Yellowcake dla klimatu

Cywilizacja ekspandowała po podpięciu się ludzkości pod wysokoenergetyczne zasoby węglowodorów przez miliony lat gromadzonych w skorupie ziemskiej. Dzięki nim rozwinięto nie tylko przemysł i miasta. Naddatek energetyczny umożliwił zbudowanie niezwykle złożonych systemów społecznych, zaopatrzonych w użyteczne podzespoły, na przykład powszechną edukację, publiczną ochronę zdrowia. Nie obyło się bez ostrych konfliktów o podział tego naddatku, ale pierwotnym warunkiem ekspansji cywilizacyjnej była jego obecność. Wraz z odkryciem rozszczepialności pierwiastków ludzkość uczyniła kolejny krok milowy na drodze dostępu do zasobów energetycznych o niespotykanej wcześniej gęstości, gwarantujących bezpieczeństwo i czystych w obsłudze. Tymczasem…

…przerdzewiałe żółte beczki ze znakiem radioaktywności, przelewający się fluorescencyjny zielony kisiel, otoczone niezdrowym blaskiem, jaśniejące w mroku porzucone przedmioty…

 
…promieniotwórcze produkty rozszczepienia kultura popularna obsadziła w roli magicznych artefaktów reprezentujących śmiertelne zagrożenie. Rozeszła się niekomfortowa wieść o rzekomym „nierozwiązywalnym problemie” odpadów energetyki jądrowej.

Ktoś mógłby skonstatować, że w systemie demokratycznym także kolej miałaby nikłe szanse na szybką ekspansję. W XIX wieku koleje żelazne z trudem zdobywały społeczną akceptację. Wielu uważało parowóz za wysłannika szatana, jeszcze mój dziadek pamiętał, że jako dzieciak widywał przerażonych ludzi czyniących znak krzyża na widok czarnej, tłustej maszyny buchającej parą. Ani uprzedzenia, ani katastrofy kolejowe, ani nawet użycie kolei do organizowania największych zbrodni przeciwko ludzkości nie spowodowały jednak, że porzuciliśmy myśl o rozwoju sieci kolejowej (no, może w latach triumfującego neoliberalizmu, gdy wszystko, co zbiorowe i publiczne, podlegało likwidacji).

Jak wygląda cykl życiowy paliwa odpowiadającego za jedną czwartą energii elektrycznej produkowanej w Unii Europejskiej? Czy problem produktów promieniotwórczych jest nierozwiązany? Jak to możliwe, że żyję i piszę ten tekst, skoro całkiem niedawno oglądałem wnętrze magazynu, gdzie składowane jest zużyte paliwo jądrowe?

Homer a współczesna mitologia

Mitologizacja promieniowania jonizującego sięga początków Ery Atomowej. Jedną z najpopularniejszych figur panteonu zagrożenia atomowego jest Godzilla, dinozauropodobny stwór wywołany z głębin oceanu wybuchami jądrowymi. Testowa, większa niż planowano eksplozja na atolu Bikini, sprowokowała twórcę filmowego Ishirō Hondę do stworzenia postaci będącej metaforą atomowej zagłady. Spustoszenia poczynione przez Godzillę reżyser zobrazował wstawkami zdjęć dokumentalnych ze zniszczeń dokonanych przez amerykańskie bomby atomowe. Łuską na ciele oceanicznego potwora uczynił aluzję do wyglądu skóry ofiar promieniowania radioaktywnego. Film robił w swoim czasie piorunujące wrażenie, część widzów wychodziła z seansu.

