V želji po zmanjšanju izpustov toplogrednih plinov se vse več držav usmerja v zelene vire energije. K temu spodbuja tudi pariški sporazum, s katerim so se države zavezale k omejitvi globalnega segrevanja na 1,5 stopinje Celzija glede na predindustrijsko dobo. Po ocenah Združenih narodov bi morali za dosego tega cilja svoje izpuste toplogrednih plinov do leta 2050 znižati na mejo ničelnih izpustov. To pomeni, da bi morali izpuste korenito zmanjšati in v svetovnem merilu izpustiti le toliko ogljikovega dioksida, kolikor se ga lahko absorbira v naravo.

Ena največjih ovir na poti do neto ničle je prestrukturiranje energetike, ki je vir treh četrtin toplogrednih izpustov. Danes iz fosilnih goriv proizvedemo približno tri četrtine energije, preostalo četrtino pa sestavljajo nizkoogljični viri. Med te sodijo: hidro, jedrska, sončna in vetrna energija. Pogosto se nizkoogljični viri delijo še na obnovljive – hidro, sončno, vetrno, ter na neobnovljive – jedrsko in geotermalno energijo, ki jo glede obnovljivosti lahko različno interpretiramo.

V okviru direktive Evropske unije o obnovljivih virih energije so se države članice marca letos zavezale, da bodo do leta 2030 obnovljivi viri v Evropi predstavljali 42,5-odstotni delež proizvedene energije. Lani je ta delež znašal 22 odstotkov. Francija in druge države z znatnim deležem jedrske energije so prvotni dogovor, da bi bil delež obnovljivih virov 45-odstoten, blokirale. Zdajšnji dogovor pravi, da morajo obnovljivi viri doseči vsaj 29 odstotkov proizvedene energije, ali pa morajo članice znižati količino izpuščenih toplogrednih plinov za 14,5 odstotka.

Prisluhnimo, kako se razlikujeta energetski usmeritvi Nemčije in Francije. Prva ima visok delež energije, 52 odstotkov v prvi polovici letošnjega leta, proizvedene iz obnovljivih virov. Na drugi strani je Francija lani 63 odstotkov energije pridobila z jedrskimi elektrarnami. Toda ker Nemčija velik delež energije pridobi iz obnovljivih virov, ki so odvisni od vremena, je treba to dopolnjevati z drugimi viri, najpogosteje s fosilnimi gorivi. Povprečna količina izpuščenega ogljikovega dioksida v Nemčiji je tako 366 gramov na kilovatno uro proizvedene elektrike. Na drugi strani Francija, ki večino svoje energije proizvede z jedrskimi elektrarnami, v povprečju izpusti 57 gramov ogljikovega dioksida na proizvedeno kilovatno uro. Velik delež obnovljivih virov torej še ne pomeni nujno nizkih izpustov, če se jih kombinira s fosilnimi gorivi.

Je spodbujanje zgolj obnovljivih in ne vseh nizkoogljičnih virov energije smiselno? Odgovor ni preprost, izkoriščanje obnovljivih virov je dober korak na poti do ogljične nevtralnosti, a ima tudi svoje težave. Denimo obnovljiva vira sonca in vetra namreč nista v celoti napovedljiva, saj sta odvisna od vremena, prav tako pa nista razpoložljiva ves dan. Zato se lahko zgodi, da je proizvedene elektrike manj, kot je omrežje potrebuje. V tem primeru je treba elektriko dobiti iz drugih virov, bodisi drugih elektrarn bodisi hranilnikov energije. Tu imamo z drugimi elektrarnami v mislih predvsem plinske in premogovne elektrarne, ki so fleksibilne v smislu, da se lahko hitro vključijo in prilagajajo potrebam v omrežju. Od jedrske se razlikujejo predvsem v tem, da se njihova moč lahko spreminja mnogo hitreje.

////

Za implementacijo obnovljivih virov v velikem obsegu bomo potrebovali tudi hranilnike elektrike. To nam bo omogočilo, da v času največje proizvodnje shranimo energijo in jo porabimo kasneje, ko je proizvodnja prenizka. Energijo lahko shranjujemo v baterijah, akumulacíjskih jezerih ali pa z naprednimi tehnologijami, kot je hranilnik na stisnjen zrak. Cena takšnih sistemov v večjih obsegih, na primer v večjih mestih, je zaenkrat previsoka, da bi jih lahko uporabljali. Leta 2021 je bila povprečna cena baterij za eno kilovatno uro shranjene energije 112 evrov, medtem ko je bila cena kilovatne ure elektrike v Sloveniji tedaj 17 centov.

