ALTERNATÍVA-E AZ ATOMENERGIA Kapin László Bevezetés Dolgozatomban az atomenergia jövőbeni felhasználásának lehetőségeit vizsgálom meg több szemszögből, elsősorban az atomenergiát támogatók és az azt ellenzők érveit elemezve. Mindebből a tények felsorolását követően világos és érthető lesz mindenki számára. Érvek-ellenérvek Vegyük először a nukleáris energia támogatói által hangoztatott érveket. A 20. században az energiafelhasználás exponenciálisan nőtt, és a mai felmérések is azt mutatják, hogy a növekedés a 21. században sem fog csökkenni, tekintve hogy az emberiség nagyobbik része él az egyre több energiát használó fejlődő országokban. Ma a nukleáris energia a világ energiatermelésének 21%-át adja, míg a fosszilis tüzelőanyagok még mindig a vezető helyen vannak. Megjegyzendő azonban, hogy a szénhidrogének eltüzelése hőfejlesztésre, vagy villamos energiatermelésre igen nagy pazarlás, mivel azok nehezen helyettesíthető, értékes vegyipari alapanyagok egyben. Az ásványi tüzelőanyag hasznosításának legnagyobb tehertétele mégis a környezetszennyezés, leginkább az égéstermékek légszennyezése és a szilárd hulladékok. Az utóbbi évek kutatásai arra irányulnak, hogy a csak a kevés szén-dioxid kibocsátással járó megújuló és nukleáris forrásokra helyeződjön át a súlypont. Külön probléma, hogy a környezetszennyezés csökkentésével járó többletterhekből mennyit és milyen formában vállalnak a fejlődő országok, miközben jogosnak tűnő módon azt hangoztatják, hogy lényegében vétlenek a jelenlegi súlyos helyzet kialakulásában. A jelenlegi adatokat alapul véve úgy tűnik, hogy a következő időszakban ők lesznek a legnagyobb új energiafogyasztók. Korlátozott anyagi lehetőségeikből csak a legszükségesebb beruházásokra futja, és gyakran a széntermelést tudják a legegyszerűbben bővíteni (pl. Kína, India). Az előbb említett problémák megoldását látják egyesek az atomenergiában, de melyek, az igazi előnyei? A támogatók négy érvet emelnek ki, a gazdaságosságot, biztonságot, tartósságot és a tisztaságot. Az első érv háttere az anyagiakat helyezi előtérbe, azzal hogy kijelentik: ez egy olcsó energiaforrás a növekvő igények fedezésére. Ezt az állítást akár el is fogadhatjuk, ha az idevonatkozó adatokat vesszük sorra. Az atomenergia versenyképessége megegyezik a többi vetélytársáéval. A 21. századi terrorizmus veszélyei miatt azonban már ezt sem gondolja a
Nyugat jó megoldásnak a fejlődők energiaigényének fedezésére. Tökéletes példája ennek Irán, amelynek atomreaktor építését még engedélyeznék, de a dúsítást semmiképp. Az atomreaktorokban termelt energia árának főbb összetevői, a paksi atomreaktor példáján: Mint látjuk a hulladékkezelés a költségek csak egy igen kis részét képezi, mert a jelenlegi ideiglenes tárolás árával számol. De ez csak ideiglenes megoldás, a végleges elhelyezés egyelőre nem megoldott sehol a világon. A magas aktivitású hulladék tárolását több tízezer évre kellene biztosítani. Az atomenergia versenyképességét az olcsó és rugalmatlan árú üzemanyag jelenti. Amely egyben azt is jelenti, hogy jelentős forrásokat von el a megújuló energia kutatásoktól.
A második támogató érv a tartósság, miszerint az erőforrások huzamosabb ideig rendelkezésre állnak. Ha az urán jelenlegi előfordulását és mennyiségét nézzük, ezt aligha nevethetnénk biztatónak a 21. század energiaigényének tükrében. A jelenlegi termikus reaktorok esetében még a legdrágább urán előfordulások kiaknázásával nyerhető potenciál is kevés lesz. Viszont az uránvagyon kihasználását hetvenszeresére növelő szaporító reaktorok, valamint az urán-előfordulások többszörösét kitevő tórium-előfordulások hasznosítása nagyban növelik a nukleáris potenciált. Az uránkészletek hatékonyabb hasznosítása: a zárt üzemanyagciklus teljessé tétele; az U235 1 és U238 2 mellett a Th233 bevonása az energiatermelésbe. A atomerőművek bevonása a 1 Az U235-ös alkalmas rá, hogy bizonyos körülmények között neutronokkal bombázva meginduljon a roppant energia felszabadulásával járó atommaghasadás.