Obudowywanie działalności człowieka narracjami o siłach nadprzyrodzonych nie jest niczym nadzwyczajnym. W opowieściach o roli przemysłu i nowożytnej nauki roi się od figur mitologicznych, z Prometeuszem na czele. Metale najważniejsze dla atomistyki ochrzczono imionami mitologicznych bogów: Uranosa, Plutona, Thora. Materiały rozszczepialne, figurujące w układzie okresowym w grupie aktynowców, należą do tego rodzaju fenomenów otaczającego nas świata, które cyrkulują po dwóch równoległych płaszczyznach – materialnej i mitologicznej1. Nie istnieją same w sobie; poznając je, przypisujemy im znaczenia i na podstawie mentalnych etykiet filtrujemy przez sita percepcji. Czasem nawiązujemy z takim bytem relacje emocjonalne. Popkultura od dekad trenuje nas w strachu przed materiałami rozszczepialnymi.

Na początku był hype. Maszyny rentgenowskie do mierzenia rozmiaru stopy podczas zakupów obuwniczych, świecące cyferblaty zegarków zawierające rad lub tryt, kolorowa porcelana z radionuklidami, biżuteria i szkło uranowe, świecące fluorescencyjnie w ultrafiolecie. Cieszyły się popularnością w Niemczech, więc do dziś trochę takich szklanych antyków uchowało się i w polskich domach. (Nie, nie są groźne dla zdrowia).

W szczycie Ery Atomowej powstały w Stanach Zjednoczonych między innymi piosenki Uranium (The Commodores, 1955) i Uranium Fever (Elton Britt, 1955). Kręcono filmy z uranem w roli osnowy fabularnej. W wyobraźni ich twórców uran, jak wcześniej złoto i ropa, był czynnikiem wywołującym gorączkowy wyścig po bogactwo i szczęście (Dig That Uranium, 1955). Od tamtych czasów również multum komiksów odzwierciedla fascynację atomem – za jego sprawą zwykli ludzie zyskują nadnaturalne moce, są niczym antyczni herosi. Przyszłego Spidermana ukąsił radioaktywny pająk. Promieniowanie gamma zmienia młodego fizyka w Hulka. X-Meni nabywają swoich zdolności wskutek podwyższonego promieniowania, a Fantastyczna Czwórka powstaje na skutek przelotu przez kosmiczną chmurę radioaktywną2.

Siłę rozszczepionego atomu stopniowo obłaskawiano, lecz jednocześnie, w miarę rosnącego napięcia zimnowojennego, narastało przekonanie, że użycie broni jądrowej będzie oznaczało natychmiastowy koniec całej cywilizacji. Perspektywa taka wynikała ze strategii mocarstw posiadających głowice jądrowe, nazywanej wzajemnym zapewnionym zniszczeniem (Mutual Assured Destruction, MAD)3. W krajach demokratycznych była pożywką dla przemysłu rozrywkowego. Kreowano hipotetyczne scenariusze konfliktu zapoczątkowanego mimochodem, przypadkowo, albo właśnie przez szaleństwo. Ów wdzięczny motyw powracał w kolejnych dekadach, między innymi w filmach Doktor Strangelove, czyli jak przestałem się martwić i pokochałem bombę (1964), Gry wojenne (1983), Nazajutrz (1983), Suma wszystkich strachów (2002).

Broń jądrowa to jedno, a produkcja energii elektrycznej za sprawą kontrolowanego rozszczepienia atomów – drugie. Co nie znaczy, że i jej nie zaprzęgnięto do budowania atmosfery grozy. Jedną z najsłynniejszych produkcji katastroficznych w tej dziedzinie jest Chiński syndrom (1979). Kilkanaście dni po premierze filmu zdarzyła się awaria siłowni atomowej Three Miles Island, najgroźniejsza w całej historii amerykańskiej energetyki jądrowej. W jej wyniku rdzeń uległ częściowemu stopieniu, ale wysokie promieniowanie zostało utrzymane w osłonie bezpieczeństwa, nikt od niego nie ucierpiał, nie nastąpiło jego niebezpieczne uwolnienie do otoczenia. Mimo to scenariusz filmu oparty na niemożliwym zjawisku fizycznym (groźba przetopienia się rdzenia atomowego do jądra Ziemi) przysłonił opinii publicznej rzeczywisty przebieg wydarzeń w elektrowni i wpłynął na zmianę percepcji energetyki jądrowej w Stanach Zjednoczonych i na świecie.

