Budoucnost jaderné energetiky: Renesance nebo útlum?

4. 1. 2010 / Jindřich Kalous

Totéž se stalo dr. Michaelu Dittmarovi ze švýcarské technické vysoké školy ETH v Curychu, který pracuje i v evropském ústavu pro výzkum jaderné energie CERN v Ženevě. The Oil Drum uveřejnil od srpna do listopadu 2009 ve čtyřech částech jeho rozsáhlý analytický článek pod názvem Budoucnost jaderné energie: Fakta a mýty (The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction). V dílech nazvaných Jaderné štěpení dnes (Nuclear Fission Energy Today), Co víme o druhotných zdrojích uranu? (What is known about Secondary Uranium Resources?), Jak(ne)spolehlivá jsou data v Červené knize o zdrojích uranu? (How (un)reliable are the Red Book Uranium Resource Data?) a Energie z množivých reaktorů a jaderné fúze? (Energy from Breeder Reactors and from Fusion?) autor dochází k závěru, že současnou situaci jaderné energetiky v žádném případě nelze nazvat její renesancí, jak nám často předkládají její obhájci a média, a že od jaderné energetiky v žádném případě nelze očekávat zásadní řešení klimatické změny ani výrazný příspěvek k náhradě ubývajících fosilních paliv. I v českém prostředí optimistické názory na možnosti a budoucnost jaderné energetiky převažují, známá jsou veřejná vystoupení profesora Františka Janoucha nebo Vladimíra Wagnera. Typické pro následující diskuse pak bývá, že odborníci mají tendenci názory oponujících laiků a aktivistů znevažovat s tím, že jedině oni problematice rozumí a nikdo jiný nemá právo se k ní vyjadřovat, natož předkládat argumenty proti. Optimismus tohoto druhu včetně snahy nepřipustit k rozhodování nositele jiných názorů se v plné míře projevil i v posledním vládním návrhu energetické koncepce ČR. Její zpracovatelé zřejmě cítili souhlas většiny veřejnosti, která jadernou energetiku v ČR přinejmenším potichu dlouhodobě podporuje. Tady už jde do tuhého, protože bude-li vládní koncepce realizována, stanoví tím na příští desítky let směr vývoje, který se velice brzy může ukázat jako slepá ulička. O to cennější je proto jakékoli fundované vystoupení člověka z branže, který tímto druhem technooptimismu a zároveň agresivitou vůči oponentům netrpí.

Tento text stručně shrnuje závěry Michaela Dittmara. Autor se ve své analýze zabývá jaderně energetickou realitou dneška a její krátko- a střednědobou perspektivou, situací kolem sekundárních zdrojů uranu, existujícími daty o využitelných primárních zdrojích uranu a stavem a perspektivou vývoje rychlých množivých reaktorů a jaderné fúze. Stranou ponechává, i když si uvědomuje jejich důležitost, problémy bezpečnosti provozu jaderné energetiky, nešíření jaderných zbraní a hromadění jaderného odpadu. Zájemce o podrobnosti, především o "tvrdá", tj. vyčíslitelná fakta, lze odkázat na originál, který je bohatě vybaven citáty z primárních zdrojů. Data, s nimiž M. Dittmar pracuje, pocházejí většinou z materiálů mezinárodních organizací: IAAE (Mezinárodní agentura pro atomovou energii), NEA (Agentura pro jadernou energii zemí OECD), WNA (Světová jaderná asociace) a IEA (Mezinárodní energetická agentura zemí OECD). Stejně tak by bylo na úkor stručnosti a přehlednosti textu zabíhat do podrobnějšího výkladu fyzikálních procesů, na nichž je využití jaderné energie postaveno. Některé základní věci jsou v originálu také uvedeny, zájemci jistě najdou dostatek popularizujících zdrojů i v češtině, např. články zmíněného V. Wagnera na www.osel.cz. A bez zajímavosti nebude ani aspoň zběžné nahlédnutí na The Oil Drum do často vášnivých diskusí pod jednotlivými díly analýzy.

