Атомная энергетика предлагается в качестве возобновляемой энергии
Следует ли считать ядерную энергетику формой возобновляемой энергии, является постоянным предметом дискуссий. Законодательные определения возобновляемой энергии обычно исключают многие существующие технологии ядерной энергетики, за заметным исключением штата Юта . [1] взятые из словарей, Определения технологий возобновляемой энергетики, часто опускают или явно исключают упоминание источников ядерной энергии, за исключением естественного тепла ядерного распада, вырабатываемого на Земле . [2] [3]
, самое распространенное топливо, используемое на обычных атомных электростанциях , уран-235 является «невозобновляемым», По данным Управления энергетической информации однако организация ничего не говорит о переработанном МОКС-топливе . [3] Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии не упоминает ядерную энергетику в своем определении «основ энергетики». [4]
В 1987 году Комиссия Брундтланд (WCED) отнесла реакторы деления, которые производят больше делящегося ядерного топлива , чем потребляют ( реакторы-размножители , а в случае разработки и термоядерную энергию ), среди традиционных возобновляемых источников энергии , таких как солнечная энергия и гидроэнергетика . [5] Мониторинг и хранение радиоактивных отходов также необходимы при использовании других возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная энергия. [6]
Определения возобновляемой энергии
[ редактировать ]Потоки возобновляемой энергии связаны с природными явлениями, которые, за исключением энергии приливов , в конечном итоге получают энергию от Солнца ( естественный термоядерный реактор ) или от геотермальной энергии , которая представляет собой тепло, получаемое в большей степени из того, что генерируется на Земле из-за распад радиоактивных изотопов , как Международное энергетическое агентство : поясняет [7]
Возобновляемая энергия получается в результате природных процессов, которые постоянно пополняются. В своих различных формах он получается непосредственно от Солнца или от тепла, вырабатываемого глубоко под землей. В определение включено электричество и тепло, вырабатываемые из солнечного света , ветра , океанов , гидроэнергетики , биомассы , геотермальных ресурсов, а также биотоплива и водорода, полученных из возобновляемых ресурсов.
Возобновляемые источники энергии существуют на обширных географических территориях, в отличие от других источников энергии, которые сосредоточены в ограниченном числе стран. [7]
В ISO 13602-1:2002 возобновляемый ресурс определяется как «природный ресурс, для которого отношение создания природного ресурса к выпуску этого ресурса из природы в техносферу равно или превышает единицу».
Обычное деление, реакторы-размножители как возобновляемые источники энергии
[ редактировать ]Реакторы ядерного деления - это природный энергетический феномен, который естественным образом сформировался на Земле в прошлые времена, например, природный реактор ядерного деления , который работал в течение тысяч лет в современном Окло- Габоне в 1970-х годах был обнаружен . Он проработал несколько сотен тысяч лет, выработав за это время в среднем 100 кВт тепловой энергии. [8] [9]
Обычные, изготовленные человеком атомные электростанции в основном используют уран, обычный металл , который содержится в морской воде и горных породах по всему миру. [10] в качестве основного источника топлива. Уран-235, «сожженный» в обычных реакторах без переработки топлива , является невозобновляемым ресурсом, и если его использовать нынешними темпами, он в конечном итоге будет исчерпан .
Это также в некоторой степени похоже на ситуацию с обычно классифицируемым возобновляемым источником, геотермальной энергией , формой энергии, получаемой в результате естественного ядерного распада большого, но, тем не менее, ограниченного запаса урана, тория и калия-40, присутствующего в земной коре. и из-за процесса ядерного распада в этом возобновляемом источнике энергии также в конечном итоге закончится топливо. Как и Солнце , оно будет истощено . [11] [12]
Ядерное деление с участием реакторов-размножителей , реактора, который производит больше делящегося топлива, чем потребляет, и поэтому имеет коэффициент воспроизводства делящегося топлива выше 1, таким образом, имеет более веские основания считаться возобновляемым ресурсом, чем обычные реакторы деления. Реакторы-размножители будут постоянно пополнять имеющиеся запасы ядерного топлива путем преобразования материалов , таких как уран-238 и торий , в делящиеся изотопы плутония или воспроизводящих урана-233 соответственно. Плодородные материалы также невозобновляемы, но их запасы на Земле чрезвычайно велики, а сроки поставок превышают сроки поставки геотермальной энергии . Таким образом, в замкнутом ядерном топливном цикле с использованием реакторов-размножителей ядерное топливо можно считать возобновляемым.
