Az atomenergia és a megújulók

Átírás

1 Az atomenergia és a megújulók A villanyáram a mai világban nélkülözhetetlen, akárcsak az élelmiszer és az ivóvíz. Több évszázados távlatban az emberiség növekvő villamos energia igénye atomenergia nélkül nem lehetséges. E tény felismerését maga az élet fogja kikényszeríteni, miután a fosszilis energia hordozó készletek kimerülése, és a megújulók divatjának csődje után már nem marad más választás. Bármennyire takarékoskodunk, a gazdaságosan kitermelhető fosszilis energia hordozó (szén, kőolaj, földgáz) készletek pár száz éven belül kimerülnek, és az elégetésük szennyezi a levegőt, veszélyezteti a növekvő létszámú emberiség egészségét. Ugyanakkor a fosszilis tüzelőanyagok nem csupán energia források, hanem fontos nyersanyagok gyógyszerek, műtrágyák, műanyagok, festékek, ragasztók, és más vegyipari termékek előállításához. Ha feléljük a fosszilis készleteket, nemcsak a közúti és vasúti közlekedést, de a vízi és légi közlekedést is át kell állítani villamos hajtásra, vagy mesterségesen kell előállítani folyékony üzemanyagot, esetleg hidrogént, amihez ugyancsak villamos energia kell. Bármilyen megoldást választunk, a villamos energia igény a jövőben növekedni fog. Erre azt lehetne mondani, hogy használjunk a veszélyes atomenergia helyett olcsó, szinte korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló megújuló energiákat, hiszen a szél ingyen fúj, és a Nap ingyen süt. A megújuló energiák olcsósága azonban látszat. Éppen az ilyen energia a legdrágább, és csak attól olcsó, mert ehhez az államok az adófizetők pénzéből hatalmas támogatást nyújtanak. Amennyit az állampolgár az energián megtakarít, annak a többszörösét fizeti be adó formájában. Érdemes röviden áttekinteni, mit is jelent a gyakorlatban a megújulók hasznosítása. Kezdjük a napenergiával, amelynek a legnépszerűbb módja napelem-farmok létesítése. Figyelembe kell azonban venni, hogy a Nap nem mindig süt, ezért a hazai adottságok alapján a beépített naperőmű teljesítmény kihasználtsága legfeljebb 20% lehet. Ha napelemekkel szeretnénk előállítani a megawatt teljesítményű paksi atomerőmű áramtermelését, ehhez legalább megawatt teljesítményű napelemes erőmű park lenne szükséges, és legalább hektár felületet kellene napelemekkel lefedni. Úgy is mondhatnánk, hogy egyetlen erőmű helyett öt darab erőművet kellene építeni, nagyjából 100-szor nagyobb területen. Mivel a napelemek teljesítménye a használat során csökken, és év alatt teljesen tönkremennek, ezért a napelem parkot az atomerőmű 60 éves élettartama alatt legalább két-három alkalommal le kellene cserélni. Kérdés, hogyan oldató meg ilyen mennyiségű veszélyes elektronikus hulladék ártalmatlanítása. Az is probléma, hogy a hatalmas napelem felület működőképessége csak úgy biztosítható, ha a rendszeres tisztításához minden évben több millió köbméter jó minőségű tiszta vizet használunk (vagy inkább pazarolunk) el, miközben a melegedő éghajlat miatt egyre nehezebben lehet majd vízhez jutni. És az is megoldandó, hogy honnan vesszük az áramot, amikor nem süt a Nap, és hogyan tároljuk nagy mennyiségben a villamos energiát, amikor nagyon süt. Az időjárástól függően véletlenszerűen ingadozó teljesítményű naperőmű ugyanis veszélyezteti a villamos energia továbbító és elosztó hálózat stabilitását, amelynek a kiszabályozása bonyolult és drága további műszaki intézkedéseket igényel, és ezek gyakran többe kerülnek, mint maga a megtermelt villamos áram.