Výchozí stav, perspektiva nejbližších 10 let

Většina lidí ve vyspělých zemích dnes považuje za své základní lidské právo užívat si pohodlného způsobu života závislého na dostupnosti dostatečného množství laciné energie. Ve vyspělých zemích vzrostla spotřeba energie na osobu za posledních 50 let na trojnásobek. To se však týká jen zhruba 1 miliardy lidí, tj. asi 1/7 lidstva žijící v bohatší části světa. Těch zhruba 50 MWh na osobu ročně (přepočtených na teplo) je trojnásobek světového průměru, 5násobek spotřeby průměrného Číňana a 10krát více, než má k dispozici občan Indie. Zhruba 85% tohoto množství pochází z fosilních zdrojů, z toho 40% z ropy, 20% ze zemního plynu a 25% z uhlí. Naše mobilita závisí prakticky ze 100% na ropě. Ropa spolu ze zemním plynem zásadně ovlivňuje i výrobu, distribuci a dostupnost potravin. Elektřina představuje asi 16% z celkové konečné spotřeby energie, v nejbohatších zemích je to 20 - 25%. Více než 2/3 elektřiny pochází z fosilních paliv, asi 16% z vodní síly a jen 14% z jaderné štěpné reakce. (V 90. letech se jaderná energie podílela na světové výrobě elektřiny 18%.) Celkový podíl jaderné energie na energetickém mixu lidstva je tedy méně než 2,5%. Obnovitelné zdroje, především vítr, slunce a geotermální energie, se podílejí na globálním energetickém mixu nanejvýš 1 - 2% s výhradou některých místních výjimek.

Tato čísla demonstrují přinejmenším dvě skutečnosti. Především dnešní složení globálního energetického mixu je dlouhodobě neudržitelné. A za druhé, skutečné postavení jaderné energetiky v současném světě je v médiích zkreslováno a je jí přičítána mnohem větší důležitost, než v dnešní situaci má. Média i politici, když už se energetika dostane na pořad jejich agendy, omezují diskuse o její budoucnosti na dohady o jejím vlivu na klimatickou změnu a na vágně formulovaná vyjádření o "energetické bezpečnosti". Důsledky nezadržitelného vyčerpávání fosilních zdrojů a nutnosti jejich náhrady pro samotné základy naší civilizace a kultury jsou zmiňovány zřídka a když už, tak mimo pozornost širší veřejnosti v takových médiích jako je The Oil Drum nebo Energy Bulletin. Ti, kdo uznávají skutečnost, že používání fosilních paliv je neudržitelné a že další soustředění na ně v situaci jejich úbytku by vedlo k válkám o zdroje, světovému chaosu a ekonomickému i civilizačnímu kolapsu, navrhují s různým důrazem na jednotlivé z nich následující možnosti:

• jadernou energii;
• úplný přechod na obnovitelné zdroje;
• snížení spotřeby energie cestou řízeného omezování konzumerismu.

Často nevyřčen pak zůstává logicky vyplývající důsledek zpomalení ekonomiky, zastavení ekonomického růstu a snížení hmotné životní úrovně obyvatel vyspělých zemí.

Skutečnost, že v atomových jádrech některých prvků je vázáno velké množství energie, která se uvolňuje ve formě radioaktivního záření, je lidstvu známa už více než století. Možnost jejího uvolnění řetězovou reakcí, tj. bombardováním atomových jader volnými neutrony za uvolnění dalších neutronů a štěpením těžkých jader na lehčí, byla prakticky prověřena v předvečer 2. světové války - a tak není divu, že první pokusný jaderný reaktor o výkonu 200 wattů vznikl v roce 1942 jako produkt amerického jaderného výzkumu sloužícího vytvoření atomové pumy. První reaktor schopný vyrábět elektřinu vznikl v r. 1951, první komerční jaderná elektrárna v r. 1954 v bývalém SSSR. Pro vznik řetězové reakce jsou použitelné jen některé izotopy těžkých prvků, prakticky se v jaderné energetice používá uran U235, který se vyskytuje v přírodním uranu v množství asi 0,7% (proces zvyšování jeho obsahu v přírodním uranu, který obsahuje více než 99% izotopu U238, na zhruba 4% U235 potřebná pro energetické využití, se nazývá obohacování a je hlavním procesem probíhajícím při jeho technologicky náročném zpracování do formy jaderného paliva použitelného v reaktorech), a uměle vyráběné plutonium Pu239, které vzniká i v běžných "mírových" štěpných reaktorech a které je hlavním štěpným materiálem v jaderné munici. Mezi štěpnou jadernou pumou a jaderným reaktorem je v podstatě rozdíl jen v tom, že ve druhém případě je štěpná reakce vhodnou látkou (voda, grafit, berylium) regulována tak, aby bylo možno ovlivňovat množství a rychlost vzniklých neutronů. Na tomto principu pracuje naprostá většina ze zatím postavených reaktorů sloužících komerční výrobě jaderné energie. Produkce plutonia v komerčních reaktorech je jedním z hlavních argumentů odpůrců jaderných elektráren, kteří poukazují na jeho zneužitelnost pro výrobu jaderných zbraní. Dalším, kvůli nesčetným technickým komplikacím zatím jen málo vyzkoušeným procesem použitelným pro výrobu energie, je množivé štěpení pomocí rychlých neutronů. O množivých reaktorech bude zmínka níže.

