Żadne inne urządzenie do wytwarzania energii nie wzbudza tylu obaw, co reaktor jądrowy. Głównie dlatego o przyszłości całej gałęzi energetyki do niedawna decydowała przeszłość.

W przededniu pandemii europejska energetyka znajdowała się na rozdrożu, gdzieś między Wielką Brytanią, Niemcami a Polską. Za kanałem La Manche pięć lat temu premier David Cameron ogłosił ambitny program budowy 12 nowych elektrowni atomowych o łącznej mocy 16 GW. Pozwoliłyby one Zjednoczonemu Królestwu, przy równoczesnym rozwoju odnawialnych źródeł energii, na zredukowanie emisji dwutlenku węgla przez sektor energetyczny praktycznie do zera. Niedługo potem Cameron wpadł na pomysł referendum w sprawie wyjścia z Unii – i brexit wyzerował wszystkie długofalowe brytyjskie plany. Jednak już dziś Brytyjczycy wytwarzają energię elektryczną w bardzo zrównoważony sposób. Prawie 38% pochodzi ze źródeł odnawialnych, około 20% – z elektrowni atomowych, pozostałą zaś część zapewniają gazowe, jako jedyne emitujące CO2.

Tymczasem w Niemczech przez lata narastała niechęć wobec energii atomowej. Wreszcie, po katastrofie w Fukushimie, w marcu 2011 r. kanclerz Angela Merkel zapowiedziała wygaszenie wszystkich elektrowni jądrowych do roku 2022. Przez pierwsze lata plan wielkiej „Energiewende” (transformacji energetycznej) prezentował się znakomicie. Dzięki dotacjom oraz podnoszeniu cen prądu dla indywidualnych odbiorców trwała intensywna rozbudowa farm wiatrowych oraz elektrowni słonecznych. Jednak nie udało się znaleźć technologicznego rozwiązania niwelującego główną słabość OZE: siłownie oparte na źródłach odnawialnych pracują średnio przez 20–30% doby i pozostają całkowicie uzależnione od tego, czy wieje wiatr lub świeci słońce. Nie są więc w stanie obsłużyć szczytów energetycznych. Z kolei gdy nadchodzi wichura, nagle następuje przeciążenie sieci z powodu nadmiaru mocy. W obu skrajnych przypadkach całemu krajowi grozi blackout, a ryzyko załamania się dostaw energii znacząco rośnie, kiedy więcej niż 30% pozyskuje się ze źródeł odnawialnych. Bezpieczeństwo wymaga utrzymywania tradycyjnych elektrowni, które ze względu na swoją elastyczność stabilizują cały system.

W Niemczech, gdy zaczęto wygaszać kolejne reaktory, kluczową rolę zaczęły odgrywać elektrownie zasilane węglem brunatnym. W przeciwieństwie do atomowych dewastują one środowisko naturalne nie tylko za sprawą emisji CO2, ale także na skutek konieczności rozbudowy odkrywkowych kopalni. Olbrzymia fala krytyki ze strony obrońców środowiska oraz cel Berlina, by świecić przykładem w walce z ociepleniem klimatu, przyniosły korektę strategii. Dziś elektrownie węglowe są zastępowane przez gazowe, które emitują o jedną trzecią dwutlenku węgla mniej. Paliwo do nich zapewnić ma Rosja za pośrednictwem gazociągów Nord Stream oraz Nord Stream 2. Natomiast o wycofaniu się z likwidacji elektrowni atomowych nie ma już mowy.

Informacja

Z ostatniej chwili! To druga z Twoich pięciu treści dostępnych bezpłatnie w tym miesiącu. Słuchaj i czytaj bez ograniczeń – zapraszamy do prenumeraty cyfrowej!

Subskrybuj

Z kolei w Polsce rozwój OZE kuleje, a budowa jednej lub więcej elektrowni atomowych zapowiadana jest już drugą dekadę. Przed pandemią pełnomocnik rządu ds. strategicznej infrastruktury energetycznej Piotr Naimski twierdził, że do końca 2045 r. powstanie aż sześć reaktorów jądrowych o łącznej mocy 6 GW. Choć wszyscy wiedzą, że energetyka oparta na węglu odchodzi w przeszłość, deklaracje w sprawie elektrowni atomowych jakoś nie chcą wchodzić w życie. A jest to bardzo skomplikowane przedsięwzięcie, podczas którego każde zlekceważenie norm bezpieczeństwa może obudzić demony z przeszłości.

