Πυρηνική Ενέργεια: Αν όχι εμείς, ποιοι; Αν όχι τώρα, πότε;

O Δρ. Γιώργος Λάσκαρης είναι Πυρηνικός Φυσικός. Απέκτησε το διδακτορικό του δίπλωμα στο Πανεπιστήμιο Duke (Βόρεια Καρολίνα, ΗΠΑ) και πραγματοποίησε τα δύο μεταδιδακτορικά του στο Πανεπιστήμιο Stanford (Καλιφόρνια, ΗΠΑ) και στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ, Μασαχουσέτη, ΗΠΑ). Εργάζεται ως Σύμβουλος Επιχειρήσεων σε εταιρεία υψηλής τεχνολογίας. Twitter: @GILaskaris

Το κείμενο αυτό γράφεται υπό το φως ενός λαμπτήρα με έναν υπολογιστή, που υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να ηλεκτροδοτούνται από ένα πυρηνικό εργοστάσιο. Και αυτό γιατί το 20% της ενέργειας που χρειάζεται για την ηλεκτροδότηση των ΗΠΑ, που ταυτόχρονα αποτελεί το 50% της καθαρής ενέργειας (ενέργειας χωρίς εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα), παράγεται από πυρηνικά εργοστάσια. Με την (κυριολεκτική) βοήθεια της πυρηνικής ενέργειας, σε αυτό το κείμενο, θα προσπαθήσουμε να σταματήσουμε την δαιμονοποίηση δεκαετιών που επικρατεί σε σχέση με την παραγωγή, χρήση και ασφάλεια της πυρηνικής ενέργειας και να αναρωτηθούμε ανοιχτά γιατί να μην είναι η δική μας γενιά, η γενιά που θα φέρει την πυρηνική επανάσταση στην Ελλάδα;

Με αφορμή την πρόσφατη εισβολή της Ρωσίας στην Ουκρανία, οι τίτλοι των εφημερίδων και των δημοσιογραφικών sites καθημερινά κατακλύζονται από σενάρια τρόμου σχετικά με τις μάχες που διεξάγονται γύρω από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες της Zaporizhzhia και του Chernobyl και για το πως αυτές οι μάχες μπορούν να προκαλέσουν μια πυρηνική καταστροφή. Μακριά από την τρομολαγνεία των τελευταίων ημερών στο άρθρο αυτό θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε το τι είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας, πως λειτουργεί και τελικά ποια είναι τα συγκριτικά πλεονεκτήματα της πυρηνικής ενέργειας.

Πώς λειτουργεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας;

Η αρχή λειτουργίας κάθε πυρηνικού αντιδραστήρα βρίσκεται στο πυρηνικό καύσιμο. Με τον όρο πυρηνικό καύσιμο εννοούμε συνήθως το εμπλουτισμένο Ουράνιο. Εμπλουτισμένο χαρακτηρίζεται το Ουράνιο στο οποίο έχει αυξηθεί τεχνητά η ποσότητα του ισότοπου του Ουρανίου-235 σε επίπεδα 3-5% σε σχέση με το ισότοπο Ουράνιο-238 που βρίσκεται σε επίπεδα 95-97% (το φυσικό Ουράνιο αποτελείται από το ισότοπο Ουράνιο-238 σε ποσοστό 99.3% και έχει μόλις 0.7% Ουράνιο-235). Ονομάζεται καύσιμο όχι γιατί καίγεται, αλλά συμβατικά γιατί είναι αυτό που παράγει ενέργεια μέσα από μια φυσική διαδικασία που λέγεται αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση. Η αλυσιδωτή αντίδραση είναι η διαδικασία όπου θερμικά νετρόνια διασπούν αρχικά ένα πυρήνα Ουρανίου-235, ο οποίος σπάει σε μικρότερους πυρήνες εκλύοντας περαιτέρω νετρόνια και ενέργεια, τα οποία διασπούν άλλους πυρήνες Ουρανίου-235 εκλύοντας επιπρόσθετα νετρόνια και περισσότερη ενέργεια κ.ο.κ. Τα νετρόνια που είναι πολύ πιθανό να διασπάσουν τον πυρήνα του Ουρανίου-235 είναι τα θερμικά νετρόνια, δηλαδή νετρόνια με χαμηλή κινητική ενέργεια. Για να μειωθεί η ενέργεια των νετρονίων χρειάζεται ένας επιβραδυντής, ο οποίος πολύ συχνά είναι το νερό, ο γραφίτης κ.α.

