به گزارش تجارت نیوز، انرژی هسته‌ای در سال‌های اخیر بار دیگر به یکی از گزینه‌های جدی برای تأمین برق بدون انتشار مستقیم کربن تبدیل شده است. کشورها و شرکت‌های مختلف در تلاش هستند تا با استفاده از فناوری‌های جدید، مشکلات قدیمی نیروگاه‌های هسته‌ای از جمله هزینه بالا، زمان طولانی ساخت، مدیریت پسماند و مهم‌تر از همه، خطر حوادث شدید هسته‌ای را کاهش دهند.
یکی از مسیرهای مورد توجه، تغییر خود سوخت هسته‌ای است. ایده ساده اما مهم است: اگر بتوان سوختی تولید کرد که در دمای بسیار بالا پایدار بماند و در شرایط اضطراری کمتر مستعد آزادسازی مواد رادیواکتیو باشد، بخشی از نگرانی‌های مربوط به ایمنی رآکتورهای هسته‌ای کاهش خواهد یافت.
در همین زمینه، شرکت آمریکایی Standard Nuclear در حال توسعه و تولید سوخت پیشرفته‌ای موسوم به TRISO است؛ نوعی سوخت هسته‌ای که به جای قرار گرفتن اورانیوم در قالب میله‌های سوخت متعارف، ذرات سوخت را در ساختاری چندلایه و سرامیکی محصور می‌کند.
طرفداران این فناوری معتقدند TRISO می‌تواند مسیر توسعه نسل جدیدی از رآکتورهای کوچک و پیشرفته را هموار کند؛ رآکتورهایی که علاوه بر تولید برق، می‌توانند در کاربردهای نظامی، صنعتی، دریایی و حتی فضایی مورد استفاده قرار گیرند.
TRISO چیست و چرا توجه صنعت هسته‌ای را جلب کرده است؟
سوخت TRISO یکی از فناوری‌های پیشرفته در حوزه سوخت‌های هسته‌ای است که ساختار آن با سوخت‌های رایج رآکتورهای آب سبک تفاوت دارد.
در رآکتورهای متعارف، سوخت اورانیومی معمولاً در قالب میله‌های سوخت قرار می‌گیرد و سامانه خنک‌کننده نقش مهمی در کنترل دمای هسته دارد. اگر سیستم خنک‌کننده در شرایط بحرانی نتواند عملکرد خود را انجام دهد، دمای سوخت می‌تواند افزایش پیدا کند و در سناریوهای بسیار شدید، خطر آسیب به هسته یا ذوب شدن سوخت به وجود آید.
اما در سوخت TRISO، ذرات بسیار کوچک سوخت درون چندین لایه از مواد سرامیکی و مقاوم قرار می‌گیرند. این پوشش‌ها برای نگه داشتن مواد رادیواکتیو و مقاومت در برابر دماهای بسیار بالا طراحی شده‌اند.
کرت ترانی، مهندس هسته‌ای و مدیرعامل Standard Nuclear، معتقد است بخش مهمی از ایمنی رآکتور را می‌توان از طریق خود سوخت تأمین کرد، نه اینکه تمام بار ایمنی به سازه‌های عظیم بتنی و فولادی نیروگاه وابسته باشد.
از نگاه او، اگر سوخت بتواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند و مواد رادیواکتیو را در ساختار خود محصور نگه دارد، نیاز به برخی از سامانه‌های پیچیده برای کنترل پیامدهای یک حادثه شدید می‌تواند کاهش پیدا کند.
البته این به معنای حذف کامل خطرات هسته‌ای نیست. حتی پیشرفته‌ترین سوخت‌ها نیز بخشی از یک سامانه پیچیده هستند و ایمنی نهایی یک رآکتور به طراحی هسته، سامانه‌های خنک‌کننده، کنترل رآکتور، مهار تشعشعات و مجموعه‌ای از لایه‌های ایمنی وابسته است.
