Erik Margan
Eden temeljnih pogojev za razvoj civilizacije je dostopnost energije po nizki ceni. V preteklosti, zlasti med malo ledeno dobo (1350-1850, [1]), ko je šlo za elementarno preživetje človeštva, so velikanska območja Evrope ogolela zaradi intenzivnega sekanja lesa, ki se je uporabljalo za gradnjo ladij in hiš, ter za ogrevanje. Industrijsko revolucijo po letu 1850 je – poleg izuma parnega stroja – omogočilo predvsem kopanje premoga, ki ima pri izgorevanju mnogo višjo kalorično vrednost kot les, kar je tudi rešilo evropske gozdove pred popolnim izsekom. Podobno je bilo s kitovim oljem, ki se je uporabljalo kot gorivo in mazivo, vrtanje naftnih vrelcev je rešilo kite pred izlovom. Na začetku 20. stoletja je glavni problem transporta v New Yorku bil kje dobiti zadostno število konj, ter kako odstraniti z ulic kakšnih 80 ton konjskih fig vsak dan, a konje in kočije so imeli le premožnejši prebivalci mesta; iznajdba tekočega traku pri izdelavi avtomobilov v tovarni Henryja Forda je avtomobile pocenila do te mere, da že leta 1910 v mestu ni več bilo konjskih vpreg, dobili pa so hrup in nekoliko drugačen smrad…
Seveda je vsak prehod na nov primarni energent s seboj prinesel nove probleme, ki smo jih nato reševali več ali manj uspešno, pogosto tudi na račun onesnaženja okolja. Danes se spet soočamo s potrebo po prehodu na nov energent, želimo si nekaj okolju bolj prijaznega. A tokrat nam časovne roke in tehnične pogoje za prehod diktirajo skupine okoljevarstvenikov, ki kot osnovo za proizvodnjo električne energije zagovarjajo izključno obnovljive vire, predvsem solarne fotovoltaične panele in vetrnice. Temu so se pridružile tudi tiste industrijske panoge, ki v proizvodnji teh virov vidijo priložnost za visok zaslužek, vsaj dokler država na pritisk okoljevarstvenikov nudi izdatne subvencije za njihovo postavitev [2, 3].
Obnovljivi viri energije (poleg omenjenih še vodne elektrarne, geotermalna energija, lesna biomasa, itd.) predstavljajo le manjši del sedanje oskrbe z energijo [4]. Vodne elektrarne so dokaj zanesljiv in poceni vir, vendar zahtevajo poplavljanje velikih območij in zajezitev vodotokov, kar ni povsod možno, v Sloveniji pa smo večino primernih lokacij že izrabili. Vsi ostali obnovljivi viri pa so bodisi dragi, bodisi neučinkoviti in odvisni od vremena, bodisi zahtevajo ogromno prostora, ter temeljijo na tehnologijah, ki prav tako niso povsem brez vplivov na okolje. Geotermalna energija zahteva globoke in drage vrtine. Fotovoltaični paneli zahtevajo veliko dobro prečiščenega silicija, ter manjše količine dodatkov iz III in V skupine kemičnih elementov, katerih pridobivanje pušča velik vpliv na okolje, prav tako potrebujejo tudi veliko stekla in aluminija, njihova oddana moč pa je omejena, v povprečju le 200 W/m2 v najboljših okoliščinah (v jasnih poletnih dneh). A to velja le za postavitev na strehi hiše; za velika polja moramo zagotoviti dovolj prostora med paneli, da ne bi drug drugemu delali senco, zato je oddana moč na površinsko enoto še manjša. Vetrne elektrarne so nekoliko bolj zmogljive in uporabnejše, toda le v področjih z veliko vetra in na velikih poljih brez ovir. Ker morajo biti med seboj dovolj razmaknjene, da druga drugi ne povzročajo turbulence in izgube moči, pričakovani izplen moči na enoto površine ni odvisen od velikosti niti od moči samih vetrnic, vendar je izgradnja večjih ekonomsko bolj upravičena. Njihova izdelava je tudi zahtevna, saj potrebujejo ogromno betona za podnožje in stolp, ogromno ogljikovih vlaken za lopatice rotorja, velike količine redkih zemelj za močne magnete, ter baker za generatorje in daljnovode. Vetrnice med vrtenjem proizvajajo močan infrazvok, ki moti prebivalce bližnjih naselij, vrhovi njihovih lopatic pa se gibljejo z nadzvočno hitrostjo in za seboj ustvarjajo vrtince zračnega podtlaka, ki je nevaren za ptice in netopirje. Tiste, ki so postavljene na morju pa z infra zvokom motijo navigacijo kitov, ki potem zmedeni nasedejo na obalne plitvine.
