Ioana Constantin Bercean*
Context
Energia atomică pașnică nu este un vis al viitorului. Această capabilitate, deja dovedită, este aici – acum – astăzi. (Președintele Dwight D. Eisenhower, 8 decembrie 1953).
Discursul din 1953 al președintelui Eisenhower, intitulat „Atoms for Peace”, a fost piatra de temelie a utilizării pașnice a capabilității nucleare. Acest discurs a condus la apariția mai multor programe nucleare civile în întreaga lume, care aduc beneficii în ceea ce privește producția de energie, în tratamentul diverselor afecțiuni oncologice sau în cercetare. Programul Atomi pentru Pace, lansat la scurt timp după discursul din 8 decembrie 1953, a sprijinit dezvoltarea cercetării nucleare civile în state care anterior nici măcar nu aveau acces la acest tip de tehnologie. Însă acest demers a avut și un alt tip de consecințe, predictibile de altfel, cum ar fi proliferarea nucleară în scop militar, unul dintre exemplele clasice în acest sens fiind cazul Republicii Islamice Iran. Controlul, îngrădirea și raportarea activităților nucleare militare ilicite revine Agenției Internaționale a Energiei Atomice (AIEA), care prin măsurile de salvgardare încearcă să verifice în mod independent dacă instalațiile nucleare ale statelor membre nu sunt utilizate abuziv și materialele nucleare nu sunt deturnate de la utilizări pașnice. Statele acceptă aceste măsuri prin încheierea de acorduri de garanții. Garanțiile AIEA sunt o componentă esențială a sistemului internațional de securitate iar Tratatul de Neproliferare Nucleară (NPT) este piesa centrală a eforturilor globale de prevenire a răspândirii armelor nucleare. Conform articolului 3 al tratatului, statele non-nucleare sunt obligate să încheie un acord de garanții cu AIEA, iar cele cinci state nucleare – SUA, China, Franța, Rusia și Marea Britanie – au semnat voluntar acordurile privind implementarea acestor garanții de verificare a activităților și materialelor nucleare. Excepțiile care apar în discuție sunt India, Pakistan și Israel, state nesemnatare ale NPT dar posesoare de capabilități nucleare militare, însă chiar și aceste state au semnat anumite protocoale de protecție și verificare ale activităților specifice.
Acest tip de detalii este necesar dat fiind faptul că azi, aproape 70 ani de mai târziu, când viziunea fostului președinte american începe să prindă contur în contextul în care se încearcă implementarea unor noi tipuri de resurse apar și întrebările inerente legate de programele nucleare militare ale celor trei state enumerate mai sus, cărora li se adaugă și Coreea de Nord, de asemenea stat posesor de armament nuclear, sau neliniști privind posibilitatea finalizării programului nuclear iranian. De asemenea, dincolo de pericolul proliferării nucleare militare, implementarea unui program nuclear civil poate genera o anumită anxietate în rândul populației, sentiment cauzat de accidentele de la Cernobîl (1986) sau Fukushima (2011).
În septembrie 2015, Adunarea Generală a Națiunilor Unite a adoptat Agenda 2030 pentru Dezvoltare Durabilă care include 17 Obiective de Dezvoltare Durabilă (ODD). Obiectivele 7, 9 și 13 sunt intitulate „Energie accesibilă și curată”, „Industrie, Inovare și Infrastructură” și, respectiv, „Acțiune Climatică”. În 12 decembrie 2015, în timpul celei de-a 21-a sesiuni anuale a Conferinței Părților (COP) la Convenția-Cadru a Națiunilor Unite privind schimbările climatice (UNFCCC), desfășurată la Paris, 195 de țări au convenit asupra unui acord global istoric și obligatoriu din punct de vedere juridic – „Acordul de la Paris” – stabilind totodată o foaie de parcurs pentru limitarea încălzirii globale sub 2°C. Pentru a atinge aceste obiective se consideră că este necesară o schimbare la nivel mondial a modului în care energia este produsă și consumată. Acordul de la Paris oferă un stimulent pentru dezvoltarea energiei nucleare, deoarece fiecare semnatar trebuie să-și actualizeze contribuția stabilită la nivel național la fiecare cinci ani.
