Tvrtka OKLO se sprema za pokretanje postrojenja za recikliranje nuklearnog goriva komercijalnih razmjera. Oklo je pokrenuo regulatorne aktivnosti za prvo postrojenje za recikliranje nuklearnog goriva te vrste koje bi moglo proizvoditi komercijalni materijal iz korištenog goriva lakovodnih reaktora (LWR) prije kraja desetljeća. Tvrtka za naprednu nuklearnu tehnologiju u prosincu je podnijela projektni plan licenciranja (LPP) Nuklearnoj regulatornoj komisiji (NRC) za svoj pogon Fuel Recycling Technologies. LPP u biti ocrtava planove tvrtke za “ aktivnosti angažmana prije prijave koje podupiru buduće licenciranje prvog pogona za recikliranje goriva”, rekla je tvrtka 25. siječnja.2023.

Iako Oklo nije javno otkrio gdje planira smjestiti komercijalno pilot postrojenje za miklearno gorivo i koliko bi komercijalnog materijala moglo proizvesti u pilot mjerilu, tvrtka je 26. siječnja rekla da će privatno financirano komercijalno postrojenje za recikliranje goriva proizvoditi mješavina fisibilnog urana i izotopa transuranskog elementa. Oklo će te materijale koristiti za proizvodnju goriva za svoje brze reaktore. "Oklo će koristiti tehnologiju koja se temelji na elektrorafinaciji za recikliranje iskorištenog nuklearnog goriva", rečeno je. “Kritični način na koji se ovaj proces razlikuje od naslijeđenih metoda ponovne obrade je taj što elektrorafinacija zadržava glavne i sporedne aktinidne elemente spojene. Iz tog razloga mnogi proces elektrorafinacije nazivaju inherentno 'otpornim na proliferaciju'.”

Imperativ za osiguranje goriva, rješavanje jaza u nuklearnom ciklusu
Oklo u tandemu razvija postrojenja koja se temelje na dizajnu mikroreaktora Aurora od 1,5 MW— kompaktnog brzog reaktora . Kaže da ima više od 750 MW interesa kupaca u potpisanim memorandumima o razumijevanju i pismima namjere, te da aktivno procjenjuje 15 različitih lokacija. Dok je NRC u siječnju 2022. odbio Oklo-ov pionirski zahtjev za kombiniranu licencu (COLA) za projekt koji napredni nuklearni pogon planira izgraditi i raditi u Nacionalnom laboratoriju Idaho (INL), tvrtka je u rujnu 2022. ponovno pokrenula svoj postupak licenciranja za projekt nuklearnog mikroreaktora.

U međuvremenu, tvrtka je do danas osvojila četiri natjecateljske nagrade Ministarstva energetike (DOE) za recikliranje goriva, uključujući tri nagrade dodijeljene 2022. Četiri nagrade, koje iznose oko 17 milijuna dolara, "uključuju razvoj tehnologije u potporu komercijalizacije proizvodnje naprednih reaktorskog goriva iz iskorištenog nuklearnog goriva [UNF]”, koji se također naziva istrošeno nuklearno gorivo (SNF) ili nuklearni otpad, priopćila je tvrtka. U 2019. Oklo je također primio prvu uporabnu dozvolu te vrste za izgradnju svoje tvornice Aurora na lokaciji INL u Idaho Fallsu, Idaho, a 2020. postao je prva moderna tvrtka za dizajn naprednih reaktora koja je osigurala pristup recikliranom gorivu visoko obogaćenog urana (HALEU) iz INL-a u demonstracijske svrhe.

Prema Jacobu DeWitteu, suosnivaču i izvršnom direktoru tvrtke Oklo, pokretanje prvog pogona takve vrste koji će reciklirati iskorišteno gorivo iz drugih reaktora, kao i Okloovih vlastitih reaktora, označava važan sljedeći korak za tvrtku. "Sposobnost ekonomičnog recikliranja goriva važan je atribut za razvoj domaćih zaliha goriva, a ponuda usluga recikliranja također predstavlja značajnu priliku", rekao je DeWitte u srijedu. "Poduzimamo veliki korak naprijed u donošenju značajnih mogućnosti recikliranja goriva u zemlji koje će proizvoditi troškovno konkurentno gorivo."

Oklo je primijetio da se njegovi napredni reaktori mogu konfigurirati za rad na gorivu na bazi transurana ili HALEU-a. "Sloboda odabira izvora goriva s obzirom na dostupnost i ekonomičnost vrijedan je atribut", rekla je tvrtka. To nam omogućuje diverzifikaciju naše opskrbe gorivom uz mogućnost ekonomičnog recikliranja goriva budući da naši reaktori mogu koristiti HALEU i reciklirano gorivo,” navodi se.

Napori su usklađeni s obnovljenim javnim i privatnim naporima diljem svijeta da se istraži recikliranje UNF-a iz lakovodnih reaktora (LWR). Dok je još uvijek prepuno izazova, recikliranje nuklearnog goriva moglo bi smanjiti količinu visokoradioaktivnog otpada (HLW) koji će zahtijevati trajno odlaganje i potencijalno osigurati sirovinu koja bi se mogla koristiti u domaćim naprednim reaktorima, rekao je DOE .