Poleg tega omrežju ne moremo vedno zagotoviti dovolj energije. Lahko se namreč zgodi, da pride obdobje več hladnih, oblačnih in brezvetrnih dni, ko bi obnovljivi viri proizvedli premalo energije za naše potrebe. Za časovno obdobje nekaj ur ali morda enega dneva lahko porabo pokrijejo hranilniki, toda če takšno obdobje traja več dni, bi hranilnike popolnoma izpraznili. Med hranilniki energije najdemo več zanimivih rešitev, od litij-ionskih baterij do hranilnikov na stisnjen zrak, prav tako pa bi se lahko presežna energija uporabila za sintezo tako imenovanega tržnega vodika oziroma merchant hydrogen. Ta vodik se lahko uporablja kot nizkoogljično gorivo, saj ob njegovem izgorevanju ne nastaja ogljikov dioksid, ampak vodna para. Interes zanj obstaja predvsem v industriji, saj bi se z njim lahko nadomestilo fosilna goriva v težki industriji in prevozu na dolge razdalje – v panogah, v katerih je elektrifikacija težavna.

Je tu priložnost za jedrsko energijo, nizkoogljični vir, da pokaže svojo kvaliteto? Je dobra alternativa elektrarnam na fosilna goriva, ki se uporabljajo za pokrivanje primanjkljajev elektrike v omrežju. Jedrske elektrarne so namreč stabilne, hkrati pa njihovo moč lahko reguliramo. Nuklearke sicer niso tako fleksibilne kot plinske ali premogovne elektrarne, ki jih lahko prižgemo v časovnem razponu nekaj minut ali ur, saj za zagon potrebujejo približno en dan. Lahko pa se prilagajajo osnovni porabi omrežja oziroma base loadu.

Osnovna poraba predstavlja najnižjo porabo elektrike v omrežju kadarkoli v dnevu in je minimum elektrike, ki jo moramo omrežju zagotavljati. Za to so jedrske elektrarne priročne, saj se porabam omrežja lahko počasi prilagajajo, njihovo gorivo pa je glede na količino proizvedene elektrike poceni. Tako lahko pokrijejo osnovne potrebe omrežja za nizko ceno, ob tem pa so še zanesljive.

Z zanesljivostjo imamo v mislih predvsem to, da se elektrarna obnaša napovedljivo, torej da lahko zanesljivo napovemo, koliko elektrike bo proizvedla. Jedrske, premogovne, plinske in podobne elektrarne so stabilne, ker se obnašajo predvidljivo. Viri, kot sta sončna in vetrna energija, pa so bolj muhasti. Ker so odvisni od vremena, njihova proizvodnja elektrike nenadzorovano niha, česar si v električnih omrežjih ne želimo.

Ker je trenuten delež obnovljivih virov v omrežju relativno majhen, približno dvajset odstotkov v Evropski uniji, ta nihanja proizvodnje nimajo dramatičnega vpliva na omrežje. Toda s politiko, ki močno spodbuja razvoj obnovljivih virov, priključevanje vse več novih obnovljivih virov v omrežje povzroči razne težave. Nizozemska se je lani na primer soočala s problemom uravnavanja proizvodnje in porabe v svojem omrežju, saj so z novopriključenimi obnovljivimi viri prekoračili administrativne kapacitete. Prav tako lahko, če v električnem omrežju ni dovolj elektrike, frekvenca omrežja prične padati, kar vodi v kolaps omrežja, za ponovno vzpostavitev katerega potrebujemo več dni. To lahko preprečimo z začasnim odklapljanjem porabnikov oziroma redukcijami elektrike.