Stos kłopotów

„W ciągu 15 lat energia jądrowa dostarczy energii elektrycznej zbyt taniej, aby mierzyć jej zużycie” – prorokował w 1954 r. szef amerykańskiej Komisji Energii Atomowej Lewis Strauss. Nim upłynęła dekada, korporacje energetyczne uporały się z barierami technologicznymi. „Westinghouse doszlifowała reaktor PWR, reaktor wodno-ciśnieniowy, a GE [General Electric – przyp. A.K.] reaktor BWR, reaktor wodny wrzący” – opisuje Daniel Yergin w książce The Quest. W poszukiwaniu energii. Te dwa rodzaje reaktorów I generacji upowszechniły się na całym świecie. Do 1970 r. w 15 krajach uruchomiono 62 elektrownie atomowe i zaczęto budowę 89 kolejnych. Najwięcej w Stanach Zjednoczonych, ZSRR, Wielkiej Brytanii, we Francji, w Japonii i RFN.

Trzy lata później wybuchł pierwszy kryzys naftowy i wydawało się pewne, że państwa wysokorozwinięte oprą swoją przyszłość na siłowniach jądrowych. Jednak zaczynają się pierwsze problemy.

Reaktor wodno-ciśnieniowy I generacji o mocy 1000 MW wytwarzał rocznie aż 20 ton odpadów radioaktywnych. Początkowo Amerykanie pakowali je do metalowych kontenerów, po czym topili w oceanie. Podobnie postępowali Sowieci. Protesty organizacji ekologicznych sprawiły, że w USA kontenery z gwarancją trwałości tysiąca lat zaczęto zakopywać na pustyni Nevada. Nie bacząc na to, że okres połowicznego rozpadu plutonu-239 wynosi około 24 400 lat. W innych krajach za składy dla odpadów posłużyły sztolnie starych kopalni. Wzorcowo z tym problemem poradzili sobie Francuzi, budując na przylądku La Hague zakład specjalizujący się w odzyskiwaniu z odpadów radioaktywnego uranu i plutonu. Następnie pierwiastki te są ponownie wzbogacane i odsprzedawane koncernom energetycznym. W latach 80. z usług Francuzów zaczęło korzystać wiele państw, m.in. Japonia, RFN, Belgia i Szwajcaria.

Oprócz odpadów równie wielkim problemem stały się koszty inwestycji. „Rodzące się ruchy ekologiczne, zwłaszcza te antynuklearne, wymuszały dodatkowe przeglądy i zmiany. Trzeba było pogrubiać betonowe ściany, a instalacje rurociągów zdjąć i przerobić. Elektrownie musiały być przeprojektowane. I tak kilka razy podczas budowy” – podkreśla Yergin. Dalej zaś pisze:

„Elektrownie także stały się droższe z powodu inflacji, a potem wysokiego oprocentowania kredytów. Budowa zamiast sześciu lat zajmowała dziesięć, to też windowało koszty. Elektrownie, które miały kosztować 200 mln dolarów, ostatecznie kosztowały 2 miliardy”. Wprawdzie potem wytwarzały najtańszy na rynku prąd, ale w jego cenę musiano wkalkulować gigantyczne wydatki. O ile model francuski dobrze sobie radzi z odpadami, o tyle koszty inwestycyjne pozostają piętą achillesową energetyki jądrowej do dziś. Choć i tak są czymś mniej istotnym od społecznych oraz medialnych lęków.

Oczekując apokalipsy

„W prawach przyrody nie ma niczego, co powstrzymywałoby nas przed budową lepszych elektrowni jądrowych. Powstrzymuje nas głęboki, uzasadniony, powszechny brak zaufania. Społeczeństwo nie wierzy ekspertom, ponieważ głosili, że są nieomylni” – pisze w książce Świat wyobraźni Freeman Dyson, fizyk, który uczestniczył w konstruowaniu pierwszych reaktorów. Nieufność wobec energetyki atomowej rodziła się stopniowo. W latach 60. wszyscy pamiętali o losie Hiroszimy i Nagasaki, lecz strach przed promieniowaniem radioaktywnym jeszcze nie paraliżował zwykłych ludzi. Ekspertom udawało się przekonać zachodnie społeczeństwa, że siłownia jądrowa prawie się nie różni od elektrowni węglowej. Potrzebuje jedynie dostępu do dużo większej ilości chłodziwa dla reaktora, najlepiej ogromnego zbiornika wody.