Do elektrowni jądrowej jako epicentrum metafizycznej grozy (i przy okazji korupcji) odwołali się producenci serialu fabularnego Dark (2017), pierwszej niemieckojęzycznej produkcji na platformie Netflix. W tym filmie składowane z pogwałceniem prawa i rozumu zużyte paliwo jądrowe doprowadza do katastrofy i… otwarcia tunelu czasoprzestrzennego.

Kinematografia nadaje ton dyskusjom na kontrowersyjne tematy i je podsyca, a zarazem odzwierciedla nastroje i formy świadomości części społeczeństwa. Świadomość tę kształtuje wiele innych czynników. Ernst Fritz Schumacher, ekonomista i zwolennik zdecentralizowanych technologii, a jednocześnie doradca brytyjskiej Krajowej Komisji Węgla oraz autor wpływowej książki Małe jest piękne (1973), obwołanej „biblią ruchu ekologicznego”, utrzymywał, że promieniowanie pochodzące z energii jądrowej jest prawdopodobnie większym zagrożeniem dla ludzkości niż bomba atomowa. „Promieniowanie jonizujące stało się dziś najpoważniejszym czynnikiem zanieczyszczenia środowiska i największym zagrożeniem dla ludzkości”4. W podobnym tonie wypowiada się Urlich Beck, jeden z najczęściej cytowanych niemieckich socjologów, w swojej słynnej pracy Społeczeństwo ryzyka (1986)5. Wciąż wychodzi sporo literatury z kategorii, którą trudno nazwać inaczej niż disaster porn.W obszarze niemieckojęzycznym karierę (wspieraną przez nauczycieli zachęcających uczniów do lektury) robi powieść dla młodzieży Die Wolke (Chmura) Gudrun Pausewang. Nastoletnia bohaterka samotnie musi sobie radzić pośród chaosu, w którym pogrążają się Niemcy po katastrofie jądrowej (zdarzenie to jest oczywiście fikcją literacką; konkursy branżowe wielokrotnie potwierdziły, że Niemcy dysponowali najlepiej prowadzonymi instalacjami na świecie). Dziewczyna traci rodziców i brata, kolegów i koleżanki z klasy, zapada na chorobę popromienną, wypadają jej włosy. W przedmowie autorka porównała energię jądrową do nazizmu. Literaturę młodzieżową wspiera literatura wybiórczego faktu. Niech za pierwszy przykład z brzegu posłuży zbiór reportaży Freda Pearce’a Fallout: Disasters, Lies, and the Legacy of the Nuclear Age (Fallout. Katastrofy, kłamstwa i dziedzictwo epoki nuklearnej; 2018).

Gdzie groza nie może, tam satyrę pośle. W prywatnej elektrowni atomowej władzę sprawuje cyniczny i chciwy despota, za nic mający jakiekolwiek normy bezpieczeństwa. Na stanowisko operatora i specjalisty do spraw bezpieczeństwa zatrudnił kordialnego, ale bezmózgiego abnegata i safandułę; chłopina co chwila doprowadza zaniedbaną instalację na krawędź katastrofy. Tak, to Burns i Homer z animowanego serialu Simpsonowie. Sarkastyczny obraz porządków w amerykańskim Springfield wspaniale koresponduje z nastrojem zdystansowanego Pokolenia X i do niego właśnie jest skierowany. Serial od 1989 roku aż do dziś (trzydzieści trzy sezony!) reprodukuje stereotypy deprecjonujące energetykę jądrową.

Turbina wiatrowa bezpieczna jak reaktor

W pewnym momencie popkulturową autoreferencję wadliwych elektrowni i rdzewiejących bez dozoru beczek ze świecącymi na zielono odpadami radioaktywnymi przyjęli za swój powszechny język ludzie, którzy zabiegali o całkowitą eliminację tego zeroemisyjnego sektora energetyki. Gdyby ich fantazje miały pokrycie w rzeczywistości, w licznych katastrofach spowodowanych radioaktywnością wciąż ponosiłyby śmierć kolejne tysiące ludzi. Tymczasem nic takiego się nie dzieje.