“Iskorišteno nuklearno gorivo može se pretvoriti u izvor energije budući da se korišteno gorivo može reciklirati u gotovo 95% slučajeva. Energetski sadržaj u današnjem korištenom gorivu može zadovoljiti potrebe zemlje za strujom više od 150 godina,” primijetio je Oklo. "Oklovo opredjeljenje za domaću infrastrukturu opskrbe gorivom pomoći će osigurati ekonomičnu i učinkovitu proizvodnju naprednog reaktorskog goriva za njegove elektrane."

Regulatorna strategija tvrtke Oklo
Dok su Oklovi planovi da dovrši svoje planirane Tehnologije recikliranja goriva do 2030. kako bi se zadovoljila potražnja na tržištu zapaženi, njegovi napori da otvori novi regulatorni put za recikliranje nuklearnog goriva posebno su značajni. U SAD-u su pokrenuta četiri velika komercijalna projekta postrojenja za preradu nuklearnog goriva, ali samo je jedno komercijalno postrojenje za preradu izgrađeno i upravljalo: tvornica Nuclear Fuel Service u West Valleyu u blizini Buffala, New York. Postrojenje je radilo od 1966. do 1972., ali nikada nije prerađivalo komercijalni SNF, te je naposljetku zatvoreno zbog strožih regulatornih zahtjeva.

I dok je NRC 2008. pokrenuo napore za procjenu i ažuriranje svog regulatornog okvira za ponovnu obradu, 2016. je obustavio rad na Dijelu 7x — tehnološki neutralnom pravilu za rješavanje velikih postrojenja za ponovnu obradu (s godišnjim protokom od oko 1.000 milijuna tona istrošenog goriva )—zbog proračunskih ograničenja i "očiglednog nedostatka interesa industrije za izgradnju i rad komercijalnog postrojenja za preradu istrošenog goriva u SAD-u"

Iako je NRC na kraju održao javni sastanak 2020. kako bi procijenio interes industrije za licenciranje, izgradnju i upravljanje postrojenjem za preradu istrošenog goriva, utvrdio je da taj interes nije kratkoročni. "Institut za nuklearnu energiju i predstavnici industrije podržali su nastavak donošenja pravila za jasan i stabilan regulatorni okvir, ali nisu naznačili planove za podnošenje zahtjeva za postrojenje za preradu u doglednoj budućnosti (10-20 godina)", reklo je savezno regulatorno tijelo. "Drugi dionici nisu željeli nastavak donošenja pravila zbog širenja i drugih zabrinutosti", dodaje se.

U ožujku 2021. osoblje NRC-a preporučilo je komisiji da prekine donošenje pravila o ponovnoj obradi SNF-a, sugerirajući da to nije troškovno opravdano " jer postoji ograničen interes iskazan ili očekivan od potencijalnih podnositelja zahtjeva za objekte za ponovnu obradu, uključujući napredne dizajnere reaktora, u kratkoročnoj uporabi prerađenog istrošenog goriva.” Komisija je odobrila preporuku u lipnju 2021.

U svom pismu NRC- u od 29. prosinca, Oklo je priznao da bi podnošenje zahtjeva za postrojenje za recikliranje goriva "bilo prvo u mnogo godina, stoga bi zahtijevalo usklađivanje s osobljem NRC-a o pristupima u skladu s postojećim zahtjevima." Međutim, tvrtka je dodala kako vjeruje da "postoji put do licenciranja komercijalnog postrojenja za recikliranje goriva kroz postojeće propise NRC-a i ne sugerira potrebu za donošenjem pravila u ovom području." Oklo je rekao da već surađuje s osobljem NRC-a o recikliranju goriva i namjerava koristiti postojeće propise "bez odgode".

Novi smjer za napredne inovacije nuklearnog goriva
Oklova najava također stiže u trenutku kada utrka za integracijom naprednih reaktora u buduće energetske sustave za podršku dekarbonizaciji potiče inovacije u nuklearnim gorivima. U tijeku je niz istraživačkih inicijativa za istraživanje novih ideja u moderatorima i rashladnim tekućinama, zajedno s drugim materijalima i gorivima.

Značajna pozornost do sada je bila usmjerena na tristrukturno izotropno (TRISO) čestično gorivo, najzreliji napredni koncept nuklearnog goriva. U prosincu je tvrtka BWX Technologies sa sjedištem u Lynchburgu u Virginiji pokrenula potpunu proizvodnju TRISO za mikroreaktor Projekt Pele, projekt Ministarstva obrane koji će prikazati konstrukciju i rad prvog mikroreaktora u SAD-u BWXT će proizvesti jezgru za Projekt Pele i isporučiti prototip mikroreaktora INL-u na testiranje do 2024. Gorivo za reaktor bit će pretvoreno iz zaliha visoko obogaćenog urana (HEU) američke vlade u HALEU i proizvedeno u TRISO gorivo u postrojenju BWXT u Lynchburgu, Virginia. Do sada su BWXT postrojenja jedina privatna postrojenja u SAD-u s dozvolom NRC-a za posjedovanje i obradu HEU.