В 1983 году физик Бернард Коэн заявил, что быстрые реакторы-размножители , работающие исключительно на природном уране, извлеченном из морской воды , могут обеспечивать энергию, по крайней мере, в течение ожидаемого оставшегося срока службы Солнца в пять миллиардов лет. [13] Это было основано на расчетах, включающих геологические циклы эрозии, субдукции и поднятия, в результате которых люди потребляют половину всего урана в земной коре при годовой норме использования 6500 тонн в год, что было достаточно для производства примерно в 10 раз большего количества урана. в мире в 1983 году потребление электроэнергии и снизит концентрацию урана в морях на 25%, что приведет к увеличению цены на уран менее чем на 25%. [13] [14]
Достижения Национальной лаборатории Ок-Риджа и Университета Алабамы , опубликованные в выпуске Американского химического общества за 2012 год , в направлении извлечения урана из морской воды были сосредоточены на повышении биоразлагаемости используемых материалов, снижении прогнозируемой стоимости металла, если он будет получен. добывался из моря в промышленных масштабах. Усовершенствования исследователей включают использование электропряденых креветок матов из панциря хитиновых , которые более эффективно поглощают уран по сравнению с предыдущим рекордным японским методом использования пластиковых амидоксимовых сеток. [16] [17] [18] [19] [20] [21] из океана было добыто всего несколько килограммов (доступно изображение) урана По состоянию на 2013 год в рамках пилотных программ , и также считается, что уран, добываемый в промышленных масштабах из морской воды, будет постоянно пополняться за счет урана, выщелоченного со дна океана. поддержание концентрации морской воды на стабильном уровне. [22] В 2014 году, учитывая достижения в области эффективности добычи урана из морской воды, статья в журнале Marine Science & Engineering предполагает, что, если целью являются легководные реакторы, этот процесс будет экономически конкурентоспособным, если будет реализован в больших масштабах . [23] В 2016 году глобальные усилия в области исследований стали темой специального выпуска журнала Industrial & Engineering Chemistry Research . [24] [25]
В 1987 году Всемирная комиссия по окружающей среде и развитию (WCED), организация, независимая от Организации Объединенных Наций , но созданная ею , опубликовала «Наше общее будущее» , в которой определенная часть существующих в настоящее время технологий ядерного деления и ядерного синтеза были засекречены. как возобновляемый. То есть реакторы деления, которые производят больше расщепляющегося топлива, чем потребляют, — реакторы-размножители , а когда они разрабатываются, и термоядерная энергия , оба классифицируются в той же категории, что и традиционные возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и падающая вода . [5]
В настоящее время, по состоянию на 2022 год, только два реактора-размножителя производят промышленную электроэнергию — БН-600 и БН-800 . Выведенный из эксплуатации французский реактор «Феникс» превышающий единицу также продемонстрировал коэффициент воспроизводства, , и проработал около 30 лет, производя электроэнергию, когда Наше общее будущее» в 1987 году была опубликована книга « .
Как сообщили Degueldre et ал. (2019). [26] Извлечение урана из разбавленной жидкой руды, такой как морская вода, изучалось в различных странах мира. Эту экстракцию следует проводить экономно, как предлагает Дегельдре (2017). [27] Скорость добычи килотонн урана в год на протяжении столетий не приведет к существенному изменению равновесной концентрации урана в океанах (3,3 частей на миллиард). Это равновесие является результатом поступления 10 килотонн урана в год с речными водами и его поглощения на морском дне из 1,37 экзатонн воды в океанах. [28] Для добычи урана из возобновляемых источников предлагается использовать специальный материал биомассы для адсорбции урана, а затем и других переходных металлов. Загрузка урана в биомассу составит около 100 мг на кг. По истечении времени контакта загруженный материал будет высушен и сожжен (нейтрально CO 2 ) с преобразованием тепла в электричество. [29] «Сжигание» урана в быстросолевом реакторе помогает оптимизировать преобразование энергии за счет сжигания всех изотопов актинидов с отличным выходом для производства максимального количества тепловой энергии в результате деления и преобразования ее в электричество. Эта оптимизация может быть достигнута за счет снижения замедления и концентрации продуктов деления в жидком топливе/хладагенте. Эти эффекты могут быть достигнуты за счет использования максимального количества актинидов и минимального количества щелочных/щелочноземельных элементов, что приводит к более жесткому спектру нейтронов. При этих оптимальных условиях потребление природного урана составит 7 тонн в год на гигаватт (ГВт) произведенной электроэнергии. [26] Сочетание добычи урана из моря и его оптимального использования в быстросолевом реакторе должно позволить ядерной энергетике получить статус возобновляемой. Кроме того, количество морской воды, используемой атомной электростанцией для охлаждения последнего теплоносителя и турбины, составит ~ 2,1 гигатонны в год для реактора на быстрых нейтронах, что соответствует 7 тоннам природного урана, извлекаемого в год. Эта практика оправдывает ярлык «возобновляемый». [30] [ циклическая ссылка ]
