Авария на атомной электростанции в Фукусима повергла общественность в панику и приостановила развитие отрасли. Правда, не везде. Пока в западных СМИ бушевала истерия по поводу очередной аварии, на Востоке сделали свои выводы и продолжили совершенствовать ядерные технологии. Теперь вперед вырывается Китай. Тем временем, энергокризис последних лет повысил мировой спрос на ядерное топливо растет: цены и заинтересованность впервые достигли уровня 2011 года.Чем вызван новый подъем интереса, как за прошедшее десятилетие изменились расклады и куда нас может завести ренессанс атомной энергетики?
Ядерная панорама
Спорная во всех отношениях ядерная энергетика снова набирает обороты. И это не случайно: сокращение углеродных выбросов стало одной из основных тем последнего саммита Большой двадцатки. Стоило задуматься о реакторах еще в 2015, когда утверждали Парижское соглашение. Но тогда все были еще под впечатлением от аварии на Фукусиме-1. Теперь же на 28 конференции ООН об изменении климата 22 страны подписали декларацию, согласно которой они будут увеличивать в три раза свой ядерный потенциал к 2050 году.
Энергия атома впервые стала одной из ключевых тем на Cop28. Авторы декларации наконец признали значимую роль ядерных технологий в достижении целей Парижского соглашения. Вероятно, существенно повлиял на это последний доклад ООН, который показал, что глобальные выбросы углекислого газа продолжают расти и Земля неуклонно движется к потеплению на 3°С. До недавнего времени Запад делал ставку на энергию солнца, воды и ветра, но их очевидно не хватает, чтобы удовлетворять все растущие потребности в электроэнергии. А между тем, в XXI веке ядерные технологии в Европе и США понемногу деградировали.
В Европейском союзе ядерная энергия составляет примерно 22% от всей выработки электричества — наравне с солнечной и ветряной. Притом что с 2015 года ЕС является также энергетическим союзом, ядерная политика у разных стран-участниц сильно отличается. Если Германия планомерно вывела из эксплуатации все свои реакторы, то во Франции действует 56 — больше, чем в России, например. И этой энергией французы щедро делятся со всем Евросоюзом. Однако новые атомные электростанции строятся только в двух государствах ЕС: во Франции и Словакии. И то уже стало понятно, что заложенного изначально бюджета им не хватает, и проекты затягиваются. А вот в России сейчас строят три реактора и запланировано еще 25.
США пока что остаются крупнейшим генератором ядерной энергии. На их долю приходится около 30% мирового производства. Внутри Штатов реакторы покрывают около 20% общего энергопотребления. Хотя зависимость Штатов от ядерной энергии растет, отрасль не развивается, а стагнирует. С 1977 года было построено только три новых станционных блока, а выведена из эксплуатации 41 станция. Однако о деградации тоже речи не идет. Вместо количества увеличивается мощность ядерных установок. Все они регулярно проходят техобслуживание и модернизацию. Благодаря этому удалось продлить срок службы многим реакторам. К слову, замена старых установок новыми влечет за собой серьезные издержки, поэтому оптимальное решение — поддерживать их работоспособными как можно дольше. Однако именно стремление минимизировать затраты и максимизировать прибыль привело к остановке развития сектора, потому что добыча газа считалась дешевле, проще и менее рискованной. А ядерная отрасль в это же время постоянно сталкивалась с опасениями общественности. И только в 2022 году президент Байден подписал новый закон об энергетике, который предусматривает экономическую поддержку и стимуляцию этой сферы.
Тем временем азиатские страны совершили рывок вперед. Это настоящий ядерный бум: две трети строящихся реакторов находится именно в Азии. А в планах — еще больше. Так, Китай уже почти обогнал Францию. Сейчас в эксплуатации находится 55 реакторов, и 24 находятся на этапе производства. За десятилетие с 2011 по 2021 год китайцы запустили 39 новых атомных установок. Вдобавок 44 новых электростанции уже запланировано. Одной из причин столь стремительного роста стала «угольная проблема»: загрязнение воздуха к 2010 дошло до предела, а изменение климата бьет по Поднебесной сильнее, чем по многим другим государствам. На втором месте по скорости развития в регионе — Индия. Сейчас там работает 22 реактора, строится 8 и еще 12 в планах. Разрыв заметный, но если Китай до сих пор частично зависит от иностранных ноу-хау, то Индия пошла своим путем и разработала полностью независимый топливный цикл. В отличие от большинства, индийцы сделали ставку не на уран, а на торий.