Standard Nuclear به دنبال بازار چند میلیاردی سوخت رآکتورهای کوچک
Standard Nuclear که در اوک ریج ایالت تنسی فعالیت می‌کند، در ماه ژوئیه وارد بازار عمومی سهام شد و اکنون به دنبال افزایش تولید صنعتی سوخت TRISO است.
اهمیت این موضوع زمانی بیشتر می‌شود که بدانیم در کنار نیروگاه‌های سنتی، نسل جدیدی از شرکت‌های هسته‌ای در حال توسعه رآکتورهای کوچک و ریزراکتورها هستند.
این رآکتورها برای کاربردهایی طراحی می‌شوند که لزوماً به نیروگاه‌های عظیم چندصد یا چندهزار مگاواتی نیاز ندارند. یک ریزراکتور می‌تواند در برخی سناریوها برق یک تأسیسات صنعتی، مرکز داده، پایگاه نظامی یا یک منطقه دورافتاده را تأمین کند.
Standard Nuclear نیز تلاش دارد خود را به یکی از تأمین‌کنندگان اصلی سوخت این بازار تبدیل کند.
این شرکت هفته گذشته اعلام کرد قصد دارد دست‌کم یک تن متریک از سوخت خود را به شرکت هسته‌ای Antares Nuclear عرضه کند و این میزان را تا سال ۲۰۳۵ به حدود ۸ تن متریک برساند.
این قرارداد پس از توافق‌های دیگر برای تأمین سوخت شرکت‌هایی مانند Radiant Industries و همچنین پروژه‌های مرتبط با ارتش آمریکا انجام شده است؛ پروژه‌هایی که هدف آنها توسعه رآکتورهای کوچک برای تأمین برق مورد نیاز پایگاه‌های نظامی است.
در نخستین گزارش درآمد Standard Nuclear نیز این شرکت از داشتن قراردادهایی به ارزش حدود ۵۷۶.۹ میلیون دلار خبر داده است؛ رقمی که نشان می‌دهد بازار سوخت رآکتورهای پیشرفته می‌تواند از یک حوزه آزمایشی به یک صنعت تجاری قابل توجه تبدیل شود.
رآکتورهای کوچک؛ موتور جدید رشد صنعت هسته‌ای
یکی از دلایل افزایش توجه به سوخت‌های پیشرفته، رشد صنعت رآکتورهای مدولار کوچک و ریزراکتورها است.
ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای بزرگ معمولاً به سرمایه‌گذاری عظیم، پروژه‌های چندساله و فرآیندهای پیچیده صدور مجوز نیاز دارد. همین موضوع باعث شده است بسیاری از شرکت‌های نوآور به سمت طراحی رآکتورهای کوچک‌تر بروند.
هدف این شرکت‌ها ساخت سامانه‌هایی است که بتوان آنها را در مقیاس صنعتی تولید کرد، سریع‌تر به محل مورد نظر منتقل کرد و با هزینه پایین‌تری نسبت به نیروگاه‌های سنتی به بهره‌برداری رساند.
سوخت TRISO می‌تواند در این مدل نقش مهمی داشته باشد، زیرا برخی از رآکتورهای پیشرفته برای فعالیت خود به چنین سوخت‌هایی نیاز خواهند داشت.
در نتیجه، هرچه تعداد شرکت‌های سازنده رآکتورهای کوچک افزایش پیدا کند، بازار بالقوه سوخت‌های پیشرفته نیز بزرگ‌تر خواهد شد.
دولت آمریکا و بازگشت انرژی هسته‌ای
رشد بازار رآکتورهای کوچک تنها نتیجه فعالیت شرکت‌های خصوصی نیست. سیاست‌های دولت آمریکا نیز در سال‌های اخیر نقش مهمی در افزایش توجه به انرژی هسته‌ای داشته است.
دولت دونالد ترامپ توسعه انرژی هسته‌ای را به‌عنوان یکی از مسیرهای افزایش ظرفیت تولید برق و تقویت امنیت انرژی دنبال کرده و رآکتورهای کوچک نیز در این برنامه جایگاه ویژه‌ای دارند.
