Co emituje elektrownia jądrowa?

W 2033 roku ma powstać pierwsza elektrownia atomowa w Polsce - tak wynika z przyjętego w 2020 roku Programu polskiej energetyki jądrowej. Temat elektrowni jądrowej w Polsce wciąż budzi pewne kontrowersje. Najczęstszymi wątpliwościami związanymi z elektrowniami jądrowymi są kwestie bezpieczeństwa, koszty budowy oraz kwestia postępowania z odpadami promieniotwórczymi. Dla części osób ciągle nie są jasne korzyści środowiskowe wynikające z energetyki jądrowej, w szczególności znacząco niższe emisje szkodliwych substancji w porównaniu do elektrowni wykorzystujących węgiel kamienny.

Od ponad stu lat w Polsce głównym surowcem służącym do produkcji energii, najpierw cieplnej, a później również elektrycznej był węgiel kamienny - surowiec, który ze względu na bogate złoża był w przeszłości uznawany za narodowe bogactwo. Niestety takie szerokie wykorzystanie węgla przekładało się na znaczącą emisję dwutlenku węgla, przyczyniając się do katastrofy klimatycznej, której efekty obserwujemy już dziś, oraz innych zanieczyszczeń powietrza. Kryzys klimatyczny, rosnące ceny energii oraz kończące się złoża węgla powodują konieczność transformacji energetycznej w Polsce, a której ważnym elementem będzie budowa elektrowni jądrowych, która obok OZE zaliczana jest do niskoemisyjnych źródeł energii.

Elektrownia jądrowa, podobnie jak elektrownie węglowe czy gazowe, może produkować energię niezależnie od warunków pogodowych, ale produkcja tej energii wiąże się z kilkudziesięciokrotnie niższymi emisjami dwutlenku węgla. W całym cyklu życia elektrowni jądrowej, a więc z uwzględnieniem emisji związanych z budową i likwidacją oraz wydobyciem uranu, emisje te są zbliżone do analogicznych emisji w przypadku źródeł odnawialnych. Co równie istotne elektrownia jądrowa nie emituje także takich zanieczyszczeń związanych ze spalaniem węgla, jak SO_x, NO_x, metale ciężkie oraz pyły, które mają bardzo zły wpływ na zdrowie. Skutki tego widoczne są gołym okiem już dziś, a jest to między innymi znaczące zwiększenie liczby zgonów i hospitalizacji pacjentów z chorobami układu oddechowego. Równocześnie średnia globalna temperatura wzrosła już o ponad 1°C względem epoki przedprzemysłowej, co wpłynęło również na częstsze występowanie takich zjawisk pogodowych jak silniejsze burze, nawałnice, huragany, fale upałów i częste susze.

Choć zmiany klimatu są już nieodwracalne, to redukcja emisji CO₂ jest konieczna, aby ograniczyć ich tempo oraz całkowity wzrost temperatury i jego potencjalnie katastrofalne skutki.

Bezpieczeństwo elektrowni atomowych

Elektrownie jądrowe, wbrew pojawiającym się nieraz obawom, są znacznie bezpieczniejsze od elektrowni węglowych. Wskaźnik wypadków śmiertelnych na jednostkę produkowanej energii jest dla atomu kilkaset razy niższy niż w przypadku węgla i na takim samym poziomie co dla źródeł odnawialnych. Emisje substancji promieniotwórczych z elektrowni jądrowych są minimalne i znacząco niższe od dawek, które otrzymujemy w trakcie jednego prześwietlenia rentgenowskiego czy podczas lotu samolotem. 