Potrivit Sistemului de Informații privind Reactoarele de Energie (PRIS) al AIEA, în iulie 2021 existau 443 de reactoare nucleare în exploatare în 32 de state membre AIEA, care contribuie cu 393.241 MW(e) la capacitatea totală instalată netă, și alte 51 de reactoare nucleare se aflau în diferite stadii de construcție în 19 state membre, care vor contribui în timp util cu 53.905 MW(e) la capacitatea totală instalată netă. Modelele de reactoare existente sunt rezultatul proceselor de cercetare și dezvoltare a diferitelor tehnologii de răcire, tipuri de combustibili și configurații de funcționare. Reactoarele răcite cu apă (WCR) au fost tehnologia emergentă dominantă, deși eforturile considerabile în alte tehnologii de răcire au continuat de-a lungul deceniilor, experții ajungând la concluzia că ar putea fi obținute avantaje semnificative în performanța de funcționare dacă problemele tehnologice restante ar putea fi rezolvate.
Din cele peste 50 de noi centrale aflate în prezent în construcție în 19 țări, toate se bazează pe tehnologii răcite cu apă, cu excepția a două reactoare nucleare: unul aflat în China, un reactor răcit cu gaz la temperatură înaltă, iar unul este în India, un reactor rapid răcit cu sodiu. Majoritatea reactoarelor aflate în construcție se află în țări cu rețele bine dezvoltate. Cu toate acestea, după 2010, țările care au început să își dezvolte programe de energie nucleară, inclusiv Bangladesh, Belarus, Turcia și Emiratele Arabe Unite, au început proiecte de construcție pentru reactoare nucleare mari cu tehnologie avansată. Pe lângă problemele de fiabilitate și competitivitate a costurilor, există însă și problema riscului politic, proiectele nucleare devenind subiecte de controversă politică și/sau publică, aspecte care au dus la prelungirea procedurilor de acordare a licențelor, existând chiar riscul ca guvernele să impună eliminarea treptată a energiei nucleare.
Însă într-o lume cu resurse limitate și puține alternative, tehnologia nucleară pare să se contureze ca fiind una dintre principalele surse de generare a energiei electrice pentru viitorul mediu și lung.
Reactoarele modulare mici: capriciu sau viitor al energiei nucleare?
Producția de energie este în creștere la nivel global, chiar dacă s-a aplatizat ușor în SUA și Europa. Majoritatea statelor admit acum că schimbările de mediu cauzate de generarea a peste 17 trilioane kWh de electricitate în fiecare an și de arderea a 90 de milioane de barili de petrol în fiecare zi trebuie adresate responsabil, mai ales având în vedere că aceste cifre se vor dubla în următoarele două decenii. Întrebarea emergentă este legată de felul în care energia necesară poate fi furnizată, încercând în același timp și o protejare mai responsabilă a mediului. Folosirea cărbunilor necesită o infrastructură minimă iar utilizarea gazelor naturale vine pe locul doi. Energia nucleară, hidrocarburile și resursele regenerabile sunt cele mai puțin folosite. Din motive evidente, această tendință ar trebui inversată.
Conceptul de reactoare modulare mici (SMR) nu reprezintă o tehnologie complet nouă, posibilitatea de a furniza energie nucleară pentru a produce căldură sau electricitate pentru piețele internaționale prin folosirea acestei capabilități a debutat la începutul anilor 2000 (Daniel T. Ingersoll, 2015, „Small Modular Reactors: Nuclear Power Fad or Future?”). SMR-urile sunt menite să ofere o opțiune energetică acelor state pentru care centralele nucleare mari nu sunt o alegere viabilă, caracteristicile lor de proiectare fiind determinate de flexibilizarea amplasării și a utilizării. SMR-urile au câștigat o atenție considerabilă și au generat mult entuziasm, dar în acelși timp au creat și multă confuzie în industria nucleară și au generat un val consistent de știri false și teorii ale conspirației. Procesele de cercetare și dezvoltare privind această tehnologie sunt răspândite aproape pe tot globul, acest nou tip de reactoare nucleare putând fi instalat în subteran, ceea ce îmbunătățește izolarea și securitatea, permițând în acealși timp și standardizarea în funcție de cererea de energie de pe piață sau de constrângerile de amplasament.
Harta globală a tehnologiei SMR. Sursă: AIEA.
SMR-urile sunt proiectate pentru a fi fabricate după cum este necesar, cu modulele lor testate în unitățile de producție înainte de a fi expediate către utilități pentru instalare (Jorge Morales Pedraza 2017, „Small Modular Reactors for Electricity Generation: An Economic and Technologically Sound Alternative”). Aceste abordări urmăresc reducerea timpilor lungi de construcție, sporind simultan calitatea, minimizând astfel costurile de finanțare asociate cu proiectele mari de construcție de astăzi. Unele concepte de proiectare pentru SMR sunt destinate să fie implementate în configurații multiple de module într-o singură centrală. Mai multe țări sunt implicate in dezvoltarea centralelor nucleare transportabile, inclusiv SMR-uri plutitoare sau amplasate in adancurile marine / oceanice. În decembrie 2019, centrala nucleară plutitoare Akademik Lomonosov a fost conectată la rețeaua de electricitate din Pevek (Federația Rusă) și a început să funcționeze pe 22 mai 2020. Mai multe alte modele SMR (și tehnologia asociată) sunt prevazute sa intre in funcțiune dupa 2030.