Međutim, u listopadu 2022. tvrtka za naprednu reaktorsku tehnologiju X-energy započela je s građevinskim aktivnostima na svom pogonu za proizvodnju goriva TRISO-X (TF3) u Oak Ridgeu, Tennessee. NRC je 15. prosinca prihvatio zahtjev TRISO-X-a za njegovo postrojenje za proizvodnju goriva. TF3 bi trebao biti operativan do 2025. Još jedna napredna nuklearna tvrtka, Ultra Safe Nuclear Corp., u kolovozu 2022. također je otvorila pilot pogon za proizvodnju goriva koji će proizvoditi čestice goriva obložene TRISO-om i vlastito gorivo tvrtke za upotrebu u visokonaponskim pogonima temperaturni plinski reaktor (HTGR).

Metalna goriva također izazivaju interes. Metalna goriva, koja sadrže teške metale (obično uran) legirane s raznim drugim metalima za potrebe ozračivanja, smatraju se prikladnima za brze reaktore jer imaju veću gustoću fisibilnih i plodnih materijala od ostalih oblika goriva. Iako je također relativno zrelo , metalno gorivo obično je vezano za oblogu tekućim natrijem radi poboljšanja karakteristika prijenosa topline. Istraživački napori u posljednje vrijeme usmjereni su na razvoj goriva bez vezivanja natrija. Natrij može biti reaktivna komponenta i zahtijeva tretman prije konačnog uklanjanja. DOE-ova “ Vodeća inovacija u tehnologiji goriva” Inicijativa, na primjer, radi na podršci kvalifikacije tehnologije metalnog goriva i isporuci opcije metalnog goriva bez natrija u roku od pet godina.

Treći osnovni koncept naprednog nuklearnog goriva uključuje rastaljene soli. Od eksperimenta s reaktorom rastaljene soli Nacionalnog laboratorija Oak Ridge (ORNL) (koji je trajao od siječnja 1965. do prosinca 1969. , bilježeći više od 13 000 sati pri punoj snazi), razvijeni su različiti dizajni, vođeni potencijalom kapaciteta oblika goriva za primjene na visokim temperaturama. Osnovni koncept reaktora s rastaljenom soli (MSR) koristi rastaljenu smjesu soli litijeva i berilijeva fluorida (FLiBe) s otopljenim nisko obogaćenim uranovim (U-235 ili U-233) fluoridima (UF 4). Moderni koncepti koji se istražuju uključuju MSR tehnologiju na kruto gorivo—koju Kina istražuje za inačice na torij. U SAD-u, Kairos Power napreduje na 320-MWt/140-MWe fluorid (FLiBe) solju hlađeni visokotemperaturni reaktor (KP-FHR), koji se planira postaviti u East Tennessee Technology Park u Oak Ridgeu, Tennessee. U srpnju 2022. Kairos je pustio u rad postrojenje za pročišćavanje rastaljene soli za proizvodnju “velikih količina” FLiBe za svoje KP-FHR reaktore.

Nabava goriva predstavlja izazov
Tvrtke koje razvijaju napredne reaktore izrazile su zabrinutost oko toga kako će nabaviti odgovarajuće zalihe HALEU-a, oblika goriva od urana-235 obogaćenog do 20%. Mnogi napredni dizajni nuklearnih reaktora, uključujući devet od 10 dizajna koji su nagrađeni u okviru DOE-ovog Programa napredne demonstracije reaktora (ARDP), zahtijevaju HALEU. No trenutno je HALEU dostupan iz samo dva izvora: ograničene količine iz DOE-a putem miješanja postojećih zaliha materijala i iz komercijalnih zaliha preko TENEX-a, i tvrtke za nuklearno gorivo u vlasništvu ruske državne tvrtke ROSATOM.

U prosincu je predsjednik i glavni izvršni direktor TerraPowera Chris Levesque upozorio da bi dovršetak tvornice Natrium u Wyomingu, vrlo praćenog ARDP projekta koji bi trebao biti operativan 2028., mogao biti odgođen. Levesque je rekao, "s obzirom na trenutnu nedovoljnu dostupnost goriva i to što nije [domaća] gradnja započeta na novim postrojenjima za obogaćivanje goriva, TerraPower predviđa najmanje dvije godine odgode da bi mogao staviti natrijev reaktor u rad .”

Kao istaknuta svijetla točka, DOE je u studenom 2022. dodijelio Centrus Energyju 150 milijuna dolara "definitiziranog ugovora" za pionirsku proizvodnju HALEU-a u svom pogonu iznajmljenom od DOE-a u Piketonu, Ohio. Prema prvoj fazi svog ugovora, Centrus će do 31. prosinca 2023. završiti izgradnju svojeg pogona američke centrifuge, pokrenuti kaskadu i demonstrirati proizvodnju od 20 kilograma (kg) 19,75% obogaćenog HALEU-a. Prema drugoj fazi, Centrus će nastaviti proizvodnju cijelu godinu s godišnjom stopom proizvodnje od 900 kg HALEU-a. DOE će posjedovati HALEU proizveden iz pokazne kaskade.

