعالیت کند. هزینه راه‌اندازی آن به ازای هر مگاوات 3 میلیون دلار است.

نمونه CNEA CAREM توان تولید 27 مگاوات برق را دارد و هزینه هر مگاوات آن 7 میلیون دلار است. یکبار سوختگیری آن برابر با 30 سال فعالیت است.

Elysium Industries Elysium Reactor یک میکروراکتور 10 مگاواتی است که هر مگاوات آن 8 میلیون دلار هزینه دارد. این نیروگاه با یکبار سوختگیری می‌تواند 20 سال فعال بماند.

میکروراکتور روسیKLT-40S هم توان تولید 35 مگاوات برق دارد. این نیروگاه کوچک به ازای هر مگاوات 10 میلیون دلار هزینه دارد. طول فعالیت این میکروراکتور با یک بار سوختگیری 12 سال است.

میکروراکتور ARC-100 با توان 100 مگاوات، 5 میلیون دلار به ازای هر مگاوات قیمت دارد و طول فعالیت آن 20 سال است.

میکروراکتور Toshiba 4S هم یک نمونه با توان تولید 10 مگاوات است که 6 میلیون دلار به ازای هر مگاوات قیمت دارد و طول فعالیت آن 30 سال است.

Westinghouse eVinci یک میکروراکتور با توان تولید 5 مگاوات است که قیمت آن 8 میلیون دلار به ازای هر مگاوات برآورد می‌شود و طول فعالیت آن 10 تا 15 سال است.

میکروراکتورهای SMART با توان تولید 100 مگاوات، 4 میلیون دلار به ازای هر مگاوات و طول فعالیت 20 سال، OKBM Afrikantov RITM-200 با توان تولید 50 مگاوات، قیمت 7 میلیون دلار به ازای هر مگاوات و طول فعالیت 15 سال، LeadCold SEALER با توان تولید 3 تا 10 مگاوات، قیمت 10 میلیون دلار به ازای هر مگاوات و طول فعالیت 20 سال، Compact Fusion Reactor (CFR) با توان تولید 50 مگاوات، قیمت 9 میلیون دلار به ازای هر مگاوات و طول فعالیت 15 سال، Moltex SSR-W300 با توان تولید 300 مگاوات، قیمت 4 میلیون دلار به ازای هر مگاوات و طول فعالیت 20 سال، HTR-PM (چین) با توان تولید 210 مگاوات، قیمت 5 میلیون دلار به ازای هر مگاوات و طول فعالیت 20 سال و Micro Modular Reactor (MMR) با توان تولید 5 مگاوات، قیمت 6 میلیون دلار به ازای هر مگاوات و طول فعالیت 10 سال از دیگر نمونه‌های نیروگاه‌های هسته‌ای کوچک یا همان میکرو راکتورهای هسته‌ای هستند.

اگرچه راه‌اندازی این نیروگاه‌ها بالا به نظر می‌رسد اما تولیدات جانبی آنها مانند آب شیرین، آب تقطیری، آب گرم و... می‌تواند هزینه راه‌اندازی را پوشش دهد. مهمتر اینکه میکروراکتورها سال‌های سال بدون اضافه کردن سوخت جدید قابلیت استفاده دارند و برخلاف نیروگاه‌های خورشیدی و بادی با مسأله ذخیره‌سازی برق هم مواجه نیست و نهایتاً در صورت عدم نیاز می‌توان آن را غیرفعال کرد.

همچنین این نیروگاه‌ها بر خلاف نیروگاه‌های خورشیدی با چالش قدیمی شدن فناوری مواجه نیستند. نیروگاه اتمی به خاطر توان بالای خود و نیاز به سوختگیری پایین با چنین چالش‌هایی مواجه نیست و یک مدل دارایی محسوب می‌شود در حالی که یک نیروگاه خورشیدی بعد از 20 سال فعالیت باید بازیافت شود. نکته مهم دیگر اینکه میکروراکتورها به دلیل قابلیت جابجایی، امکان استقرار موقت در مناطق مختلف تا آماده شدن زیرساخت‌های تولید برق را دارد. اگر هم هدف تولید برق زیاد و طولانی مدت است با وجود اینکه امکان احداث میکروراکتورهای با ظرفیت بسیار بالا (400 تا 600 مگاوات) هم وجود دارد اما به دلیل هزینه زیاد، باید به جای میکروراکتورها به سمت راه‌اندازی راکتورهای هسته‌ای رفت.

به طور کلی، پیش‌بینی می‌شود این فناوری با توجه به مزایای زیست محیطی و اقتصادی، در آینده نقش مهمی در تأمین انرژی پایدار جهان داشته باشد. به همین دلیل سایر کشورها هم در حال بررسی این فناوری و در صدد توسعه آن هستند. ایران باید با استفاده از تریبون‌های بین‌المللی مانند کنوانسیون تغییر اقلیم و رویداد سالانه کاپ، اهمیت توسعه این فناوری در کشور را گوشزد کند. کشورهای توسعه یافته در این کنوانسیون اهدافی چون کاهش انتشار کربن توسط کشورهای در حال توسعه را دنبال می‌کنند و یکی از راه‌های رسیدن به این هدف، فراهم کردن شرایط استفاده از میکروراکتورهاست.

* سیدطه حسین مدنی، کارشناس انرژی و رئیس اندیشکده حکمرانی هوشمند