Ο πιο κοινός τύπος ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, σαν αυτούς που υπάρχουν στην Zaporizhzhia, είναι ο αντιδραστήρας πεπιεσμένου ύδατος (Pressurized Water Reactor) και ονομάζεται έτσι γιατί μοιάζει με μια χύτρα ταχύτητας, όπως αυτές που έχουμε οι περισσότεροι στα σπίτια μας. Η διαφορά με τις χύτρες που έχουμε στο σπίτι μας είναι ότι η πηγή της θερμότητας δεν βρίσκεται εξωτερικά, δηλαδή στο μάτι της κουζίνας, αλλά εσωτερικά μέσα στο δοχείο, και δεν είναι άλλη από το πυρηνικό καύσιμο. Η θερμική ενέργεια που παράγεται από το πυρηνικό καύσιμο φτάνει για να ανυψώσει την θερμοκρασία του νερού που βρίσκεται μέσα στον αντιδραστήρα σε θερμοκρασίες περίπου 300 βαθμών Κελσίου. Το νερό παραμένει υγρό και δεν εξατμίζεται μέσα στο αντιδραστήρα, γιατί ο αντιδραστήρας βρίσκεται σε πίεση περίπου 150 ατμοσφαιρών. Το υπέρθερμο νερό κυκλοφορεί με την βοήθεια αντλιών νερού μέσα σε κλειστό κύκλωμα σωληνώσεων και μεταφέρει την θερμότητα του σε ένα παρακείμενο δεύτερο κλειστό κύκλωμα νερού (εναλλακτή θερμότητας), όπου δημιουργείται ατμός σε πίεση περίπου 60 ατμοσφαιρών, ο οποίος τελικά χρησιμοποιείται για να κινήσει τουρμπίνες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο ατμός, που έχει περάσει ήδη από την τουρμπίνα, έρχεται σε επαφή με ένα τρίτο κύκλωμα νερού, μέσω του οποίου ψύχεται και με την βοήθεια αντλιών επιστρέφει στον εναλλακτή θερμότητας για να γίνει και πάλι ατμός, ώστε να επαναληφθεί ο ίδιος κύκλος. Η θερμοκρασία του αντιδραστήρα ελέγχεται είτε μέσω των ράβδων ελέγχου, που αποτελούνται από στοιχεία όπως το Βόριο και το Κάδμιο που μπορούν να απορροφήσουν τα νετρόνια και έτσι να ελέγξουν την αλυσιδωτή αντίδραση, είτε μέσω βορικού οξέος που προστίθεται στο νερό του αντιδραστήρα. 

Η ασφάλεια των πυρηνικών εργοστασίων

Αναπόσπαστο κομμάτι ενός πυρηνικού εργοστασίου είναι η ασφάλεια της λειτουργίας του. Πέρα από τις ράβδους ελέγχου, οι κύριες μηχανικές διατάξεις ασφαλείας ενός αντιδραστήρα είναι το εφεδρικό σύστημα έκτακτης ανάγκης για την ψύξη του πυρήνα του αντιδραστήρα σε περίπτωση υπερθέρμανσης και το ατσάλινο κέλυφος που τον στεγάζει. Σε γενικές γραμμές, η περαιτέρω ασφάλεια των αντιδραστήρων βασίζεται πάνω σε ένα συνδυασμό «ενεργών» και «παθητικών» συστημάτων. Ενεργά χαρακτηρίζονται τα συστήματα ασφαλείας που βασίζονται σε μια ηλεκτρική ή μηχανική λειτουργία και τα οποία ενεργοποιούνται κατόπιν ανθρώπινης εντολής, ενώ παθητικά είναι τα συστήματα π.χ. βαλβίδες εκτόνωσης πίεσης, που εξαρτώνται μόνο από φυσικά φαινόμενα όπως η βαρύτητα ή η αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες και όχι από τη λειτουργία των υπολογιστών ή άλλων εξαρτημάτων. Τα συστήματα ασφαλείας ενός αντιδραστήρα είναι έτσι σχεδιασμένα που ελαχιστοποιούν την πιθανότητα ενός ατυχήματος αλλά και τις συνέπειές του. 