Premogovne elektrarne so sicer poceni in zelo učinkovite, vendar poleg ogljikovega dioksida izpuščajo znatne količine saj, žveplovega dioksida in drugih snovi, v pepelu pa so tudi radioaktivne snovi. Teh snovi se je mogoče delno znebiti s filtri, kar je dokaj zahteven in neučinkovit postopek. Možno pa je tudi že pred izgorevanjem premog predelati v čistejšo obliko, kar pa je drago.
Nafta in druga iz nje pridobljena tekoča goriva uporabljamo predvsem v prometu, kjer drugi energenti ne pridejo v poštev, ter za ogrevanje. Podobno je tudi z zemeljskim plinom, ki ga uporabljamo tako v industriji kot v gospodinjstvu, pa tudi za elektrarne s katerimi pokrivamo dnevne spremembe v rabi električne energije. Namreč turbine plinskih elektrarn so edine zmožne v nekaj minutah razviti polno moč, vse ostale pa so zaradi velike termične inercije sistema mnogo počasnejše, od nekaj ur do nekaj dni. In več ko je v omrežju vključenih obnovljivih virov energije, večja je potreba po hitremu prilagajanju spremenljivim razmeram v dobavi energije. Posledica tega je, da je izredno težko bistveno zmanjšati izpuste CO2 v ozračje, ko delež nezanesljivih obnovljivih virov preseže približno 30%, ker omrežja ni več mogoče učinkovito upravljati in prilagajati porabi.
Če naj bi resnično znižali izpuste v okolje, kot smo se zavezali s Pariškim podnebnim dogovorom, ter podobnimi dokumenti na ravni Evropske unije, potem se ne bo mogoče izogniti večjemu poudarku na proizvodnji električne energije z jedrskimi elektrarnami. Tega se počasi začenjajo zavedati tudi mnogi okoljevarstveniki, čeprav to priznavajo s stisnjenimi zobmi.
Temeljni razlog zavračanja jedrske energije, tako s strani okoljevarstvenikov kot širše populacije, ter zato tudi mnogih politikov, ni toliko v samih elektrarnah, kljub strahu pred jedrskimi nesrečami (kot so bile Otok treh milj, Černobil, Fukušima). Težava je bolj v izrabljenem jedrskem gorivu, ki je še vedno močno radioaktivno in ga je potrebno varno shranjevati dolga tisočletja preden njegova radioaktivnost pade na raven primerljivo z naravnim sevalnim ozadjem. Poleg tega pa se pogosto kot močan čustveni argument navaja možnost rabe komercialnih reaktorjev za proizvodnjo urana in plutonija primernega za jedrske bombe, ali kraje radioaktivnih odpadkov in njihove vgradnje v klasični eksploziv za »umazane« bombe, ki bi jih utegnile uporabiti teroristične organizacije.
Stroka sicer zagotavlja, da današnji varnostni sistemi ne puščajo veliko možnosti za nesreče in še manj za zlorabe, a zaskrbljenost prebivalstva je velika in stopnja nezaupanja vse bolj narašča. Za razumevanje take reakcije se moramo na kratko obrniti v zgodovino.
Po drugi svetovni vojni, v obdobju tim. »hladne vojne« [5], so jedrske velesile začele množično izvajati jedrske poskuse v odprtem ozračju in temu so sledile tudi manjše jedrske sile. V 60tih letih je zato naraščal odpor do jedrske energije, množičnim protestom je pripomoglo tudi nasprotovanje dolgoletni brutalni vojni v Vietnamu. Leta 1971 je bila ustanovljena organizacija Greenpeace [6], ki je prevzela vodilno vlogo v prirejanju množičnih protestov in drugih akcij proti jedrskemu orožju in drugim načinom onesnaževanja okolja. Opozarjali so tudi na pojav »radioaktivnega dežja«, možnosti, da radioaktivni oblak, ki se po eksploziji dvigne do stratosfere, odnese do naseljenih območij, kjer radioaktivni delci z dežjem padejo na tla in ga kontaminirajo.