Поставка термоядерного топлива
[ редактировать ]Если он будет разработан, термоядерная энергия обеспечит больше энергии при заданном весе топлива, чем любой топливопотребляющий источник энергии, используемый в настоящее время. [31] а само топливо (в первую очередь дейтерий ) в изобилии существует в земном океане: примерно 1 из 6500 атомов водорода (H) в морской воде (H 2 O) представляет собой дейтерий в форме ( полутяжелой воды ). [32] Хотя эта доля может показаться небольшой (около 0,015%), поскольку реакции ядерного синтеза намного более энергичны, чем химическое горение, а морская вода легче доступна и ее больше, чем ископаемое топливо, термоядерный синтез потенциально может обеспечить мировые энергетические потребности на миллионы лет. . [33] [34]
В топливном цикле термоядерного синтеза дейтерий + литий расчетный срок службы этой термоядерной энергии составляет 60 миллионов лет , если можно извлечь весь литий из морской воды , предполагая текущее (2004 г.) мировое потребление энергии . [35] В то время как во втором простейшем термоядерном топливном цикле дейтерий + дейтерий сгорают. [ сломанный якорь ] Если предположить, что весь дейтерий в морской воде был извлечен и использован, то, по оценкам, существует топливо сроком на 150 миллиардов лет, причем опять же, если предположить нынешнее (2004 г.) мировое потребление энергии. [35]
Законодательство в США
[ редактировать ]Если бы ядерная энергетика была классифицирована как возобновляемая энергия (или как низкоуглеродная энергия), дополнительная государственная поддержка была бы доступна в большем количестве юрисдикций, и коммунальные предприятия могли бы включить ядерную энергетику в свои усилия по соблюдению стандарта портфеля возобновляемых источников энергии (ВИЭ). [ нужна ссылка ]
В 2009 году штат Юта принял «Закон о развитии возобновляемых источников энергии», который частично определил ядерную энергетику как форму возобновляемой энергии. [1]
См. также
[ редактировать ]
- Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла источников энергии
- Невозобновляемый ресурс#Ядерное топливо
- Добыча урана
- Дебаты по ядерной энергетике
- Ядерный синтез
- Проядерное движение
- 100% возобновляемая энергия
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Законопроект Палаты представителей штата Юта 430, сессия 198
- ^ «Возобновляемая энергия: определения из Dictionary.com» . Сайт Dictionary.com . Лексико Издательская Группа, ООО . Проверено 25 августа 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Основы возобновляемых и альтернативных видов топлива 101» . Управление энергетической информации . Проверено 17 декабря 2007 г.
- ^ «Основы возобновляемой энергетики» . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинала 11 января 2008 г. Проверено 17 декабря 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б Брундтланд, Гро Гарлем (20 марта 1987 г.). «Глава 7: Энергетика: выбор для окружающей среды и развития» . Наше общее будущее: доклад Всемирной комиссии по окружающей среде и развитию . Осло . Проверено 27 марта 2013 г.
Сегодняшние первичные источники энергии в основном невозобновляемые: природный газ, нефть, уголь, торф и традиционная ядерная энергия. Существуют также возобновляемые источники, включая древесину, растения, навоз, падающую воду, геотермальные источники, солнечную, приливную, ветровую и волновую энергию, а также мышечную силу человека и животных. Ядерные реакторы, которые производят собственное топливо («размножители») и, в конечном итоге, термоядерные реакторы, также относятся к этой категории.
- ^ http://www.epa.gov/radiation/tenorm/geothermal.html Отходы производства геотермальной энергии.
- ^ Перейти обратно: а б Рабочая группа МЭА по возобновляемым источникам энергии (2002 г.). Возобновляемая энергия... в мейнстрим , с. 9.
- ^ Мешик, АП (ноябрь 2005 г.). «Работа древнего ядерного реактора» . Научный американец . 293 (5): 82–6, 88, 90–1. Бибкод : 2005SciAm.293e..82M . doi : 10.1038/scientificamerican1105-82 . ПМИД 16318030 .
- ^ Готье-Лафай, Ф.; Холлигер, П.; Блан, П.-Л. (1996). «Реакторы естественного деления в бассейне Франсвиль, Габон: обзор условий и результатов «критического события» в геологической системе». Geochimica et Cosmochimica Acta . 60 (25): 4831–4852. Бибкод : 1996GeCoA..60.4831G . дои : 10.1016/S0016-7037(96)00245-1 .
- ^ «Объяснение ядерной энергетики, ваше руководство к пониманию энергетики — управление энергетической информацией» .