Dnes disponuje komerčními jadernými elektrárnami 31 zemí. 436 reaktorů má instalovaný výkon asi 370 GW elektřiny, což představuje, jak už bylo řečeno, asi 14% kapacity výroby elektřiny a méně než 2,5% energie celkem. Asi 2/3 tohoto výkonu se nacházejí ve čtyřech zemích - USA, Japonsku, Francii a Německu. (V materiálech agentur jako je IEA se často vyskytují čísla asi třikrát vyšší, protože energetický výkon se přepočítává na "primární energetický ekvivalent" a do statistik se uvádí tepelný výkon. Toto srovnání je však z různých důvodů zavádějící. Jak přepočítat na teplo elektřinu z hydroelektráren, kde žádné nevzniká? Jak srovnat různé účinnosti přeměny tepla na elektřinu v uhelných, plynových a jaderných elektrárnách? Jak započíst různou míru využití odpadního tepla? Proto M. Dittmar považuje za přesnější výpočet příspěvku do energetického mixu s použitím elektrického výkonu.) Průměrný věk reaktorů je 25 let, asi čtvrtina instalovaného výkonu však pochází ze 130 reaktorů starých 30 - 40 let. Velká část - asi 100 z nich - bude pravděpodobně odstavena během příštích 5 - 10 let. V posledních 10 - 15 letech bylo ročně připojeno k síti 3 - 5 reaktorů, které nahrazovaly přibližně stejný počet odstavených. V roce 2008 však poprvé nebyl připojen žádný reaktor. Množství energie vyrobené v jaderných elektrárnách (prozatím?) vyvrcholilo v roce 2006 a od té doby mírně klesá. 48 reaktorů je ve výstavbě a mohly by být spuštěny v letech 2015 - 2020, o výstavbě dalších asi 60 se uvažuje, takže před rokem 2020 nebudou dokončeny. Jestli tedy nevezmeme v úvahu žádné jiné omezující faktory, v r. 2015 zůstane podíl jaderné energetiky na světové výrobě energie nanejvýš stejný. Podle WNA má být v letech 2009 a 2010 uvedeno do provozu 15 nových reaktorů. Spolehlivost optimistických prognóz se tedy brzy prověří.

Pro provoz existujících reaktorů je potřeba zhruba 65 000 tun ekvivalentu přírodního uranu ročně. Všeobecně se tvrdí, že

• toto množství uranu lze získat ze stávajících uranových dolů a druhotných zdrojů;
• v blízké budoucnosti bude možno těžit dostatečné množství z nových dolů;
• v nadcházejících letech nelze očekávat nedostatek jaderného paliva.

Posledních 15 let se jen asi 2/3 potřebného množství, tj. kolem 40 000 t ročně, získá z uranových dolů, jejichž roční těžební kapacita je údajně kolem 55 000 t. Rozdíl se získává z druhotných zdrojů, tj. především z civilních a vojenských zásob uranu a plutonia nahromaděných za studené války, ze zrušených jaderných hlavic a z přepracování vyhořelého jaderného paliva (V. Británie, Francie, Rusko, Japonsko - uvádí se asi 25% zpracovaného vyhořelého paliva celkem) a z dodatečného obohacování ochuzeného uranu, který stále ještě obsahuje asi 0,3 % U235. Roční množství potřebného uranového ekvivalentu z druhotných zdrojů zhruba odpovídá součtu těžby tří největších zemí těžících uran, tj. Kanady, Austrálie a Kazachstánu, dohromady. Druhotných zdrojů postupně ubývá a vzhledem k dlouhým dobám nutným pro otvírání nových uranových dolů, které by je mohly nahradit, lze očekávat růst napětí mezi potřebami a zdroji.

10 největších spotřebitelů uranu (USA, Francie, Japonsko, Rusko, Německo, Jižní Korea, V. Británie, Ukrajina, Kanada, Švédsko) spotřebuje asi 84%, tj. zhruba 54 000 t uranového ekvivalentu ročně. Jen 4 z nich (Kanada, Rusko, USA, Ukrajina) těží významnější množství uranu a z nich jen Kanada a částečně Rusko jsou zatím schopny exportovat. Uvedených 10 zemí pokrývá své potřeby těžbou v průměru z 28%, ale 8 z nich kryje svou potřebu dovozem z 95%, přičemž Evropská unie jako celek téměř ze 100% a její relativní závislost na dovozu uranu je tak mnohem vyšší než v případě ropy nebo zemního plynu. V prekérní situaci se nacházejí USA, které vlastní těžbou kryjí méně než 10% spotřeby a více než 50% spotřeby jejich reaktorů pokrývá dovoz vyřazeného vojenského štěpného materiálu z Ruska. Platnost příslušné smlouvy však končí v roce 2013 a lze očekávat, že Rusko kvůli svým vlastním plánům na rozvoj jaderné energetiky nebude mít zájem na jejím obnovení. Je ironií dějin, že stabilita amerických rozvodných sítí závisí na dobrých vztazích s jejich bývalým úhlavním nepřítelem... Uvedená data tak ukazují, že většina zemí, které vyjadřují optimismus ohledně rozvoje své jaderné energetiky, je závislá na dovozu uranu a/nebo jaderného paliva více než na dovozech fosilních paliv.