Vodilni politiki jedrskih sil so proteste dolgo ignorirali, jedrske poskuse pa so upravičevali s potrebo po razvoju vedno bolj zmogljivega jedrskega orožja za odvračanje morebitnih napadov s strani nasprotnih jedrskih sil. Razvila se je vojaško-politična doktrina znana po »nori« kratici MAD (Mutually Assured Destruction, ali obojestransko zagotovljeno uničene [7]), torej naj bi zagotavljanju varnosti pred jedrskim napadom pripomoglo zastraševanje nasprotnika, da bo v primeru napada tudi sam doživel podobno uničenje.
Vendar je že v začetku 60tih let po vsem svetu bilo opaženo hitro naraščanje vsebnosti radioaktivnega izotopa ogljika 14C [8]. Ta sicer nastaja po naravni poti ob trkih visokoenergetskih kozmičnih žarkov z molekulami dušika v visokih plasteh ozračja, vendar je njegova naravna koncentracija razmeroma stabilna, spreminja se rahlo le zaradi sončeve aktivnosti, ki s svojim magnetnim poljem odklanja kozmične žarke. Razpadna doba 14C je dolga, približno 5700 let, to je čas po katerem razpade polovica vseh takih atomov; ti z beta razpadom (pretvorbo nevtrona v proton, elektron in anti-nevtrino) preidejo nazaj v dušik 14N. Na podlagi tega dejstva, ter dejstva, da organske snovi vsebujejo vse ogljikove izotope v podobnem razmerju kot je v ozračju, so arheologi že leta 1949 razvili metodo določanja starosti vzorcev organskega porekla z zaznavo spremembe v razmerju vsebovanih izotopov. A po letu 1960 so s temi svojimi občutljivimi instrumenti začeli opažati, da se v naravni koncentracija 14C hitro povečuje. To so pripisali vedno pogostejšim jedrskim eksplozijam v ozračju, pri čemur nastaja tudi 14C, zato so še sami začeli opozarjati mednarodno skupnost na pojav povečanega sevanja.
Stekla so politična pogajanja in leta 1963 je bil podpisan sporazum med ZDA, Sovjetsko zvezo in Veliko Britanijo o prenehanju izvajanja jedrskih poskusov v ozračju [9], te so od takrat izvajali le v podzemnih betonskih bunkerjih. K temu sporazumu so se postopoma pridružile vse jedrske sile, razen Kitajske in Francije. Kitajska je poskuse v ozračju izvajala do leta 1980, Francija pa vse do leta 1996.
Francija je večino poskusov izvedla na atolu Mururoa (Tuamotu arhipelag v Francoski Polineziji), kljub močnim pritiskom ostalih jedrskih sil, ter vseh ostalih držav, še posebej po škandalu s potopitvijo ladje Rainbow Warrior (Mavrični bojevnik), ki je bila v lasti organizacije Greenpeace. Leta 1985 je skupina aktivistov Greenpeacea nameravala s to ladjo, ter več drugih plovil, odpluti do Mururoe z namenom, da bi s svojo prisotnostjo preprečili naslednji napovedani jedrski poskus. Francoska tajna služba pa je ladjo minirala, ko je ta bila zasidrana v Aucklandu, Nova Zelandija, pri čemur je utonil fotograf Fernando Pereira. Oblastem v Novi Zelandiji je uspelo hitro identificirati in aretirati dva od več francoskih agentov, ki sta potem dejanje priznala in razkrila ves potek operacije, kodno poimenovane Satanique [10].
Organizacija Greenpeace se lahko pohvali z dolgo zgodovino nasprotovanja jedrskim poskusom in neprimernemu odlaganju jedrskih odpadkov, pa tudi izvajanja mnogih drugih okoljevarstvenih aktivnosti in organiziranja protestov. V zadnjih desetletjih je svoje aktivnost še stopnjevala in razširila na vsa področja boja proti onesnaževanju in podnebnim spremembam. Postopoma pa se je nasprotovanje jedrskim eksplozijam pretvorilo v nasprotovanje uporabi jedrske energije nasploh. To pa je temeljni razlog, zakaj nasprotujejo tudi jedrskim elektrarnam in temu svojemu stališču se ne morejo odreči, četudi ima jedrska energija najnižji ogljični odtis od vseh načinov pridobivanja električne energije, celo absolutno, ne le v primerjavi s količino proizvedene energije [11].
