قد يكون مستقبل مفاعلات الانشطار صغيرًا

في جزيرة هاينان ، جنوب الصين ، هناك مستقبل محتمل يتبلور داخل متاهة مدمجة من الخرسانة والمعدن. في يوليو / تموز الماضي ، قامت رافعة برفع النصف العلوي لقذيفة الاحتواء الفولاذية في مكانها. ببطء وبثبات ، يعمل العمال على تجميع مفاعل نووي مصغر.

هذا هو Linglong One ، الذي يمثل حجمه الصغير تحولًا جذريًا عن المشاريع العملاقة ذات مقياس جيجاوات التي تهيمن على الطاقة النووية اليوم. ولكن إذا كان أحد الكوادر المثابرة من المتفائلين النوويين على حق ، فقد يكون Linglong One نموذجًا لمستقبل الانشطار في عصر الطاقة النظيفة.

المفاعلات الصغيرة لن تنقذ الموقف بعد ؛ اعتمادًا على البلد ، لا يزال هناك الكثير من المشكلات التنظيمية واللوجستية التي يجب حلها. لكن الخبراء يقولون إن عشرينيات القرن الحادي والعشرين يمكن أن تساعد في وضع الأسس لازدهار نووي في العقود القادمة.

إذا كانت المفاعلات النووية عبارة عن طائرات ، فاعتبر SMR اليوم طائرة ذات سطحين تعود إلى حقبة العشرينيات من القرن الماضي. ولا يزال على لوحة الرسم.

يقول فيكتور إيبارا جونيور ، مهندس نووي في مؤسسة أبحاث تحالف الابتكار النووي: “إنه حقًا وقت مثير بالنسبة للصناعة النووية”.

عندما يتم تشغيلها في عام 2026 ، ستبلغ قدرة Linglong One 125 ميغاواط من الكهرباء – أي ما يعادل حوالي 40 توربينة رياح على الشاطئ. بجانب مفاعل كبير (غالبًا ما يزيد عن 1000 ميغاواط) ، قد يبدو 125 ميغاواط غير مهم. لماذا ، بعد كل شيء ، مصمم مفاعل نووي طموح يريد أن يصبح صغيرًا؟

ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن المفاعلات الكبيرة يمكن أن تكون باهظة الثمن وعرضة للتأخير. سيتم تشغيل المفاعلين التوأمين بقوة 1110 ميغاواط في مصنع فوغتل في جورجيا ، وهما الوحيدان قيد الإنشاء في الولايات المتحدة ، بعد سبع سنوات من الموعد المحدد. مفاعل 1630 ميغاواط قيد الإنشاء في فلامانفيل في فرنسا تعرض لأكثر من عقد من التأخير. والأمر الأكثر إحباطًا هو أن تكلفة الوحدة النووية زادت بنسبة 26 في المائة بين عامي 2009 و 2019 – بينما انخفضت أسعار الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بدلاً من ذلك.

ومع ذلك ، لا يزال هناك إجماع راسخ على أن الطاقة النووية ليست مرغوبة فقط لانتقال الطاقة النظيفة – إنها ضرورية. لكن بعض المدافعين عن الطاقة النووية يشعرون أن وضع الكثير من البيض النووي في سلة مشروع ضخم واحد فكرة سيئة. وبدلاً من ذلك ، فإنهم يعتقدون أن التحول إلى الطاقة النظيفة يمكن أن يخدم بشكل أفضل مع أسطول من المفاعلات الأصغر ، والأكثر نمطية ، مثل Linglong One. ومن هنا جاء الاسم: المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs).

قد تكون SMRs أصغر من متوسط ​​المفاعل الحالي ، لكنها أيضًا أرخص وأقل خطورة وأكثر مرونة. بدلاً من بناء مطار ، فإن أحد الأمثلة هو أن صياغة SMR يشبه بناء طائرة. وإذا كانت المفاعلات النووية عبارة عن طائرات ، فاعتبر SMR اليوم طائرة ذات سطحين تعود إلى حقبة العشرينيات من القرن الماضي. ولا يزال على لوحة الرسم.

بمجرد أن تتوسع عملية التصنيع – إذا زادت – يأمل صانعو SMR أن يكونوا قادرين على تصنيع مكوناتهم في مصنع واحد ، وشحنها ، وتجميعها في الموقع مثل أثاث الانشطار المسطح.