استدلال اصلی طرفداران این فناوری آن است که رآکتورهای کوچک را می‌توان سریع‌تر و ارزان‌تر از نیروگاه‌های هسته‌ای متعارف ساخت و در محل‌هایی مستقر کرد که ساخت یک نیروگاه بزرگ در آنها منطقی نیست.
در چنین شرایطی، شرکت‌هایی که بتوانند تجهیزات و سوخت مورد نیاز نسل جدید رآکتورها را در مقیاس صنعتی تولید کنند، می‌توانند از رشد این بازار بهره ببرند.
Standard Nuclear به دنبال بازارهای نظامی، فضایی و دریایی
کرت ترانی معتقد است بازار آینده TRISO تنها به شبکه برق محدود نخواهد شد.
او پیش‌بینی می‌کند ریزراکتورها در آینده در بخش دفاعی و نظامی، تأسیسات خارج از شبکه، صنایع، حمل‌ونقل دریایی و حتی کاربردهای فضایی مورد استفاده قرار گیرند.
یکی از جذابیت‌های رآکتورهای کوچک برای کاربردهای نظامی، امکان تأمین برق پایدار در مکان‌هایی است که دسترسی به شبکه برق دشوار یا غیرممکن است.
در صنعت دریایی نیز رآکتورهای کوچک می‌توانند به‌عنوان یک گزینه برای کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی مطرح شوند. کشتی‌ها و سامانه‌های دریایی به انرژی زیادی نیاز دارند و جایگزینی سوخت‌های فسیلی در این بخش یکی از چالش‌های بزرگ کربن‌زدایی محسوب می‌شود.
در حوزه فضایی نیز انرژی هسته‌ای به دلیل امکان تولید انرژی در شرایطی که نور خورشید کافی نیست، مورد توجه قرار گرفته است.
اگر این کاربردها در دهه آینده توسعه پیدا کنند، تقاضا برای سوخت‌های پیشرفته‌ای مانند TRISO می‌تواند به شکل محسوسی افزایش یابد.
چرا ایمنی سوخت برای آینده انرژی هسته‌ای اهمیت دارد؟
یکی از مهم‌ترین مشکلات تاریخی انرژی هسته‌ای، نگرانی درباره پیامدهای حوادث شدید است. حادثه‌هایی مانند چرنوبیل و فوکوشیما نشان دادند که از کار افتادن مجموعه‌ای از سامانه‌های ایمنی می‌تواند پیامدهای بسیار گسترده‌ای داشته باشد.
در رآکتورهای متعارف، کنترل دما و خنک‌سازی هسته اهمیت حیاتی دارد. به همین دلیل، بسیاری از طراحی‌های جدید تلاش می‌کنند در کنار افزودن سامانه‌های ایمنی، ویژگی‌های ذاتی و غیرفعال بیشتری به رآکتور اضافه کنند.
سوخت TRISO نیز در همین چارچوب مطرح شده است.
ایده اصلی این است که حتی اگر شرایط رآکتور از وضعیت عادی خارج شود، ساختار خود سوخت بتواند تا حد زیادی مواد رادیواکتیو را درون خود نگه دارد.
این رویکرد می‌تواند مفهوم «ایمنی ذاتی» را در صنعت هسته‌ای تقویت کند؛ مفهومی که هدف آن کاهش وابستگی ایمنی به تجهیزات فعال، برق اضطراری یا دخالت سریع اپراتورها است.
البته برای اثبات این ادعا در مقیاس تجاری، آزمایش‌های گسترده، صدور مجوز و تجربه عملیاتی واقعی مورد نیاز خواهد بود.
ال‌نینو در عصر تغییرات اقلیمی؛ یک هشدار تازه برای جهان
در کنار تحولات صنعت هسته‌ای، موضوع تغییرات اقلیمی نیز همچنان در صدر اخبار علمی قرار دارد.