„Međutim, veliki porast potiče komercijalni opskrbni lanac [za HALEU] koji danas ne postoji. Klasičnu situaciju 'kokoši i jajeta' treba prekinuti,” istaknuo je Andrew Griffith, zamjenik pomoćnika tajnika za ciklus nuklearnog goriva i opskrbni lanac, tijekom brifinga Nuklearne regulatorne komisije (NRC) 8. prosinca. “A mi vjerujemo da je uloga vlade uspostaviti taj privremeni signal potražnje kako bi se izdržao taj kapacitet.” Srećom, sa 700 milijuna dolara dodijeljenih naporima HALEU-a prema Zakonu o smanjenju inflacije, DOE ima dovoljno resursa "za početak", dodao je Griffith. Financiranje će podržati usporednu analizu kritičnosti i prilagodbu dizajna transportnog paketa, kao i potporu certifikatima o sukladnosti. “Je li to dovoljno ili ne, ostaje da se vidi. Znam da još ima posla unutar administracije da se za to dobiju dodatna sredstva, kao i u Kongresu. Dakle, nastavit ćemo raditi u tom pravcu, jer je ovo nevjerojatno važno za uspjeh ovdje,” rekao je.

Za Okla, rješenje bi moglo ležati u prilikama koje je država propustila pristupom otvorenog ciklusa nuklearnog goriva. "Postrojenje za recikliranje goriva omogućit će Oklu pretvaranje nuklearnog otpada iz postojećeg iskorištenog nuklearnog goriva u čistu energiju, kao i recikliranje goriva iz Oklovih postrojenja, omogućujući dramatično smanjenje troškova i rješavanje ključnih potreba opskrbnog lanca", rekao je DeWitte. "Postrojenje za recikliranje goriva u komercijalnim razmjerima promijenit će ekonomsku paradigmu za naprednu fisiju."
www.powermag.com

 

Zašto bi Oklova demonstracija HALEU-a mogla biti revolucionarna za novu nuklearnu elektranu
U ekskluzivnom intervjuu, čelnici Okla iz Silicijske doline, tvrtke Idaho National Laboratory (INL) odlučili su za demonstraciju prve upotrebe recikliranog goriva s nisko obogaćenim uranom (HALEU) visoke razine probe u svojem mikroreaktoru Aurora, rekao je za POWER da bi projekt mogao imati široke implikacije na budućnost nuklearne energije.

Označavajući značajan poticaj za napredne nuklearne inovacije, na koje stručnjaci u industriji računaju kako bi transformirali buduću ulogu nuklearne energije u energetskom sektoru koji se brzo mijenja, INL je 19. veljače rekao da će razvojnom inženjeru dati pristup prerađenom i tretiranom korištenom gorivu iz sadašnjeg -isključen Eksperimentalni Breeder Reactor-II (EBR-II) za korištenje u demonstraciji njegovog brzog reaktora od 1,5 MW.

Gorivo, koje će biti pretvoreno do obogaćenja urana manjeg od 20%—u visokokvalitetni, nisko obogaćeni uran (HALEU)—i dalje će biti u vlasništvu Ministarstva energetike (DOE) i ostat će na lokaciji INL-a u Idahu Falls, Idaho, gdje je Oklo prošle godine dobio prvu uporabnu dozvolu te vrste za izgradnju svoje nuklearne mini elektrane Aurora .

Prema INL-u, dok finalizacija prilike najavljene u srijedu još uvijek ovisi o sklapanju sporazuma o suradnji s Okloom o korištenju HALEU materijala za demonstraciju mikroreaktora, odabir je veliki korak koji značajno unapređuje njegov cilj ubrzanja postavljanja komercijalno isplativih mikroreaktora. Kao što je dr. John Wagner, pomoćnik ravnatelja laboratorija INL-ove Uprave za nuklearnu znanost i tehnologiju, primijetio, prednost korištenja nuklearnog goriva s višim razinama U-235 je u tome što omogućuje reaktorima da rade godinama bez potrebe za punjenjem goriva. "To je važan atribut budući da je ova tehnologija zamišljena za korištenje u udaljenim područjima kojima može biti teško pristupiti."

Što je HALEU?
Nisko obogaćeni uran visoke koncentracije (HALEU) je nuklearno gorivo koje je obogaćeno do višeg stupnja (između 5% i 20%) fisibilnim izotopom U-235. Za usporedbu, trenutni lakovodni reaktori (LWR) obično koriste gorivo obogaćeno na manje od 5% U-235. Kao što stručnjaci primjećuju, HALEU obećava da će pružiti više snage po volumenu nego konvencionalni reaktori, a njegova učinkovitost omogućuje manje veličine postrojenja. Također obećava duži život jezgre i veću stopu sagorijevanja nuklearnog otpada.