Από την παραπάνω περιγραφή είναι προφανές ότι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας ακόμα και στην πιο κοινή του εκδοχή είναι μια περίπλοκη μηχανή που όμως παράγει ενέργεια με τρόπο που έχει μεγάλα συγκριτικά πλεονεκτήματα περιβαλλοντικά, οικονομικά και κοινωνικά σε σχέση με άλλες μορφές ενέργειας.

Τα συγκριτικά πλεονεκτήματα της πυρηνικής ενέργειας

Ο τομέας ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας είναι η μεγαλύτερη πηγή ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Υπολογίζεται ότι περίπου το 25% των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα σχετίζονται με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για να έχουμε ρεαλιστικές πιθανότητες να διατηρηθεί η αύξηση της θερμοκρασίας της Γης εντός 2 βαθμών Κελσίου από τα προβιομηχανικά επίπεδα, τουλάχιστον το 80% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να είναι χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα έως το 2050. Το 2021, το 63% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας παρήχθη από την καύση ορυκτών καυσίμων, ελαφρά μειωμένο σε σχέση με το 2008, όταν το ποσοστό ήταν 67%. Η επίτευξη του στόχου της μείωσης των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα απαιτεί ανάπτυξη όλων των διαθέσιμων τεχνολογιών καθαρής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης και της πυρηνικής ενέργειας, δεδομένου ότι οι εκπομπές του διοξειδίου που σχετίζονται με την πυρηνική ενέργεια είναι από τις χαμηλότερες όλων των μορφών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, παρόμοια με αυτές της αιολικής ενέργειας. Όπως τουλάχιστον συστήνουν οι ΗΠΑ αλλά τώρα και η ΕΕ στις χώρες μέλη, η πυρηνική ενέργεια είναι και πρέπει να είναι αναπόσπαστο κομμάτι της λύσης για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής.  

Τα πυρηνικά εργοστάσια απαιτούν μόνο μια μικρή ποσότητα φτηνού πυρηνικού καυσίμου σε σύγκριση με το φυσικό αέριο ή τον άνθρακα (των οποίων η τιμή ανεβαίνει καθημερινά στις μέρες μας) και καταλαμβάνουν ένα κλάσμα του χώρου που απαιτείται για τα αιολικά και ηλιακά πάρκα. Τα νούμερα είναι εντυπωσιακά αν αναλογιστούμε ότι 3 κυβικά εκατοστά πυρηνικού καυσίμου (περίπου το μέγεθος ενός σταφυλιού) μπορεί να δώσει το ίδιο ποσό ενέργειας που δίνουν 500 κυβικά μέτρα φυσικού αερίου, 500 λίτρα πετρελαίου ή ένας τόνος άνθρακα και γίνονται ακόμα εντυπωσιακότερα αν σκεφτούμε ότι ένα τυπικό πυρηνικό εργοστάσιο ισχύος 1000 MW έχει διαστάσεις περίπου τριών τετραγωνικών χιλιομέτρων, ενώ χρειάζονται περίπου 1000 τετραγωνικά χιλιόμετρα γης και 430 ανεμογεννήτριες για την παραγωγή της ίδιας ισχύος με βάση την αιολική ενέργεια και 200 τετραγωνικά χιλιόμετρα γης και 3.000.000 (!) πάνελ για την ίδια παραγωγή με βάση την ηλιακή ενέργεια. Για την χώρα μας, το μέγεθος ενός εργοστασίου έχει σημασία όχι μόνο λόγω των χρήσεων γης αλλά και από αμυντικής στρατιωτικής άποψης, αφού οι πολύ μικρότερες διαστάσεις του πυρηνικού εργοστασίου το καθιστούν πιο εύκολα υπερασπίσιμο σε μια επίθεση. 

