Китай инвестира в US идея за реактор с разтопена сол с енергия за хилядолетия

заквасеното тесто спира да втасва, когато се натрупа прекалено много СО2 – отпадъчният продукт от реакцията в крайна сметка задушава самата реакция.

При РРС няма такъв проблем, защото в течната горивна система отпадъчните продукти от деленето могат да бъдат химически отстранени от течащата течна сол, докато реакторът продължава да работи, и по този начин да бъдат екстрахирани 99% от горивната енергия, вместо да бъдат загубени 97-99% от нея. Това представлява 30-50 пъти подобрение на горивната ефективност!

Това означава, че и нашият проблем с ядрените отпадъци е разрешен в голяма степен. Първо, имаме 30-50 пъти по-малко отпадък, защото извличаме 30-50 пъти повече енергия от горивото – проста математика. Второ, малкото отпадък, който остава, е много по-малко мръсен: за разлика от отпадъка на конвенционалния атомен реактор, който остава опасно радиоактивен за десетки хиляди години (по-дълго от проследимата човешка история), отпадъкът от РРС има нужда от безопасно депозиране за период от само 300-500 години. Пак е много, но изграждането на складови съоръжения, които издържат няколкостотин години, е сравнително скучно инженерно предизвикателство – знаем как се прави това, докато продължаваме да не знаем как да изградим нещо, предназначено да остане безопасно през следващите 100 000 или 200 000 години.

Последната критична точка е, че за разлика от конвенционалните реактори, РРС нямат нужда да бъдат изградени в близост до големи водни източници, те могат да бъдат изградени практически навсякъде. Всъщност китайският реактор „TMSR-LF 1“, който е реактор с разтопена сол – проектът, чийто пробив в момента обсъждаме – е разположен в областта Минцин, провинция Гансу, един от най-безводните райони на Китай, на самия ръб на пустинята Гоби (вж. скрийншота долу, а картата можете да проверите и сами тук).

Скрийншот на електроцентралата в област Минцин, провинция Гансу, един от най-безводните райони на Китай

Чакайте, чувам ви. „Мислех, че РРС също се нуждаят от вода, за да я загреят до пара, която да завърти турбините и да произведе електричество?“ Ами, не е задължително. Помните ли, в скоби написах „или друг газ, както ще видим по-късно“? Говорим за този случай. Настоящият реактор в сегашния си вид е демонстрационен проект, който изпитва горивния цикъл на тория, без да генерира електричество (затова и няма турбина), но Китай вече започна да изгражда действителна електроцентрала на същото място: 60-мегаватов реактор, който ще произвежда 10 MW електричество при използване на свръхразлични турбини с въглероден диоксид, вместо традиционната пара. СО2 остава в затворен цикъл под налягане – горещата разтопена сол го загрява, той завърта турбината, околният въздух го охлажда и цикълът се повтаря. Няма нужда от вода в нито една част от системата.

Това конкретно означава, че РРС могат да бъдат използвани в бедните на вода западни провинции на Китай (като Гансу в този случай), в пустините на Централна Азия по маршрута на Пояс и Път или дори – позволете ми да ви отвея главите тук – на луната (да, наистина)! Навсякъде, където стратегическата нужда диктува, независимо от наличностите на вода.

Добре, признавам, че бях твърде техничен. Но трябва да разберем какво действително прави РРС и защо това е революционно – иначе тази статия не би имала особен смисъл.

Едно нещо, което обаче не обясних, е съдбата на програмата Оук Ридж: защо Америка изобрети толкова обещаваща технология, проведе успешни демонстрации, а след това закри програмата и изнесе всички изследвания публично? Това е голямата ирония: програмата на Китай за РРС – която може да бъде ключова за бъдещето на страната – е изградена върху разсекретени американски планове.

Програмата Оук Ридж

Ето кое прави тази история толкова „зашлевяваща“, ако я погледнем от американска гледна точка, особено ако РРС удържат обещанието си и наистина се превърнат в значим фактор за китайското бъдеще: Америка не просто разви теория за Реактор с разтопена сол, а наистина изгради такъв!

В Оук Ридж през 60-те години директорът Алвин Уайнбърг наистина вярваше, че РРС са бъдещето на ядрената енергия. Той убеди Комисията за ядрена енергия да финансира истински тестове. Експериментът с реактора с разтопенa сол (MSRE) е проведен от 1965 до 1969 г. – четири години, включващи повече от 13 000 часа действие. Те доказват, че идеята работи. Горивната система с разтопена сол е стабилна. Пасивните системи за безопасност функционират точно както са проектирани (обяснени бяха по-горе с аналогията за лагерния огън върху леда).