مطالعات جدید نشان می‌دهد گرمایش ناشی از فعالیت‌های انسانی ممکن است رفتار پدیده‌های طبیعی مانند ال‌نینو را نیز تغییر دهد.
ال‌نینو به دوره‌ای از گرم شدن غیرعادی آب‌های سطحی اقیانوس آرام استوایی گفته می‌شود که می‌تواند الگوهای آب‌وهوایی را در نقاط مختلف جهان تغییر دهد. این پدیده ممکن است در برخی مناطق باعث خشکسالی و در برخی دیگر موجب بارندگی شدید، سیل، طوفان یا موج گرما شود.
یک مطالعه جدید که در مجله علمی Science منتشر شده، نشان داده است تغییرات ال‌نینو در شرق اقیانوس آرام امروز حدود ۳۶.۵ درصد شدیدتر از دوره پیش از صنعتی شدن است.
پژوهشگران برای بررسی این تغییرات به سراغ مرجان‌های اقیانوسی رفته‌اند. درست همان‌طور که حلقه‌های درخت می‌توانند اطلاعاتی درباره شرایط گذشته ارائه دهند، ترکیبات شیمیایی موجود در مرجان‌ها نیز می‌توانند تغییرات دمای اقیانوس را در طول زمان ثبت کنند.
دانشمندان با استفاده از این داده‌ها توانستند تصویری از وضعیت اقلیم در حدود ۱۰۰۰ سال گذشته ایجاد کنند.
چرا دانشمندان می‌گویند گرمایش زمین عامل تقویت ال‌نینو است؟
پژوهشگران برای آزمایش اینکه آیا تقویت ال‌نینو می‌تواند صرفاً نتیجه عوامل طبیعی باشد یا نه، داده‌های تاریخی را با نتایج ۱۲ مدل اقلیمی مقایسه کردند.
این مدل‌ها شرایط اقلیمی گذشته را با در نظر گرفتن عواملی مانند فوران‌های آتشفشانی، تغییرات تابش خورشیدی و نوسانات طبیعی سیستم اقلیم شبیه‌سازی کردند.
اما مدل‌هایی که تنها عوامل طبیعی را در نظر می‌گرفتند، نتوانستند شدت مشاهده‌شده در داده‌های مرجان‌ها را بازتولید کنند.
پژوهشگران همچنین این تغییرات را با دو دوره مهم اقلیمی یعنی «ناهنجاری اقلیمی قرون وسطی» و «عصر یخبندان کوچک» مقایسه کردند، اما این دوره‌ها نیز توضیح کافی برای شدت تغییرات امروزی ارائه نکردند.
نتیجه این بررسی آن بود که گرمایش ناشی از فعالیت‌های انسانی، به‌ویژه انتشار گازهای گلخانه‌ای حاصل از مصرف سوخت‌های فسیلی، محتمل‌ترین توضیح برای شدت گرفتن ال‌نینو در شرق اقیانوس آرام است.
تقاضا برای انرژی خورشیدی و باتری همچنان در حال افزایش است
در کنار انرژی هسته‌ای، انرژی‌های تجدیدپذیر نیز با سرعت زیادی در حال توسعه هستند.
پیتر دیویدسون، مدیرعامل شرکت Aligned Climate Capital، معتقد است تقاضا برای پروژه‌های خورشیدی و سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری همچنان بسیار بالا خواهد ماند.
او بر این باور است که با وجود تلاش‌های دولت فدرال آمریکا برای کاهش سرعت توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر، بازار مسیر متفاوتی را دنبال کرده است.
به گفته او، حدود ۹۳ درصد از ظرفیت جدید انرژی که در سال گذشته در آمریکا ساخته شد، مربوط به باد، خورشید و باتری‌ها بوده است.
دلیل اصلی این رشد از نگاه او اقتصادی است. قیمت پنل‌های خورشیدی و باتری‌ها کاهش یافته و این فناوری‌ها می‌توانند سریع‌تر از بسیاری از پروژه‌های بزرگ انرژی به مرحله بهره‌برداری برسند.