Linglong One هو الوحيد من نوعه قيد الإنشاء اليوم. إذا نجحت ، يقال إن الصين تخطط لاستخدام تصميمها لتشغيل عدد من مشاريع البناء ومحطات تحلية المياه. السماح لازهر ألف الزهور.

بصرف النظر عن مفاعلين بحريين معدلين على متن قارب في القطب الشمالي الروسي ، تظل كل SMR الأخرى ، في أي مكان آخر في العالم ، افتراضية.

“أعتقد أنه خلال الـ 15 أو 20 عامًا القادمة ، ستكون هناك فرصة حقيقية لأن تكون SMRs متاحة تجاريًا ومنتشرة على نطاق واسع.”
—جورجيو لوكاتيللي ، جامعة البوليتكنيك في ميلانو

لكن خطط SMR ليست قليلة العرض. يخطط ما لا يقل عن سبعة مطورين مختلفين لنشر SMRs في الولايات المتحدة قبل عام 2030. معظمهم مفاعلات تجريبية ، غير مرتبطة بالشبكة الأكبر ، ولكنها نقطة انطلاق مهمة نحوها.

ربما تكون أكبر علامة تجارية SMR اليوم ، على الأقل خارج الصين ، هي شركة ناشئة أمريكية NuScale. طورت هذه الشركة 77 ميغاواط SMR ؛ إنهم يتصورون تجميع أربعة أو ستة أو حتى اثني عشر مفاعلًا معًا في محطات طاقة أكبر. لدى NuScale خطط لبناء مصنع أمريكي في ولاية أيداهو بحلول عام 2030 ؛ تعمل الشركة في المملكة المتحدة وبولندا ورومانيا أيضًا. (من المهم أن نتذكر ، من ناحية أخرى ، أن عام 2010 نطاقاحتوت قصة مستقبل الطاقة النووية على هذا التوقع: “تجري NuScale محادثات مع العديد من المرافق غير المعلنة وتتوقع تشغيل أول مصنع في عام 2018.”)

في ديسمبر ، اختارت Rolls-Royce ثلاثة مواقع في إنجلترا لمصنع تأمل أن يصنع في النهاية مكونات مفاعل 470 ميجاوات. تأمل Rolls-Royce في الحصول على أول مفاعلاتها على الشبكة بحلول عام 2029.

وقد أعربت دول أوروبية أخرى عن اهتمامها بالنظم الصغيرة والمتوسطة الحجم ، خاصة بالشراكة مع الشركات الأمريكية. خصصت شركة الطاقة التشيكية المملوكة للدولة أرضًا في منطقة بوهيميا الجنوبية في البلاد لمشروع SMR. حتى فرنسا ، وهي قوة نووية تقليدية ، تخطط لاستثمار مليار يورو في تطوير صناعة SMR بحلول عام 2030.

يقول جورجيو لوكاتيللي ، خبير المشروع النووي في جامعة البوليتكنيك في ميلانو في إيطاليا: “أعتقد أنه في غضون 15 أو 20 عامًا القادمة ، ستكون هناك فرصة حقيقية لأن تكون SMRs متاحة تجاريًا ومنتشرة على نطاق واسع”.

تستدعي العديد من تصميمات SMR اليوم نوعًا من الوقود لا تبيعه حاليًا سوى شركة واحدة – وهي شركة تابعة لشركة الطاقة النووية الروسية المملوكة للدولة ، Rosatom.

ومع ذلك ، فإن القوة التعويضية ، أي التنظيم ، تشتهر منذ فترة طويلة بتطبيق الفرامل التحذيرية.

تأتي بعض مخاوف هؤلاء المنظمين في شكل أسئلة لم تتم الإجابة عليها. تمامًا مثل نظيراتها الأكبر حجمًا ، ستنتج SMR نفايات نووية. (وفقًا لدراسة حديثة في ستانفورد وجامعة كولومبيا البريطانية ، تنتج SMR نفايات نووية أكثر من المحطات النووية التقليدية.) ماذا ستفعل السلطات النووية بهذه النفايات؟ لا أحد يعلم، جزئيًا لأن كل تصميم مفاعل مختلف ، ولا أحد متأكد من الشكل الذي سيبدو عليه أسطول SMR خلال عقد أو عقدين. علاوة على ذلك ، بعض المحللين قلق أن الفاعلين السيئين يمكنهم اختيار تصميمات SMR معينة لإنتاج بلوتونيوم يستخدم في صنع الأسلحة.