Те никога не демонстрират пълния цикъл на размножаване – превръщането на торий в уран-233 в работещ реактор – но доказват достатъчно, за да е ясно, че пътят напред е чист. Уайнбърг продължава да настоява. Той има резултатите. Има оперативния опит. Има технологията, която може да разреши най-големите проблеми на ядрената енергия. И тогава идват политиците.

Към началото на 1970-те администрацията на Никсън вече е решила, че бъдещето принадлежи на Бързия размножителен реактор с течен метал – конкурентна технология за размножаване на гориво. Човекът, натоварен със задачата да приведе тази технология в действие, е Милтън Шоу, който ръководи Отдела за реакторите към Комисията за атомна енергия. Шоу е протеже на адмирал Риковър – легендарния и строг баща на атомната флота. Той усвоява ръководния стил на своя ментор изцяло: ще стане по моя начин, без дискусии, ако не си с мен, си против мен.

Уайнбърг продължава да настоява за реакторите с разтопена сол. Нещо повече, той продължава публично да изтъква проблемите с безопасността на конвенционалните реактори, които се изграждат къде ли не – подобен род посочване на истината изнервя бюрократите. Той става неудобен.

По думите на самия Уайнбърг: „Беше ясно, че [Шоу] няма голямо доверие както на мен, така и на Националната лаборатория в Оук Ридж. Ние все пак настоявахме за разтопената сол, а не за течния метал.“

През 1973 г. е уволнен. Към този момент реакторът с разтопена сол е вече мъртъв – Шоу е наложил спирането му през 1969 година.

Екипът на Шоу изготвя доклад (WASH-1222), според който реакторът с разтопена сол изисква „твърде много разработване“, като същевременно провъзгласява реактора с течен метал за „зряла технология“, която Америка трябва да внедри. Няма значение, че РРС в действителност е работил в продължение на няколко години, докато реакторът с течен метал е все още на чертожната дъска. Политическите решения не изискват логическа последователност.

И закономерно това се оказва грешният избор: „зрялата“ технология с разтопен метал, на която САЩ заложиха всичко, не стигна до никъде. Направен беше опит за разработване на проект около нея, наречен Clinch River Breeder Reactor, одобрен през 1970 г. с първоначална цена от 400 милиона долара. До 1983 г. разходите бяха нараснали до 8 милиарда долара, без да се вижда краят. Конгресът прекрати финансирането през октомври 1983 г. – реакторът никога не беше завършен и нито един ват електроенергия не беше произведен.

Загубата на Америка се превърна в успех за Китай по най-буквалния възможен начин. Оук Ридж, както е обичайно за всеки подобен проект, беше документирал работата си в стотици страници технически доклад – шестмесечни доклади за напредъка от 1958 до 1967 г., подробни инженерни спецификации, данни за свойствата на материалите, оперативни записи от работата на реактора. След спирането на програмата през 1976 г. тези доклади стават публично достъпни, оставени в технически библиотеки и отдавна забравени архиви.

През 2002 г. Кърк Сьоренсен, космически инженер в НАСА, ги открива и – заедно с колегата си Брус Патън – получава финансиране за тяхното дигитализиране. До 2006 г. Сьоренсен вече е създал сайта energyfromthorium.com, качвайки всичко онлайн като публичен архив. Безплатно. Достъпно за всеки.

Китай използва тази обществено достъпна американска разработка като основа за своята РРС програма – факт, който те открито признават. Сю Хунджие, водещият учен на китайския проект за РРС, заяви по-рано тази година на среща на Китайската академия на науките: „САЩ оставиха своите разработки публично достъпни, в очакване на подходящия наследник. Ние бяхме този наследник.“

Правилно – научните пробиви не бива да трупат прах в продължение на половин век, само защото една държава е загубила кураж. След като Америка не пожела да види осъществена идеята на Уайнбърг, някой друг трябваше да го направи. И този някой се оказа Китай.

Последният пробив на Китай

Китай не просто изтупа от прахта проекта Оук Ридж, за да изгради негова реплика. Те направиха това, което Уайнбърг никога не получи възможност да завърши: затвориха цикъла.