Το ζήτημα των πυρηνικών αποβλήτων

Όλες οι μορφές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παράγουν κάποιας μορφής απόβλητα. Η πυρηνική ενέργεια είναι η μόνη βιομηχανία παραγωγής ενέργειας που αναλαμβάνει την πλήρη ευθύνη για τη διαχείριση όλων των απορριμμάτων της. Το χρησιμοποιημένο πυρηνικό καύσιμο ανακυκλώνεται για την εξαγωγή σχάσιμων υλικών, κάτι που τελικά οδηγεί στη μείωση του όγκου των αποβλήτων. Έτσι, η ποσότητα του καυσίμου του αντιδραστήρα που απαιτεί τελικά απόρριψη είναι σχετικά μικρή. H συνολική ποσότητα των αποβλήτων που παρήχθη από την πυρηνική βιομηχανία των ΗΠΑ τα τελευταία 40 χρόνια, εάν στοιβαζόταν δίπλα-δίπλα, θα κάλυπτε ένα γήπεδο ποδοσφαίρου σε ύψος περίπου 7 μέτρων. Η διαχείριση των πυρηνικών αποβλήτων γίνεται χωρίς σημαντική περιβαλλοντική επιβάρυνση εδώ και έξι δεκαετίες. Σε αντίθεση με ορισμένα άλλα τοξικά απόβλητα, όπως τα βαρέα μέταλλα, ο κύριος κίνδυνος που σχετίζεται με τα πυρηνικά απόβλητα – η ραδιενέργεια τους – μειώνεται με την πάροδο του χρόνου.

Ο χρόνος ζωής ενός πυρηνικού εργοστασίου και τα κοινωνικά οφέλη 

Η πυρηνική ενέργεια, τουλάχιστον στην παραδοσιακή της μορφή που αναλύθηκε παραπάνω, όπως και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας χρειάζονται ένα υποστηρικτικό περιβάλλον ενεργειακής πολιτικής, που προωθεί τις επενδύσεις σε μακροπρόθεσμα έργα έντασης κεφαλαίου, γιατί το μεγαλύτερο μέρος του κόστους είναι το αρχικό κεφάλαιο. Από την στιγμή που ένα πυρηνικό εργοστάσιο έχει κατασκευαστεί μπορεί να λειτουργήσει για δεκαετίες (για παράδειγμα στις ΗΠΑ, οι αντιδραστήρες έχουν άδεια λειτουργίας για 80 χρόνια) κατά τη διάρκεια των οποίων το λειτουργικό κόστος είναι γενικά πολύ χαμηλό και η απόσβεση της αρχικής επένδυσης είναι βέβαιη. Αν αναλογιστεί κανείς την διάρκεια ζωής ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, η πυρηνική ενέργεια συγκαταλέγεται στις πιο ανταγωνιστικές από πλευράς κόστους και διαθεσιμότητας μορφές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αρκεί να σκεφτούμε ότι τουλάχιστον στις ΗΠΑ, τα πυρηνικά εργοστάσια λειτουργούν σχεδόν συνεχώς (95%) κατά την διάρκεια της ζωής τους, ένα ποσοστό που είναι κατά πολύ χαμηλότερο για τα εργοστάσια που παράγουν ενέργεια με βάση το φυσικό αέριο (57%), και πέφτει δραματικά για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: αιολική (35%) και ηλιακή (25%), αφού ο αέρας ή ο ήλιος δεν είναι πάντα διαθέσιμα. 

Εκτός των περιβαλλοντικών και οικονομικών πλεονεκτημάτων της πυρηνικής ενέργειας, υπάρχουν και πολλαπλά κοινωνικά οφέλη. Τα πυρηνικά εργοστάσια δημιουργούν πολλές ακριβοπληρωμένες δουλειές υψηλής εξειδίκευσης, αφού προσελκύουν επενδύσεις από τις πιο εύρωστες εταιρείες υψηλής τεχνολογίας και τεχνολογικούς κολοσσούς. Επιπρόσθετα, γύρω από ένα πυρηνικό εργοστάσιο δημιουργείται ένα οικοσύστημα εταιρειών και πανεπιστημίων που αναλαμβάνουν εργασίες κατασκευής, συντήρησης και έρευνας κατά την διάρκεια της λειτουργίας του.