Perspektiva pokrytí spotřeby jaderného paliva těžbou uranu do roku 2020 je ve světle dosavadní "úspěšnosti" minulých prognóz dost nejasná. Červená kniha, vydávaná od roku 1965 každé dva roky agenturami IAEA a NEA, se v odhadech budoucí těžby od roku 2001 zatím vždy "spletla" nejméně o 20% směrem nahoru, aniž by v dalším vydání tento rozpor jakkoli komentovala. Optimistické předpovědi růstu těžby je proto nutno brát velmi opatrně. Zajímavé například je, jakou váhu přisuzuje v odhadech růstu těžby tak nestabilní a zkorumpované zemi jako je Kazachstán - 50% nárůstu za léta 2007 - 2013 má přijít právě odtamtud, a je to více, než z Austrálie a Kanady dohromady. (V poslední době byl tento odhad přece jen zredukován.) Dosavadní těžba v Kanadě už zřejmě prošla svým vrcholem a ročně klesá o 5%. Podle závěrů M. Dittmara se tedy dá očekávat, že nedojde-li k další masivní vlně žádoucího, avšak velmi nepravděpodobného rušení jaderných hlavic, nová těžba přírodního uranu v příštích 10 letech nepokryje chybějící druhotné zdroje. Dittmar odhaduje, že - navzdory ambiciózním plánům Číny a Indie na čtyřnásobný nárůst instalovaného výkonu - se ze stávajících 370 GWe během příštích 3 - 5 let sníží světová instalovaná kapacita jaderných elektráren o 10 - 20 GWe v důsledku nedostatku paliva pro ně, a to především v zemích bez vlastních zdrojů uranu. Tento vývoj lze jistě nazvat různě, ale renesance zřejmě vypadá jinak.

Druhotné zdroje uranu

Začátkem roku 2009 byla zbývající výše světových nevojenských zásob uranu asi 50 000 tun ekvivalentu přírodního uranu. Při roční spotřebě cca 10 000 t budou tyto zásoby spotřebovány během 5 let, což koresponduje s rokem 2013, kdy skončí kontrakt na roční dodávky 10 000 t z ruských vojenských zdrojů do USA. Většina civilních zásob, asi 30 000 t, je pod kontrolou vlády USA a amerických soukromých společností. Je nepravděpodobné, že by se USA chtěly o své strategické zásoby dělit s jinými velkými spotřebiteli jaderné energie. Vše naznačuje, že jediný způsob, jak se vyhnout nedostatku jaderného paliva v zemích OECD, které samy uran a/nebo palivo neprodukují, je zpřístupnění zbývajících vojenských zásob štěpného materiálu Ruska a USA pro civilní použití.

Druhotné zdroje uranu, které, jak již bylo řečeno výše, poskytují světové jaderné energetice asi 1/3 její současné potřeby štěpných materiálů, pocházejí ze tří zdrojů:

• jaderného paliva získaného z přepracování vyhořelého jaderného paliva a nadbytečného plutonia z jaderných hlavic;
• uranu U235 získaného z jeho zbytků obsažených v množství asi 0,3% v "hlušině" zbylé po obohacování uranu;
• civilních a vojenských zásob přírodního uranu, uranu obohaceného pro potřeby výroby jaderných hlavic a plutonia, nahromaděných během extenzivní důlní činnosti v době studené války.

Z přepracování vyhořelého paliva a dodatečného obohacení ochuzeného uranu pochází asi 5% světové spotřeby štěpného materiálu. Mělo by být zdůrazněno, že přepracování je drahý a technologicky vysoce komplikovaný proces doprovázený nepřetržitým řetězem větších i menších technologických problémů a provozních havárií i alarmujícím znečištěním životního prostředí. Není proto divu, že po výstavbě několika příslušných závodů v zemích s velkým podílem jaderné energetiky (Francie, Velká Británie, SSSR, Japonsko, Indie) většinou v době všeobecné jaderně energetické euforie 60. až 80. let se nový závod na přepracování paliva a jaderných hlavic zatím nikde kromě Číny neplánuje. Celková kapacita přepracovacích závodů je schopna zpracovat asi 25% vyhořelého paliva. V USA je přepracování vyhořelého paliva od r. 1982 zakázáno zákonem vyplývajícím ze smluv o nešíření jaderných zbraní, ale chtějí tam otevřít nový závod na získávání U235 z ochuzeného uranu. Tento proces existuje zatím jen ve Francii a v Rusku a jeho podíl na pokrytí současné spotřeby je zanedbatelný.