В Южной Корее деление атома закрывает почти четверть потребности в электроэнергии. У них запущено 25 реакторов, а новых будет всего три: это следствие ядерных предубеждений предыдущего президента. Зато корейцы экспортируют свои технологии и строят реакторы для других. Например, сейчас выполняют крупный заказ для Объединенных Арабских Эмиратов.
Скандально известная Япония располагает 33 работоспособными реакторами, хотя многие из них временно отключены. Сейчас там конструируется две установки и только одна запланирована. После аварии на Фукусиме осторожность японцев в этом вопросе не удивляет. Но больше половины населения все-таки поддерживает развитие ядерной отрасли. В период временного затишья Япония совершенствовала технологии переработки топлива для повторного использования на производстве. Минимализм и рациональность налицо.
Россия сейчас скорее примыкает к «азиатскому блоку»: развитие ядерных технологий продолжается, общественность смотрит на них скорее положительно, в эксплуатации находится 37 атомных энергоблоков и сооружается еще три, не считая станций малой мощности. Как и Южная Корея, РФ активно экспортирует свои технологии: прямо сейчас специалисты «Росатома» участвуют в строительстве 33 энергоблоков за рубежом. В числе партнеров — Турция, Китай, Венгрия, Индия и Бангладеш. Отличительные особенности — использование технологий замкнутого цикла, единственная в мире плавучая станция и атомные ледоколы, а также реакторы на быстрых нейтронах.
Достоинства мирного атома
Несмотря на катастрофические последствия аварий, ядерная энергия все же оказалась неизбежным выходом из климатического кризиса. Мало того, что уголь и газ загрязняют окружающую среду, так они еще и не слишком выгодны: для бесперебойной работы ТЭЦ нужно 3 миллиона тонн угля или 3 миллиарда кубометров газа в год, в то время как АЭС обходится всего 30 тоннами ядерного топлива. Масштабы добычи и расхода ресурсов несопоставимы. Конечно, ядерное топливо требует более сложной обработки, но снижение нагрузки на природную среду стоит того.
Отдельная тема — безопасность. Мало кто об этом задумывается, но смертность от сжигания ископаемого топлива стабильно высока: от загрязнения атмосферы парниковыми газами ежегодно гибнет около 7 миллионов человек. А вот аварии на АЭС случаются не так часто, и число жертв за все эти годы исчисляется сотнями тысяч, но никак не миллионами.
У ветряков и солнечных батарей реакторы тоже выигрывают. Во-первых, они компактнее: территория АЭС обычно занимает 2—3 км². Для выработки электричества такой же мощности потребуется целое поле ветрогенераторов или солнечных панелей площадью в несколько сотен км². Более того, энергия солнца и ветра непостоянна, а в некоторых регионах света и ветра в принципе не достаточно для бесперебойной работы электросетей. Атомные станции куда надежнее: ядерное топливо распадается вне зависимости от климатической зоны и погодных условий.
По оценкам эколога Майкла Шелленбергера, с 1985 по 2013 год чистой энергии из возобновляемых источников стало намного больше, но на фоне стремительного развития топливной индустрии ее доля в общем объеме за эти годы даже упала. Отчасти к этому привело сокращение ядерной энергетики: с 2006 по 2014 год ее доля в общем производстве электроэнергии уменьшилась с 17% до 10%.
Статический обзор мировой энергетики последнего года, однако, показывает изменение тенденций. Цены на энергоносители взлетели, а доля солнца и ветра рекордно возросла. Суммарно мощности возобновляемых источников энергии даже превысили атомную. Но энергия, полученная сжиганием топлива, все равно доминирует. А общие энергетические запросы населения Земли растут на глазах.
Скупость и предубеждение
Если у ядерной энергии столько несомненных преимуществ, почему отрасль находится в упадке и уступает даже непостоянным ветровым и солнечным генераторам?
Есть на то рациональные причины. Модернизировать старое оборудование дорого и трудоемко. Строить новое — тоже. Тем более, что стандарты безопасности с каждым десятилетием ужесточаются. Риски в этой отрасли высоки, поэтому экономить нельзя ни на чем: ни на технологиях, ни на специалистах, ни на оборудовании. Ядерная энергетика всегда требует государственного регулирования — а значит, и государственных инвестиций. В итоге для многих стран проще и выгоднее казалось не вкладываться в дорогостоящие разработки, а развивать добычу ресурсов — или сотрудничать с добывающими компаниями.