- ^ Конец Солнца
- ^ Земля не умрет так скоро, как думали
- ^ Перейти обратно: а б Коэн, Бернард Л. (январь 1983 г.). «Реакторы-размножители: возобновляемый источник энергии» (PDF) . Американский журнал физики . 51 (1): 75–76. Бибкод : 1983AmJPh..51...75C . дои : 10.1119/1.13440 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 сентября 2007 г. Проверено 3 августа 2007 г.
- ^ Маккарти, Джон (12 февраля 1996 г.). «Факты от Коэна и других» . Прогресс и его устойчивость . Стэнфорд. Архивировано из оригинала 10 апреля 2007 г. Проверено 3 августа 2007 г.
- ^ Коэн, Топливо будущего, Глава 13.
- ^ «Нановолокна извлекают уран из морской воды. Скрытые в океанах ученые нашли возможный способ питать ядерные реакторы еще долго после того, как урановые рудники высохнут» . Научный американец .
- ^ «Выдержки из докладов конференции ACS «Извлечение урана из морской воды»» .
- ^ «Прогресс в реализации многолетней мечты о добыче урана из морской воды» .
- ^ «Креветки 30 000 вольт помогут ЮА запустить землю на 1,5 миллиона долларов для добычи урана. 2014» .
- ^ Подробности японских экспериментов с амидоксимом около 2008 г., Archive.org.
- ^ Подтверждение оценки стоимости сбора урана из морской воды с помощью адсорбента плетеного типа. 2006 г. Архивировано 12 июня 2008 г. в Wayback Machine.
- ^ «Современное состояние перспективных исследований по добыче урана из морской воды — Использование богатых морей Японии» .
- ^ Разработка модуля структуры типа водорослей в модели прибрежного океана для оценки гидродинамического воздействия технологии добычи урана из морской воды. Ван и др. Дж. Мар. англ. 2014, 2(1), 81-92; doi: 10.3390/jmse2010081
- ^ Добыча урана морской водой делает ядерную энергетику полностью возобновляемой. Форбс. Джеймс Конка. июль 2016 г.
- ↑ 20 апреля 2016 г., том 55, выпуск 15, страницы 4101–4362. В этом выпуске: Уран в морской воде.
- ^ Перейти обратно: а б Клод Дегельдр, Ричард Джеймс Доусон, Весна Найданович-Висак Ядерный топливный цикл с жидкой рудой и топливом: к возобновляемым источникам энергии, Устойчивая энергетика и топливо 3 (2019) 1693-1700. https://doi.org/10.1039/C8SE00610E
- ^ Клод Дегельдр, Уран как возобновляемый источник ядерной энергии, Progress in Nuclear Energy, 94 (2017) 174-186. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2016.03.031
- ^ М.Р. Палмер, Дж.М. Эдмонд, Уран в речной воде, Geochimica et Cosmochimica Acta, 57 (1993) 4947-4955, https://doi.org/10.1016/0016-7037(93)90131-F
- ^ Р.К. Шривастава, Н.П. Шетти, К. Рагхава Редди, Э.Э. Квон, М.Н. Надагуда, Т.М. Аминабхави, Использование биомассы и производство биотоплива из углеродно-нейтральных материалов, Загрязнение окружающей среды, 276, (2021) 116731, https://doi.org/ 10.1016/j.envpol.2021.116731 .
- ^ Возобновляемая энергия
- ^ Роберт Ф. Хитер; и др. «Часто задаваемые вопросы по традиционному термоядерному синтезу, раздел 2/11 (энергетика), часть 2/5 (экология)» . Архивировано из оригинала 3 марта 2001 г.
- ^ Доктор Франк Дж. Стадерманн. «Относительное содержание стабильных изотопов» . Лаборатория космических наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Архивировано из оригинала 20 июля 2011 г.
- ^ Дж. Онгена и Г. Ван Ост. «Энергия для будущих столетий» (PDF) . Лаборатория физики плазмы – Laboratoire de Physique des Plasmas Королевская военная школа – Ecole Royale Militaire; Лаборатория физики Гентского университета. стр. Раздел III.Б. и таблица VI. Архивировано из оригинала (PDF) 14 октября 2013 г.
- ^ Исполнительный комитет ЭПС. «Важность европейских исследований в области термоядерной энергетики» . Европейское физическое общество. Архивировано из оригинала 8 октября 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б Онгена, Дж; Г. Ван Ост (2004). «Энергия будущих столетий. Будет ли термоядерный синтез неисчерпаемым, безопасным и чистым источником энергии?» (PDF) . Наука и технология термоядерного синтеза . 2004. 45 (2Т): 3–14. Бибкод : 2004FuST...45....3O . дои : 10.13182/FST04-A464 . S2CID 15368449 . Архивировано из оригинала (PDF) 14 октября 2013 г.