hidrogéntermelésbe: az elektrolízis és termokémiai folyamat révén a rohamosan növekvő hidrogén iránti igény kielégítésére földgáz helyett (amely széndioxid-kibocsátással jár) víz alapú hidrogént lehet előállítani; az új típusú nukleáris berendezésekkel a nagy aktivitású hulladékok végleges elhelyezésére nyújthat megoldást egy ma még kísérleti stádiumban lévő, de nagyon ígéretes technológia, a transzmutáció. Ez azt jelenti, hogy a hosszú felezési idejű izotópokat speciális reaktorokban besugározva, magreakciók segítségével rövid felezési idejűekké alakítjuk. Ez a technológia a reprocesszálás továbbfejlesztése 3. Ezen folyamat során a kiégett fűtőelemeket dolgozzák fel, mivel ennek igen kis része tényleges hulladék, a fennmaradó részt újra lehet hasznosítani. A kiégett üzemanyagot feldolgozzák, és kémiai eljárásokkal kivonják belőle az uránt (U) és a plutóniumot (Pu). Az urán ekkor már alacsony dúsítású, de bizonyos reaktortípusokban még így is felhasználható, vagy újradúsítható. A másik megoldás az, hogy az uránt reprocesszálásból nyert plutóniummal dúsítják fel, hiszen az nagy mennyiségben tartalmaz hasadóképes izotópokat, elsősorban 239 Pu-t 4. Ez az ún. MOX üzemanyag. A plutónium tehát nem hulladék, hanem hasznosítható üzemanyag. Ez olyannyira igaz, hogy léteznek reaktorok, melyek tervezésénél ez volt az elsődleges szempont, sőt léteznek olyan típusok is, amelyek működésük során több hasadóanyagot termelnek, mint amennyit elhasználnak, ezeket hívjuk tenyészreaktornak. Ezek a reaktorfajták nem terjedtek el széleskörűen, amelynek az az egyszerű oka, hogy ma még sokkal olcsóbb a kibányászott és dúsított uránból származó üzemanyag, mint a reprocesszálásból származó. Ha azonban az atomenergia hosszú távú alkalmazásában gondolkodunk, mindenképpen szükségünk lesz ezekre a technológiákra. A tartósság szempontja más helyen is relatív, hiszen az urán dúsítása csak néhány ország kiváltsága és ez is jelentősen befolyásolhatja az üzemanyag ellátottságot. A tisztaság különösen fontos érv nukleáris energiát támogatók részéről, hiszen ők a globális felmelegedést okozó gázok kibocsátásáért felelős fosszilis tüzelőanyagokkal szembeni alternatívaként tekintenek az atomenergiára. És emellett egy reaktorbaleset esélye nagyon kicsi a szigorú nemzetközi szabályozás miatt, a sugárzás veszélye elenyésző, több sugárdózist kapunk életünk során mobiltelefonálás közben, mint az atomerőművek révén - állítják a támogatók. Tekintve, hogy az atomerőművek által kibocsátott CO2 mennyisége jelentéktelen, és az energiakoncentrációt tekintve is az urán a leghatékonyabb. 2 A természetes urán hozzávetőlegesen 99.3 %- a U238-as uránizotóp, a maradék pedig U235, ezt dúsítják és használják az atomreaktorok fűtőanyagaként, felezési ideje 4.5 milliárd év 3 A hosszú életű izotópok magreakció útján rövidéletű izotópokká való átalakításával ez a transzmutáció 4 A 239Pu a plutónium egy izotópja amely atommagja 239 neutront tartalmaz,ez instabillá teszi így hasadóanyagként felhasználható
De a nukleáris energiára más természetű hulladék jellemző. A támogatók sokszor elfelejtik, hogy az atomenergia nem csak a reaktorban termel szemetet, de az urán bányászata során is. Ezeket a szennyezéseket az emberek nagy része nem érzékeli, hiszen ma már nem bányásznak uránt Magyarországon, de ha globális környezetszennyezés ellen lép valaki fel ezt sem hagyhatja figyelmen kívül. A következő ábrán az U-235 uránium előállításának lépései láthatók a bányászattól a használt üzemanyag feldolgozásáig. A számokból látszik hogy jelentős akár több ezer tonna uránércet kell kitermelni ahhoz, hogy néhány tonna tiszta uránt kapjunk. Ezek a bányamódszerek jelentős környezetterhelést jelentenek, mert az urán kinyeréséhez többek közt arzént, ciánt és sok hasonlóan veszélyes anyagot használnak. A radioaktív hulladék elsőszámú áldozatai a kőzet feldolgozásánál dolgozó munkások, azonban a környéken élő lakosság is komoly veszélyben van. Az amerikai uránfeldolgozó üzemek tevékenysége következtében összesen több mint 190 millió tonna meddő halmozódott fel. Namíbiában évi 16 millió tonna keletkezik, amelyek végleges kezelése hatástalanítása nem megoldott.