2 Vegyük másik példaként a szélerőműveket. Az elérhető kapacitás kihasználtság itt is legfeljebb 20%, ezért Paks helyettesítésére ebből is ki kellene építeni legalább megawatt névleges teljesítményű szélerőmű parkot. Ehhez fel kellene építeni több ezer darab, emelet magasságú hatalmas tornyot, amelyeken óriási méretű lapátokból álló propellerek forognak. Egy ekkora szélturbina erdő összes hatáskeresztmetszete legalább 30 millió négyzetméter. A hatása pedig a széljárásokra olyan lenne, mintha építenénk egy 100 méter magas, 300 km hosszú szélfogó falat. Vajon mekkora lenne ennek az ökológiai hatása, és a rendszer ún. ökológiai lábnyoma? Ráadásul a szélturbinák teljesítmény ingadozása még a napelemeknél is kiszámíthatatlanabb, a várható élettartamuk ugyancsak legfeljebb év, amelynek a letelte után elképesztő mennyiségű veszélyes hulladék marad örökségül a következő generációra. Ellenvetésként felhozhatjuk, hogy Németországban nagyságrendekkel nagyobb szélturbina kapacitást építettek ki. Ez azonban csak azért működőképes, mert Németország szomszédjai nem követik ezt a példát. Amikor ugyanis Németországban áram felesleg van, rásózzák a fölösleges áramot a szomszédokra, amikor pedig nem fúj a szél, vagy nagyon fúj, igénybe veszik a szomszéd országok kapacitását. Ráadásul az időnként előforduló orkán erejű szélben gyakran mennek tönkre a szélerőművek, amelyek olykor össze is dőlnek, vagy pedig a lapátokat érő villámcsapások, valamint a jegesedés okoznak bennük helyrehozhatatlan kárt. Ha egész Európában a német példát követnék, már összeomlott volna az EU villamos hálózata. Végezhetünk próbaszámításokat más megújuló villamos energiára is (pl. geotermia, biomassza), azonban az eredmények ott sem sokkal kedvezőbbek. Bár ezek teljesítménye nem függ az időjárástól, azonban hatalmas terület igényük és rövid élettartamuk további problémákat vet fel. Vegyük példaként a Szerencsnél tervezett, de meg nem valósult 50 megawattos szalmaerőművet, amelyhez 50 kilométeres körzetből kellett volna összegyűjteni a szalmát. Eltekintve az üzemanyag szállítással kapcsolatos környezetszennyezéstől, amelyet az úttalan utakon közlekedő teherautók és traktorok okoznak, van egy másik probléma is. Ilyen erőműből 40 darabot kellene felépíteni, hogy ki lehessen váltani a paksi atomerőmű áramtermelését. Ehhez viszont ezer négyzetkilométer mezőgazdasági területről kellene összegyűjteni a szalmát, miközben az ország területe mindössze 93 ezer négyzetkilométer. Következő példa lehet a geotermikus energia, amely azonban nem azonos a földhővel, amelyet néhányszor 10 méter mélységből lehet felszínre hozni épületek fűtéséhez. A földhő (talajhő) nagyrészt a napsugárzás talaj melegítő hatásából táplálkozik, és nem azonos a valódi geotermikus energiával, amelynek forrása a földkéreg alatti forró magma hőenergiájának felfelé áramlása, és amelynek a felszínre hozása erre alkalmas munkafolyadék (pl. termálvíz) segítségével több kilométer mélységből történik. Ami Magyarország ilyen lehetőségeit illeti, az ország egész területén nem áramlik fel a földkéregben annyi geotermikus energia, amelyből ki lehetne termelni annyi villanyáramot, amivel helyettesíteni lehetne a paksi atomerőmű áramtermelését. És akkor még nem beszéltünk a geotermikus energia környezet károsító hatásairól, a felszínre kerülő radioaktív és nehéz fém só szennyeződésekről, amelyek miatt a felszínre hozott termálvizet vagy más munkafolyadékot vissza kell juttatni a mélyebb talajrétegekbe, vagy meg kell tisztítani. Mindkét megoldás nagyon költséges. A megújulók között kiemelten fontos szerepe van a vízenergiának, amely a világon megtermelt összes megújuló energia többségét teszi ki. Ezt az energiát, különleges jelentősége miatt, az EU-ban a többi