Спомняте ли си критичната липсваща част от експеримента Оук Ридж? РРС доказа, че реактор може да работи с разтопена сол. Доказа, че системата за безопасност работи. Доказа дори, че може да се използва уран-233 като гориво. Но никога не демонстрира самоподдържащия се размножителен цикъл на горивото – реакторът непрекъснато създава собствено гориво от торий, докато работи, „perpetuum mobile“, както го описах по-рано. Това е Светият граал, който прави цялата идея не просто интересна, а революционна. Преди няколко дни Китай го постигна.

Техният TMSR-LF1 реактор в Гансу успешно извърши първата в света конверсия на торий в уран вътре в работещ реактор с разтопена сол. Шанхайският институт за приложна физика към Китайската академия на науките съобщи, че са получили валидни резултати от експеримент, доказващи, че горивният цикъл с торий работи. Торий-232 непрекъснато улавя неутрони и се трансформира в уран-233 във вътрешността на работещия реактор.

Това може да звучи като междинна стъпка – „ок, направиха размножителния цикъл, и какво от това?“ Но разберете какво отключва тя: доказва, че ториевият горивен цикъл работи. Означава, че сега Китай, принципно, може да проектира и изгражда реактори, които работят безкрайно дълго на торий, наличен в страната, без зависимост от чужди доставки на уран и без уязвимост от срив във веригата на доставки.

Всъщност, според Кай Сянчжоу, заместник-директор на Шанхайския институт за приложна физика (който ръководи проекта), Китай има НУЛА външна зависимост на технологията. „Над 90% от компонентите на реактора се произвеждат в страната, като ключовите части са 100% местно производство, а веригата за доставки е напълно независима. Това постижение бележи началото на създаването на индустриална екосистема за технологиите на ториеви реактори с разтопени соли в Китай“.

И това без да споменаваме самия торий, от който Китай има огромни запаси. Според някои оценки достатъчни, за да захранят страната за следващите 20 до 60 000 години. Не, няма печатна грешка. Десетки хиляди години енергийна независимост, на вътрешни ресурси, с технология, която Китай сега контролира от край до край.

Трябва да е ясно, че все още има дълъг път за извървяване. Сегашният TMSR-LF1 е 2-мегаватов демонстрационен реактор – той доказва, че размножителният цикъл работи, но не генерира електричество. По същество това е защита на идеен проект: «Да, можем да размножаваме уран-233 от торий в реактор с разтопена сол». Ключово постижение, но все още не е електроцентрала.

Следващата стъпка вече е предприета. Тази година започна изграждането на нещо, което на практика е по-големият брат на TMSR-LF1, на същото място в Гансу: реактор, който ще допълни липсващата част за генериране на електричество. Той е проектиран за производство на 10 MW електроенергия с употребата на свръхважните СО2 турбини, които споменах по-рано.

Най-невероятното, с което Китай наистина разкрива нивото на амбиция, която влага в този проект, е, че СО2 турбините сами по себе си са супермодерна технология. Всъщност, доколкото мога да разбера, това ще бъде първата в света атомна електроцентрала, която ще използва тази технология на турбини за генериране на електричество. Според Уисконсинския енергиен институт, заместването на традиционните парни турбини със СО2 турбините със затворен цикъл може да увеличи ефективността на производство на електроенергия с 50% или повече – преобръщащо подобрение за всяка технология за производство на електроенергия.

По този начин Китай доказва едновременно съвсем нова технология за реактори (ториево възпроизвеждащ реактор с разтопена сол) И революционна технология на турбините (суперважните СО2 турбини), както и вграждането на двете технологии в цялостна електроцентрала в пустинята Гоби. Ами, тук говорим за сериозни амбиции!

Ако това проработи – а най-сложната част от него току-що го направи – Китай ще извърши огромен прескок на конвенционалната ядрена енергия и ще премине директно към изцяло нова категория енергопроизводство. Не само по-безопасно и по-евтино от традиционните реактори, но фундаментално по-ефективно в конвертирането на топлина в електроенергия. И разбира се, да повторим, използвайки само изобилния торий като енергиен източник.

Финалната стъпка е демонстрирането на комерсиална готовност. Кай Сянчжоу казва, че целта е „да се завърши изграждането и демонстрацията на 100-мегаватов термален прототип до 2035 г. и да се осъществи приложението му в комерсиален мащаб“. Един 100-мегаватов реактор е малък според конвенционалните ядрени стандарти – повечето модерни реактори са от по 1 000+ MW – но е достатъчно голям, за да валидира икономическите и оперативни характеристики, необходими за комерсиално приложение.