Mining 20 000 tonnes of 1% uranium ore Milling 230 tonnes of uranium oxide concentrate (with 195 t U) Conversion 288 tonnes UF 6 (with 195 t U) Enrichment 35 tonnes UF 6 (with 24 t enriched U) - balance Fuel fabrication is 'tails' 27 tonnes UO 2 (with 24 t enriched U) Reactor operation Used fuel 7000 million kwh of electricity 27 tonnes containing 240kg plutonium, 23 t uranium (0.8% U-235), 720kg fission products, also transuranics. A tisztaság kapcsán nézzük vajon mennyi veszélyes hulladékot termelünk és ebből mennyi a magas aktivitású reaktorhulladék. A kimerült fűtőelemek végső elhelyezés előtt az erőművekben tárolják és hűtik, amíg el nem éri azt a hőmérsékletet, hogy el lehessen szállítani. A jelenleg is működő reaktorok több
tíz évre elegendő tárolókapacitással rendelkeznek. A kisseb aktivitású hulladékok tárolására létezik bevett technika, de a tárolók építése a civil ellenállás miatt nehézkes. A radioaktív anyagok sugárzásának időtartamát felezési időben mérik, ez megmutatja mennyi idő alatt feleződik meg a sugárzás mértéke. A használt fűtőelemek esetében ez akár több tízezer év is lehet, ez pedig nem teljesen felmérhető még kevésbé ellensúlyozható környezeti problémákat hárít a következő generációkra. Erre megoldásként említhetjük a reprocesszálás folyamatát 5 amely során a kiégett fűtőelemekből újra felhasználható fűtőelemet gyártanak. A valóságban csak Franciaország, Anglia és Oroszország használja ezt a technikát saját célra, tehát egyelőre ez sem jelent igazi megoldást. A negyedik érv a biztonság, amiről már ejtettem szót. A föld népessége sugárterhelésének főbb forrásai és átlagértéke Természetes kozmikus külső kozmikus belső földkérgi külső földkérgi belső Mesterséges nukleáris ipar orvosi célú atomrobbantás (2,4 msv/év) 0.3 msv 0.015 msv 0.5 msv 1.6 msv (0,4 msv/év) 0.0002 msv 0.4 msv 0.01 msv Mint azt a táblázatból láthatjuk az embert sokféle sugárzás éri élete során, ebből a nukleáris ipar hányada a legkevesebb. Az adatokból arra következtethetünk hogy az atomerőművekből származó sugárzás elhanyagolható, feltéve ha balesetmentesen működnek. Ha egy reaktorban baleset következik be, az súlyos, beláthatatlan következményekkel járhat. És balesetekből nincs hiány az elmúlt 50 évben: a mindenki által ismert csernobili volt az egyik legsúlyosabb nukleáris katasztrófa a történelem során, és a probléma megismétlődhet. 5 Lsd.:4.oldal
Meg kell még említeni még a veszélyes anyagok szállításának problémáját. Ezt is szigorú előírások szabályozzák, de milyen szabály védi meg azt a hajót a nyílt tengeren, ami Japánból szállít használt fűtőelemeket Franciaországba? Végezetül néhány összefoglaló gondolat: talán mindenki számára kiderült, hogy ezt a vitát süketek folytatják, a felek saját igazukat próbálják alátámasztani. Értékek és számok vitája ez, ahol nem lehet győztest hirdetni, viszont a megoldás várat magára. Legsúlyosabb reaktorbalesetek: A reaktorbalesetek súlyosságának megítéléséhez a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (International Atomic Energy Agency = IAEA), és a Gazdasági Együttműködés és Fejlesztés Szervezetének Nukleáris Energia Ügynöksége (Organization for Economic Co-operation and Development Nuclear Energy Agency = OECD NEA) által közösen összehívott nemzetközi szakértői csoport kidolgozta a Nemzetközi Nukleáris Eseményskálát (International Nuclear Event Scale =IAES). A Nemzetközi Nukleáris Eseményskála A reaktortörténelemben három nagy balesetet tartunk számon. Az első 1957-ben történt az angliai Windscale-ben. Mielőtt a grafit túlszívná magát, rendszeresen fel kell melegíteni, hogy a benne tárolt hő felszabaduljon. 1957-ben túl későn és kellő körültekintés nélkül hajtották végre a felmelegítést. Fellépett a Wigner-effektus, a