Prema Institutu za nuklearnu energiju (NEI), mnogi napredni koncepti reaktora — uključujući neke mikroreaktore (mnogi manji od 10 MW), visokotemperaturne plinske reaktore u rasponu od 100 MW do 200 MW i slane reaktore — mogu zahtijevati ovo vrsta goriva. HALEU bi se također mogao koristiti u postojećim lakovodnim reaktorima. Iako NEI sugerira da bi godišnje komercijalne potrebe za HALEU-om mogle narasti na kumulativnih 185,5 metričkih tona godišnje, trenutno nema zaliha HALEU-a. Ali budući da bi uspostava komercijalne opskrbe HALEU-om zahtijevala dovoljnu potražnju i najmanje 7 godina za razvoj infrastrukture gorivnog ciklusa, industrijska trgovačka grupa godinama je apelirala na DOE da iskoristi svoj pristup visoko obogaćenom uranu i smanji ga za isporuku HALEU-a u demonstracijske svrhe. DOE je poslušao ove pozive i nedavno je pojačao napore za uspostavu kapaciteta za proizvodnju HALEU goriva, napominjući da će to u bliskoj budućnosti biti ključno za vodstvo SAD-a, dok se globalna konkurencija zahuktava za projektiranje i izgradnju malih modularnih reaktora, kao i većih ne -LWR reaktori.

Velika prekretnica za Oklo—i Advanced Nuclear, općenito
Oklo, tvrtka osnovana 2013., nazvana je po gabonskoj regiji poznatoj po prirodnim naslagama fisibilnog U-235. Tvrtka je u prosincu lansirala koncept svog dizajna Aurora, opisujući ga kao "fisijsku bateriju" koja koristi metalno gorivo i može proizvoditi i toplinu i energiju. Koncept je inspiriran NASA-inom slikom koja je prikazivala aurore na zemlji iz svemira. “Bili smo nadahnuti da vidimo kako se i ljepota zemlje i trenutne ljudske energetske potrebe, kao i ljudski potencijal i ljepota Svemira mogu simbolizirati polarnom svjetlošću koja dijeli svjetla na zemlji od svjetla zvijezda. Uzbuđeni smo razmišljati o tome kako bi fisija mogla omogućiti ljudski razvoj uz očuvanje okoliša na zemlji, pa čak i omogućiti dublje istraživanje svemira,” rekla je Caroline Cochran, glavna operativna direktorica i suosnivačica Okla.

Oklova "elektrana" Aurora koristi metalno gorivo za proizvodnju topline. Kako Oklo opisuje, "toplinske cijevi prenose toplinu do izmjenjivača topline, a ciklus pretvorbe energije pretvara toplinu u električnu energiju." Oklo je nedavno dobio lokacijsku dozvolu za izgradnju projekta prikazanog na slici u objektu Nacionalnog laboratorija Idaho u Idaho Fallsu. Modularni, kosi krov dizajniran je imajući na umu značajne snježne padaline, a služi i kao potpora za solarne fotonaponske panele.  Jacob DeWitte, suosnivač i glavni izvršni direktor Okla, nedavno je rekao da će tvrtka, koja je od 2016. bila uključena u aktivnosti prije prijavljivanja kod Nuklearne regulatorne komisije (NRC) za dizajn Aurore, podnijeti zahtjev za licencu u narednom tjednu. "Gledamo vremenski raspored pregleda koji je reda veličine dvije godine, možda čak i bolji od toga." Kad bi demonstracije u INL-u mogle početi, rekao je da Oklo još nije spreman biti konkretan. "Općenito govoreći, vremenski raspon 2022. i 2024. je mjesto na koje gledamo, negdje u tom rasponu."

Kao što je DeWitte također primijetio, kada Oklo podnese zahtjev za licencu NRC-u, to će biti prvi nacionalni civilni napor usmjeren na mikroreaktor i reaktor bez vode. Dobivanje prve uporabne dozvole za lokaciju od INL-a i prilika za rad s HALEU-om već je "prilično velik korak za slaganje svih ključnih dijelova kako bismo mogli pokazati nešto u vrlo ranim 2020-ima", rekao je.

Veliki korak za HALEU proizvodnju
Odabir je jednako važan korak za napore DOE-a da premosti veliku prazninu u proizvodnji HALEU-a, za koju kaže da je imperativ za poticanje interesa i razvoj naprednih dizajna nuklearnih reaktora. Dolazi usred niza drugih značajnih nedavnih koraka koje je agencija poduzela kako bi ubrzala komercijalnu proizvodnju HALEU-a.

U siječnju 2019. Dan Brouillette, koji je tada bio zamjenik ministra energetike, a sada je ministar energetike SAD-a, objavio je da DOE želi demonstrirati proizvodnju HALEU-a do listopada 2020. u prvom projektu te vrste vrijednom 115 milijuna dolara u agenciji American Centrifuge Plant, postrojenje za obogaćivanje urana u Piketonu, Ohio. DOE je službeno potpisao trogodišnji ugovor s Centrus Energypostaviti kaskadu centrifuga za demonstraciju naprednog nuklearnog goriva. Prema ugovoru, Centrus će licencirati, graditi, montirati i upravljati AC100M centrifugalnim strojevima i povezanom infrastrukturom u kaskadnoj formaciji za proizvodnju HALEU. Međutim, dokumenti DOE-a sugeriraju da bi izgradnja mogla započeti ove godine kako bi se uravnotežile centrifuge, ali će projekt vjerojatno biti završen u rujnu 2021., iako ugovor traje do 2022.