Morda zveni paradoksalno, vendar ima jedrska energija tudi najnižjo stopnjo smrtnosti nasploh, tudi če upoštevamo vse dosedanje jedrske nesreče z vsemi neposrednimi in posrednimi vplivi [12]. Visoka varnost pa seveda ima tudi visoko ekonomsko ceno, zato cena na enoto proizvedene električne energije ni med najnižjimi [13]. Zaenkrat problem odlaganja izrabljenega jedrskega goriva in drugih radioaktivnih odpadkov še ni zadovoljivo rešen. Izgradnja varnega odlagališča predstavlja zahteven problem [14], tako glede potencialnega vpliva na okolje, dolgoročnih varnostnih vidikov, ter stroškov izgradnje, kar je treba vračunati v ceno proizvedene energije.
V naravi se element uran nahaja v razmeroma majhnih količinah, pretežno v obliki izotopa 238U, le nekaj manj kot 1% pa v obliki izotopa 235U, ki je primeren za uporabo kot jedrsko gorivo, a je za učinkovito rabo potrebno naravni uran obogatiti, običajno tako, da vsebuje 2-4% izotopa 235U. V dosedanjih reaktorjih je izraba jedrskega goriva zelo nizka, 1-2%, ker nastali razpadni produkti dobro absorbirajo nevtrone, kar zavira verižno reakcijo. S časoma se verižna reakcija upočasni četudi so kontrolne palice povsem izvlečene, zato je gorivo potrebno zamenjati. Običajno se na vsake 2 leti zamenja ena tretjina goriva in se na ta način reaktor vzdržuje blizu maksimalni načrtovani moči, kjer je njegovo obratovanje tudi ekonomsko najbolj upravičeno. Reaktor v Jedrski elektrarni Krško je tipičen tak reaktor, v katerem se nahaja nekaj manj kot 50 ton goriva [15].
Izrabljeno gorivo pa vsebuje še vedno veliko urana, ki ga je mogoče predelati in odstraniti nakopičene razpadne produkte, ki zavirajo verižno reakcijo, ter predelano dodati novemu gorivu. S tem se izraba goriva precej poveča in radioaktivnost odpadnih snovi je manjša. Vendar je tovrstna predelava goriva razmeroma draga in se izplača le, kadar je cena novega goriva na trgu visoka. S tem se ukvarjajo le nekatere jedrske države (Velika Britanija, Francija, Rusija, Japonska, Indija). V ZDA pa so v velikih težavah, ker je predsednik Jimi Carter iz političnih razlogov podpisal ukaz o prepovedi predelave jedrskih odpadkov, zato morajo vse jedrske odpadke shranjevati, a zaenkrat imajo le eno primerno podzemno odlagališče v Novi Mehiki.
Vendar izrabljeno jedrsko gorivo ni povsem nekoristen odpadek, mogoče ga je predelati in ponovno uporabiti, četudi zaenkrat v večini držav, kjer izrabljeno gorivo predelujejo to naredijo le enkrat, le Indija ima in načrtuje dodatne kapacitete za večkratno predelavo. Toda nove generacije reaktorjev, ki jih v mnogih državah že načrtujejo, bodo zagotovo omogočale ponovno uporabo izrabljenega goriva. Ta možnost je izredno zanimiva predvsem v reaktorjih na osnovi elementa torija 232Th [16]. Taki reaktorji, poleg cele vrste drugih prednosti, imajo tudi to dobro lastnost, da bi zaloge že izrabljenega goriva iz obstoječih elektrarn ponovno uporabili brez večje predelave. Ker torijevi reaktorji zelo učinkovito reciklirajo gorivo, je radioaktivnega odpada razmeroma malo, povrhu pa to ni visoko radioaktivno in potrebuje shranjevanje za le 200-300 let, namesto več deset tisoč. To pa je tudi z varnostnega vidika precej bolj realna opcija. Obenem je torija v naravi štirikrat več kot urana, a ga je bilo do sedaj nemogoče izrabiti, pa tudi veliko drugih koristnih surovin, ki jih pogosto najdemo zraven ni bilo mogoče izkoriščati zaradi predpisov, ki omejujejo uporabo surovin kontaminiranih z radioaktivnim materialom, četudi le malenkostno.