Zaradi težnje Evropske unije po elektrifikaciji osebnega prometa in ogrevanja s toplotnimi črpalkami lahko v Evropi v prihodnjih letih pričakujemo naraščajočo porabo elektrike. Po podatkih Energy Brainpool se v Evropski uniji pričakuje zvišanje električne porabe za 65 odstotkov. Večja poraba in večji delež obnovljivih virov pomenita večjo nestabilnost električnega omrežja oziroma več nenačrtovanih odklopov elektrike. Če si ne želimo prihodnosti, v kateri bi nas obnovljivi viri pripeljali v redne izpade elektrike, potrebujemo stabilnejše vire elektrike, kot nizkoogljične rešitve so to lahko hranilniki elektrike ali jedrske elektrarne.

Kljub prej omenjenim prednostim jedrske energije se jo je v EU in Združenih državah Amerike v zadnjih desetletjih zanemarjalo. V sedemdesetih letih se je v ZDA in nekaterih evropskih državah zaradi podražitve nafte začela množična gradnja reaktorjev, ki še danes predstavljajo večino kapacitet. Politika se je kasneje usmerila v omejevanje gradnje in sčasoma zapiranje jedrskih elektrarn. Prav tako obstajajo zadržki zaradi jedrskih odpadkov, saj je njihovo shranjevanje oziroma odlaganje težavno. To deloma prispeva k temu, da jedrska energija v Evropi stagnira že skoraj štirideset let. To ni poglavitni razlog, velika prepreka v gradnji jedrskih elektrarn je cena, novozgrajeni Olkiluoto 3 je Finsko stal enajst milijard evrov, kar je nekajkrat več kot cena premogovne elektrarne s podobno močjo. V zadnjih dvajsetih letih je bila tako zgrajena le peščica novih reaktorjev. Trenutno jedrska energija predstavlja 22 odstotkov prozvedene energije v Evropski uniji, jedrske elektrarne najdemo v dvanajstih od sedemindvajsetih držav članic.

Problem jedrske energije bo v bližnji prihodnosti predvsem staranje reaktorjev. Povprečna starost reaktorjev v EU je trenutno 38 let, kar je blizu predvideni življenjski dobi reaktorjev 40 let. Reaktor po štiridesetih letih temeljito pregledajo in elektrarno po potrebi nadgradijo s sodobnejšo opremo in senzorji, s čimer lahko življenjsko dobo podaljšajo za nekaj deset let. Po tem je treba reaktor izklopiti, saj se z obratovanjem poškoduje reaktorska posoda. Ta je edina komponenta reaktorja, ki je ne moremo zamenjati ali v celoti popraviti, zato življenjska doba posode določa življenjsko dobo reaktorja. Posoda namreč preprečuje, da bi voda, ki je v neposrednem stiku s sredico reaktorja, prešla v okolje, prav tako pa deluje kot ščit pred nekaterimi vrstami sevanja. Reaktorske posode ne moremo zamenjati, saj je ponavadi vlita v beton oziroma del same strukture jedrske elektrarne.

////

Mednarodna energetska zveza meni, da bo vloga jedrske energije predvsem podpora obnovljivim virom kot nizkoogljičen vir energije, ki ga lahko po potrebi vključujemo in uporabimo za pokrivanje primanjkljajev energije v omrežju. V načrtih za jedrsko energijo v prihodnosti pogosto srečamo predloge za napredne tehnologije, kot so modularni reaktorji in reaktorji na stopljeno sol. Tipična jedrska energija, kot jo poznamo sedaj, torej veliki močni reaktorji z uranovimi gorivnimi palicami, namreč ne ustreza vsem predvidenim potrebam, saj so ti reaktorji predragi, hkrati pa se ne morejo hitro odzvati na potrebe električnega omrežja. Za potrebe hitrega odzivanja so zanimivi manjši reaktorji, ki imajo v teoriji boljše odzivne čase, saj je odzivni čas reaktorjev približno obratno sorazmeren z njihovo velikostjo.

Evropska komisija navaja majhne modularne reaktorje kot napredne tehnologije, ki bodo znatno pripomogle na poti do ogljične nevtralnosti. Takšni reaktorji so zanimivi predvsem zato, ker bi jih lahko izdelali v tovarni, nato pa transportirali in namestili na lokaciji elektrarne. Tovarniška produkcija reaktorjev pomeni cenejše reaktorje in hitrejšo izdelavo. Njihova modularnost in majhnost nastopata z roko v roki, saj omogočata, da v elektrarnah po potrebi dodajamo nove reaktorje in s tem povečamo moč elektrarne.