megújulótól elkülönítve kezelik. Egy vízerőmű őkológiai lábnyoma a többi megújulóhoz képest minimális, miközben a teljesítménye rendkívül gyorsan és rugalmasan szabályozható. Ezért különösen alkalmas arra, hogy az időjárás-függő megújulók hálózati instabilizáló hatását kompenzálja. Minél nagyobb vízerőmű kapacitással rendelkezik egy ország, annál több időjárás függő megújuló nap és szél energiát képes a hálózat befogadni anélkül, hogy a rendszer stabilitása sérülne. Sajnos Magyarországon évtizedek óta folyik egy politikai indíttatású vízerőmű ellenes propaganda, és éppen ez akadályozza meg az egyéb megújuló energiák fokozott mértékű bekapcsolását a villamos hálózatba. A számítások azt mutatják, hogy a kedvező adottságai ellenére a világon megépíthető folyami vízerőművekkel megtermelhető villamos energia mennyisége azonban korlátozott. Ugyancsak korlátozott a tengerpartokon felépíthető apály-dagály erőművekkel elérhető áramtermelés. 2

3 Akárhogyan számolgatunk, az eredmény az, hogy megújulókkal, beleértve az elvileg még kiaknázható vízenergiát is, hosszabb távon nem fedezhető az emberiség növekvő energia szükséglete. Mivel pedig a hagyományos energiaforrások kimerülőben vannak, a nukleáris energia jövőbeli fokozott hasznosítása nem kerülhető el. Az atomerőművek üzemanyaga az uránium, az energia termelés forrása pedig az uránium atommagok láncreakciós hasadása. A természetes urán három izotóp keveréke. Ezek közül csak az egyik, nevezetesen az U235 alkalmas maghasadásos láncreakcióra, amely a természetes uránnak mindössze 0,72 %-a. Hogy láncreakció kialakuljon, az uránt dúsítani kell, meg kell növelni a hasadásképes izotóp tartalmat mintegy 3-4 % mértékűre. Hangsúlyozni kell, hogy ilyen dúsítású uránból nem lehet atombombát készíteni. Az atombombában a hasadásképes izotóp aránya legalább %, máskülönben nem robban. Az atomerőműben a maghasadás során az atommag tömegének egy csekély része energiává alakul át. Emiatt egy kg U235-ből a maghasadás után mindössze 0,93 gramm tömeg hiányzik. Ez a 0,93 gramm tömeg azonban Einstein közismert E=mc 2 képletének megfelelően több mint 23 milliárd kilowattóra energiával egyenértékű. Ha még figyelembe vesszük, hogy a felhasznált üzemanyag tényleges hasadó anyag tartalma mindössze 3-4 %, és azt is, hogy ennek is csupán a 0,00093 %-a alakul át energiává, továbbá számításba vesszük az atomerőmű hatásfokát és a villanyáram továbbításakor fellépő veszteségeket, kiszámítható, hogy egyetlen aszpirin tabletta méretű dúsított uránium darabkából annyi villamos energia nyerhető, amely fedezi egy közepes méretű lakás éves áramszükségletét. Egy ezer megawattos erőmű energia szükségletét pedig elvileg napi egyetlen gramm tömegveszteséggel fedezni lehetne. Figyelembe véve azonban a nukleáris üzemanyag dúsítottságát, a különféle veszteségeket, valamint az áramtermelő generátorok és áramátalakító transzformátorok hatásfokát, egy ekkora erőmű felhasznál naponta kb kg dúsított uránium üzemanyagot, vagyis évenként mintegy tonnát, amelyből azonban mindössze néhány kilogramm tömeg alakul át energiává, és ami megmarad, azt nevezik nagy aktivitású atomhulladéknak. Ez az atomhulladék azonban még hatalmas mennyiségű kitermelhető energiát tartalmaz. Így azután az atomhulladék a jövő egyik legfontosabb energia forrása lehet, és már ma is rendelkezésre áll az újrahasznosítási technológia, azonban a hagyományos nukleáris üzemanyag felhasználása jelenleg még gazdaságosabb. Mindebből az is következik, hogy egy atomerőmű éves üzemanyag fogyasztása annyira csekély mennyiséget jelent, amely elférhet akár néhány kamionban. Hosszabb távú, több éves üzemanyag tartalék tárolása sem okozhat különösebb problémát, és mivel a különféle dúsítottságú üzemanyagok számos