Θόριο: Η Υπόσχεση για Καθαρή και Άφθονη Πυρηνική Ενέργεια

Αναδημοσίευση: www.energia.gr, 7/1/10

Το θόριο υπόσχεται πολλά ως καύσιμο στους πυρηνικούς σταθμούς, καθώς μετά τη χρήση του αφήνει πίσω μόνο μια μικρή ποσότητα αποβλήτων, τα οποία χρειάζεται να αποθηκευτούν μόνο για 100 χρόνια, αντί για χιλιάδες στην περίπτωση των άλλων καυσίμων, όπως το ουράνιο. Καθώς αφθονεί στη φύση, το θόριο είναι σχεδόν ανεξάντλητο και ταυτόχρονα είναι μια από τις λίγες ουσίες που δρα ως παραγωγός θερμότητας, παράγοντας αρκετό νέο καύσιμο ενώ διασπάται και μπορεί να συντηρήσει την αλυσιδωτή αντίδραση επ’ αόριστον. Τέλος, θα ήταν αδύνατο να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πυρηνικών όπλων, άρα κρίνεται ως ασφαλές και σε σχέση με το ζήτημα αυτό.

Μεταξύ της δεκαετίας του 1950 και του 1970 έγιναν στις ΗΠΑ μια σειρά από δοκιμές για την χρήση του στους πυρηνικούς αντιδραστήρες, οι οποίες οδήγησαν σε αδιέξοδο. Η κυβέρνηση της χώρας προτίμησε τους αντιδραστήρες ουρανίου, οι οποίοι παρήγαγαν πλουτώνιο για την παραγωγή των πυρηνικών όπλων. Με τον τρόπο αυτό χαράχθηκε η πορεία που θα ακολουθούσε η βιομηχανία για ένα μεγάλο διάστημα.

Σήμερα, ορισμένοι επιστήμονες εξετάζουν το ενδεχόμενο χρήσης του θορίου και πάλι. Ο Αμερικανός μηχανικός Κιρκ Σόρενσεν διατηρεί μια διαδικτυακή κοινότητα open source στην οποία συμμετέχουν επιστήμονες, αναλυτές και ερασιτέχνες από διαφορετικούς κλάδους, οι οποίοι σκοπεύουν να αναδείξουν το ζήτημα διεθνώς. Ταυτόχρονα και η βιομηχανία έχει δείξει ενδιαφέρον για το θόριο, καθώς και οι κυβερνήσεις κάποιων χωρών, όπως η Ινδία.

Οι υποσχέσεις του θορίου έχουν μεγάλη απήχηση στην πολιτική εξουσία, ενώ η Κλιματική Αλλαγή ωθεί τη διεθνή κοινότητα προς λύσεις χαμηλού άνθρακα στην ενέργεια. Προωθούνται καινοτομίες στον σχεδιασμό των αντιδραστήρων, αλλά επί το πλείστον, αυτές αφορούν και πάλι το ουράνιο.

Το θόριο ονομάστηκε από τον Σκανδιναβό θεό του κεραυνού, τον Θορ. Στην όψη είναι γυαλιστερό και λευκό και είναι ραδιενεργό μόνο σε μικρό βαθμό. Μπορεί κανείς να το μεταφέρει στην τσέπη του χωρίς κίνδυνο. Όπως και τα υπόλοιπα βαρέα στοιχεία της ίδιας κατηγορίας στον περιοδικό πίνακα, το θόριο είναι σχάσιμο υπό ορισμένες συνθήκες, παράγοντας μεγάλες ποσότητες ενέργειας.

Στη διάρκεια της διάσπασής του, το θόριο παράγει υποπροϊόντα τα οποία επίσης απελευθερώνουν περισσότερα νετρόνια ανά σύγκρουση από τα παραδοσιακά πυρηνικά καύσιμα. Συνεπώς, παράγεται περισσότερη ενέργεια με τη χρήση μικρότερης ποσότητας.

Οι υπέρμαχοι της χρήσης του ισχυρίζονται ότι ένας αντιδραστήρας θορίου θα διέτρεχε μηδενικό κίνδυνο κατάρρευσης. Ο σχεδιασμός βασίζεται στην ιδιότητα του στοιχείου αυτού να καταρρέει σε θερμά υγρά άλατα, τα οποία μπορούν να διοχετευθούν μέσω σωλήνων στον πυρήνα του αντιδραστήρα όπου η αλυσιδωτή αντίδραση λαμβάνει χώρα. Το σύστημα αυτό είναι αυτορυθμιζόμενο, καθώς όταν ο πυρήνας γίνεται υπερβολικά θερμός διαστέλλεται και το καύσιμο εξέρχεται από τους σωλήνες, σταθεροποιώντας τη διαδικασία και επιβραδύνοντας τη σχάση. Όλα τα ραδιενεργά στοιχεία μπορούν να λειτουργήσουν με αυτόν τον τρόπο, αλλά το θόριο αποδίδει καλύτερα στις υψηλές θερμοκρασίες.