Poczucie bezpieczeństwa zaczęło topnieć nie za sprawą awarii, lecz katastroficznych scenariuszy, w których lubowała się prasa, zwłaszcza zachodnioniemiecka. W październiku 1975 r. „Der Spiegel” bardzo plastycznie zaprezentował czytelnikom, co by się stało po przegrzaniu reaktora w elektrowni budowanej niedaleko Ludwigshafen. „Stopiony rdzeń reaktora przeniknie przez otaczające go budowle ochronne. Z szybkością 2–4 metrów na godzinę pogrąży się on w ziemi. Wielkość wyzwolonej przy tym emisji promieniowania odpowiada promieniowaniu tysiąca bomb takich, jak ta zrzucona na Hiroszimę” – prognozowała gazeta, szacując liczbę ofiar na 100 tys. zabitych natychmiast i około 1,6 mln „umierających długoterminowo” z powodu choroby popromiennej. Tak apokaliptyczne wizje zainteresowały Hollywood, co zaowocowało thrillerem pt. Chiński syndrom. W żargonie specjalistów nazwa ta oznacza stopienie się rdzenia reaktora.

I oto dwa tygodnie po premierze filmu, 28 marca 1979 r., doszło do awarii w zlokalizowanej na sztucznej wyspie elektrowni jądrowej Three Mile Island. Rury doprowadzające chłodziwo do reaktora pękły – i to w momencie, gdy zapasowy system chłodzenia odłączono, by zrobić mu przegląd.

Reaktor rozgrzał się, ale zadziałały zabezpieczenia. Pracą każdego reaktora kieruje się za pomocą prętów kontrolnych. Są one zbudowane ze stopów pochłaniających neutrony. Wsunięcie prętów kontrolnych między pręty paliwowe spowalnia reakcję łańcuchową. Ich wyciąganie daje skutek odwrotny. Gdy następuje przegrzanie reaktora, wszystkie pręty kontrolne wpadają do rdzenia, wygaszając reakcję.

Tak też stało się w Three Mile Island. Jednak z powodu pęknięcia rur woda wylała się na osłonę reaktora i natychmiast wyparowała, tworząc pod kopułą bloku energetycznego mieszankę tlenu i wodoru. Jedna iskra mogła wysadzić elektrownię w powietrze. Przez następny dzień technicy odpompowywali niebezpieczne, radioaktywne gazy na zewnątrz. Poinformowani o tym mieszkańcy pobliskiego Harrisburga wpadli w panikę. Około 80 tys. ludzi próbowało uciec samochodami z miasta. Na nic się zdały zapewnienia ministra energetyki USA Jamesa Schlesingera, że promieniowanie wzrosło jedynie o jakieś 0,03 rema i nikomu nie zaszkodzi. Ci, którzy oglądali Chiński syndrom, wiedzieli lepiej. Dopiero po pięciu dniach prezydent Jimmy Carter osobiście przyjechał do Three Mile Island i w obecności telewizyjnych kamer zwiedził teren, opanowując panikę. Jednak zła passa elektrowni atomowych dopiero się zaczynała.

Najsłabsze ogniwo

Katastrofę Three Mile Island wywołał w dużej mierze sam właściciel, czyli koncern Westinghouse. Elektrownię budowano w pośpiechu, żeby zdążyć z uruchomieniem przed 30 grudnia 1978 r., bo gwarantowało to koncernowi zapłacenie podatku mniejszego o 40 mln dolarów. Po uruchomieniu reaktora okazało się, że rury doprowadzające chłodziwo przeciekają. Wówczas dyrekcja nakazała tymczasowe uszczelnienie przecieków, po czym zajęto się sprawdzaniem awaryjnego systemu chłodzenia – zaczynając od jego wyłączenia. Zrobiono to, zakładając, że główne rury jeszcze trochę wytrzymają.