Pokud jde o vojenské zásoby štěpných materiálů, je nutno nejprve zdůraznit, že odhady jejich množství jsou přirozeně zatíženy nepřesností v důsledku utajování vojenskostrategicky významných skutečností. Přesto se k nějakým závěrům dá dojít. Ve vojenských zásobách Ruska a USA, které vlastní 95% světových armádních zásob štěpných materiálů, je odhadem 540 000 tun ekvivalentu přírodního uranu. Asi 140 000 t, tj. přibližně 1/3, je vázáno přímo ve zhruba 20 000 kusech jaderné munice připravených na obou stranách k použití. Další velká část zřejmě existuje ve formě vysoce obohaceného uranu - uran pro vojenské použití se obohacuje na větší obsah uranu U235 než reaktorové palivo, kde stačí 4% tohoto izotopu. Při zpracování vojenského štěpného materiálu pro mírové účely se snižuje obsah U235 a v posledních letech se takto zpracovalo asi 10 000 t vojenských zásob ročně, což zhruba odpovídá existující výrobní kapacitě. Její zvýšení je reálně možné během 5 - 10 let, protože výstavba nového zpracovatelského závodu je zhruba stejně investičně a technologicky náročná jako výstavba jaderné elektrárny.

Teoreticky a za předpokladu úplného jaderného odzbrojení by světové vojenské zásoby štěpných materiálů mohly zajistit plný provoz současných reaktorů po dobu 8 let. Při udržení současného podílu druhotných zdrojů by vystačily asi na 25 let. I kdyby zbývajících 20 000 jaderných hlavic zůstalo nedotčeno, zvýšení současného ročně zpracovaného množství tohoto zdroje si lze představit. Je však otázkou, do jaké míry budou Rusko a USA ochotny sdílet své strategické zásoby uranu s ostatními uživateli jaderné energie, kteří jsou často jejich přímými hospodářskými konkurenty (Japonsko, Čína, Evropská unie). V dlouhodobé perspektivě se navíc přepracování vysoce obohaceného uranu zdá neefektivní, protože uvažované množivé reaktory by ho uměly využít přímo. Ty jsou však dosud v nedohlednu (podrobnosti viz níže). Zatím lze proto přepokládat, že po r. 2013 nastane akutní nedostatek druhotných zásob štěpných materiálů pro energetické využití. Za jediný reálně a rychle dostupný zdroj, který by mohl očekávaný výpadek dodávek pokrýt, lze proto považovat zvýšení těžby uranové rudy asi o 10%, tj. 5000 t ročně. Jak už bylo řečeno, zdroje, z nichž dr. Dittmar čerpal, optimisticky očekávaly nárůst těžby především v Kazachstánu ze sooučasných 8500 t až na 18 000 t ročně do roku 2013. Podobná tempa růstu těžby se očekávají i v dalších zemích, jako jsou Niger, Namibie a Jižní Afrika. Protože však vyhodnocení dosavadních prognóz tohoto druhu ukazuje na jejich nespolehlivost, dá se spíše očekávat, že především země s vysokým podílem jaderné energetiky a zároveň 100% závislostí na dovozu štěpných materiálů se v krátké době mohou dostat do kritické situace. To by se mohlo týkat hlavně Japonska a evropských zemí OECD.

Jak spolehlivá jsou data o zdrojích uranu?