Но одна из ключевых проблем — плохая репутация ядерной энергетики. Людей пугают страшные истории об авариях и утечках радиации, которые абсолютно непредсказуемы. В XX веке власти часто скрывали информацию об утечках — и люди получали облучение, не подозревая об этом. Невидимый, но страшный вред здоровью, долговременное загрязнение территории и смутные ассоциации с ядерным оружием уронили на атомные электростанции черную тень. Самое парадоксальное, что население бывшего СССР в среднем приветствует АЭС, несмотря на то, что именно в Советском союзе произошло несколько крупнейших трагедий. А на Фукусиме-1, по данным ВОЗ, серьезно физически пострадали только работники станции. Остальное население, скорее, столкнулось с последствиями стресса и паники, а также спешно организованной эвакуации. Более того, на начало 2023 года подтверждено только 9 случаев заболевания раком вследствие аварии. Куда чаще у жителей префектуры Фукусима развивается рак от других причин.
Помимо аварии и масштабного загрязнения общественность опасается радиоактивных отходов самих по себе. И не зря. Всем известно, как человечество обращается с отходами: достаточно взглянуть на снимки мусорных орбит Земли и мусорного пятна в океане. Как известно, до 1993 года радиоактивные отходы еще можно было сбрасывать в океан, а низкоактивную тритиевую воду сливают до сих пор — и не только японцы. Правда, сильно разбавленную и отфильтрованную: других вредных примесей там остаться не должно. А в целом с радиоактивными отходами действительно стали обращаться осторожнее.
Радиоактивные отходы принято делить на 6 категорий: от самых низкоактивных до самых высокоактивных. Отработавшее ядерное топливо в некоторых государствах перерабатывают, чтобы использовать повторно, пока оно не станет менее активным и не потеряет энергетическую ценность. К сожалению, за время упадка ядерной отрасли перерабатывающие предприятия закрылись во многих странах, и теперь такие заводы можно пересчитать по пальцам. Занимаются переработкой отработавшего топлива те, кто продолжает или начинает активно пользоваться реакторами: Россия, Франция, Китай, Индия и Пакистан.
Низко- и среднеактивные отходы сначала фрагментируют: сжигают, фильтруют из воды, прессуют — а затем заливают цементом, надежно изолируют в специальных контейнерах и отправляют храниться на специальные полигоны и в подземные хранилища. Долгое время в России функционировали только временные хранилища, но срок эксплуатации многих из этих объектов уже подходит к концу. Поэтому в 2016 году на Урале открылось первое место финального захоронения отходов 3–4 класса, а в 2022 его существенно доработали, расширили и начали принимать уже «вторую очередь» РАО. После окончательной изоляции такие полигоны засыпают землей, и в итоге радиационный фон вокруг них не превышает естественного уровня. Другие подобные хранилища сейчас строятся в Челябинской и Томской областях.
Высокоактивные отходы продолжают излучать радиацию и воздействовать на живые организмы. Некоторые виды радиации вызывают разрушение или мутации клеток организма: развивается так называемая лучевая болезнь или возникают раковые опухоли. При остром радиационном отравлении все системы организма постепенно выходят из строя. Длительное воздействие высоких доз радиации также опасно, поскольку радиоактивные изотопы накапливаются в организме. Поэтому сотрудники радиационных предприятий носят защитную униформу, проходят регулярные обследования и профилактику. Но если загрязнена окружающая среда, радиационное отравление можно поначалу и не заметить, а значит, упустить момент, когда нужно начинать лечение.
Ядерные аварии и утечки приводят к радиоактивному загрязнению: высокоактивные изотопы быстро распространяются в воде, воздухе и почве, а затем попадают внутрь живых организмов и переходят по пищевой цепочке. Из-за этого происходят массовые мутации или даже гибель популяций. Но радиация распространяется не только из-за техногенных бедствий: опасные излучающие элементы выделяются при сжигании угля и курении табака — только об этом менее известно широкой общественности. Не прошедшие проверку полифосфатные удобрения, которыми обогащают почву, например, при выращивании табака, могут содержать уран. Бум заболеваемости раком в таком случае не вызывает удивления. Впрочем, многие считают радиоактивную опасность угольного и табачного дыма спорной и утверждают, что излучение ненамного превышает природный фон. Правда, радиоактивные нуклиды накапливаются в организме, при этом угольный дым окружает горожан постоянно, а интенсивность выбросов весьма велика. Канцерогенность дыма уже давно доказана, чем бы она ни была вызвана.
