Podziemne elektrownie jądrowe sprawiają, iż energetyka atomowa staje prostsza, tańsza i bardziej bezpieczna

Kalifornijski startup Deep Fission właśnie wystartował z budową pierwszego na świecie podziemnego reaktora jądrowego. Elektrownia położona około 1 mili poniżej poziomu gruntu powstanie w Kansas i ma wystartować już w połowie 2026 roku. Te innowacyjne podejście ma rozwiązać największe wyzwania klasycznej energetyki jądrowej zarówno związanych z kosztami jak i bezpieczeństwem.

Założona w 2023 roku firma projektuje niewielkie 15-megawatowe reaktory wodne ciśnieniowe umieszczane w otworach wiertniczych o szerokości 30 cali na głębokości jednej mili pod ziemią. Firma twierdzi, iż jej podejście może zmniejszyć koszty o 70 proc. do 80 proc. w porównaniu z tradycyjnymi elektrowniami jądrowymi, przy docelowym wyrównanym koszcie energii elektrycznej między 5 a 7 centów za KWh, podczas gdy koszty w obecnych nowych projektach oscylują między 10 a 15 centów za KWh.

Za startupem stoi Richard Muller, emerytowany profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, który firmę współzałożył wraz ze swoją córką Elizabeth, wcześniej kierującą Deep Isolation, przedsięwzięciem zajmującym się utylizacją odpadów jądrowych.​ To, co wspólnie proponują nie jest nowym typem fizyki jądrowej, ale radykalną zmianą w inżynierii lądowej. Firma bierze sprawdzoną technologię (PWR – reaktor wodny ciśnieniowy) i usuwa z niej najdroższy, najbardziej skomplikowany element: zbiornik ciśnieniowy, zastępując go… grawitacją i geologią.

Kluczowych jest jednak pięć elementów tego rozwiązania:

1. Innowacja ciśnieniowa: 1 mila wody = 160 atmosfer

W tradycyjnej elektrowni jądrowej typu PWR woda musi być utrzymywana pod potężnym ciśnieniem (ok. 150-160 atmosfer), aby nie wrzała w temperaturze 300°C. Wymaga to budowy gigantycznych, grubościennych stalowych zbiorników, które są koszmarem logistycznym i kosztowym. Tymczasem Richard Muller wykorzystał proste prawo hydrostatyki:

• Umieszczając rdzeń reaktora na dnie odwiertu o głębokości 1 mili (1,6 km), słup wody nad nim naturalnie wywiera ciśnienie rzędu 160 atmosfer.​
• Efekt: Nie potrzeba żadnego grubego zbiornika ciśnieniowego. Rolę „zbiornika” pełni sama skała i głębokość. To eliminuje jeden z największych kosztów budowy elektrowni jądrowej.​

2. Konstrukcja: „Naftowa” logistyka

Zamiast budować „katedrę” (wielką kopułę bezpieczeństwa z betonu), Deep Fission wierci dziurę.

• Odwiert: Wykorzystują standardowe wiertnice naftowe/gazowe do wykonania otworu o średnicy 30 cali (ok. 76 cm). To technologia „z półki”, dostępna i tania.​
• Modułowość: Cały reaktor to smukła rura wsuwana w ten otwór.
• Moc: Pojedynczy odwiert generuje 15 MW energii elektrycznej (ok. 50 MW termicznej). Można je stawiać w klastrach – np. 10 odwiertów na małej działce da 150 MW.​

3. Pasywne bezpieczeństwo i chłodzenie

Reaktor nazwano „Gravity” nie tylko ze względu na ciśnienie, ale też systemy bezpieczeństwa, które nie wymagają prądu ani pomp:

• Brak pomp chłodziwa: W tradycyjnym PWR pompy są krytycznym punktem awarii. Tutaj obieg pierwotny (chłodzenie rdzenia) działa na zasadzie naturalnej konwekcji. Gorąca woda unosi się, zimna opada – fizyka wymusza przepływ bez udziału maszyn.​
• Wymiennik ciepła na dnie: Woda z rdzenia oddaje ciepło do drugiego obiegu (generatora pary) również znajdującego się głęboko pod ziemią. Na powierzchnię rurami wędruje już tylko czysta, nieradioaktywna para, która napędza turbinę.​
• Wyłączenie awaryjne: Pręty sterujące są trzymane przez elektromagnesy. jeżeli zbraknie prądu, magnesy puszczają, a grawitacja ściąga pręty w dół do rdzenia, wygaszając reakcję.

4. Co w razie awarii? (Scenariusz „Meltdown”)

To najważniejszy argument dla lokalizacji w Kansas. jeżeli doszłoby do najgorszego (stopienie rdzenia):

• Reaktor znajduje się pod poziomem wód gruntowych użytkowych, w warstwach skał nieprzepuszczalnych.
• Nad rdzeniem znajduje się 1,6 km skały i wody. Nie ma fizycznej możliwości, aby radioaktywna chmura wydostała się na powierzchnię. Ziemia pełni rolę ostatecznej osłony („containment”).​

5. Paliwo i odpady

• Paliwo: Standardowy niskowzbogacony uran (LEU <5%), identyczny jak w dużych elektrowniach. Nie wymaga to nowych łańcuchów dostaw (w przeciwieństwie do reaktorów na sole stopione czy HALEU).​
• Odpady: Reaktor jest wyciągalny. Po zużyciu paliwa cały moduł można wyciągnąć na powierzchnię linami (podobnie jak wyciąga się rury wiertnicze) do inspekcji lub przeładunku.
• Partnerstwo z Deep Isolation: Córka Mullera, Elizabeth, prowadzi firmę zajmującą się składowaniem odpadów w głębokich odwiertach. Choć Deep Fission zakłada wyciąganie reaktora, technologicznie możliwe jest też „zabetonowanie” zużytego rdzenia na wieki w odwiercie, co rozwiązywałoby problem transportu odpadów.​

W całym projekcie niejasny pozostaje jednak zakres nadzoru państwowego. Komisja Korporacyjna stanu Kansas oświadczyła, iż odbyła „jedynie spotkania wprowadzające” z Deep Fission i wciąż ustala, czy firma kwalifikuje się jako przedsiębiorstwo energetyczne wymagające tradycyjnego nadzoru regulacyjnego. Choć agencja potwierdziła, iż Deep Fission będzie potrzebować licencji wiertniczej oraz pozwolenia na swój pierwszy otwór pilotażowy, KCC stwierdziła, iż „nie miałaby jurysdykcji nad odwiertem reaktora jądrowego” poza tym etapem. Jednakże, jeżeli Deep Fission będzie sprzedawać energię elektryczną odbiorcom końcowym, musiałaby współpracować z regulowanym przedsiębiorstwem użyteczności publicznej, co uruchomiłoby nadzór KCC.