انرژی هسته‌ای، آینده زمین پاک

هنگامی‌که اولین بار در یکی از سخنرانی‌های تد (Ted) کسی را دیدم که از انرژی هسته‌ای به‌عنوان آینده زمین پاک حرف می‌زند، کمی تعجب کردم. چون مدت‌ها بود که می‌گفتند دوران انرژی هسته‌ای تمام‌شده است. امروز دوران انرژی‌های تجدیدپذیر است.

اما من مسئله را رها نکردم و سعی کردم درستی سخنان او را مورد آزمایش قرار دهم. این بررسی، مسئله را برای من واضح کرد. آینده زمین پاک با انرژی‌ هسته‌ای رقم می‌خورد. ما در این مقاله می‌خواهیم به توضیح این نتیجه بپردازیم.

گرمایش زمین، مصرف انرژی

در مقاله پیشین به مسئله گرمایش زمین پرداختیم. دلیل افزایش دمای جو زمین، افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای در آن است. دلیل افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای هم انتشار این گازها به‌واسطه فعالیت‌های بشر است.

وقتی مسئله را ریشه‌ای‌تر بررسی کنیم، خواهیم دید که دلیل انتشار این حجم از گازهای گلخانه‌ای در جو زمین، افزایش مصرف انسان‌ها است، افزایش مصرف محصولات صنعتی و غذایی و مهم‌تر از آن افزایش مصرف انرژی.

این مصرف انرژی گاهی مستقیما توسط افراد صورت می‌گیرد؛ مثلا هنگامی‌که مردم سوار خودرو خود هستند، برای حرکت خودرو سوخت فسیلی می‌سوزانند. بخشی دیگری از مصرف انرژی هم در فرآیند تولید کالاهایی مصرفی و مواد غذایی صرف می‌شود.

افزایش جمعیت نیاز به تولید غذا را هم بیشتر کرده و تولید مواد غذایی بخصوص گوشت باعث تولید حجم زیادی از گازهای گلخانه‌ای می‌شود.گازهای گلخانه‌ای انتشار یافته از کشاورزی و دامداری سهم چشمگیری از کل گازهای گلخانه‌ای را دارند.

نکته جالب‌توجه هم اینجا است که گاز گلخانه‌ای انتشار یافته از دامداری‌ها نه‌فقط دی‌اکسید کردن بلکه گاز متان‌ هم هست که اثر گلخانه‌ای بسیار شدیدتری از دی‌اکسید کربن دارد.

گازهای گلخانه‌ای در آیینه آمار

طبق آمارهای جهانی مجموعا ۷۶ درصد کل گازهای گلخانه‌ای انتشار یافته دی‌اکسید کربن، ۱۶ درصد متان، ۶ درصد دی‌اکسید نیتروژن و حدود ۲ درصد گازهای CFC هستند.

از کل حجم گازهای گلخانه‌ای، ۲۴ درصد ناشی از کشاورزی و دامداری، ۲۵ درصد از تولید برق و گرما، ۱۴ درصد حمل‌ونقل، ۲۱ درصد صنایع، ۶ درصد ساختمان‌ها و ۱۰ درصد هم از تولید انرژی‌های دیگر حاصل می‌شود.

در این میان چون نمی‌توان اقدام‌هایی سریع برای کاهش جمعیت کره زمین انجام داد، در نتیجه چندان نمی‌توان گازهای گلخانه‌ای تولیدشده از بخش کشاورزی را کاست. البته می‌توان با تغییر فرهنگ غذایی و کاهش مصرف گوشت، سهم این بخش‌ها را در حد چشمگیری کاهش داد.

حدود ۶۵.۳ درصد از برق دنیا با سوزاندن سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود.

در صنایع می‌توان با تغییر سوخت سیستم‌های تولید گرما مانند کوره‌ها از سوخت‌های فسیلی به الکتریسیته، انتشار این گازها را کمتر کرد. منبع سوختی بخش‌های دیگری را هم که برای تولید انرژی لاجرم از سوخت فسیلی می‌کنند، می‌توان به الکتریسیته تغییر داد.

در صنایع حمل‌ونقل هم امروزه بازار خودروهای الکتریکی در حال رونق گرفتن است. در نتیجه در این بخش‌ حمل‌ونقل هم سوخت‌های فسیلی قابل‌جایگزینی با الکتریسیته است. در مورد بخش‌های دیگر حمل‌ونقل مانند حمل‌ونقل هوایی و دریایی هنوز گزینه دیگری غیر از سوخت‌های فسیلی نداریم.