U međuvremenu, prošlog tjedna, Nacionalna uprava za nuklearnu sigurnost (NNSA) DOE-a dodijelila je početni ugovor vrijedan 3,6 milijuna dolara tvrtki kćeri BWX Technologies (BWXT-a) BWXT Nuclear Operations Group za stavljanje izvan pogona nekih dijelova i obnovu drugih dijelova njezinog pogona u Lynchburgu u Virginiji i preuzimanje spreman za proizvodnju visokoproizvodnog nisko obogaćenog urana (U-Mo HALEU) legure urana i molibdena već 2024. Gorivo će se koristiti u federalno vođenim američkim istraživačkim reaktorima, koji trenutno koriste visoko obogaćeni uran (HEU). BWXT kaže da radi samostalno kao i s NNSA-om od 2006. godine na razvoju goriva U-Mo HALEU, koje je "dizajnirano da zadrži performanse reaktora, a istovremeno smanjuje rizik širenja".

U međuvremenu, do kraja godine, BWXT se također priprema ponovno pokrenuti proizvodnju svoje linije TRi-strukturnog ISOtropnog (TRISO) čestičnog nuklearnog goriva—vrste HALEU goriva koje se sastoji od vrlo male jezgre urana obložene raznim od materijala na bazi silicija i ugljika, i dizajniran je da izdrži ekstremnu toplinu uz malu zabrinutost za širenje i rizike za okoliš. BWXT je rekao za POWERnjegove postojeće proizvodne mogućnosti TRISO-a omogućit će tvrtku da zadovolji rastuću potražnju mikroreaktora Ministarstva obrane; NASA, za potrebe nuklearnog toplinskog pogona; i civilni napredni reaktori. Povećanje proizvodnih kapaciteta kako bi se zadovoljila potražnja je prioritet, sugerira se. Tvrtka je također napomenula da trenutačno ima jedine privatne licence kategorije 1 u SAD-u, a one se također mogu koristiti za proizvodnju materijala kategorije 2, što zahtijeva HALEU, ali "može potrajati nekoliko godina i znatna ulaganja da se dobije."

INL-ov HALEU proces male serije
Sve dok se ne uspostavi komercijalno HALEU tržište—za koje će biti potrebno da napredniji nuklearni reaktori prođu jasnu demonstraciju i konačno postanu uključeni—INL će voditi napore da osigura gorivo za istraživanje i demonstraciju. Za sada planira osigurati HALEU za Oklo kroz oporavak i obradu HEU-a iz iskorištenog goriva iz 19-MWe EBRII ( demonstracijski reaktor , koji je radio od 1963. do 1994.) koji je prethodno bio tretiran i prerađen za odlaganje.

Proces smanjivanja miješanja HEU u HALEU uključuje elektrometaluršku obradu u tri koraka. Prvo se ozračeno gorivo priprema i stavlja u elektropročišćivač rastaljene soli, što olakšava dobivanje metalnog urana iz produkata fisije i transuranskih spojeva. Zatim se obnovljeni uran podvrgava vakuumskoj destilaciji kako bi se uklonila elektropročišćena sol i miješa se do obogaćenja manjeg od 20% U-235. Konačno, obnovljeni metalni uran konfiguriran je za podršku proizvodnji goriva ponovnim zagrijavanjem i lijevanjem u niske doze, smanjene veličine HALEU "regulus".

Ministarstvo energetike uspostavilo je sposobnost u Nacionalnom laboratoriju u Idahu za proizvodnju HALEU preradom i obradom iskorištenog goriva iz eksperimentalnog oplodnog reaktora II koji je sada stavljen izvan pogona. Proces će omogućiti INL-u da proizvede do 10 metričkih tona HALEU-a za potrebe istraživanja, razvoja i demonstracije. Čak i "frakcija" koju bi Oklo mogao primiti bila bi više nego dovoljna za napajanje demonstracije 20 godina bez potrebe za punjenjem goriva, kako je Oklo COO Cochran rekao za POWER. DeWitte je dodao da Oklo želi izgraditi demonstraciju kao jedinicu Aurora u punoj veličini i provesti je kroz cijeli životni vijek kako bi dobio što više podataka i iskustva koji će se pokazati ključnim za buduće jedinice. "Ipak, iz čisto tehničke perspektive, moguće je postići pet puta više od 20 godina", rekao je.

Proces također ostavlja INL-u dovoljno HALEU-a za subjekte koji razvijaju druge napredne nuklearne reaktore uz potporu novoosnovanog laboratorijskog Nacionalnog centra za inovacije reaktora — središte za testiranje, demonstraciju i procjenu performansi čiji je glavni cilj ubrzati implementaciju koncepata napredne nuklearne tehnologije. Kao što je dr. Wagner iz INL-a dodao, INL nastavlja razgovore s drugim kandidatima kako bi vidio kako laboratorij može podržati njihove napore.

No dok je INL rekao da su "drugi izvori HALEU-a dostupni za podršku demonstracijama istraživanja i razvoja i da će biti dostupni prema potrebi", nije jasno hoće li laboratorij nastaviti s drugim metodama za proizvodnju HALEU-a. Dokumenti INL-a datirani tek u lipnju 2019. sugeriraju da je laboratorij planirao poduprijeti testiranje naprednih reaktora instalacijom pilot postrojenja koje koristi ZIRCEX (ekstrakciju cirkonija) proces, koji u osnovi uklanja cirkonij ili aluminijsku oblogu iz nuklearnog goriva i zatim pročišćava urana iz produkata fisije korištenjem "vrlo kompaktnog, modularnog sustava ekstrakcije otapalom". Uran se zatim miješa do ispod 20% prije skrućivanja i proizvodnje goriva. Za sada se čini da je program ZIRCEX još u fazi istraživanja.