Torijev reaktor so že uspešno preskusili v letih 1965-1969, a leta 1971 so se v ZDA odločili te reaktorje opustiti, delno iz tehnoloških razlogov, delno pa iz vojaško-političnih, ker so se raje osredotočili na uran. Z današnjo tehnologijo materialov pa bi takratne velike tehnološke težave najbrž lahko rešili, a zaenkrat ne v EU ne v ZDA ni investitorja, ki bi vložil sredstva v raziskave celotnega reaktorja, deluje pa le nekaj maloštevilnih skupin, ki razvijajo posamezne dele primerne za uporabo v torijevih reaktorjih, ter čakajo na bolj ugodne čase, ko se bodo politiki začeli zavedati nujnosti po novi generaciji reaktorjev. Do takrat pa bo potrebno zgraditi še nekaj reaktorjev podobnih današnjim.
Povprečna vrednost energije pridobljene z izgorevanjem ene tone premoga znaša okoli 6150 kWh; ena tona jedrskega goriva pa v razpadnem procesu odda okoli 2×109 kWh. To pomeni, da lahko iz ene tone jedrskega goriva pridobimo enako količino energije kot iz 325 tisoč ton premoga. Ta količina premoga bi ob izgorevanju ustvarila 1,2 milijona ton CO2. O načelni smiselnosti „razogljičenja“ in vprašljivi možnosti prehoda na povsem obnovljive vire energije smo že razpravljali drugje. A če smo se že politično odločili za tako usmeritev, se moramo vprašati, čemu naj bi se odreki zanesljivemu in varnemu viru energije kot osnovi elektroenergetskega sistema? Zgolj zaradi strahu?
Če pogledamo potrebe Slovenije po električni energiji, po uradnih statističnih podatkih smo leta 2018 porabili na prebivalca okoli 7 MWh, ali okoli 18 kWh na dan. V celoti to znaša okoli 15 TWh. Od tega so 4,8 TWh prispevale termoelektrarne, hidroelektrarne nadaljnjih 4,8 Twh, jedrska elektrarna pa 5,5 TWh. Solarni paneli so proizvedli skupno 0,255 TWh, obe vetrnici pa 0,006 TWh. Električna energija pa predstavlja le okoli 22% rabe vseh energentov v Sloveniji. Raba električne energije se sicer skozi leto močno spreminja, poleti je lahko do dvakrat manjša kot pozimi, a na letni ravni povprečna poraba sčasoma narašča. In zagotovo bo naraščala tudi v prihodnje, še posebej, če se bomo resno lotili elektrifikacije prometa. Izhajajoč iz trenutnega stanja je res težko pričakovati, da bi v naslednjih 10 letih (do 2030) zgradili kakšnih 800 vetrnic, ter postavili 20 krat več solarnih panelov, kot jih imamo sedaj, s čem bi pokrili morebitno predčasno zaprtje TEŠ6. Do leta 2050 pa bi morali ob predvideni rasti porabe elektrike te kapacitete najmanj potrojiti, ker se bo še pred tem iztekla tudi življenjska doba jedrske elektrarne Krško. A v tem primeru, če bi se zanašali zgolj na uporabo obnovljivih virov, bi imeli v elektro-distribucijskem sistemu več kot 60% nestabilnih in nezanesljivih virov energije. Nekateri vidijo rešitev v dodatnem povečanju proizvodnih kapacitet obnovljivih virov ob podpori shranjevalnikov energije, bodisi v obliki črpalnih elektrarn, bodisi baterijskih. Baterijski hranilniki so sicer zanimivi kadar gre za hitro pokrivanje krajših primanjkljajev, a za obdobja daljšega oblačnega vremena ali v brezvetrju bi jih hitro izrabili, morali bi jih imeti res velikansko število. Denimo največji sedaj delujoči baterijski hranilnik v Sloveniji (na Jesenicah) je z močjo 12,6 MW in kapaciteto 22,2 MWh zmožen pokrivati okoli 6000 gospodinjstev kakšnih 20 minut, investicija pa je stala 15 milijonov eurov [17].
