Od počátku průmyslové revoluce je stěžejní pro rozvoj naší civilizace efektivní a levná energie. Podle některých studií, svět jako celek vyprodukuje právě tolik HDP, kolik spotřebuje energie, a čím je energie levnější, tím jsou všechny ostatní výrobní vstupy produktivnější a naopak. (Foto: Shutterstock)

Drahou energií lze snadno vynulovat třebas i celé generace technických inovací a srazit produktivitu práce a kapitálu na úroveň otců či dědů současné generace. Průmyslová civilizace by tedy potřebovala levný a životní prostředí příliš nezatěžující zdroj energie. Velice by se tedy hodilo dostat na novou úroveň jadernou energetiku.

Ovšem jednou z největších slabin současné jaderné energetiky je to, že je nízkoteplotní. Teplota a tlak páry odpovídá parametrům páry v uhelné elektrárně zhruba před 100 lety. Jelikož účinnost přeměny tepla na práci se odvíjí od rozdílů teplot páry na vstupu a výstupu, jsou dnešní jaderné elektrárny spíše výrobnami odpadního tepla a potřebují mít po ruce velkou řeku, která je uchladí a zároveň si teplenými gradienty a vysokými teplotami nezdevastuje prostředí pro vodní život. Jenže letos v září Čína spouští maličkou pokusnou jadernou elektrárničku pro vývoj nových technologií na místě úplně opačném, než kde se staví jaderné elektrárny, na kraji pouště Gobi ve Wuwei v provincii Gansu, kde moc chladicí vody není. Reaktor má být totiž vysokoteplotní a palivem místo standardních problémových materiálů jako uran či plutonium má být obyčejné thorium, které není moc radioaktivní, v zemi je ho všude spousta, a Čína ho navíc jako nechtěný produkt vyrábí ve velkém jako odpad z výroby kovů vzácných zemin, v jejichž produkci je tato země světová jednička.

O co tedy jde?

V běžném elektrárenském kotli plameny a horké spaliny olizují trubky, jimiž proudí voda a později pára fungující jako chladivo, které udrží ocelovou trubku s nepříliš tlustou stěnou na teplotě, kterou snese a vzniklá pára mívá standardně 540°C a v nejmodernějších kotlích z lepších ocelí i o dost více. V jaderném reaktoru se teplo jadernou reakcí uvolňuje v palivových tyčích s dost nízkou tepelnou odolností, které nemohou mít vysokou teplotu a špatně se chladí, protože jsou dost tlusté. Chladivo tyčí tedy odchází z primárního okruhu dost „studené“ a vysokoteplotní páru z něj už udělat nelze. Reaktor je obrovité zařízení ukryté v bezpečnostním bunkru o hmotnosti mnohem větší než elektrárenský kotel a produkuje páru, jejíž energie z větší části skončí někde v řece, místo aby se přeměnila na elektřinu.

V thoriovém reaktoru proudí ale roztavené palivo jako nosič tepla v primárním okruhu, když je naředěné roztavenými solemi a ta tavenina dobře v tepelném výměníku vyrobí páru o zhruba 450°C a můžeme mít elektrárnu s malým reaktorem vyrábějící s určitou nadsázkou více elektřiny než teplé vody.

Schéma takové elektrárny vypadá zhruba takto.

MOLTEN-SALT REACTOR. Graphic showing how a molten-salt nuclear reactor works.
(Foto: Nature)

Říkáte si možná, copak to někoho nenapadlo dříve? Ono napadlo, v USA s tím snaživě experimentovali od roku 1954 a roku 1969 to vzdali, že na to dnešní technika nestačí. Oficiálně to nikdo nezkouší, až teď zase Čína. Lze však mít podezření, že ruské křídlaté křižující střely s jaderným pohonem jsou postaveny právě na tomto principu. Ono totiž není tak velký problém thoriový reaktor rozběhnout, jenže to jde jen na chvilku, proto by tu střelu mohl rektor k jednorázovému použití pohánět pár hodin, a pak by stejně skončil v jaderném výbuchu.

Bude-li ta tavenina thoria a solí protékat např. ocelovými trubkami s ocelovými ventily a ocelovými čerpadly, začne se to železo či jiný technický kov přeměňovat na součást té taveniny, jako další složka slitiny a navíc je vystaveno silné jaderné korozi. Udělat to třeba z nějaké keramiky, která bude mít potřebnou pevnost, pružnost aj. se moc nedařilo a tepelné výměníky musí být navíc z něčeho tak tepelně vodivého jako kov. Ten reaktor tedy za chvíli v podstatě „sežere sám sebe“ zevnitř a kromě jednorázového použití na krátkou dobu se tedy moc k pohonu nehodí. Proto se řada expertů nechávala slyšet, že reaktorům poháněným roztavenou slitinou thoria a solí sice náleží budoucnost jaderné energetiky, ale nejdříve tak za 50 let, možná za 100, až se vyvinou zejména potřebné materiály, ze kterých bude možné udělat trvale fungující reaktor na bázi roztavené slitiny solí a thoriového jaderného paliva. Jakmile to ale přijde, tak to bude převrat v jaderné energetice, který zajistí spoustu levné energie pro příští rozvoj civilizace z levně všude dostupného paliva. A dostupnost spousty levné energie vždy znamená prudký nárůst produktivity práce a všech výrobních faktorů, jak je tomu už od vynálezu parního stroje.

Jenže Čína už si někde v laborce vyzkoušela nadějný prototyp takového zařízení, takže tento měsíc začíná v poušti, kde nemá moc hladicí vody, zprovozňovat větší zkušební prototyp o tepelném výkonu 2 MW, fungující jako menší elektrárna napojená na síť. Znamená to tedy, že úrovni těch svých materiálů a dalších řešení dost věří, kdy prý předpokladem je, že do roku 2030 vývoj laděním tohoto prototypu dotáhnou natolik, že postaví reaktor o 373 MW k normálním komerčním účelům.

Kdyby se to povedlo, nemuseli bychom čekat 50 nebo 100 let na další energetickou revoluci a mohli bychom zažít něco podobného, jako bývaly nástupy nové energetické éry, které přišly s parním strojem a později na přelomu 19. a 20. století s nástupem elektrifikace. To by s rozvojem průmyslu, zrychlením dosahování nové prosperity při nižší zátěži životního prostředí nejspíš mohlo více než nějaké novější silikonové čipy.

Od té doby, kdy svět zachvátila v 70. letech minulého století energetická krize, pokleslo tempo vzestupu potenciální produktivity výrobních faktorů pod úroveň, na jaké se držel po celou druhou průmyslovou revoluci od 90. let 19. století až do 70. let 20. století. I když nástup mikročipů nárůsty potenciální produktivity výrobních faktorů poněkud zvedl, někdejší úrovně z časů stoupající dostupnosti čím dále levnější energie a paliv už jsme zhruba 50 let nedosáhli. A letos, kdy hrozí, že problémy s dostupností dostatečného množství energie všude po světě včetně Číny a Evropy, těžce ohrozí ekonomiku a způsobí i značnou inflaci, pokles životní úrovně atd., si možná dost připomeneme, jak je energie pro pohodovou přítomnost a nadějnou budoucnost klíčová.

A jak to vypadá, tak Čína, kterou jsme právě vyřadili z možnosti účastnit se tendrů na stavbu jaderných elektráren, má dobrou výchozí pozici, aby se stala podobným lídrem energetické revoluce, jakým bývala Anglie, když svého času přišla s parním strojem.

Zdroj: cri.cn