به همین دلیل، حتی اگر دولت‌ها در سیاست‌گذاری مسیر متفاوتی را دنبال کنند، سرمایه‌گذاران و مصرف‌کنندگان همچنان به دنبال فناوری‌هایی هستند که برق را با هزینه کمتر و سرعت بیشتر به بازار برسانند.
چرا پروژه‌های خورشیدی کوچک می‌توانند از نیروگاه‌های عظیم جلو بزنند؟
یکی از نکات مهم در توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر، مسئله اتصال به شبکه برق است. ساخت یک مزرعه خورشیدی عظیم ممکن است به سال‌ها زمان برای دریافت مجوز و اتصال به شبکه نیاز داشته باشد. صف پروژه‌های بزرگ برای اتصال به شبکه در بسیاری از مناطق به یکی از موانع اصلی توسعه انرژی‌های جدید تبدیل شده است.
اما پروژه‌های کوچک‌تر می‌توانند از این مانع عبور کنند. Aligned Climate Capital روی پروژه‌های خورشیدی توزیع‌شده و سیستم‌های ذخیره‌سازی در مقیاس حدود یک تا ۲۰ مگاوات تمرکز دارد.
در این مقیاس، به گفته مدیرعامل شرکت، فرآیندهای نظارتی و اتصال به شبکه معمولاً ساده‌تر است و پروژه می‌تواند سریع‌تر وارد مرحله تولید برق شود.
این ویژگی در شرایطی که تقاضا برای برق به سرعت در حال افزایش است، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
هوش مصنوعی و مراکز داده، تقاضای برق را افزایش می‌دهند
یکی از مهم‌ترین عوامل افزایش تقاضا برای برق، رشد مراکز داده است.
گسترش هوش مصنوعی، خدمات ابری و پردازش داده به مراکز داده‌ای نیاز دارد که مقادیر بسیار زیادی برق مصرف می‌کنند.
اما مشکل اینجاست که ساخت یک مرکز داده بزرگ و اتصال آن به شبکه برق ممکن است سال‌ها زمان ببرد.
دیویدسون معتقد است پروژه‌های تولید برق محلی می‌توانند بخشی از این مشکل را برطرف کنند. به جای اینکه یک مرکز داده صرفاً منتظر توسعه ظرفیت شبکه بماند، می‌توان بخشی از برق مورد نیاز را از پروژه‌های تولید پراکنده در نزدیکی محل مصرف تأمین کرد.
در همین حال، شرکت‌های برق نیز از این پروژه‌ها استقبال می‌کنند، زیرا افزایش تولید محلی می‌تواند فشار بر شبکه‌های انتقال را کاهش دهد.
البته مراکز داده تنها عامل رشد تقاضای برق نیستند. برقی‌سازی حمل‌ونقل، افزایش استفاده از تجهیزات سرمایشی، توسعه صنایع جدید و انتقال فرآیندهای صنعتی از سوخت‌های فسیلی به برق نیز تقاضای انرژی را افزایش می‌دهند.
به همین دلیل، دیویدسون معتقد است مراکز داده تنها یکی از محرک‌های رشد هستند و عامل بزرگ‌تر، «برقی‌شدن اقتصاد» است.
آینده انرژی؛ رقابت هسته‌ای و خورشیدی یا ترکیب آنها؟
تحولات اخیر نشان می‌دهد صنعت انرژی در حال ورود به دوره‌ای است که در آن چند فناوری مختلف به صورت هم‌زمان در حال رشد هستند.
انرژی هسته‌ای تلاش می‌کند با استفاده از رآکتورهای کوچک، سوخت‌های پیشرفته و طراحی‌های ایمن‌تر، بخشی از مشکلات تاریخی خود را برطرف کند. در طرف مقابل، انرژی خورشیدی و باتری با کاهش هزینه و سرعت بالاتر ساخت پروژه‌ها، به‌سرعت در حال افزایش ظرفیت هستند.