Το ατύχημα στο Chernobyl δεν είναι ο κανόνας

Είναι γεγονός ότι με αφορμή τις μάχες γύρω από το πυρηνικό εργοστάσιο της Zaporizhzhia κατά την πρόσφατη εισβολή της Ρωσίας στην Ουκρανία ξύπνησαν μνήμες από το ατύχημα στις πυρηνικές εγκαταστάσεις του Chernobyl της Ουκρανίας τον Απρίλιο του 1986. Πράγματι, το ατύχημα αυτό πήγε πίσω την δημιουργία και άλλων πυρηνικών εργοστασίων σε όλες τις χώρες του κόσμου, λόγω αμφιβολιών σε σχέση με την ασφάλεια των πυρηνικών εργοστασίων. Χωρίς να μπούμε εδώ στις λεπτομέρειες του ατυχήματος, η ιστορική έρευνα έχει αποδείξει ότι το ατύχημα ήταν αποτέλεσμα του συνδυασμού της σοβιετικής γραφειοκρατίας, που προωθούσε την ευνοιοκρατία, και του φόβου που χαρακτηρίζει κάθε ολοκληρωτικό καθεστώς. Ενώ οι σοβιετικοί επιστήμονες γνώριζαν τα προβλήματα που είχε η σχεδίαση του περιβόητου πια αντιδραστήρα RBMK, δεν είχαν ενημερώσει και βέβαια δεν είχαν θέσει εκτός λειτουργίας τους πολλούς ομοειδής αντιδραστήρες που λειτουργούσαν τότε στην Σοβιετική Ένωση, μάλλον λόγω του φόβου των ανωτέρων τους. Και αν η νοοτροπία του ολοκληρωτισμού έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην μη αποτροπή αυτού του ατυχήματος, η κρατική προπαγάνδα αλλά και – όπως φαίνεται σήμερα – η πίστη ότι οι Ουκρανοί ήταν πολίτες δεύτερης κατηγορίας, έπαιξαν τον δικό τους ρόλο στην αρχική προσπάθεια απόκρυψης του ατυχήματος που οδήγησε σε καθυστερημένη ενεργοποίηση του σοβιετικού κρατικού μηχανισμού και στη συνακόλουθη αύξηση των άμεσων και έμμεσων θανάτων σχετιζόμενων με το ατύχημα. Ειδικά για την Ελλάδα, δεν θα μπορούσε κανείς να μην παρατηρήσει σήμερα ότι αυτά τα κόμματα ή πρόσωπα που είναι μεγάλοι επικριτές της πυρηνικής ενέργειας ήταν και είναι υποστηρικτές αυτών των καθεστώτων. Δεν μπορεί όμως να καταδικαστεί μια τόσο καθαρή μορφή ενέργειας με τέτοια πλεονεκτήματα επειδή ένα αποτυχημένο κράτος, που κατέρρευσε μετά από μόλις τρία χρόνια, δεν μπόρεσε να την διαχειριστεί.  

Στις μέρες μας, μια νέα επανάσταση στον τομέα της πυρηνικής ενέργειας βρίσκεται σε εξέλιξη σε πολλές χώρες του πλανήτη με την εισαγωγή των Small Modular Reactors ή στα ελληνικά των Μικρών Αρθρωτών Αντιδραστήρων. Αυτή η τεχνολογική επανάσταση, που μπορεί να καλύψει π.χ. τις ενεργειακές ανάγκες ενός εργοστασίου ή ενός μικρού ελληνικού νησιού, συνδυασμένη με την γεωστρατηγική προσέγγιση της Ελλάδας με χώρες όπως η Γαλλία, η οποία ηλεκτροδοτείται κατά 70% από πυρηνική ενέργεια και υποστηρίζει ενεργά την μετάβαση στην πυρηνική εποχή, δημιουργεί για την χώρα μας ένα ιδανικό περιβάλλον, ώστε να αποκτήσει την πολυπόθητη πράσινη ενεργειακή της αυτάρκεια μαζί με την υπόλοιπη Ευρώπη.  

Αν η γενιά μας δεν εξασφαλίσει την ενεργειακή αυτάρκεια της Ελλάδας και της Ευρώπης, τότε ποιοι θα το κάνουν για εμάς και για τις μελλοντικές γενιές; Αν δεν το κάνουμε τώρα, που οι παγκόσμιες συνθήκες μας σπρώχνουν προς τα εκεί, τότε πότε;