Атомна енергетика та її вплив на довкілля (стр. 2 из 5)
Табл.1.Запаси урану
| Вид палива | Дерево | Вугілля | Нафта | Уран |
| Енергія, отримувана від одного кілограма палива | 1 кВтґг | 3 кВтґг | 4 кВтґг | 50 000 кВтґг |
Землекористування. Україна має високорозвинуте сільське господарство, а тому питання відчуження ґрунтів під промислові об’єкти є вельми гострим. З наведеної на наступній сторінці таблиці видно, що АЕС вимагають найменшої площі у порівнянні з іншими електростанціями. Треба також зважати на те, що сонячна та вітрова енергії можуть з максимальною ефективністю використовуватися тільки у місцях із сприятливими природними умовами (в інших місцях потрібні великі вкладення у підтримуючі виробничі потужності). У нашій країні такі умови є лише у південних областях (Миколаївська, Херсонська, Одеська) та у Криму. Використання біомаси для широкомасштабного виробництва енергії можливе тільки у малонаселених країнах із сприятливими кліматичними умовами. Клімат у нас добрий, але, спрямовуючи свою політику землекористування переважно на виробництво продуктів харчування, Україна не може собі дозволити відводити великі площі для вирощування енергопостачальної біомаси(див.табл.2.).
Табл.2. Площа для вирощування енергопостачальної біомаси
| Тип електростанції | АЕС | Сонячна | Вітрова | З використ. біомаси |
| Площа відчужуваних земель для 1000-мегаватної станції | 1—4 км2 | 20—50 км2 | 50—150 км2 | 4000—6000 км2 |
Екологічні наслідки розміщення відходів. Технологічні відходи електростанцій або упаковують у контейнери, або «розсіюють». Досить малі за об’ємами відходи ядерної енергетики ніколи не викидали в повітря, у тепловій же енергетиці велика частина відходів розпорошується в атмосфері. При цьому оксиди сірки й азоту з’єднуються з атмосферною вологою і спричинюють кислотні дощі; вуглекислий газ сьогодні визнаний головною складовою парникових газів; а важкі метали і арсен (миш’як) осідають на ґрунт. Усі ці шкідливі речовини ми вдихаємо, споживаємо їх разом з овочами, годуємо забрудненим сіном домашніх тварин, отруюючи їхнє молоко і м’ясо. Окрім цього, треба пам’ятати, що тоді як рівень радіації з часом понижується і врешті-решт зникає зовсім, токсичні матеріали (важкі метали) існують вічно.
Табл.3.Об’єм відходів токсичних матеріалів (важких метадів)
| Тип електростанції | АЕС | Вугільна[1] |
| Об’єм відходів 1000-мегаватної електростанції за рік | 20 тонн відпрацьованого палива | 900 тонн SO24500 тонн NОx [2]6,5 млн тонн CO2400 тонн важких металів (включаючи ртуть) і небезпечних елементів (включаючи арсен) |
Кліматичні зміни. Зростання СO2 в атмосфері, пов’язане з людською діяльністю, на 75% викликане спаленням органічного палива, а значна частина решти 25% — масштабним зменшенням площі лісів. На сьогодні лише ядерна та гідроенергетика є серйозними джерелами безвуглецевого та економічного виробництва енергії. В той час, як росте наукове розуміння процесів глобального потепління, треба все більше спиратися на джерела енергії, що не викидають до атмосфери парникових газів – такі як поновлювані джерела та атомна енергія(див.табл.4.).
Табл.4.Викиди вуглекислого газу
| Тип електростанції | АЕС[3] | Газ | Нафта | Вугілля |
| Викиди вуглекислого газу при виробництві 1 млн кВтґг | 1 тонна | 360—400 тонн | 700—800 тонн | 850 тонн |
Конкурентоспроможність. При економічній оцінці будь-якої технології енерговиробництва необхідно враховувати повні зовнішні та соціальні витрати, зокрема екологічні ефекти для паливного циклу, вплив на суспільство (в т. ч. на зайнятість, здоров’я тощо) у локальному, регіональному та глобальному вимірах. Широкомасштабний проект ExtrnE, здійснений Європейською комісією спільно з Департаментом Енергії США, вивчав зовнішні фактори для повних енергетичних циклів (див. таблицю на наступній сторінці).
Експлуатаційні та фінансові витрати для різних технологій залежать у різних країнах від місцевих умов та прийнятих облікових ставок. Зовнішні витрати в ядерній енергетиці покривають потенційні витрати у випадку великих аварій, при тому імовірність таких аварій не є великою.
Якщо враховувати лише експлуатаційні та фінансові витрати, то найдешевшими є ядерна енергія та природний газ. Якщо брати до уваги ще й зовнішні витрати, то найпривабливішою стає ядерна енергія.
Оцінки зовнішньої вартості емісії СО2 (ефект кліматичних змін) не є усталеними й варіюються від 10 до 25 євро на тонну вугілля. Якщо прийняти цю вартість як 15 євро за тонну, то це дасть внесок у зовнішню вартість для вугілля 0,5 цента євро за кВтґг, а для природного газу – 0,3 цента. Якщо ж брати більш високу вартість, то ці числа дуже помітно збільшаться. Це робить ядерну енергію найбільш економічно вигідною альтернативою у випадку врахування всіх витрат(див.табл.5.).