„Wypadek został spowodowany przez serię relatywnie małych usterek urządzeń, po których nastąpił błąd operatora” – napisał w sprawo­zdaniu stojący na czele komisji badającej przyczyny katastrofy admirał Hyman Rickover. Na szczęście nikt z kierownictwa koncernu Westing­house nie był aż tak lekkomyślny, żeby dezaktywować pozostałe zabezpieczenia. Siedem lat później okazało się, że nawet taka bezmyślność jest możliwa.

Nocą 26 kwietnia 1986 r. szefostwo elektrowni w Czarnobylu zaczęło eksperymentować z ręcznym sterowaniem reaktora w bloku IV. Chcąc pełnej swobody, wyłączono wszystkie automatyczne systemy bezpieczeństwa. Podczas doświadczeń stos gwałtownie się rozgrzał, a zablokowane przez obsługę pręty sterujące nie wygasiły automatycznie reakcji łańcuchowej. Wówczas pękły rury doprowadzające wodę do systemu chłodzenia. Podobnie jak w Three Mile Island odparowana przez gorący reaktor woda zamieniła się w wodór i tlen. Wybuch tej mieszanki rozerwał kopułę i wyrzucił w powietrze 500-tonowy kawał betonu, który chwilę potem spadł na reaktor, rozbijając go zupełnie. Na zewnątrz wydostało się 50 ton paliwa, a rdzeń się stopił. Za sprawą radioaktywnej chmury skażeniu uległy olbrzymie obszary północnej Ukrainy i Białorusi. Ewakuowano liczące 50 tys. mieszkańców pobliskie miasto Prypeć i okoliczne wsie.

W wyniku katastrofy życie straciło 31 osób (głównie napromieniowani strażacy). Kolejnych ofiar doliczył się UNSCEAR (Komitet Naukowy ONZ ds. Skutków Promieniowania Atomowego): w raporcie sporządzonym w 2000 r. stwierdzono, że z około 600 pracowników elektrowni oraz strażaków u 237 zdiagnozowano objawy choroby popromiennej. Spośród nich 28 osób zmarło. Wedle tegoż raportu na najsilniej nawet skażonych terenach epidemiolodzy nie zaobserwowali wzrostu zachorowań na nowotwory, z wyjątkiem wyższej średniej raka tarczycy. ­­Nie stwierdzono też wad genetycznych u potomstwa osób napromieniowanych.

Fala

Ćwierć wieku później do „chińskiego syndromu” doprowadzili Japończycy.

Dwa kryzysy naftowe w latach 70. zdopingowały rząd Kraju Kwitnącej Wiśni do sfinansowania budowy 50 reaktorów atomowych. Zagwarantowały one państwu bezpieczeństwo energetyczne. Jednak pośpiech sprawił, że w kraju, gdzie trzęsienia ziemi są rzeczą normalną, zapomniano o ich skutkach ubocznych. Siłownię w Fukushimie wzniesiono tuż nad brzegiem morza. Kiedy 11 marca 2011 r. doszło do potężnych wstrząsów o sile 9 stopni w skali Richtera, systemy bezpieczeństwa zadziałały prawidłowo. Reaktory zostały automatycznie wygaszone, a system chłodzenia przeszedł na zasilanie agregatami awaryjnymi. Nic złego by się nie wydarzyło, gdyby nie morze. Wstrząsy tektoniczne wywołały falę tsunami o wysokości 15 m, ­a falochron miał jedynie 6 m.

Olbrzymie masy wody zalały elektrownię. Padły agregaty prądotwórcze i rdzeń reaktora nagle przestał być schładzany. Wtedy odparowała z jego płaszcza woda i mieszanka wodorotlenowa eksplodowała.

Na zewnątrz wydostało się około 10 razy mniej substancji radioaktywnej niż w Czarnobylu, podczas samego zdarzenia nikt nie zginął. Pierwsza osoba, napromieniowana w czasie usuwania skutków katastrofy, zmarła dopiero we wrześniu 2018 r. Jednak przez cały świat znów przetoczyła się fala strachu.