تمامی این اقدام‌ها با توجه به اینکه منبع انرژی ۶۵.۳ درصد نیروگاه‌های تولید برق دنیا هنوز سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، گاز طبیعی و نفت هستند، عملا تمامی این گازهای گلخانه‌ای منتشرشده از دیگر بخش‌ها را به بخش تولید برق منتقل می‌کند.

به علت مشکلات احتمالی انتقال و اتلاف‌های دیگر حتی ممکن است این گازهای گلخانه‌ای تولیدشده بیشتر هم بشوند؛ اما همه این‌ها به شرطی است که ما همچنان از سوخت‌های فسیلی برای تولید برق استفاده کنیم.

چه چیزی را می‌توان جایگزین برق فسیلی کرد؟

چند سالی است که استفاده از منابع تجدیدپذیر برای تولید برق از مباحث داغ رسانه‌ها شده‌ است. برق زمین‌گرمایی، خورشیدی، بادی، جزر و مد و انرژی امواج به‌عنوان جایگزینی برای برق‌ فسیلی مطرح‌شده‌اند.

از میان‌ همه این منابع تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی و انرژی باد بیش از بقیه امکان استفاده در همه‌جای جهان را دارند. انرژی زمین‌گرمایی، جزر ‌و مد و امواج در همه‌جای جهان قابل‌استخراج نیستند.

اما هم انرژی خورشیدی و بادی و هم انرژی امواج و جزر و مد یک مشکل مهم دارند. این منابع قابل‌اتکا نیستند؛ مثلا اگر به هر دلیلی میزان تابش نور آفتاب کاهش یابد نمی‌توان برق کافی را تامین کرد. یا اگر باد کمتری بوزد، میزان برق تولیدشده کاهش خواهد یافت.

به این نکته توجه کنید که صنعت تولید برق مثل دیگر صنایع تولیدی نیست که مثلا بتوان برق اضافی تولیدشده را ذخیره کرد. از دیرباز به دلیل نبود سیستم‌های ذخیره‌سازی، همواره میزان تولید شبکه متناسب با مصرف تغییر می‌کرد.

مثلا یک نیروگاه ممکن بود متشکل از چندین واحد بزرگ و کوچک تولید برق باشد. در ساعات اوج مصرف معمولا همه این واحدها کار می‌کردند اما در ساعاتی که برق کمتری مصرف می‌شد، برخی از واحد‌های تولیدی نیروگاه را خاموش می‌کردند.

مشخص است که چنین کاری را نمی‌‌توان در مورد نیروگاه‌های خورشیدی یا بادی انجام داد؛ زیرا خورشید همیشه در آسمان نیست. همواره جریان باد وجود ندارد. گاهی وقت‌ها هم نور خورشید و باد بیشتری وجود دارد و چندان روشن نیست که آیا معقول است که بخشی از واحدهای تولید را خاموش‌کنیم یا نه.

ناپایداری منابع انرژی تجدیدپذیر، کاهش ارزش اقتصادی

این‌گونه ناپایداری‌ها و عدم‌کنترل باعث می‌شود ارزش اقتصادی این منابع انرژی نیز کاهش یابد. خیلی بهتر می‌شود اگر بتوان این برق تولیدی را تا جای ممکن ذخیره کرد.

با اینکه راهکارهایی برای ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی مثل باتری‌های شیمیایی یا بازگرداندن آب به دریاچه‌های واقع در بالادست وجود دارند، اما هیچ‌کدام از این روش‌های ذخیره‌سازی، نه ظرفیت کافی دارند و نه در همه‌جا قابل‌استفاده هستند.

برای مثال ایالت کالیفرنیا یکی از مکان‌های پیشرو در ذخیره‌سازی انرژی برق در باتری‌ها است. نکته اینجاست که کل انرژی ذخیره‌شده در باتری‌ها فقط می‌تواند ۲۳ دقیقه برق موردنیاز آنجا را تامین کند. تولید باتری‌های شیمیایی پرهزینه و نگهداری آن‌ها نیز پیچیده است.

روش‌های ذخیره‌سازی الکتریسیته همچون باتری‌های شیمیای ظرفیت کافی ندارند و از سویی بسیار پر هزینه هستند.