Kot vse kaže, brez izgradnje vsaj še dveh večjih jedrskih elektrarn, ali štirih manjših, nikakor ne bo šlo. Toda nekateri Zeleni vztrajajo na stališču, da se je jedrski energiji potrebno popolnoma odreči, in če samo z obnovljivimi viri ne bo šlo, bo potrebno pač zmanjšati vse gospodarske in druge aktivnosti pri katerih se porabi veliko energije [18]. Kako naj bi izgledal svet v katerem tri četrtine vseh aktivnosti stoji, pa imamo prilike opazovati ravno v teh dneh, ko razsaja coronavirus. Si res želimo živeti v taki „civilizaciji“?
Če je zaskrbljenost Zelenih zaradi onesnaževanja še mogoče razumeti in tudi podpirati, pa skrajnih stališč, da je potrebno za doseganje popolnega „razogljičenja“ in „ogljične nevtralnosti“ žrtvovati vse dosežke civilizacije, preprosto ni mogoče sprejeti. Dopovedujejo nam, da so stroški izgradnje ene same jedrske elektrarne previsoki, med 8 in 12 milijard evrov (8 krat več od domnevno koruptivno napihnjenih stroškov izgradnje TEŠ6), a v isti sapi navajajo, da bomo za predvideno 40% razogljičenje do leta 2030 morali zagotoviti 28 milijard (kot predvideva NEPN [19]). Za ta denar pa ne bomo dobili skoraj nič, razen nekoliko posodobljenega elektro-omrežja, kar je itak že nujno potrebno, ter morda še nekaj vetrnih elektrarn. Ti ljudje očitno ne morejo dojeti, da razvoj ne poteka linearno, pa tudi ne eksponencialno, pač pa stopničasto: od časa do časa nekaj novega odkrijemo in začnemo uporabljati, kar privede do krajšega obdobja zelo hitre rasti, nakar se rast upočasni in ustavi, pač do novega tehnološkega preboja. A tehnološkega preboja se ne da ukazati z dekretom, potrebno je dalj časa financirati vse raziskave in potrpežljivo čakati, da razmere dozorijo in se nekomu nadarjenemu ob delu porodi ključna ideja, ki bo omogočila nadaljnji razvoj.
Znanstveniki in inženirji se zavedamo, da popolne varnosti ni, prav tako ne tehnologije, ki na noben način ne bi posegala v okolje. Je pa mogoče z dobrim načrtovanjem doseči dovolj varne in hkrati ekonomsko optimizirane rešitve in to v svoji vsakodnevni praksi tudi počnemo. Račune nam lahko prekrižajo le politične odločitve, kadar so te posledica zanemarjanja mnenj stroke zaradi dobrikanja predsodkom laične javnosti, ali popuščanja pritiskom s strani močnih interesnih skupin.
Dodatne informacije, povezave
(1) Sončeva aktivnost izmerjena posredno prek koncentracije ogljikovega izotopa 14C Spörerjev minimum
Maunderjev minimum
Daltonov minimum
(2) Renewable-Energy Subsidies and Electricity Generation
(3) Subvencije v EU in po svetu:
Renewable Energy Support Policies in Europe
Globally $329 Billion is wasted on renewables
The world is investing less in clean energy
(4) World energy consumption
(5) Cold war
(6) Greenpeace
(7) Mutual_assured_destruction
(8) Formation_during_nuclear_tests
(9) Partial_Nuclear_Test_Ban_Treaty
(10)Sinking_of_the_Rainbow_Warrior
(11)Environmental_impact_of_nuclear_power
(12)Safest-sources-of-energy
(13)Economics_of_nuclear_power_plants
(14)Radioactive_waste
(15)Jedrsko gorivo
(16)Thorium based nuclear power
(17)Na Jesenicah postavili največji baterijski hranilnik elektrike v regiji
(18)Podnebna kriza, jedrska energija in nujna preobrazba energetike
(19)Nacionalni energetski in podnebni načrt