Rachunek obaw

Katastrofa w Fukushimie była silnym ciosem dla energetyki jądrowej, która i bez tego miała złą prasę, budząc grozę opinii publicznej. Przy czym już w połowie lat 80. liczba działających na świecie reaktorów zatrzymała się na 430 i przestała ros­nąć. Nowe budowano jeszcze we Francji, w Japonii, ZSRR (następnie Rosji), Korei Południowej i Chinach, lecz wszędzie indziej stopniowo likwidowano. Jedynym krajem, który cały system energetyczny oparł na elektrowniach atomowych, pozostała Francja, gdzie wytwarzają one ponad 80% prądu. Na rozwój energetyki jądrowej stawia też Finlandia – obecnie około 30% energii wytwarzają tam dwie elektrownie atomowe, po zbudowaniu trzeciej odsetek ten wyniesie 60% (reszta ma pochodzić ze źródeł odnawialnych).

Większość państw jednak wciąż uznaje branżę energii atomowej za ślepą uliczkę. Nie zmieniło tego nawet pojawienie się dużo doskonalszych reaktorów III generacji zużywających mniej uranu, przy jednoczesnym ograniczeniu ilości odpadów. Opracowany przez dwa koncerny – francuski Framatome i niemiecki Siemens – reaktor EPR (European Pressurized Reactor) ma poczwórny system bezpieczeństwa oraz pancerz wytrzymujący nawet uderzenie samolotu. Z kolei ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor) firmy GE Hitachi poza tym, że wykazuje podobną odporność, wymaga minimalnych ilości chłodziwa i odprowadza nadmiar ciepła bezpośrednio do atmosfery.

Nowatorskich konstrukcji jest więcej, lecz zaczęły one interesować odbiorców dopiero niedawno. Sprawił to szybki rozwój państw azjatyckich, a co za tym idzie – wzrost zapotrzebowania na tani prąd. Elektrownia atomowa zużywa mniej więcej 30–50 ton uranu rocznie. Przy cenie rynkowej około 55 dolarów za kilogram koszt jej paliwa w okolicach 2,5 mln dolarów rocznie to bardzo tanio, 100 razy mniej niż za paliwo elektrowni węglowej. Do tego szacuje się, że znane złoża uranu wystarczą na jakieś 300 lat. Przy czym, podobnie jak z ropą naftową, termin ten może się okazać znacznie odleg­lejszy, ponieważ od lat nie szukano nowych. Nie powinno więc dziwić, że w kwietniu 2019 r. Chiny przedstawiły plan wielkiej rozbudowy energetyki jądrowej. O ile dziś łączna moc chińskich elektrowni atomowych to około 42 GW, o tyle za 10 lat ma ona przekroczyć 100 GW. Wówczas Chińska Republika Ludowa wyprzedziłaby na tym polu USA. Nieco mniej ambitne cele zaprezentowała Korea Południowa, zapowiadając zwiększenie mocy siłowni jądrowych o jedną trzecią.

A jaką drogą pójdzie Unia Europejska? Kierunek jej polityki energetycznej determinuje walka z emisją CO2, a priorytet to odnawialne źródła energii. Jednak by w całości oprzeć na nich gospodarkę, koniecznością są wydajne magazyny energii, zdolne gromadzić prąd w momentach nadprodukcji oraz oddawać go, gdy brak słońca i wiatru. Nawet ogniwa litowo-jonowe nie są w stanie w pełni sprostać temu zadaniu. Brak tego elementu próbuje się omijać, projektując samowystarczalne budynki czerpiące energię z baterii słonecznych i pomp cieplnych. Jednak w skali miast i całych państw wielkich elektrowni nie ma czym zastąpić, a jedyne, które nie emitują dwutlenku węgla, to elektrownie atomowe. Ten fakt powoduje, że nawet w Europie trwa ich powolny renesans. Na razie na obrzeżach Unii modernizują stare lub budują nowe: Finlandia, Węgry, Litwa, Czechy i Słowacja. Niemal z roku na rok rozpoczęto budowę ponad 60 nowych reaktorów. Pomimo społecznej niechęci wkrótce ruszą kolejne inwestycje, ponieważ lęk przed „chińskim syndromem” jest już mniejszy od strachu przed skutkami ocieplania się klimatu i zwyczajnymi obawami, co będzie, gdy w gniazdku nagle ­zabraknie prądu.