Co więcej, wraz z fotowoltaiką energetyka jądrowa – wliczając w to wszystkie znane awarie, z Czarnobylem na czele – jest najbezpieczniejszą formą produkcji energii użytecznej (odpowiednio 0,02 i 0,03 ofiary śmiertelnej na wyprodukowaną jedną terawatogodzinę energii). Atom jest bezpieczniejszy od turbin wiatrowych (0,04/TWh) i zapór wodnych (1,3/TWh); daleko w tyle zostawił ropę (sześćset trzynaście razy bardziej śmiertelnej niż energetyka jądrowa: 18,4/TWh) i węgiel (tysiąc dwieście trzydzieści razy bardziej śmiertelny niż atom: 24,6/TWh)6. Przerwane tamy wodne zbierały żniwo liczone w tysiącach ofiar śmiertelnych. Spalanie węgla winduje śmiertelność o kilka rzędów wartości. W skali globu są to miliony przedwcześnie zmarłych. Rocznie7. Niebezpieczne wydobycie, ciężki transport, składowanie odpadów lotnych „w chmurze”, a stałych na hałdach – a to niespodzianka! – promieniotwórczych. Odpady z elektrowni jądrowych są mniej niebezpieczne niż odpady z elektrowni węglowych8. Żadna inna branża energetyczna nie doczekała się takiego czarnego PR-u jak jądrowa, choć wszystkie inne mają więcej ofiar na swoim koncie.

Na świecie pracuje obecnie czterysta trzydzieści sześć reaktorów produkujących energię elektryczną. Przed nimi działało jeszcze ponad dwieście innych, dziś już zamkniętych9. W tej chwili budowanych jest kolejnych sześćdziesiąt, a deklaracje i różne etapy planowania dotyczą kilkuset.

Reaktory mogą się różnić między sobą pod wieloma względami: energią neutronów wywołujących rozszczepienie, postacią wykorzystywanego paliwa jądrowego, użytym moderatorem lub chłodziwem. Rozwiązań konstrukcyjnych jest mnóstwo i wciąż powstają nowe. Najbardziej rozpowszechnionymi typami są reaktory wodne ciśnieniowe (pressurized water reactor, PWR) i reaktory wodne wrzące (boiling water reactor, BWR). Branżowy bon mot zgrabnie podsumowuje kraje z największą na świecie liczbą elektrowni atomowych: Francja ma setki typów serów i jeden typ reaktora, a Stany Zjednoczone dziesiątki rodzajów konstrukcji reaktorów i jeden rodzaj sera.

Różnorodność rozwiązań technicznych wynika stąd, że poza Francją, gdzie produkcja reaktorów osiągnęła wysoki poziom standaryzacji i powtarzalności, właściwie wszystkie reaktory budowano „metodą rzemieślniczą”, „na obstalunek”, w zależności od wymagań inwestora i lokalnych uwarunkowań. Seryjną produkcję wdrożono dla małych reaktorów napędowych, montowanych na amerykańskich łodziach podwodnych. W Polsce słabo się pamięta, że programem ich rozwoju kierował Hyman Rickover, rodem z Makowa Mazowieckiego. Pełna modułowość umożliwiająca szybką budowę elektrowni pozostaje Świętym Graalem inżynierów, ale z projektów Rickovera wywiedziono rozwiązania techniczne dla elektrowni jądrowych stopniowo upowszechnione na świecie w ramach amerykańskiego programu Atoms for Peace (Atom dla Pokoju).