În prezent, există peste 70 de modele SMR în curs de dezvoltare pentru diferite aplicații: până la jumătatea anului 2020, două SMR-uri se aflau în stadii avansate de construcție – CAREM-ul argentinian (un prototip la scară mică al unui viitor design comercial mai mare) și HTR-PM-ul chinezesc (o uzină industrială demonstrativă); alte proiecte interne și internaționale sunt, de asemenea, luate în considerare folosind aceleași unități de reactoare, deși ca versiuni extinse (un design de șase unități este în curs de dezvoltare) ale designului demonstrativ, cum ar fi în Orientul Mijlociu; în Statele Unite ale Americii, trei modele și tehnologii SMR răcite cu apă în prezent în curs de dezvoltare și licențiere sunt NuScale Power Module, SMR-160 (de la Holtech) și BWRX-300; în Marea Britanie, Departamentul pentru Afaceri, Energie și Strategie Industrială (BEIS) a anunțat politici naționale pentru tehnologiile nucleare avansate. Trei inițiative au fost lansate în decembrie 2017, în același timp în care BEIS a închis licitatia pentru propuneri de R&D pentru SMRs.
Reactoare mici operaționale. Sursă: World Nuclear Association
Proiecte de reactoare mici în construcție. Sursă: World Nuclear Association
Reactoare mici în stadii de dezvoltare foarte avansată. Sursă: World Nuclear Association
În general, reactoarele mici moderne pentru generarea de energie, și în special SMR-urile, sunt de așteptat să aibă o simplitate mai mare în proiectare, economie de producție de serie în mare parte în fabrici, timpi scurți de construcție și costuri de amplasare reduse. Un raport din 2010 al unui comitet special convocat de Societatea Nucleară Americană a arătat că multe prevederi de siguranță necesare reactoarelor mari nu sunt necesare pentru SMR deoarece sistemele tradiționale de siguranță ale reactorului sunt „active” în sensul că implică funcționare electrică sau mecanică la comandă. Unele sisteme proiectate funcționează pasiv, de ex. supape de limitare a presiunii. Ambele necesită sisteme paralele redundante. Siguranța pasivă inerentă sau completă depinde doar de fenomene fizice precum convecția, gravitația sau rezistența la temperaturi ridicate, nu de funcționarea componentelor proiectate. Deoarece reactoarele mici au o suprafață mai mare față de volum (și căldură în miez) în comparație cu unitățile mari, o mare parte a ingineriei pentru siguranță (inclusiv eliminarea căldurii în reactoarele mari) nu este necesară în cele mici.
S-a scris mult despre istoria energiei nucleare iar indiciile despre posibilul viitor al reactoarelor modulare mici pot fi găsite chiar în trecutul acestei industrii. Energia nucleară comercială din SUA a rezultat din dezvoltarea și desfășurarea cu succes de către Marina SUA a sistemelor de reactoare mici pentru propulsia maritimă – inițial pentru submarine și mai târziu pentru navele de suprafață. Primul submarin cu propulsie nucleară a fost USS Nautilus lansat în 1954. Șase ani mai târziu, a fost lansat primul portavion cu propulsie nucleară: USS Enterprise. Nautilus a funcționat timp de 26 de ani și a fost scos din funcțiune în 1980, în timp ce Enterprise a rămas în serviciu timp de 52 de ani, până când a fost retras din serviciu în 2012. Când căpitanul Hyman Rickover, care va deveni mai târziu amiral și părintele incontestabil al US Nuclear Navy Program, s-a angajat în construcția submarinului Nautilus în 1949, el a contractat două proiecte de construcție paralele: unul cu Westinghouse pentru a construi Nautilus, alimentat de un reactor mic răcit cu apă și unul cu General Electric pentru a construi Seawolf, alimentat de un reactor răcit cu sodiu. Nautilus a fost finalizat și pus în funcțiune cu 3 ani înaintea submarinului Seawolf. Acesta din urmă a întâmpinat o serie de probleme de întreținere, dintre care cele mai grave s-au datorat incompatibilităților dintre sodiu și oțel în unitățile de supraîncălzire cu abur. După 2 ani de operațiuni, reactorul răcit cu sodiu al submarinului Seawolf a fost înlocuit cu un reactor răcit cu apă – similar prototipului de SMR care fusese construit ca rezervă pentru Nautilus. Suportul curent al SUA pentru dezvoltarea și implementarea tehnologiei SMR este evident și începând din 2012 Departamentul de Energie a solicitat cereri din partea industriei de specialitate pentru a sprijini dezvoltarea unuia sau a două proiecte de reactoare cu apă ușoară, alocând 452 milioane de dolari pe cinci ani prin programul SMR Licensing Technical Support (LTS). Au fost depuse patru aplicații, de la Westinghouse, Babcock & Wilcox, Holtec și NuScale Power, unitățile variind de la 225 până la 45 MWe.