با نگاهی به آمار می‌توان اطلاعاتی در تایید این سخنان یافت. بگذارید به آلمان به‌عنوان یکی از کشورهای پیشرو در تولید برق خورشیدی و بادی نگاهی بیندازیم. آلمان در سال ۲۰۱۷، ۴۰ درصد برق خود را از زغال‌سنگ، ۱۳ درصد هسته‌ای، ۱۲ درصد گاز طبیعی، ۱۲ درصد باد و ۵.۹ درصد از انرژی خورشیدی تامین کرده است.

آلمان در سال ۲۰۱۶، ۴ درصد بیشتر از سال‌ پیش‌ از‌ آن پنل‌های خورشیدی نصب کرد؛ اما ۳ درصد برق کمتری نیز در آن سال نسبت به سال‌ ۲۰۱۵ تولید کرد. دلیلش هم خیلی ساده بود. سال ۲۰۱۶ نسبت به ۲۰۱۵ کمتر آفتابی بود.

از آن‌سو سال ۲۰۱۶ اصلا سال پر بادی هم در آلمان نبود. در آن سال آلمان ۱۱ درصد توربین‌‌های بادی بیشتری نسبت به سال پیش از آن نصب کرد اما ۲ درصد برق بادی کمتری تولید کرد.

آیا انرژی‌های تجدیدپذیر واقعا پاک هستند؟

نکته دیگری هم وجود دارد. راستش مجموع همه فرآیند‌هایی که باید برای تولید برق خورشیدی طی شوند، چهار برابر دی‌اکسید کربن بیشتری نسبت به شرایطی که همین برق را از انرژی هسته‌ای تامین کنیم، تولید می‌کنند.

اگر برق خورشیدی و بادی را ترکیب کنید نتیجه از این هم بدتر می‌شود؛ یعنی برق هسته‌ای گازهای گلخانه‌ای بسیار کمتری از مجموع برق خورشیدی و بادی تولید می‌کند.

فرآیند تولید پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی کلی دی‌اکسید کربن آزاد می‌کنند که در نهایت نسبت تولید دی‌اکسید کربن در این نیروگاه‌ها را نسبت به نیروگاه هسته‌ای بسیار بیشتر می‌کند.

به‌بیان‌دیگر در حال حاضر انرژی هسته‌ای پاک‌ترین منبعی است که می‌شناسیم؛ اما به علت نگرانی‌های ناشی از فجایع هسته‌ای، سال‌ها است که تلاش شده این انرژی کنار گذاشته شود؛ اما شاید وقت آن است که بشر نگاهی دوباره به انرژی هسته‌ای داشته باشد.

اما با فجایع هسته‌ای چه‌کار کنیم؟

در سال ۲۰۱۱ نیروگاه هسته‌ای فوکوشیما به علت سونامی دچار آسیب شد و بخشی از مواد رادیواکتیو آن وارد طبیعت شدند. دو دهه پیش از آن نیروگاه هسته‌ای چرنوبیل به دلیل سهل‌انگاری مدیر یکی از واحدهای آن منفجر شد. شهر چرنوبیل ازآن‌پس تخلیه و در جریان این اتفاق حجم زیادی از مواد رادیواکتیو وارد جو زمین شدند.

اما به نظر شما مقدار مواد رادیواکتیوی که از این فجایع در جو زمین منتشرشده‌، بیشتر از مقداری است که در بمباران هسته‌ای هیروشیما و ناگازاکی و ده‌ها آزمایش هسته‌ای قبل و بعدازآن به جو زمین واردشده است؟

فکر می‌کنید میزان تشعشعی که از این مواد ایجادشده چقدر است؟

آلودگی رادیواکتیو آلودگی پایداری نیست. وقتی مقداری ماده رادیواکتیو وارد محیط می‌شود بسته به نوع آن در چند هفته یا چند سال از بین می‌رود.