forrásból beszerezhetők, a hosszú távú üzemanyag ellátás nem okozhat különösebb nehézséget. Nem csak a szén, a kőolaj és földgáz készletek végesek, de a Föld uránium kincse is korlátozott, ez is el fog fogyni éven belül. A világ kibányászható urán készlete 7,6 millió tonnára becsülhető, ez a jelenlegi kb. 50 ezer tonna/év felhasználás mellett 150 évre lehet elegendő (részesedésünk ebből kb. 0,2%). Figyelembe kell azonban venni, hogy a kiégett fűtőelemekből a már említett újra hasznosítással hatalmas mennyiségű energia nyerhető ki, ez tehát nem hulladék, hanem a jövő egyik nukleáris üzemanyaga. Számítások szerint a jelenlegi felhasználás mellett ezzel kb évig fedezhető lenne az üzemanyag utánpótlás. Van a Földön egy másik urán forrás is. Az óceánok vizében lévő uránkészletek mennyiségét mintegy 4500 millió tonnára becsülik, amely több száz szorosa a szárazföldi készleteknek. Ezen kívül van egy további megoldás is, a tórium. Ennek hasznosítását már évtizedekkel ezelőtt javasolta Teller Ede, valamint Carlo Rubbia Nobel díjas olasz fizikus, aki ki is dolgozott erre megfelelő technológiai eljárást. Az utóbbi években Indiában és Kínában már felfutóban van ez a technológia, mivel a legnagyobb tórium lelőhelyek éppen ezekben az országokban vannak. A kitermelhető készletek mennyiségét legalább 6,2 milló tonnára becsülik. Ha hosszabb távon az emberiség teljes energia igényét kizárólag villamos energiával akarjuk kielégíteni, és az egészet atomerőművekben termeljük meg, akkor a nukleáris üzemanyag fogyasztás a jelenlegi szorosára emelkedhet, azonban még így is biztosítani lehet nukleáris energiával az emberiség energia ellátását évezredes távlatban. Kérdezhetjük persze, mi lesz azután, hiszen reméljük, hogy az emberiség nem fog kihalni egy-két évezreden belül. Az igazi hosszú távú megoldás a fejlesztés alatt álló hidrogén fúziós nukleáris erőmű lehet. Valamikor, még az 1950-es években a tudósok azt jósolták, hogy 30 év múlva fúziós reaktorokkal 3

4 fogjuk termelni a villanyáramot. Azután 30 évvel később megint ezt jósolták. Jelenleg is ezt jósolják. És talán még 30 év múlva is ezt fogják jósolni. Ez bizony nehéz probléma, sokkal bonyolultabb, mint sokan gondolják. Jó darabig még dolgozni kell rajta. De mégsem megoldhatatlan, hiszen a működési elve nem ellenkezik a fizika törvényeivel. Idő pedig van bőven, hiszen az urán és a tórium megfelelő technológia alkalmazásával még biztosan kitart addig, hogy a megoldás megszülethessen. Ami a nukleáris biztonságot illeti, az atomerőművekkel kapcsolatos aggodalom fő oka a sugárzástól való félelem, annak ellenére, hogy a nukleáris technológiából származó sugárzás elenyészően csekély a természetes eredetű háttérsugárzáshoz képest. Természetes sugárözönben élünk, még ha nem is érzékeljük. Ionizáló sugárzásokat kapunk a Napból, és a távoli csillagoktól. Sugárzásnak vagyunk kitéve a föld alól a talaj repedésein felszivárgó radioaktív gázok miatt. Sugárzást kapunk egy plafonig csempézett fürdőszobában és egy szenes pincében a kerámiában és a szénben található radioaktív izotópok miatt. Sugárzások érnek, amikor egy gyógyfürdő termálvizében lubickolunk, és sugárzó radioaktív izotópokat fogyasztunk, amikor mélyfúrású kutakból származó ásványvizet iszunk. A sokféle sugárzás jó is meg nem is. Ha nem volnának sugárzások, nem alakulhatott volna ki élet a Földön. A sugárzások azonban károsak is lehetnek, ebben is van optimális középút. Valamekkora sugárzásra mindenképpen szükségünk van ahhoz, hogy egészségesek legyünk, de a túl intenzív besugárzás súlyos egészségromlást okozhat, ettől akár meg is halhatunk. Nemzeti és nemzetközi egészségvédelmi szabványok írják elő, hogy egy ember évenként mekkora dózisterhelést viselhet el egészségkárosodás nélkül. Mivel