U međuvremenu, iako se pokazalo ključnim za komercijalizaciju SMR-a i druge napredne nuklearne tehnologije, financiranje budućih istraživačkih inicijativa INL-a također ostaje pod znakom pitanja. Iako odobreni proračun DOE-a za fiskalnu godinu 2020. uključuje sredstva koja podržavaju obradu korištenog goriva EBR-II, buduće financiranje podliježe odobrenju Kongresa. Najnoviji proračunski prijedlog DOE-a dramatično smanjuje financiranje programa za demonstraciju naprednih reaktora i gotovo prepolovljuje sredstva za i razvoja gorivnog ciklusa.

Značajna promjena paradigme za nuklearnu energiju
Konačno, i možda najkritičnije, najznačajniji utjecaj odabira mogao bi biti na dvije bolne točke koje su desetljećima onesposobljavale rast nuklearnog sektora: izgradnja novih reaktora i odlaganje nuklearnog otpada.

Okloov plan za izgradnju demonstracije u punoj veličini značajno je drugačija "promjena paradigme" od konvencionalnih pristupa, koji su se često pokazali pretjerano skupim i nosili nepremostive izazove , primijetio je DeWitte. Projekt je beskonačno manji od konvencionalnih projekata reaktora - njegova INL lokacija prostirat će se na manje od četvrt hektara. Ipak, "Morate imati određene ekonomske uvjete da biste se osjećali ugodno s ulaganjem, s obzirom na količinu kapitala koja je potrebna za to", rekao je.

“Početak s vrlo malim brojem omogućuje nam da budemo mnogo vitkiji i spretniji u smislu poslovnog modela, a to je vrlo važan aspekt. Budući da smo tvrtka koja se financira rizičnim kapitalom, u mogućnosti smo raditi stvari u vrlo kratkom vremenskom roku, ali i pristupiti kapitalu koji nam omogućuje da radimo stvari poput izgradnje reaktora prve vrste iz kojeg možemo učiti, ali također pomaže nešto kao podni model iz izložbenog prostora. To ima veliku vrijednost za komercijalne primjene,” rekao je.

POWER je u siječnju 2018. mapirao gotovo 50 projekata nuklearnih reaktora diljem SAD-a koji su napušteni tijekom kratke povijesti sektora, zbog povećanih neizvjesnosti u vezi s niskim predviđenim opterećenjem; ograničenja i poništenja financiranja izgradnje; i državne svjedodžbe prepreke. Još jedan zanimljiv aspekt u vezi s ovom objavom "jest da pokazuje da zapravo možete ponovno koristiti [istrošeno nuklearno gorivo (SNF)]", primijetio je DeWitte. Taj je aspekt važan jer je upravljanje nuklearnim otpadom u SAD-u u zastoju već gotovo tri desetljeća, uglavnom zahvaljujući političkom ćorsokaku oko odlaganja SNF-a . Danas se, prema NEI-ju, više od 84.000 metričkih tona SNF-a privremeno skladišti u bazenima i bačvama u 35 država.

U svom posljednjem proračunskom zahtjevu, DOE je sugerirao da će istražiti alternative planini Yucca koju je odredio Kongres, ali je dao nekoliko pojedinosti. Proračun je, međutim, predložio 295 milijuna dolara za financiranje eksperimentalnog Versatile Test Reactor (VTR), prvog brzog reaktora te vrste (i još jednog važnog projekta koji INL predvodi) koji bi mogao pomoći privatnom sektoru u razvoju i demonstraciji novih tehnologija.

DOE je sugerirao da bi VTR, koji će vjerojatno biti bazenski reaktor hlađen natrijem koji će koristiti goriva s metalnim legurama (uključujući HALEU), mogao biti operativan do 2026. godine, uz cijenu izgradnje između 3 i 6 milijardi dolara. Međutim, njegova usredotočenost na sustave brzih neutrona je izvanredna jer, kako je izvijestio POWER, reaktorski sustavi brzih neutrona imaju potencijal izvući 60 puta više energije iz urana u usporedbi s postojećim toplinskim reaktorima, te pridonose značajnom smanjenju opterećenja radioaktivnim gubljenje. Zanimanje za brze reaktore diljem svijeta u posljednje je vrijeme poraslo; međutim, iako su tehnički napredak i operativno iskustvo porasli, današnje tehnologije još uvijek se suočavaju s tehničkim, regulatornim i ekonomskim izazovima.