لا تطفئ الشمعة على SMRs خارج شواطئ الصين حتى الآن. بدأ عدد قليل من المنظمين النوويين على الأقل في الانحناء من أجل SMRs.

وفقًا لباتريك وايت ، خبير التنظيم النووي في تحالف الابتكار النووي ، كانت لجنة التنظيم النووي الأمريكية (USNRC) من بينها ، حيث تعمل على إشراك مطوري SMR. في عام 2018 ، كلف الكونجرس الأمريكي لجنة USNRC بإنشاء عملية جديدة خصيصًا لتصميمات المفاعلات الجديدة والمستقبلية. النتيجة ، التي تسمى الجزء 53 ، من المقرر أن تصبح خيارًا لمطوري SMR بحلول عام 2027 ، على الرغم من أن وايت تقول أنها قد تفتح في وقت مبكر من عام 2025. الشكل الذي سيبدو عليه الجزء 53 غير مؤكد بعد.

فتحت حكومة المملكة المتحدة ، التي لها وزنها وتمويلها وراء SMRs الملقاة ، عملية موافقة تنظيمية معدلة لمطوري SMR في عام 2021 ؛ كانت Rolls Royce أول من تبعها ، وقد تقدمت ست شركات أخرى بطلبات. في يونيو ، أعلن المنظمون الفرنسيون والفنلنديون والتشيك أنهم يعملون معًا لمراجعة Nuward ، وهو تصميم SMR مدعوم جزئيًا من الحكومة الفرنسية ؛ هذا المشروع ، كما يقولون ، هو تجربة جافة لترخيص SMR في المستقبل.

أين ، إذن ، يمكن لمشغلي SMR أن يتجهوا للوقود؟

تستخدم معظم المفاعلات النووية الكبيرة اليوم وقودًا يحتوي على 3 إلى 5 في المائة من اليورانيوم -235 – وهو نظير اليورانيوم المتاح طبيعيًا والذي يمكنه الحفاظ على تفاعل نووي متسلسل. في حين أن تصميمات SMR متنوعة ، سيحتاج الكثيرون إلى وقود يشبه إلى حد كبير 5 إلى 20 في المائة من اليورانيوم 235. يُعرف هذا النوع الأخير من الوقود باليورانيوم منخفض التخصيب عالي المقايسة (HALEU). اليوم ، شركة واحدة فقط تبيع HALEU تجاريًا: Techsnabexport (TENEX) ، وهي شركة تابعة لشركة Rosatom – شركة الطاقة النووية المملوكة للدولة في روسيا.

حتى الآن ، تجنبت روساتوم العقوبات الغربية بسبب العدوان الروسي على أوكرانيا. لكن TENEX لا يزال يتعذر الدفاع عنه بالنسبة للعديد من العملاء المحتملين. على سبيل المثال ، قامت شركة TerraPower ، التي كانت تأمل في تشغيل نموذج SMR في محطة فحم متوقفة في وايومنغ في عام 2028 ، بتأجيل إطلاقها لمدة عامين بسبب مشاكل الوقود.

يقول آدم شتاين ، محلل الطاقة النووية في معهد بريكثرو: “باستثناء حلفاء روسيا ، فإن الأمر ليس مجرد عقبة ، إنه حاجز ثابت في الوقت الحالي”.

بدأت الولايات المتحدة في اختراقها. استثمر قانون خفض التضخم لعام 2022 700 مليون دولار لبحث وتطوير طرق إنتاج ونقل HALEU داخل الدولة. يرحب إبارا بالاستثمار ، لكنه حسب قوله “حل قصير إلى متوسط ​​المدى”. قد لا يكون كافيا. يشير أحد التقديرات إلى أن HALEU المجددة لن تكون جاهزة حتى عام 2028.

بالنسبة للعديد من الأطراف المهتمة بمجال SMR ، قد تكون HALEU هدفًا رئيسيًا في السنوات المقبلة: إنشاء سلسلة توريد HALEU عالمية أقل اعتمادًا على روسيا ، وأقل عرضة للتأثيرات الجيوسياسية العالمية. يبقى أن نرى كيف سترد أوروبا أو المملكة المتحدة – إذا سمحوا للولايات المتحدة بأخذ زمام المبادرة ، أو ما إذا كانوا سيتخذون الإجراءات بأنفسهم.