К счастью, высокоактивных отходов остается не так много: они составляют лишь 10% от общей массы. Их поначалу долго охлаждают в бассейнах или специальных бочках, так как они продолжают выделять тепло. Затем надежно изолируют во временных хранилищах, пока не истечет период полураспада. Проблема в том, что у некоторых изотопов полураспад занимает сотни и тысячи лет — и надежные хранилища на такой длительный срок только разрабатывают и вводят в эксплуатацию. Первое в мире хранилище ядерных отходов высокого уровня вот-вот откроется в Финляндии: оно расположено в толще скальных пород на 420 метров ниже уровня моря. Технология разработана в Швеции.
А в России сейчас как раз готовят почву для финального захоронения отходов 1 и 2 уровня. В Красноярском крае скоро откроется подземная исследовательская лаборатория, которая будет исследовать потенциальную площадку на долговременную безопасность хранения. По плану, вердикт будет вынесен к 2030 году, и если место подойдет для запечатывания на 100 тысяч лет, там появится первое в РФ глубокое подземное хранилище.
Возвращение на пьедестал
И все же ситуация кардинально поменялась: климатический кризис припер всех к стенке, и атомная генерация вновь стала казаться надежным решением. В том, что дело не ограничивается лишь декларациями, сомнений нет.
Во-первых, строить реакторы стало модно. Финляндия в апреле запустила крупнейший в Европе реактор — это ее первая ядерная новинка за 40 лет. В США возобновили строительство новых станций после тридцатилетнего перерыва, а Турция и Египет как раз решили обзавестись АЭС. Китай же вводит в эксплуатацию от 6 до 8 энергоблоков каждый год. Особенно он отличается развитием новых технологий: от малых ядерных установок до реакторов на быстрых нейтронах. Китайские быстрые реакторы способны перерабатывать обедненный уран, что позволяет повторно использовать топливо. А совсем недавно у них вышел в эксплуатацию первый в мире ядерный реактор четвертого поколения. Он охлаждается с помощью гелия, а не воды — а значит, ему не обязательно располагаться на берегу водоема и не нужно будет сбрасывать загрязненную воду. Такой реактор называется высокотемпературным, и его мощность значительно выше: он генерирует в 100–300 раз больше энергии из такого же количества топлива. А также способен вырабатывать и тепло, и электроэнергию, и водород: то есть позволяет экологично производить водородное топливо. Конструкция новой энергостанции считается более безопасной, потому что в случае аварии ее активная зона не расплавится.
Во-вторых, цены на урановое топливо впервые за 12 лет превысили уровень 2011 года — до аварии на Фукусиме-1. Всемирная ядерная ассоциация прогнозирует увеличение ядерных мощностей почти на 80% и увеличение спроса на уран вдвое к 2040 году. Финансовые аналитики прогнозируют, что в ближайшие годы цены поднимутся еще в 2,5 раза.
Прямо сейчас спрос уже превышает предложение, и отчасти это связано с тем, что некоторые поставщики ставили добычу на паузу: например, канадская горнодобывающая компания Cameco вообще приостановила добычу на крупном руднике в 2018 году. Впрочем, крупнейшим поставщиком сырья на рынке является Казахстан: тут добывают 43% уранового концентрата. А половину обогащенного урана производят в России. И от российских поставок зависят в том числе США с Европой. Но по геополитическим причинам их эта ситуация не устраивает. Поэтому европейские компании по производству топлива активно наращивают мощности, и их крупнейший инвестор — США. Это означает, что ядерная энергетика вновь становится инструментом дипломатии и политического давления.
Однако многие азиатские — и не только — партнеры от сотрудничества с Россией не отказываются, поэтому у национальной экономики есть шанс «встать на зеленые рельсы». То есть по крайней мере частично переориентироваться с продажи ископаемого сырья на экспорт обогащенного урана и технологии переработки ядерных отходов. Также перспективно проектирование и строительство АЭС на заказ: специалисты Росатома уже востребованы за рубежом. Кроме того, наукоемкое производство создает условия для более устойчивой экономики, в отличие от торговли необработанным сырьем. И к тому же стимулирует технологическое развитие страны.
Автор: Екатерина Доильницына