Majhnost modularnih reaktorjev pomeni tudi, da jih lahko uporabljamo v odročnejših krajih, kjer je potreba po energiji manjša. Prav tako so ti reaktorji zaradi svoje majhnosti in industrijske proizvodnje znatno cenejši od večjih reaktorjev, zato je investicija v tak reaktor bolj obvladljiva.

Razlogov za visoko ceno jedrskih elektrarn je več. Čeprav so te na dolgi rok cenejše od obnovljivih virov, je njihova začetna cena krepko višja. Po trendih cen fotovoltaičnih panelov med letoma 2019 in 2021 bi sončna elektrarna z enako močjo kot novozgrajeni Olkiluoto 3, 1600 megavatov, stala med 800 milijoni in 1,6 milijarde evrov. Je približno desetkrat cenejša od jedrske, a pri tem ne smemo pozabiti, da to ni povprečna moč sončne elektrarne, temveč maksimalna moč. Skorajda vsaka novejša elektrarna je zgrajena po meri, tudi njihovi reaktorji so unikatni. Že izdelava teh delov vzame več časa in je mnogo dražja kot izdelava serijsko izdelanih delov iz tovarne. Dolgoročno je dražje tudi vzdrževanje takšnih reaktorjev, saj morajo biti vsi nadomestni deli narejeni po meri.

Najnovejša jedrska elektrarna v Evropi, finska Olkiluoto 3, katere gradnja se je začela leta 2005, je bila predvidena za odprtje leta 2009. Elektrarna je začela delovati maja letos. To je zgolj ena izmed mnogih novejših elektrarn, ki je prekoračila pričakovan čas izgradnje in predvidene stroške. Začne se že pri dizajnu reaktorja. Mnogo novih evropskih reaktorjev je prvih svoje vrste, torej predstavljajo prvo implementacijo določenega modela reaktorja. Zaradi zahtev po varnosti se na teh reaktorjih opravi več testov, da se preveri varnostne mehanizme novega modela reaktorja in analizira ter odpravi morebitne opažene nevarnosti ali napake. To lahko zamakne odprtje elektrarne za leto ali celo nekaj let, potreba po dodatnem delu pa zviša ceno projekta. Če gre za nov tip reaktorja, je tudi usposabljanje osebja zahtevnejše. Konstrukcija najnovejšega francoskega reaktorja Flamanville 3 je na primer trajala več mesecev, ker so morali varilce naučiti nove tehnike varjenja posebnih spojev za reaktor.

Ko se jedrska elektrarna zažene in se priključi v omrežje, je njeno delovanje relativno poceni. Gorivo, ki ga uporablja večina jedrskih reaktorjev, je bolj ali manj obogaten uran. Energijo te elektrarne pridobivajo iz cepitve jeder, kar sprosti velike količine energije v obliki toplote, neprimerljivo več, kot se je sprosti ob kemijskih reakcijah, denimo izgorevanju premoga. Zato iz kilograma urana pridobimo približno dvajsettisočkrat več energije kot iz kilograma premoga. Čeprav rudarjenje in predelava uranove rude nista poceni, je jedrska energija kljub temu najcenejša.

Seveda tu ne gre pozabiti, da je treba porabljeno gorivo skladiščiti. Gorivo v reaktorju postane močno radioaktivno, zato je treba z izrabljenim gorivom ravnati pazljivo. Ko v reaktorju zamenjajo gorivo, ga premestijo v bazen za izrabljeno gorivo, ki se nahaja znotraj jedrske elektrarne. Tam se gorivo hladi, v smislu da najbolj aktivni izotopi v gorivu razpadejo, zaradi česar se njegova radioaktivnost zmanjša. Od tu naj bi gorivo šlo v objekt za dolgoročno skladiščenje, kjer se proces zatakne. Takšni objekti še ne obstajajo, ampak so v raznih fazah načrtovanja in izgradnje v več državah. Še najbliže temu je Finska, ki je v bližini že prej omenjene nuklearke Olkiluoto 3 naredila podzemno skladišče za izrabljeno jedrsko gorivo. Bilo je izvrtano v živo skalo 500 metrov pod površjem, z odlaganjem jedrskega goriva pa naj bi začeli že letos. Namen odlagališča je predvsem testiranje tehnologije odlaganja in hramba izrabljenega goriva iz vseh petih finskih nukleark.