V další části své analýzy dr. Michael Dittmar podrobuje kritice spolehlivost a důvěryhodnost dat o světových zdrojích uranu, jak jsou publikována v zatím posledním vydání Červené knihy agentur NEA a IAEA z roku 2007. Světové zásoby konvenčních uranových rud se podle těchto údajů odhadují na 5,5 miliónů tun ekvivalentu kovového uranu. Z toho zhruba 3,3 mil. t se řadí do ověřených a zbytek do předpokládaných zásob. Autor dokazuje, že i když je Červená kniha zdrojem cenných dat, nelze je nekriticky akceptovat, protože uváděné celkové zásoby nejsou reálné a nelze je odvodit dokonce ani z dat uvedených v samotné knize. Zdrojem dat jsou údaje různých vládních agentur doplněných v některých případech tím, co uvádějí nadnárodní těžařské společnosti. Jde tedy o těžko rozlišitelnou směs údajů, které mohou vyjadřovat různé národní i soukromé zájmy, což ale není podrobeno věcnému rozboru a údaje se přijímají jako fakta, přičemž však v některých případech zřejmě nevycházejí z korektní vědecké analýzy geologických dat. Tato skutečnost není v Červené knize uvedena. To však nebrání jejím zpracovatelům tvrdit, že pracují s přesností v desetinách procenta. Korektní analýza by také měla brát v úvahu závislost nákladů na těžbu na vývoji hodnoty dolaru, na různé úrovni těžební technologie, nebo dodatečné náklady na nápravu ekologických škod, které těžbu uranu nevyhnutelně provázejí. Nic z toho však není v knize zmíněno. 10 zemí uvádí na svém území více než 100 000 t ověřených zásob: Austrálie, Brazílie, Jihoafrická republika, Kanada, Kazachstán, Namibie, Niger, Rusko, Ukrajina, USA. Obsah uranu v dnes těžených rudách se liší až o 4 řády - od 200 kg/t v Kanadě až po 0,1 kg/t v Namibii. Není však jasné, zda především odhadované zásoby jsou takového charakteru, aby i při nižším obsahu kovu v rudě umožňovaly přijatelnou ekonomiku těžby. Odhad udávaných celkových zásob byl ve vydání z roku 2001 uváděn ve výši 3,9 mil. t, takže nárůst odhadu o 40% na současných 5,5 mil. t působí nevěrohodně, zvlášť když jde o nárůst neprokázaných zásob, zatímco prokázané zásoby se už od r. 2003 udávají téměř beze změny na úrovni 3,2 - 3,3 mil. t. Podezřelý je i meziroční vývoj dat uváděných pro jednotlivé země, a to i pro prokázané zásoby, kde by se očekávala jejich největší přesnost. Změny oběma směry jsou tak dramatické, že je lze vyložit jediným logickým způsobem: Záleží na tom, zda vlády prostřednictvím zveřejněných dat chtějí přilákat do země investory (Kazachstán), nebo naopak soukromí těžaři (a zároveň zdroje dat pro zemi, kde nejsou vládní údaje k dispozici) usilují o udržení konkurentů co nejdál od té země, případně se snaží zatajit její vládě a obyvatelstvu skutečný stav věci (Niger) - třeba kvůli zdanění a v zájmu zajištění možnosti co nejvíce zisků vyvézt do své domovské země. Rozdíly mezi daty udávanými v jednotlivých vydáních Červené knihy přitom nejsou nijak komentovány.

Michael Dittmar na základě dat z Červené knihy 2007 dochází ke zcela jinému závěru než její zpracovatelé: Známé světové zásoby uranových rud odpovídají nanejvýš 2 miliónům tun uranu, což při současné spotřebě a s přihlédnutím k potřebám nově budovaných reaktorů představuje zásobu na max. 30 let. K podobnému závěru docházejí zpracovatelé několika dalších nezávislých studií, které autor cituje. Tato skutečnost by měla být vzata v úvahu všemi, kdo chtějí začít stavět nové standardní lehkovodní reaktory s předpokládanou životností až 60 let. Varování se týká především Evropské unie, Japonska a Jižní Korey: Než investují 4 miliardy EUR do každého gigawattu instalovaného výkonu, měly by si tyto země spolehlivě předem zajistit zdroje jaderného paliva nejméně na 40 let od spuštění reaktorů. Zároveň by měla být urychleně vypracována nová analýza pro každou jednotlivou těžební oblast na základě spolehlivých geologických dat.

Energie z množivých reaktorů a z jaderné fúze?

Rychlý vědeckotechnický pokrok v jaderném výzkumu a úspěšné zavádění jeho výsledků do komerční výroby elektřiny vyvolal u řady odborníků i u části veřejnosti v 50. a 60. letech vlnu euforie a slepé víry v jeho trvalý postup. Tvrdilo se, že generace vnoučat průkopníků jaderného výzkumu bude zaplavena v podstatě neomezeným množstvím čisté energie, která bude téměř zadarmo. Vidíme však, že energie ze štěpné reakce není ani levná ani čistá a průmyslové využití jaderné fúze, která měla být "konečným řešením" energetických problémů lidstva, je už 50 let i těmi největšími optimisty předpovídáno na období za 50 let. Přesto ten technooptimus přetrvává, a to i u významné části veřejnosti.