Mica flotă de spărgătoare de gheață nucleare construită de Rusia se află într-o categorie specială de propulsie maritimă care nu este nici pentru misiuni militare, nici pentru aplicații comerciale. Aceste reactoare mici cu o putere nominală de 100–200 MWt extind foarte mult sezonul navigabil al Oceanului Arctic. Ele servesc, de asemenea, drept bază pentru unele dintre intrările Rusiei pe piața SMR.
Cel mai avansat proiect de reactoare modulare mici este în China, unde Chinergy începe să construiască modelul HTR-PM de 210 MWe, care constă din reactoare gemene de 250 MWt răcite cu gaz de înaltă temperatură (HTR), care se bazează pe experiența mai multor reactoare inovatoare din anii 1960 până în anii 1980. CNNC New Energy Corporation, o societate mixtă a CNNC (51%) și China Guodian Corp, promovează reactorul ACP100. Un raport preliminar de analiză a siguranței pentru o centrală demonstrativă cu o singură unitate la Changjiang a fost aprobat în aprilie 2020. Cu toate acestea, China dezvoltă și reactoare de termoficare mici, cu o capacitate de 100 până la 200 MWt, care pot avea un potențial puternic evaluat la aproximativ 400 de unități. Piața de consum energetic este foarte mare în nordul Chinei, deservită acum aproape exclusiv de cărbuni, provocând o poluare serioasă, în special cu praf, particule, sulf și oxizi de azot. În general, cercetarea și dezvoltarea SMR în China este foarte activă, concurența puternică între companii încurajând inovaţia.
Foaia de planificare a proiectului pentru proiectantul/furnizorul unei centrale de reactoare prevede ca proiectanții de reactoare care intenționează să se angajeze în construcția unui SMR trebuie să treacă printr-un proces concis, reglementat de AIEA, care abordează următoarele aspecte: cerințele și prioritățile utilizatorului de tehnologie; tehnologia (lichidul de răcire și spectrul neutronilor) care urmează să fie dezvoltată; aplicațiile pentru această nouă tehnologie de reactor; și caracteristicile distinctive, în raport cu reactoarele nucleare mari existente și de ce acestea vor fi atractive pentru piață. Abordarea acestor probleme va necesita angajamentul utilităților electrice și a guvernelor pentru a înțelege mai bine nevoile lor specifice și politicile legate de energie nucleară.
Tehnologiile SMR câștigă, de asemenea, mai multă atenție și pentru aplicațiile hibride. Acestea sunt considerate o opțiune atractivă pentru a spori securitatea aprovizionării cu energie în țările cu rețele mici și o infrastructură mai puțin dezvoltată, dar și în țările cu energie nucleară pentru scopuri specifice sau pentru export. Se așteaptă ca tehnologiile hibride nucleare SMR să joace roluri importante în producția viitoare de apă potabilă sau în asigurarea energiei necesare diverselor procese industriale. Recent, mai multe sisteme energetice hibride (de exemplu, configurații de energie nucleară și regenerabilă) au fost investigate pentru aplicații non-electrice, inclusiv desalinizare și producția de hidrogen.
Dacă se preconizează că energia nucleară va continua să facă parte din mixul energetic într-un număr semnificativ de țări din toate regiunile în viitor, atunci ar trebui dezvoltat și comercializat un nou tip de reactoare, mai puțin costisitoare și mai sigure. În acest sens, tehnologia SMR este văzută, în opinia diferiților experți, răspunsul potrivit la această preocupare.