سوخت TRISO می‌تواند یکی از حلقه‌های مهم در مسیر بازگشت انرژی هسته‌ای باشد؛ به‌خصوص اگر رآکتورهای کوچک و ریزراکتورها بتوانند مجوزهای لازم را دریافت کنند و از مرحله آزمایش به تولید تجاری برسند.
اما موفقیت این فناوری تضمین‌شده نیست. صنعت هسته‌ای همچنان با چالش‌هایی مانند هزینه سرمایه‌گذاری، مقررات سخت‌گیرانه، مدیریت پسماند و اعتماد عمومی روبه‌رو است.
در سوی دیگر، انرژی خورشیدی و باتری نیز با چالش‌هایی مانند نیاز به زمین، مواد اولیه، توسعه شبکه انتقال و مدیریت تولید متناوب روبه‌رو هستند.
بنابراین، آینده انرژی احتمالاً متعلق به یک فناوری واحد نخواهد بود. ترکیبی از انرژی هسته‌ای، خورشیدی، بادی، باتری و دیگر منابع انرژی می‌تواند شبکه‌ای انعطاف‌پذیرتر ایجاد کند.
سوخت ایمن‌تر می‌تواند به احیای انرژی هسته‌ای کمک کند؟
توسعه سوخت‌های پیشرفته مانند TRISO نشان می‌دهد صنعت هسته‌ای تنها به دنبال ساخت رآکتورهای جدید نیست، بلکه در حال بازنگری در یکی از بنیادی‌ترین اجزای این فناوری یعنی خود سوخت است.
اگر سوخت بتواند در برابر دماهای بسیار بالا مقاومت کند و مواد رادیواکتیو را بهتر در ساختار خود محصور نگه دارد، می‌تواند به کاهش برخی ریسک‌های مرتبط با رآکتورهای پیشرفته کمک کند. همین مسئله ممکن است مسیر را برای استفاده گسترده‌تر از رآکتورهای کوچک در شبکه برق، صنایع، پایگاه‌های نظامی، حمل‌ونقل دریایی و حتی مأموریت‌های فضایی هموار کند.
اعداد موجود در بازار نیز نشان می‌دهند که این حوزه در حال تبدیل شدن به یک صنعت واقعی است. Standard Nuclear از قراردادهایی با ارزش ۵۷۶.۹ میلیون دلار خبر داده و برنامه عرضه حداقل یک تن و در نهایت ۸ تن متریک TRISO تا سال ۲۰۳۵ را دنبال می‌کند.
با این حال، انرژی هسته‌ای تنها گزینه در حال رشد نیست. انرژی خورشیدی، باتری‌ها و پروژه‌های تولید برق توزیع‌شده نیز به دلیل هزینه پایین‌تر و سرعت بیشتر در اتصال به شبکه، با استقبال گسترده‌ای مواجه شده‌اند. هم‌زمان، افزایش تقاضای برق ناشی از مراکز داده، هوش مصنوعی و برقی‌شدن اقتصاد، نیاز جهان به ظرفیت تولید جدید را بیش از گذشته افزایش داده است.
در نهایت، رقابت اصلی ممکن است میان هسته‌ای و تجدیدپذیرها نباشد؛ بلکه مسئله اصلی این است که کدام ترکیب از فناوری‌ها می‌تواند برق پاک، قابل اعتماد، مقرون‌به‌صرفه و قابل دسترس را در سریع‌ترین زمان ممکن فراهم کند.
اگر سوخت‌های پیشرفته‌ای مانند TRISO بتوانند وعده ایمنی بیشتر را در مقیاس تجاری اثبات کنند و هم‌زمان رآکتورهای کوچک از نظر اقتصادی و نظارتی موفق شوند، انرژی هسته‌ای ممکن است بار دیگر جایگاه مهمی در بازار جهانی انرژی به دست آورد. اما در کنار آن، کاهش قیمت انرژی خورشیدی و باتری و رشد سریع تولید برق توزیع‌شده نشان می‌دهد که آینده صنعت انرژی احتمالاً متنوع‌تر از همیشه خواهد بود.