Jako nadějný mezikrok pro období, než bude technologie využití jaderné fúze zvládnuta, je zastánci dalšího rozvoje jaderné energetiky předkládáno využití štěpných množivých reaktorů. Jde o to, že výsledkem některých štěpných procesů je další štěpný materiál, kterého nakonec vzniká teoreticky o jeden až dva řády více, než bylo do reaktoru vsazeno. Do nějaké míry jsou prozatím vyzkoušeny dva procesy, které by k žádoucímu výsledku mohly vést, jeden vychází z přírodního uranu U238 a produkuje plutonium Pu239, druhý používá přírodní thorium Th232, z něhož vzniká uran U233. Neutrony při tomto procesu jsou rychlejší a vytvářejí více tepla, takže kromě jiných "detailů", které nejsou uspokojivě dořešeny (v procesu např. nevyhnutelně vznikají "nežádoucí" izotopy, které mají tendenci neutrony pohlcovat), je zdrojem rizika způsob chlazení, tj. odvádění tepla z reaktoru k dalšímu využití. Lze použít např. tekutého sodíku, roztaveného olova, hélia nebo roztavených fluoridů či chloridů některých alkalických kovů. Ze 436 komerčně provozovaných reaktorů jsou v současnosti v provozu dva množivé, přičemž za spolehlivý a osvědčený lze považovat jediný - v Rusku. Z dosud odstavených 122 reaktorů bylo množivých 6, z momentálně 46 budovaných jsou množivé 2 (v Indii a Rusku), přičemž zřejmě největší naděje se vkládají do toho indického - Indie má značné zásoby přírodního thoria a zároveň vedle Číny jeden z nejambicióznějších světových programů rozvoje jaderné energetiky. Výstavbu ruského reaktoru, kde se alespoň ze začátku provozu očekává záporná výtěžnost štěpného materiálu, lze interpretovat spíše jako výraz potřeby zbavit se nadbytečného vojenského štěpného materiálu. Dosavadní provoz výzkumných, demonstračních i komerčních množivých reaktorů přinesl nebetyčné problémy s jejich bezpečností, nedosáhl toho základního, čím se argumentovalo, totiž aspoň se přiblížit k teoretické výtěžnosti vznikajícího štěpného materiálu (udává se, že stávající ruský reaktor pracuje se zápornou výtěžností, americký experimentální reaktor o tepelném výkonu 237 MW za pět let vyprodukoval z 501 kg zavážky 6,5 kg nového štěpného materiálu... ), způsobil potřebu dalšího vývoje konstrukčních materiálů i výzkumu chemie látek používaných k přenosu tepla, přinesl nutnost vysokých zásob štěpného materiálu zneužitelného i pro výrobu jaderných zbraní a v neposlední řadě extrémní ekonomické náklady na jejich výstavbu a provoz. Z ekonomických důvodů byly některé projekty (např. v Německu) zastaveny ještě před dokončením, poté, co pohltily násobky plánovaných nákladů. V r. 2002 vědci angažovaní ve vývoji množivých reaktorů vytyčili 4 oblasti výzkumu s odhadovanými náklady asi 4 milardy dolarů a komerčně využitelnými výstupy ve 20. letech 21. století. Podle některých novějších vyjádření se reálný termín uvedení množivých reaktorů do komerčního provozu ve Francii, která deklarovala svůj úmysl použít této technologie pro obnovu svého reaktorového parku, posunuje až do 40. let. USA svůj projekt výzkumu množivých reaktorů přestaly po změně administrativy v r. 2008 financovat. M. Dittmar se v této souvislosti domnívá, že na nedostatečné až nulové financování potřebného výzkumu v Evropě má vliv větší úspěšnost lobbování ve prospěch projektů souvisejících s výzkumem jaderné fúze i určitá nechuť etablovaných výzkumníků pustit mezi sebe "outsidery".

Často opakovaná tvrzení, že technologie rychlých množivých reaktorů je dobře zvládnutá, nemají základ v realitě. Vysoké náklady, nízká úroveň bezpečnosti a neefektivní provoz vyvolávají pochybnosti, zda budou dotaženy do komerčně využitelné fáze. Nebyl předložen žádný důkaz, že bylo dosaženo jejich hlavního cíle - reprodukce štěpného materiálu. Konstrukce ani provozní plány žádného z obou v současnosti budovaných reaktorů se zvýšenou reprodukcí ani nepočítají, takže je otázka, zda jí bude vůbec kdy v komerčním měřítku dosaženo. Není jasné, zda v té době ještě bude k dispozici množství štěpného materiálu nutné pro provoz reaktorů. A nezodpovězenou zůstává otázka, zda lidstvo bude ochotno vynakládat na ni astronomické finanční částky a nést zvýšená bezpečnostní rizika. Jestliže ano, nelze ji očekávat dříve než za nějakých 20 - 30 let, což už bude pozdě na nahrazení ubývajících fosilních paliv.