راستش تقریبا هر چیزی که ما در اطراف خود داریم مقداری تشعشع رادیواکتیو یا به‌صورت دقیق‌تر تشعشعات یونیزه‌کننده (Ionizing Radation) دارند. از کل تشعشعی که ما انسان‌ها هرساله دریافت می‌کنیم، ۵۰ درصد ناشی گاز رادون (Radon) بیرون آمده از زمین، ۱۳ درصد پرتوهای گاما از زمین و ساختمان‌ها، ۹.۴ درصد از غذاهایی که می‌خوریم، ۱۲ درصد از فضا، ۱۵ درصد از فرآیند‌های پزشکی و فقط ۰.۳ درصد ناشی از آزمایش‌های هسته‌ای، بمب‌های هسته‌ای و فجایع و دیگر اتفاقات هسته‌ای است.

انرژی هسته‌ای، انرژی قابل‌اتکا و پاک

انرژی هسته‌ای برخلاف آنچه جنبش‌های ضد هسته‌ای در جهان مطرح کرده‌اند، انرژی به‌مراتب پاک‌‌تری نسبت به دیگر انرژی‌ها است.

تولید انرژی هسته‌ای هم مثل بقیه انرژی‌ها، زباله تولید می‌کند اما زباله‌های هسته‌ای کنترل‌شده هستند و در کره زمین پخش نمی‌شوند. برخلاف نیروگا‌ه‌های سوخت فسیلی که دود ناشی از سوزاندن سوخت‌ها را در جو منتشر می‌کنند، وقتی سوخت یک نیروگاه هسته‌ای تمام شود، زباله هسته‌ای آن طی عملیاتی از راکتور خارج و جایی ذخیره می‌شود. در این فرآیند هیچ ماده رادیواکتیوی وارد طبیعت نمی‌شود.

تنها ماده جانبی مورداستفاده در راکتور آب است که آن‌هم به هدر نمی‌رود بلکه در چرخه استفاده می‌شود. انرژی هسته‌ای برخلاف انرژی‌های تجدیدپذیر کاملا قابل‌اتکا و پاک است. شاید تنها مشکل ممکن، کمبود منابع اورانیوم باشد.

توریوم، سوخت هسته‌ای جدید

در یک نیروگاه هسته‌ای آب با انرژی حاصل از واکنش‌های هسته‌ای داغ می‌شود و بخار آب با فشار بالا تولید می‌کند. این بخار برای چرخاندن توربین‌های بخار و در نهایت ژنراتورهای برق به کار می‌رود.

ماده‌ای اصلی که در واکنش‌های هسته‌ای انرژی آزاد می‌کند، اورانیوم است. بسته به نوع راکتوری که قرار است بسازیم، میزان غنای این اورانیوم نیز تغییر می‌کند.

معادن اورانیوم زیادی در جهان وجود ندارند. در معادن موجود هم معمولا اورانیوم قابل‌استخراج بسیار کم است.

مدتی است که دانشمندان هسته‌ای، روی یک ماده دیگر به‌عنوان سوخت هسته‌ای کار می‌کنند. توریوم (Thorium) یک فلز رادیواکتیو با عدد اتمی ۹۰، عنصری کمی سبک‌تر از اورانیوم است.

فلز توریوم یک سوخت هسته‌ای قابل اتکا است و می‌توان انرژی مورد نیاز انسان‌ها را تا ده هزار سال تامین کند.

برخلاف اورانیوم، منابع توریوم در جهان بسیار زیاد هستند. تخمین زده‌شده که منابع توریوم موجود در کره زمین می‌توانند کل انرژی موردنیاز بشر را تا ده هزار سال تامین کنند و این یعنی توریوم یک منبع انرژی کاملا قابل‌اتکا است. معادن اورانیوم در جهان محدود هستند؛ اما ما برای استخراج توریوم حتی نیاز به کشف معادن جدید نیز نداریم.

توریوم در معادن فلزاتی که همین امروز به‌وفور در وسایل الکترونیکی‌، خودرو دیگر صنایع به کار می‌روند، وجود دارد؛ یعنی از همان سنگ مس یا آهنی که از معدن استخراج می‌شود، می‌توان توریوم را نیز جدا کرد. فقط چون تا به امروز توریوم هیچ مصرفی نداشته، در نتیجه این فلز رادیواکتیو نیز به‌عنوان مواد اضافی هنگام جداسازی دیگر فلزات دور ریخته می‌شد.

زباله‌های هسته‌ای

وقتی در یک نیروگاه هسته‌ای اورانیوم تمام می‌شود، لازم است زباله‌ هسته‌ای ناشی واکنش‌های هسته‌ای را از راکتور خارج کرده و آن را با سوخت جدید جایگزین کنیم.