az emberi test szervei (csont, vese, máj, agy, stb.) eltérő érzékenységűek, külön megadják az egyes szervekre a dózishatárt, az egész testre pedig a legérzékenyebb szervek terhelhetőségét veszik alapul. Az 1980-as években Prof. Dr. Marx György akadémikus munkatársai háttérsugárzási méréseket végeztek, és felmérték, hogy abban a faluban, utcában, vagy háztömbben, ahol mértek, milyen gyakori a daganatos megbetegedés. Az eredményekből az tűnt ki, hogy ott sok a beteg, ahol vagy nagyon alacsony, vagy nagyon magas a sugárzási szint, vagyis ebben is létezik optimum, arany középút. Nem a sugárzások képezik az emberiség legnagyobb daganatos kockázatát, sokkal inkább a természetes és mesterséges eredetű kémiai vegyületek, amelyek jelen vannak festékekben, tisztítószerekben, növényvédő szerekben, olykor az ivóvízben, a levegőben, a kozmetikai szerekben, és az élelmiszerekben is. A nukleáris erőművek biztonsága terén a haladás nagyon jelentős. A legújabb erőműtípusoknál a környezeti kibocsátással járó üzemzavarok valószínűségét és az esetleg kibocsátott aktivitás mennyiségét rendkívül kis értékre sikerült leszorítani, olyannyira, hogy az ebből származó kockázat nagyságrendekkel kisebb más ipari ártalmak kockázatánál. Az eddigi legsúlyosabb atomerőmű baleset Csernobilban történt, amit olykor szívesen hasonlítanak Hirosimához. Csernobilban azonban nem történt atomrobbanás. A nukleáris üzemanyag a túlhevülés miatt megolvadt, és az ennek következtében kialakult kémiai reakciók során nagy mennyiségű hidrogén gáz keletkezett, amely a levegő oxigénjével keveredve felrobbant. A modern reaktorokban ilyen baleset nem fordulhat elő. Ha a reaktor tartályban az üzemanyag esetleg mégis megolvadna, és a reaktor tartály is megsérülne, az olvadék lecsorog egy hűtőfolyadékkal töltött tartályba, amelyben a hasadásos reakció azonnal megszűnik. Másik gyakori hivatkozási alap a fukushimai atombaleset. Pedig ebben senki nem kapott sugárfertőzést. Sajtóhírek szerint az atomerőmű területén mindössze két ember halt meg. Az egyik a földrengés miatt ijedtében szívrohamot kapott, a másikra pedig a raktárban rádőlt egy állvány, és mire ki tudták szabadítani, már nem lehetett rajta segíteni. Ugyanakkor a cunaminak és a földrengésnek legalább 20 ezer áldozata volt, de ezekről senki nem beszél, csak az atomerőműről, amely annyira tönkrement, hogy le kellett állítani. Az igazi veszélyt nem az atomerőművek, hanem sokkal inkább a nagyhatalmaknál felhalmozott hatalmas mennyiségű nukleáris fegyverkészlet jelenti, amely bőven elegendő lehetne a bolygón kialakult valamennyi élet elpusztítására. Ha egyszer az atomhatalmak tényleg rászánják magukat a nukleáris leszerelésre, az atombombákban található plutónium is felhasználható lesz atomerőművek működtetéséhez. 4

5 Azon is érdemes elgondolkodni, hogy a Földön egyetlen hónap alatt több ember hal meg közlekedési balesetben, mint amennyi az összes eddigi atomerőmű baleset áldozatainak száma. A nukleáris energiát egyébként sem az ember találta fel. A Nap ezért sugárzik, mert benne nukleáris fúziós reakció zajlik. A Föld belseje pedig azért forró, mert benne termonukleáris folyamatok termelik a hőenergiát. Voltaképpen ez a világegyetemben az egyetlen igazi elsődleges, primer energia, amelyből közvetve minden egyéb energia származik. Hogy ez mennyire igaz, arra példa az afrikai Gabon államban működő természetes eredetű földalatti atomreaktor, amely több millió évvel ezelőtt jött létre a földmozgások során, amikor még az urániumban az U235 izotóp aránya nagyobb volt, ezért a lassú termonukleáris folyamat magától be tudott indulni, és a mai napig is tart. Dr. Héjjas István július Kapcsolódó írások Hazai villamos energia ellátás Vízerőmű építési tilalom Atomenergia 5