Jaderná (termonukleární) fúze je proces, ve kterém se při slučování atomových jader lehkých prvků za extrémních teplot nebo ve velmi silných gravitačních polích uvolňují velká množství energie. Tento proces probíhá uvnitř hvězd typu a velikosti našeho Slunce po většinu jejich životního cyklu. Na Zemi k němu došlo zatím jen v experimentálních urychlovačích částic a při explozích termonukleárních zbraní. Teoreticky lze předpokládat, že kdyby se podařilo tento proces technologicky zvládnout, lidstvo by získalo téměř neomezený zdroj energie na celou dobu své existence. Jadernou fúzi lze nastartovat tak, že atomová jádra se k sobě přiblíží na tak krátkou vzdálenost, aby jaderné síly krátkého dosahu překonaly elektrostatické odpuzování stejně nabitých jader. K tomu je nutno jádrům dodat velmi vysokou kinetickou energii odpovídající teplotám v desítkách až stovkách miliónů stupňů nebo je stlačit v polích s extrémně vysokou gravitací. Čím je jádro prvku těžší, tím je nastartování tohoto procesu problematičtější. Příslušné výzkumy se proto omezují na jedinou možnost - slučování jader izotopů vodíku deuteria a tritia za vzniku hélia a neutronů, přičmž dostatečné množství tritia nelze za současného stavu poznání získat jinak, než bombardováním lithia volnými neutrony. Pro nastartování tohoto procesu je zapotřebí dosáhnout teploty asi 15 miliónů °C, při níž jsou výchozí látky ve stavu plazmatu. Plazma nelze v reakčním prostoru udržet jinak, než ve velmi silném magnetickém poli.

První experimenty s plazmatem v magnetickém poli byly prováděny v SSSR už od 50. let na zařízeních, která se nazývají tokamak (zkratkové slovo v ruštině znamená toroidní komora v magnetických cívkách). Dnes existuje ve světě asi 200 tokamaků různé velikosti. Prozatím největší se buduje ve Francii za účasti EU, Ruska, USA, Číny, Japonska, Jižní Korey a Indie (přistoupit se chystá i Brazílie) nákladem asi 10 miliard EUR pod názvem ITER. V dosavadních zařízeních se plazmu zatím nepodařilo udržet déle než zlomky vteřin. Cílem ITERu, který má objem reakčního prostoru asi 840 m³ a jeho předpokládaný výkon má být asi 500 MW, je - když všechno dobře půjde, což zatím nelze říci, protože v r. 2009 bylo oznámeno, že projekt stojí kvůli nevyřešenému financování - do roku 2018 zahájit pokusy s plazmatem a do roku 2026 získat první tritium a udržet reakci 400 - 500 s. Nejsou však vyřešeny navazující problémy charakteru, jaký lidstvo zatím nezná, takže i kdyby se podařilo reakci spustit a udržet, její využití pro výrobu energie je velmi nepravděpodobné. Jedná se zhruba o tyto skupiny problémů:

• Uvažovaná reakce teoreticky vyžaduje, aby všechny vzniklé neutrony byly využity pro výrobu tritia. Protože toho je však prakticky nemožné dosáhnout, je nutno vymyslet a do procesu vložit dodatečný zdroj neutronů. Výpočty však zatím ukazují, že to není možné.
• Není vyřešen přenos tepla získaného při fúzní reakci.
• Nejsou známé materiály, které by mohly delší dobu vydržet intenzivní tok neutronů při extrémně vysokých teplotách. Je rozpor mezi potřebou co nejtenčích stěn reakčního prostoru, aby co nejméně pohlcovaly neutrony, a jejich rychlým ztenčováním způsobeným bombardováním neutrony s vysokou energií.
• Pro start skutečné fúzní reakce v ITERu budou potřeba desítky kg tritia, drahé (asi 30 mil. USD/kg), chemicky velmi nestabilní (jde o plyn stejných chemických vlastností jako vodík, na vzduchu např. snadno exploduje) a radioaktivní látky, která by se mohla stát předmětem nežádoucího zájmu díky své použitelnosti pro výrobu vodíkové pumy. Jeho dostatečný zdroj pro start ITERu není vyřešen a samozásobování vlastní produkcí během experimentů v ITERu také ne.

Podrobné vysvětlení M. Dittmara z původní analýzy nelze do tohoto textu pro jeho rozsah převzít, jeho názor je, že dosavadní pokusy ukazují nemožnost dostatečné reprodukce tritia při fúzní reakci.

Lze tedy vyslovit závěr, že ITER za nějakých 20-30 let a 10 miliard dolarů možná přispěje k rozšíření poznání v oboru fyziky plazmatu, ale nedokáže přispět k řešení energetických problémů lidstva. Praktické využití termojaderné fúze za současného stavu vědeckého poznání lidstva není reálné. Řešení nastávající globální energetické krize by jistě lépe prospělo, kdyby astronomické částky a úsilí nejlepších mozků lidstva byly nasměrovány k řešení perspektivnějších úkolů.

Ve světle uvedených skutečností se lze jen těžko ubránit přesvědčení, že v souvislosti s jadernou energetikou můžeme mluvit o lecčems, ale nikoliv o její renesanci. Snahy -- zatím spíše jen verbálně vyjadřované -- učinit z ní obor, který zachrání lidstvo před nutností zcela reorganizovat společnost v důsledku ubývání fosilních paliv, jsou předem určeny k nezdaru. Čím dříve si to uvědomíme, tím lépe pro budoucnost naší i příštích generací.

Vytisknout