reaktor túlforrósodott, végül a grafit meggyulladt. A reaktort elárasztották széndioxiddal, de ez nem bizonyult elégségesnek. Végül a vízzel történő oltás mellett döntöttek. A 125 méter magas reaktorkéménybe épített szűrők a reaktorból felszabaduló radioaktivitás zömét visszatartották, így komoly környezeti kárt, illetve emberáldozatot az eset nem követelt. A reaktor környezetében egy 500 km 2 -es területen a tejet emberi fogyasztásra alkalmatlannak minősítették és elkobozták, mivel benne a 131 I izotóp 6 koncentrációja meghaladta a megengedett értéket. A reaktor személyzetének egy tagja 46 msv dózist kapott, ami az éves természetes háttérsugárzás 20-szorosa. Egyébként a lakosság sugárterhelése a hatósági intézkedések következtében a megengedett érték alatt maradt. A második eset az Egyesült Államok-beli Three Miles Island atomerőműben történt 1979-ben. Mindenképpen fontos kihangsúlyozni, hogy bár a baleset szakmai szemmel nézve roppant komoly esetet képviselt, a környezetbe nem jutott ki jelentős mennyiségű radioaktivitás. A csernobili atomerőműben történt baleset, illetve a windscale-i erőműben kiütött grafittűz során kikerült aktivitásnak csupán rendre 40000-ed, illetve 400-ad része volt a baleset következtében a kibocsátás. Az esemény az 5-ös szintű besorolást kapta. Végül a harmadik és a reaktortörténelem legtragikusabb balesete a Szovjetunióban történt 1986-ban a csernobili atomerőmű 4-es blokkjában. A négy grafitmoderátoros, vízhűtéses reaktor egyikében két gázrobbanás következett be, melynek eredményeként a reaktorok üzemi épületének teteje felrobbant és kigyulladt a grafit mag. A baleset akkor következett be, amikor az erőmű mérnökei kísérletek elvégzéséhez szándékosan kikapcsolták a reaktorok automatikus biztonsági és jelző rendszerét. A robbanás és a tűz eredményeként nagy aktivitású radioaktív anyagok kerültek az atmoszférába és a légmozgás hatására a radioaktív felhők az akkori Szovjetunió tagországai egy részén (Ukrajna északi része, Fehéroroszország, a Baltikum államai) és gyakorlatilag Európa jelentős részén végig vonultak. A potenciálisan az egészségre káros radioaktív anyagok rakódtak le az erőműtől 2.000 km távolságra mintegy 20 különböző országban. A tűzoltás 10 napja alatt további radioaktív anyagok kerültek a szomszédos területekre. Az erőmű 30 km sugarú környezetéből 135.000 lakost telepítettek ki. Öt hónappal a baleset után 31 erőműi dolgozó és tűzoltó halt meg az ionizáló sugarak káros hatásának következtében és 6 131I jódizotóp, a reaktorbalesetek, kapcsán kiszabaduló két elhíresült izotóp a jód-131 felezési ideje 8.05 nap, a cézium-137 izotópé 30 év.
további 200 szenvedett akut sugárbetegségben, akik jelentős része rövid időn belül elhalálozott valamilyen daganatos megbetegedésben. Az erőmű környezetében 2590 km 2 szennyeződött a talaj a radioaktív kihullás (fall out) következtében. Valamennyi környező erdőt ki kell vágni és a feltalajt el kell távolítani ill. elégetni. Az nem igényel különösebb magyarázatot, hogy ezt a balesetet a Nemzetközi Nukleáris Eseményskála legsúlyosabb, 7. szintjére sorolták be széleskörű környezeti és egészségügyi hatása miatt. Még néhány súlyosabb baleset: 1949. december 3-án az Egyesült Államokban, Hanfordban radioaktív felhő szabadult ki egy plutóniumkutató központból. 1957. szeptember 29-én a Szovjetunióban, Cseljabinszkban, egy plutóniumtermelő erőműben robbanás következett be, és 20 millió Curie radioaktivitás szabadult ki. 1957. október 7-én a nagy-britanniai Windscale-ben, egy plutóniumtermelő erőműben kigyulladt a grafit, és radioaktív por került a környezetbe, 500 négyzetkilométer terület szennyeződött el. 1975. november 30-án a leningrádi erőműben csőtörés miatt leolvadtak a fűtőelemek, és radioaktív anyag került a környezetbe. Mindhárom baleset rengeteg tanulsággal járt és alapjában változtatta meg az atomerőművek tervezési és üzemeltetési kritériumait. Felhasznált irodalom: http://www.reak.bme.hu/fine/ http://www.fuggetlen.hu/article.php?sid=342 Fleischer Tamás: Atomenergia, atomhulladék: dicsérni jöttünk vagy temetni? http://www.vki.hu/~tfleisch/pdf/pdf90/atom900521.pdf http://www.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz0001/vajda.html http://www.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz0104/bardos.html http://www.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz9708/tuhite.html