România pe harta proiectului „Nuclear Futures Package”
Pe 3 noiembrie, la Conferința ONU privind schimbările climatice, subsecretarul de stat pentru controlul armelor și securitatea internațională, Bonnie Jenkins, a anunțat angajamentul Statelor Unite de 25 de milioane USD în sprijinul extinderii accesului la energia nucleară curată. Anunțul, numit și „Pachetul viitorului nuclear”, reprezintă eforturi din partea guvernului SUA și include programe și proiecte aflate în derulare pentru a promova generarea de energie nucleară la scară largă, curată și modernă, alimentarea tranziției către energie curată și promovarea tehnologiiloe nucleare inovatoare.
În ceea ce priveste Romania, furnizarea tehnologiei SMR este prevăzută în Acordul Interguvernamental cu SUA pentru colaborarea în Programul nuclear, semnat recent. Pentru România acest proiect ar putea căpăta contur în următorii 10-15 ani, date fiind aspectele tehnice. NuScale (compania producatoare) trebuie să mai obțină design certification (termenul înaintat fiind septembrie 2022, cererea fiind depusă în 2016), iar în 2023 va primi licența finală, urmând ca primul lor proiect (cel din Idaho Falls) să devină operațional în 2026 (conform informațiilor din SUA) sau în 2029 (cel mai târziu, conform estimărilor AIEA). În martie 2019, NuScale și Nuclearelectrica au semnat un Memorandum de Înțelegere care acoperă schimbul de informații comerciale și tehnice privind tehnologia nucleară NuScale, cu scopul de a evalua dezvoltarea, acordarea de licențe și construirea SMR-urilor NuScale în România. În ianuarie 2021, Nuclearelectrica a primit un grant nerambursabil de 1,28 milioane de dolari din partea Agenției de Comerț și Dezvoltare din SUA pentru a fi utilizat în identificarea potențialelor locații din România pentru a găzdui reactoarele modulare mici, evaluarea trebuind să excludă site-ului existent de la Cernavodă. Fondurile, conform Nuclearelectrica, vor fi utilizate și în dezvoltarea unei foi de parcurs de licențiere pentru SMR.
Conform foii de parcurs al acestei strategii de asigurare a securității energetice, NuScale urmează să construiască în România o centrală nucleară care va avea 12 SMR-uri, ceea ce ar asigura României 25% din consumul total de energie. De asemenea, ar facilita alinierea la normele Uniunii Europene privind energia verde și procesului de reducere a emisiilor de CO2. Această tehnologie este deja în faze avansate de cercetare și testare în Cehia, iar Polonia și Bulgaria sunt celelalte două state europene, alături de România, care vor beneficia de noua tehnologie nucleară civilă.
Un alt proiect în domeniul cercetării și dezvoltării energiei nucleare a fost agreat între Ansaldo Nucleare din Italia și Reinvent Energy din România, consorțiul italian oferind un contract în valoare de aproximativ 20 milioane EUR (22,5 milioane USD) pentru proiectarea, achiziționarea, instalarea și punerea în funcțiune a unei unități de cercetare pentru dezvoltarea reactoarelor răcite cu plumb. Instalația Advanced Thermo-Hydraulics Experiment for Nuclear Application (ATHENA) va fi construită la centrul de cercetare RATEN-ICN de lângă Pitești, în sudul României. Proiectul – care se va desfășura pe parcursul a aproximativ doi ani – presupune construirea unui simulator bazat pe miez electric, a unei pompe principale și a unui schimbător de căldură similar cu amenajarea sistemului Advanced Lead-cooled Fast Reactor European Demonstrator (ALFRED).
Pentru România este foarte important să concretizeze aceste proiecte deoarece ar putea asigura, în bună parte, necesarul de energie, dar și securitatea energetică, putând transforma România chiar într-un real hub regional. Mai mult, implementarea proiectului Nuclear Futures Package ar putea extinde și întări umbrela de securitate a României, deoarece este binecunoscut faptul că SUA își apără, indiferent de costuri, nu doar bazele militare offshore ci și investițiile publice sau private. După eșecurile Bechtel și Chevron, România are nevoie de o investiție americană concretizată și de succes. Desigur, va fi un proces îndelungat și care nu va fi lipsit de ceața știrilor false venite dinspre unele instituții media sau de îngrijorările, nefondate până acum, ale unor ONG-uri. O abordare instituțională transparentă ar putea reduce impactul acestor dezinformări – și al celor care se vor contura în viitorul apropiat – întrucât România are într-adevăr nevoie de concretizarea stabilizării și întăririi parteneriatului strategic cu SUA în în regiunea Mării Negre și pe flancul sud-estic al NATO.
*Ioana Constantin-Bercean este cercetător la Institutul de Științe Poltice și Relații Internaționale al Academiei Române (ISPRI).