Οι αρχές της δεκαετίας του 1970 ήταν μια καθοριστική περίοδος για τον συγκεκριμένο τομέα, καθώς εκτός από την πετρελαϊκή κρίση, ήρθε και η απόφαση των ΗΠΑ να κατασκευάσουν 41 πυρηνικούς σταθμούς, όλους με τη χρήση ουρανίου. Από εκείνο το σημείο και έπειτα, η έρευνα για το θόριο διακόπηκε ουσιαστικά και μαζί της οι υποσχέσεις για καθαρή παραγωγή ενέργειας.

Σήμερα, ένας όμιλος επιστημόνων έχει αναπτύξει ένα σχέδιο αντιδραστήρα με βάση το θόριο, ο οποίος ισχυρίζονται πως είναι 50% πιο αποδοτικός από τους σύγχρονους αντιδραστήρες. Τα αποθέματα θορίου στις ΗΠΑ θα ήταν ικανά να συντηρήσουν την παραγωγή στη χώρα αυτή για 1.000 χρόνια.

Στη Γαλλία, όπου παραδοσιακά οι κυβερνήσεις επενδύουν στην πυρηνική ενέργεια, το Εργαστήριο Υποατομικής Φυσικής και Κοσμολογίας αναπτύσσει μοντέλα για να διαπιστώσει την αποδοτικότητα του θορίου. Την ίδια στιγμή, η Ινδία διαθέτει τα μεγαλύτερα αποθέματα του στοιχείου αυτού, καθώς και ραγδαίως αυξανόμενες ενεργειακές ανάγκες. Μέχρι το 2050, η πολιτική ηγεσία της χώρας σκοπεύει να αυξήσει τη συμμετοχή της πυρηνικής ενέργειας από 9% σήμερα σε 25%, με το θόριο να παίζει έναν βασικό ρόλο. Η Κίνα, τέλος, έχει προγραμματίσει την κατασκευή δεκάδων αντιδραστήρων στις επόμενες δεκαετίες, ενώ πρόσφατα αποφάσισε να δεσμεύσει τις ποσότητες θορίου που παράγει για μελλοντική χρήση.

Καθώς η σχετική τεχνολογία δεν είναι δοκιμασμένη στο παρελθόν, τα πρώτα εργοστάσια παραγωγής με θόριο αναμένεται να στοιχίσουν ακριβά στις κυβερνήσεις εκείνες οι οποίες θα επιλέξουν να επενδύσουν σε αυτά. Επιπλέον, παραμένει μια σειρά από τεχνικά ζητήματα τα οποία θα πρέπει να επιλυθούν, καθώς και η νοοτροπία της κοινής γνώμης, η οποία συχνά αντιτίθεται στην πυρηνική ενέργεια εν γένει.

Ακολουθούν συνοπτικά τα συγκριτικά πλεονεκτήματα των δύο καυσίμων:



Αντιδραστήρας τύπου LWR με ουράνιο

· Καύσιμο: Ράβδοι ουρανίου

· Απαιτήσεις: 250 Τόνοι Ουρανίου ανά GW παραγωγής

· Κόστος καυσίμου 50-60 εκατ. δολάρια ετησίως για αντιδραστήρα 1 GW

· Ψυκτικό μέσο: Νερό

· Δυνατότητες για χρήση σε οπλικά συστήματα: Μεσαίες

· Αποτύπωμα: 200.000-300.000 τ.π. με μια ζώνη χαμηλής πληθυσμιακής πυκνότητας



Μεικτός αντιδραστήρας τύπου seed and blanket

· Καύσιμο: Ράβδιο οξειδίου του θορίου και οξειδίου του ουρανίου

· Απαιτήσεις: 4,6 τόνοι θορίου, 177 τόνοι ουρανίου ανά GW παραγωγής

· Κόστος καυσίμου: 50-60 εκατ. δολάρια ετησίως για αντιδραστήρα 1 GW
· Ψυκτικό μέσο: Νερό

· Δυνατότητες για χρήση σε οπλικά συστήματα: Καμία

· Αποτύπωμα: 200.000-300.000 τ.π. με μια ζώνη χαμηλής πληθυσμιακής πυκνότητας



Αντιδραστήρας Θορίου

· Καύσιμο: Διάλυμα φθοριούχου θορίου και ουρανίου

· Απαιτήσεις: Ένας τόνος θορίου ανά GW παραγωγής

· Κόστος καυσίμου: 10.000 δολάρια ετησίως για αντιδραστήρα 1GW (κατά προσέγγιση)

· Ψυκτικό μέσο: Αυτορυθμιζόμενος

· Δυνατότητες για χρήση σε οπλικά συστήματα: Καμία

· Αποτύπωμα: 2,000-3,000 τ.π. χωρίς την ανάγκη για ενδιάμεση ζώνη