Dolgoročno skladiščenje izrabljenega jedrskega goriva je težavno, saj bo takšno gorivo močno radioaktivno vsaj še naslednjih nekaj sto do tisoč let. Odlagališče mora biti zato dovolj odmaknjeno, da ne predstavlja nobene nevarnosti kontaminacije okolice z radioaktivnim materialom, hkrati pa mora zagotavljati zaščito pred sevanjem. Tudi to zviša stroške jedrske energije.

Visoki stroški in dolgi konstrukcijski časi jedrskih elektrarn v Evropi pa niso indikativni za situacijo po celem svetu. Države, ki uporabljajo že dokazane dizajne, torej modele reaktorjev, ki so že preizkušeni, lahko jedrsko elektrarno postavijo znatno hitreje, kot se gradijo novi, še nepreizkušeni dizajni. Svetovno je povprečen čas gradnje reaktorja osem let. Najhitreje zgrajene reaktorje najdemo na Kitajskem, kjer so nekatere svoje reaktorje zgradili v le štirih letih. Razlogov za to je več; energetski sektor je strateško planiran in si lahko privošči masovno gradnjo reaktorjev. Poleg tega pa so gradili večinoma že dokazan model reaktorjev in manj novih, nepreizkušenih reaktorjev. Sicer je delež jedrske energije v kitajskem omrežju trenutno le petodstoten, toda ta delež hitro raste, država pa namerava ta delež do leta 2030 zvišati na deset odstotkov.

Če bi v Evropski uniji začeli spodbujati jedrsko energijo, kot se spodbuja obnovljive vire, bi konstrukcijski časi in stroški lahko padli. Evropske države že razvijajo in gradijo nove, varnejše reaktorje, kot je že omenjeni Flamanville 3 v Franciji, tipa EPR. Hitrejše konstrukcijske čase in nižje stroške bi lahko dosegli tudi s standardizacijo reaktorjev. Prednost masovne uporabe enega dizajna reaktorja je, da je mogoče reaktor izpopolniti, tako v smislu produkcije elektrike kot varnostnih mehanizmov. Če je večina obratujočih reaktorjev enakih, je mogoča industrijska proizvodnja delov reaktorja, kar poceni in pospeši konstrukcijo ter pomeni, da so rezervni deli hitro dobavljivi, kar močno pospeši popravila.

Če želimo uporabljati jedrsko energijo kot zanesljiv vir energije, ki nam pomaga doseči cilj ogljične nevtralnosti, bi morali v bližnji prihodnosti pričeti z gradnjo novih reaktorjev. Dolgi konstrukcijski časi pomenijo, da bomo reaktor, ki ga začnemo načrtovati danes, lahko priključili v omrežje najprej šele čez deset ali petnajst let. Prav tako ne smemo pozabiti, da za gradnjo in upravljanje reaktorjev potrebujemo izobražen kader. Tako Evropa kot Združene države pa se soočajo ravno s pomanjkanjem kadra.

Jedrska energija je dobro poznana, prav tako je tehnologija že zrela za uporabo, saj imamo z njo osemdeset let izkušenj. Je zanesljiv nizkoogljični vir energije, ki je z vsako novo generacijo reaktorjev varnejši in učinkovitejši. Pomaga nam lahko na poti do ogljične nevtralnosti z obnovljivimi viri, saj zagotavlja, da je električno omrežje stabilno. S tem bi lahko nadomestili močne onesnaževalce, kot sta premog in nafta. To nam omogoča, da sčasoma razvijemo in implementiramo učinkovite hranilnike energije, kar bi potencialno omogočilo stoodstotno oskrbo z obnovljivimi viri. Toda če jo hočemo uporabljati v bližnji prihodnosti, moramo z gradnjo pričeti sedaj, z izbiro standardnega dizajna reaktorja, ki bi ga nato lahko hitro in poceni postavili v več državah.
 

Oddaja je podprta s sredstvi Programa ACF v Sloveniji 2014–2021.