Ако 100 MW ториев РРС може да работи надеждно и да произвежда електричество на конкурентна цена, то Китай ще има всичко необходимо, за да започне да изгражда тези реактори с комерсиална цел. И предвид контрола, който имат над цялата верига на доставки в страната – от самия торий до всеки ключов компонент – на теория няма техническа или геополитическа бариера, която може да им попречи да построят десетки, стотици такива реактори в цялата страна.

Да изясним, на теория генерираната в РРС енергия трябва да е много по-евтина от конвенционалната ядрена енергия (която вече е относително евтина). Това има логика: торият е по-евтин от урана, има 30-50 пъти по-добра утилизация, РРС ще бъдат много по-евтини за изграждане (спомнете си, няма съдове с огромно налягане), могат да се презареждат в движение, докато работят, и така нататък. Разбира се, „на теория“ и „на практика“ стоят отдалечени от години на отстраняване на грешки, на непредвидени инженерни предизвикателства и на бруталната реалност на функционирането на реалния свят. Китай прави огромен залог, че теорията ще се превърне в практика. Но ако са прави – а нищо дотук не сочи, че не са – те ще имат поне десетилетна преднина пред всички останали.

Дългосрочните последствия

Ако залогът на РРС сполучи, какво би могло да означава това в дългосрочен план за стратегическата позиция на Китай е почти невъзможно да се разбере.

Първо, очевидното: независимост от енергийните затруднения. Няма проток Хормуз. Няма проток Малака. Няма уязвимост от морски блокади на доставките на нефт.

Второ, тук не става дума само за производство на електричество: изобилието на евтина енергия променя всяка енергоемка индустрия. Топене на алуминий, стоманодобив, химическо производство, производство на полупроводници, операции на бази данни на ИИ – всичко това ще стане структурно още по-евтино, отколкото вече е, за производство в Китай. Дори доставките на стоки: само няколко часа по-рано Китай обяви планове за изграждане на най-големия търговски кораб, задвижван от... досетихте се, ториев реактор с разтопена сол!

Страната, която вече доминира глобалния производствен капацитет, ще придобие поредното непреодолимо ценово предимство в най-стратегическите индустрии на 21 век.

Трето, флексибилност на приложението. Китай може да изгради тези безопасни електроцентрали навсякъде – в Тибет, Синдзян, във вътрешните пустини, в търговските кораби, на луната, навсякъде, където има стратегическа необходимост. Централноазиатските страни, които нямат водни ресурси, а имат само пустини? Перфектните кандидати за РРС. Пакистан, Казахстан, Узбекистан – всички са потенциални клиенти за безопасни, изградени от Китай ториеви реактори, които не изискват внос на гориво, не се нуждаят от вода и нямат риск от разтапяне.

Четвърто, каскадният ефект върху останалите технологии. Изобилното евтино електричество превръща икономически неизгодните досега процеси в рентабилни. Например, крупното производство на водород за индустрията и транспорта. Вероятно не е съвпадение, че първият 10-мегаватов експериментален реактор, който се изгражда в момента в Гансу, вече е планирано да произвежда така наречения „пурпурен водород“ – начин за складиране на енергия във вид на водород, който може след това да се използва като гориво с множество приложения. Традиционно производството на водород е скъпо, но очевидно залогът е, че РРС може да направи производството на водород по-ефективно и икономически рентабилно.

Но преди всичко проектът РРС илюстрира една по-дълбока история: историята на Китай, който се заема с това, от което Западът се е отказал. Не става дума само за РРС: при почти всички енергийни източници, в почти всички възможни области наблюдаваме същата динамика. Живеем в свят, в който бюрокрацията и липсата на голяма визия, на мечти, не са характерни за страната, управлявана от Комунистическата партия, а за страните, които не са.

Историята за Китай, който подема мечтата на Уайнбърг, е почти болезнено символична. Плановете за енергийно изобилие събираха прах в архивите, защото не уцелиха политическия момент и бяха убити от бюрокрацията. И ето Китай, който работи методично по тези разсекретени американски документи, разрешава проблемите, които Оук Ридж никога не успя да завърши, изгражда в Гансу бъдещето, което Тенеси изостави. Една въздигаща се цивилизация буквално разкопава и съживява изоставените мечти на друга, залязваща цивилизация – археолози на отхвърленото американско бъдеще.

Източник: arnaudbertrand.substack.com

Превод: Гласове