Ali to je još jedan razlog zašto će prva demonstracija Aurore ove vrste biti važna. DeWitte je novu upotrebu HALEU-a u projektu nazvao "usamljeničkim putovanjem kroz nuklearne reaktore", ali je naglasio da to nije nepremostivo. Prilika za istraživanje mogla bi razvojnim programerima ponuditi značajan uvid u pitanja koja se često navode kao ključne prepreke, uključujući licenciranje, ciklus goriva i veći lanac opskrbe gorivom, rekao je. Međutim, mnogi aspekti postojećeg nuklearnog sustava, uključujući infrastrukturu, licenciranje i tehnologiju već služe čak i visoko obogaćenim gorivima. “Na kraju dana, to je način na koji se [HALEU] tretira, gleda i kako se njime upravlja”, rekao je. „Jedini razlog zašto smo stavili 'HA' [što označava 'visoku analizu'] ispred LEU [nisko obogaćenog urana] je taj što ga današnji reaktori zapravo ne koriste, tako da je povučeno razgraničenje, zbog razmatranja koja proizlaze iz toga. Malo je pojednostavljeno, ali to je LEU na kraju dana.”

Utemeljen na ikoni, spreman da postane ikona
Upitan predviđa li Oklo bilo kakve specifične tehničke izazove upotrebom recikliranog goriva kao što je HALEU, koje može sadržavati zaostale radionuklidne komponente s kojima se neki napredni reaktori ne mogu nositi, DeWitte je rekao da budući da je Aurora brzi reaktor, sama po sebi ima sposobnost toleriranja nečistoća i dalje radi efikasno. „Budući da je ovaj materijal ozračen za drugi reaktor [EBR-II]—a to je također uzbudljivo za nas jer je [EBR-II] bio značajna inspiracija za nas—i dalje će sadržavati kontaminante u tragovima, a iako će [INL] biti u mogućnosti prilično očistiti, neke od tih nečistoća još uvijek prolaze kroz proces i miješanje. Jedan od aspekata ponovne upotrebe urana je taj što imate i nešto drugačiji sastav izotopa U-235, U-234 i U-236—njih ima relativno malo u tragovima, ali još uvijek postoje.

“To ne utječe na radnu stranu reaktora. Međutim, ono gdje ima utjecaja je rukovanje gorivom i strana proizvodnje,” rekao je DeWitte. Oklo je radio na razumijevanju različitih materijalnih razmatranja, uključujući ono što će biti potrebno u komercijalnom procesu da se to riješi. “Dobra vijest je, iako to ovdje neće funkcionirati tako jer ne koristimo isti proces, da je EBRII već pokazao ovu vrstu naprednog pristupa recikliranju. Uspjeli su doslovno reciklirati gorivo iz reaktora i zatim ga preraditi sa značajnim količinama ovih prisutnih materijala, kao i viših aktinida i plutonija i drugih stvari, te su ga uspjeli proizvesti i vratiti natrag u reaktor. Uspjeli su to učiniti za desetke tisuća gorivih elemenata što je prilično uzbudljivo iz dugoročne perspektive.

Ekonomski slučaj male nuklearne energije
Zbog ovih nesigurnosti, na koje će demonstracija sigurno baciti više svjetla, DeWitte i Cochran su primijetili da prva jedinica Aurora neće biti izrazito isplativa u usporedbi s postojećim tehnologijama za proizvodnju malih razmjera. "Ali to ima drugu komercijalnu vrijednost", primijetio je DeWitte. "A sa sljedećim jedinicama, imamo vrlo jak i jasan slučaj s ekonomijom gdje ćemo se natjecati, a to je uglavnom na tržištima izvan mreže i udaljenim tržištima koja se za početak oslanjaju na dizelsko gorivo."

Najvažnija među ključnim ekonomskim razmatranjima koja je DeWitte naveo je energetska gustoća HALEU-a. Dok postotak obogaćenog goriva u HALEU-u za napredne reaktore varira, “što su manji, to su bliže rasponu od 19,75%. Približno smo tom rasponu, ali točan broj tek treba biti objavljen”, rekao je. U "vrlo jednostavnom korijenu odgovora" zašto je HALEU prikladan za napredne reaktore jest da su oni u stanju "učinkovito koristiti gorivo kroz dulja vremenska razdoblja", a gorivo im omogućuje da lakše iskoriste taj potencijal. Postojeća laka vodena flota sve više usvaja napredna goriva poput goriva otpornog na nezgode iz istog razloga, istaknuo je.

"Stvarno je moćno kada razmišljamo o činjenici da imamo gorivo koje će biti energetski gušće od najbliže alternative", primijetio je DeWitte. „A ekonomska prednost toga je da će to biti temeljni pokretač zašto postoji ovaj novi val napredne implementacije reaktora, zajedno, naravno, sa širokim ekonomskim koristima koje proizlaze iz toga, kao i nultim emisijama koje bi proizašle iz toga." Uparen s jednostavnošću i inherentnom i pasivnom sigurnošću koju nude napredni dizajni poput Aurore—uključujući samostabilizaciju—što vam “omogućuje da učinite toliko toga u prostoru dizajna što stvarno pomaže u smanjenju troškova”, rekao je.

Dugoročno, uzimajući u obzir iskustvo i generacijski razvoj svoje tehnologije, Oklo cilja na troškovnu konkurentnost od 0,05 USD/kWh. "Kada imate izvor goriva koji vam daje višemilijunsku konkurentsku prednost, sigurno ćete biti ekonomski konkurentniji", rekao je DeWitte. "I mislim da imamo prilično jake šanse za to."
www.powermag.com