زباله هسته‌ای که در راکتور تولید می‌شود شامل مقدار زیادی مواد رادیواکتیو مثل پولونیوم (Polonium) و یکی از ایزوتوپ‌های پتاسیم است. در کنار آن‌ها فلز رادیواکتیو بسیار خطرناک دیگری با نام پلوتونیم (Plutonium) نیز تولید می‌شود.

پولوتونیوم یک فلز سنگین و رادیواکتیو است. اگر وارد بدن شود در مغز استخوان رسوب می‌کند و منجر به مرگ می‌شود. از آن‌سو پولوتونیم یک فلز به‌شدت رادیواکتیو نیز هست. مسمومیت رادیواکتیوی حاصل پولوتونیوم بسیار شدیدتر از مسمومیت‌های دیگر حاصل از آن است.

محاسبات نشان می‌دهند که ورود تنها ۲۰۰ میکروگرم پولوتونیوم به بدن انسان، برای ایجاد سرطان‌های گوناگون کافی است. هر میکروگرم هم برابر یک میلیونم گرم است. این مقدار به‌قدری کوچک است که به‌راحتی می‌تواند در هوا جریان داشته باشد و مانند گردوغبار وارد بدنمان شود.

به علت وجود این مواد بسیار خطرناک در زباله هسته‌ای، آن‌ها را در بشکه‌های فلزی محکم و محافظت‌شده‌ای درجاهایی دور از دسترس، زیرزمین یا زیر کوه‌ها نگهداری می‌کنند.

البته این نکته را هم باید ذکر کنیم که نوع زباله‌ای هسته‌ای تولیدشده متناسب با نوع نیروگاه متفاوت است و همه زباله‌های هسته‌ای در جهان در این حد خطرناک نیستند. ۵۸ درصد زباله‌های هسته‌ای انبارشده در جهان موارد کم‌خطر و فقط ۰.۰۳ درصد از این‌ها بسیار خطرناک به‌حساب می‌آیند.

بازیافت زباله‌های هسته‌ای

یکی از خصوصیات بسیار جالب توریوم این است که می‌توان با مخلوط کردن آن با این زباله‌های هسته‌‌ای پیشین، سوخت هسته‌ای تولید کرد. با این کار ما عملا زباله هسته‌ای را بازیافت کرده‌ایم. این کار باعث می‌شود مواد خطرناکی مثل پولوتونیم دوباره در نیروگاه مصرف و تبدیل به فلزات کم‌خطرتر شوند.

از زمان جنگ جهانی دوم که ورنر هایزنبرگ در آلمان و انریکو فرمی در آمریکا روی ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای کار می‌کردند تا به امروز حدود ۶۲ هزار تن زباله هسته‌ای انبارشده است. با استفاده از توریوم نه‌تنها می‌توان انرژی موردنیاز بشر را تا ۱۰ هزار سال تامین کرد بلکه می‌توان تمام این زباله‌ هسته‌ای را نیز مصرف کرد.

زمین سبز با انرژی هسته‌ای

دنیای ما انسان‌ها محتاج انرژی است. برای گردش چرخ‌های اقتصاد و تجارت، انرژی لازم است. رشد اقتصادی به هر قیمتی و تولید سود به هر روشی تا به امروز باعث شده است، بشر چهره کره‌ زمین را به‌شدت تغییر دهد و این تغییرات لزوما همه مثبت نبوده‌اند.

با پایان منابع نفت یا لااقل سخت‌تر شدن کشف و استخراج نفت، قطعا منابع پایدار دیگر انرژی مثل توریوم نیز مطرح خواهند شد؛ اما تا پایان نفت زمان زیادی باقی‌مانده است و با آهنگ تخریبی که بشر در زمین ایجاد کرده است، بعید می‌دانم تا آن زمان زمین دیگر جایی برای زندگی باشد.

ما انسان‌ها اگر زمین پاکی می‌خواهیم که خود نیز بتوانیم در آن زندگی باید سوخت‌های فسیلی را کنار بگذاریم. استفاده از سوخت فسیلی در نهایت خود را ما خفه می‌کند.

به لطف دانش ما می‌دانیم این انرژی هسته‌ای است که بقای بشر و تجارت و اقتصاد را تضمین خواهد کرد. پس بهتر است قبل از اینکه دیر شود، به سراغش برویم.