Na ponad 60 lat pracy reaktorów w 36 krajach o łącznym czasie pracy ok. 18 tysięcy reaktorolat, zdarzyły się jedynie 3 poważniejsze wypadki jądrowe. Pierwszy z nich miał miejsce w elektrowni Three Mile Island (1979), jednakże nie stworzyła ona żadnego zagroożenia dla zdrowia poza sama elektrownią, a jedyne straty miały charakter ekonomiczny oraz wizerunkowy. Największa katastrofa miała miejsce w Czarnobylu w 1986 roku, ale również jej skutki były istotnie mniejsze, niż powszechnie uważano. Ponadto jej przyczyną były błędy konstrukcyjne i brak kultury bezpieczeństwa w ZSRR, a zdarzenie tego typu jest fizycznie niemożliwe we współczesnych elektrowniach jądrowych. Do ostatniego wypadku, w Fukushimie (2011) doszło wskutek trzęsienia ziemi, którego następstwem było tsunami i zalanie elektrowni jądrowej. Szacuje się, że w związku z samym trzęsieniem ziemi, tsunami i późniejszą ewakuacją zginęło ponad 19 tys. ludzi. Tymczasem nie ma jednoznacznie potwierdzonych przypadków zgonów wywołanych przez promieniowanie jonizujące. 

Odpady promieniotwórcze

W wyniku wykorzystania paliwa jądrowego powstają odpady promieniotwórcze, jednakże jest ich stosunkowo niewiele. W jednej elektrowni jądrowej o mocy 1 GW powstaje około 30 ton wypalonego paliwa, które jest wysokoaktywnym odpadem promieniotwórczym. Obecnie w całej Unii Europejskiej jest około 6 000 m³ wysokoaktywnych odpadów promieniotwórczych pochodzących z całej historii europejskiej energetyki jądrowej. Taka ilość ułożona na boisku piłkarskim nie sięgnęłaby wysokości nawet 1 metra.

Zatem, o ile są to odpady, które wymagają odpowiedniego postępowania, to jest ich niewiele w stosunku do odpadów z innych branż przemysłowych. Powoduje to, że można stosunkowo łatwo i skutecznie zabezpieczać je, aby nie stanowiły zagrożenia dla środowiska. Dla porównania energetyka węglowa generuje znacznie więcej odpadów w różnej formie, a niektóre z nich składowane są “w chmurze”. O ile wprowadzenie coraz bardziej skutecznych filtrów pozwoliło znacznie ograniczyć emisję zanieczyszczeń do atmosfery takich jak tlenki siarki czy metale ciężkie (m.in. rtęć, arsen, kadm), to dwutlenek węgla jest emitowany do atmosfery w ilościach sięgających milionów ton rocznie w samej Polsce. Co ciekawe, odpady pochodzące z elektrowni węglowych, zwłaszcza popiół, zawierają także spore ilości pierwiastków promieniotwórczych, głównie uranu i toru. 

Jak się je składuje?

Wysokoaktywne odpady promieniotwórcze, czyli przede wszystkim wypalone paliwo jądrowe, docelowo mają trafić do składowisk podziemnych, gdzie będą składowane ponad 300 metrów pod ziemią w grotach solnych lub skałach, aż nie ulegną rozpadowi. Mniej aktywne, krótkożyciowe odpady trafiają do składowisk powierzchniowych. Przykładem takiego składowiska jest Krajowe Składowisko Odpadów Promieniotwórczych w Różanie, w którym przechowywane są odpady nisko i średnioaktywne pochodzące z przemysłu, badań naukowych czy wykorzystywania izotopów promieniotwórczych w medycynie. Miejsce na odpady wysokoaktywne pochodzące z eksploatacji elektrowni jądrowej nie zostało jeszcze oficjalnie wskazane. 

Co ciekawe wypalone paliwo jądrowe może zostać po przerobie ponownie wykorzystane, na przykład w postaci paliwa MOX (Mixed OXide fuel) będącego mieszanka uranu i plutonu. Takie paliwo można zastosować w standardowych lekkowodnych reaktorach energetycznych. Aktualnie naukowcy pracują również nad metodą wykorzystywania wypalonego paliwa w reaktorach prędkich (ang. FR. - fast reactor) Są to reaktory, które nie potrzebują moderatora, ponieważ reakcje wywoływane są neutronami prędkimi. Takie podejście umożliwi nie tylko redukcję ilości powstających odpadów, ale również lepsze wykorzystanie potencjału energetycznego uranu.

Źródła: swiadomieoatomie.pl, nuclear.pl, ourworldindata.org, MKiŚ, bip.mos.gov.pl, foronuclear.org

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Energetyków Jądrowych URANIUM, AGH.
Amelia Kulinowska