Табл.5.Повна вартість виробництва електроенергії у центах євро за кВтґг
| Технологія | Зовнішні витрати | Фінансові витрати | Загалом |
| Вугілля | 2,0 | 5,0 | 7,0 |
| Нафта | 1,6 | 4,5 | 6,0 |
| Газ | 0,36 | 3,5 | 3,9 |
| Вітер | 0,22 | 6,0 | 6,2 |
| Гідроенергія | 0,22 | 4,5 | 4,7 |
| Ядерна енергія | 0,24 | 3,5 | 3,5 |
Уран — дуже поширений хімічний елемент на Землі. Його вміст у земній корі становить у середньому 4·10-6 г/г породи, у морській воді — 1,3·10-6 г/л. Природний уран складається з трьох ізотопів: 233U, 235U та 238U. При цьому вміст ізотопів дуже різний: на 140 частин 238U припадає одна частина 235U і незначна кількість 233U. При опроміненні нейтронами ізотопи виявляють себе по-різному. Так, при поглинанні нейтрону ядро 235U переходить у нестабільний стан і розпадається на два осколки з виділенням енергії та випусканням т. зв. вторинних нейтронів. Якщо нейтрон знову потрапляє в ядро 235U, то відбувається ще одне ділення. Якщо нейтрон потрапляє в ядро 238U, то відбувається інша реакція: новоутворене ядро 239U випускає b-частку та перетворюється на нептуній (239Np), який за наступного b-розпаду перетворюється на плутоній (239Pu). Плутоній є ядерним паливом і здатний ділитися та перетворюватися під дією нейтронів на важчі ізотопи:
Так само як і 235U, 233U теж є матеріалом, який ділиться і розпадається при поглиненні нейтрону. Ресурси 233U у природі вельми малі, отож його напрацьовують у ядерних реакторах з торія (Th), вміст якого у земній корі — близько 12·10-6 г/г породи —значно перевищує вміст урану. Щоправда, в океанічній воді торія міститься лише близько (1-2)·10-9 г/л — приблизно в тисячу разів менше, ніж урану. Однак у процесі вироблення 233U утворюються домішки баластних ізотопів 232U та 234U, які не діляться. Ізотоп 232U має період піврозпаду 72 роки й утворюється за кількома ядерними реакціями при опроміненні нейтронами природного торія; його присутність погіршує радіаційну обстановку, бо його продукти є a-, b- і g- активними. Тому у порівнянні з 235U паливо на основі 233U вимагає акуратнішого поводження.
Щоб проникнути в ядро 238U і викликати його перетворення на 239U, потрібні швидкі, а щоб викликати ділення 235U — повільні нейтрони. Реактори, в яких основну роботу здійснюють швидкі нейтрони, називаються швидкими, а реактори, котрі працюють на повільних нейтронах, — тепловими. У якості сповільнювача нейтронів у теплових реакторах використовуються графіт, вода або важка вода. Звідси й назви — уран-графітові, легководні, важководні реактори.
У процесі роботи в паливі утворюються довгоживучі радіонукліди: америцій (Am), кюрій (Cm), нептуній (Np), технецій-99 (99Tc) та йод-129 (129I). На сьогодні розроблені і випробувані технології, завдяки яким довгоживучі радіонукліди (з періодом піврозпаду в десятки й сотні тисяч років) вилучаються з відпрацьованого ядерного палива і піддаються трансмутації у швидких реакторах. У такому випадку замкнений ядерно-паливний цикл стає екологічно прийнятним, бо вимагає контролю за збереженням вилучених високоактивних відходів (у тому числі стронція-90 (90Sr) і цезія-137 (137Cs)) протягом лише 100—200 років. Після падіння активності ці відходи заховуються з дотриманням принципу радіаційно-міграційної еквівалентності (згідно з цим принципом, разом з відходами у земних глибинах ховається така ж кількість радіонуклідів, як і в добутому природному урані).
Негативні сторони ядерної енергетики
Однак у сучасної атомної енергетики є й істотні недоліки. Вона дає значно менше відходів, ніж інші енергогенеруючі технології (а потім ще й ізолює їх), але відходи все ж такі існують. Безпека поховання великої кількості радіоактивних відходів (РАВ) на десятки і сотні тисяч років викликає сумнів через надійність таких довготривалих фізично-геологічних прогнозів.Невідомо також, яку роль ці штучні поклади небезпечних речовин відіграють у життєдіяльницьких процесах наступних земних цивілізацій .
Більшість АЕС у світі використовують теплові легководні реактори (LWR). До цього класу належать усі нині діючі українські енергоблоки. LWR вимагають збагаченого урану, що зумовлює залежність неядерних країн від постачальників ядерного палива. Тому деякі держави (зокрема Румунія) будують важководні реактори (HWR), де використовується паливо з природного (незбагаченого) урану. Однак глибина вигоряння палива у HWR у 4—6 разів менша, ніж у LWR, а це збільшує об’єми відпрацьованого (опроміненого) ядерного палива (ОЯП) та зумовлює відповідну потребу у місткіших сховищах. Далі: існуючі на сьогодні технології переробки ОЯП передбачають вилучення з нього плутонію, а створення власних збагачувальних комбінатів і потужностей для переробки ОЯП у неядерних країнах дає їм можливість напрацьовувати збройовий уран і плутоній на основі цілком легальних каналів атомної енергетики.