W energetyce jądrowej metalem podstawowym i najpowszechniej używanym jako paliwo jest uran – niskowzbogacony albo wręcz w stanie naturalnym. W naturalnej postaci zasila kanadyjskie reaktory CANDU. Naturalny uran zawiera tylko 0,7 procent izotopu U-235, ważnego z punktu widzenia reakcji jądrowej. Wzbogacanie uranu polega na podniesieniu udziału tego izotopu w surowcu do kilku, najczęściej 3,5 procent.

Około jednej trzeciej energii uzyskiwanej w reaktorach cywilnych pochodzi z plutonu. Pierwiastek ten występuje w stanie naturalnym w skorupie ziemskiej, ale jedynie w śladowych ilościach. Powstaje głównie jako jeden z produktów reakcji podczas normalnej pracy reaktora. Można go poddać recyklingowi. Używa się go w postaci mieszanek plutonowo-uranowych zwanych MOX (mixed oxide), by formować elementy paliwowe i ponownie w kolejnym cyklu produkować energię. Prawie jak magia, a to nauka i technologia.

Reaktory umożliwiają „zagospodarowanie” wysokowzbogaconej zawartości głowic jądrowych czego przykładem jest międzynarodowy program Megatony na Megawaty (1993–2013). Aby stworzyć ładunek wybuchowy, należy wzbogacić materiał do wyższej zawartości jednego z izotopów pierwiastka: do 90 procent izotopu U-235 dla uranu i 93 procent izotopu Pu-239 dla plutonu. Rozrzedzony, zasili rdzeń reaktora, a jednocześnie traci przydatność dla celów zbrojeniowych. Mechanizm działa tylko w jedną stronę: głowice jądrowe mogą dostarczyć paliwa elektrowniom, elektrownie natomiast nie wytwarzają materiału dla sektora wojskowego. Wiele krajów, między innymi Czechy, Słowacja, Bułgaria, Meksyk, Argentyna, nie dysponuje głowicami jądrowymi, a mimo to na co dzień korzystają z energii jądrowej. Do produkcji militarnej służą inne, niezwiązane z energetyką, wyspecjalizowane instalacje. Jeszcze dekadę temu materiał rozszczepialny pozyskany z wycofanych zapasów ładunków atomowych zastępował niemal 20 procent materiału uzyskiwanego z wydobycia. Reaktory produkujące energię są przydatnym narzędziem rozbrojeniowym – dokładnie na odwrót, niż twierdzą przeciwnicy energetyki jądrowej.

Metal, nie skamielina

Uran występuje naturalnie niemal we wszystkich rodzajach skał i gleby, również w twoim ogródku i pod domem. Co prawda nie ma go tam wiele, pojedyncze cząsteczki na milion.

Obecnie uran wydobywamy z ziemi, w miejscach, gdzie procesy naturalne spowodowały zagęszczenie pierwiastka. Uran trzeba wykopać – podobnie jak na przykład lit, składnik baterii – ale to nie znaczy, że zalicza się go do „paliw kopalnych”. Lingwistyczne nieporozumienie wzięło się z mało trafnego tłumaczenia na język polski terminu „fossil fuels”. Fossil oznacza po angielsku skamielinę, czyli substancję organiczną, a konkretnie martwe rośliny i zwierzęta, których szczątki pod wpływem procesów fizykochemicznych przekształciły się w skorupie w ziemskiej w wysokoenergetyczne pokłady węgla brunatnego, węgla kamiennego, ropy lub gazu ziemnego. Uran nie jest skamieliną, jest metalem. To kluczowa różnica w dobie kryzysu klimatycznego. Jego użycie nie powoduje emisji gazów cieplarnianych do atmosfery.

Uran odkrył w 1789 roku Martin Heinrich Klaproth, z wykształcenia chemik. Pracował między innymi w gdańskiej Aptece Ratuszowej (przy dzisiejszej ulicy Piwnej), a odkrycia dokonał w okolicach Jachymowa, w dzisiejszych Czechach. W 1938 roku, niemal sto pięćdziesiąt lat po odkryciu Klaprotha, niemieccy uczeni Otto Hahn i Fritz Strassmann zauważyli, że jądra uranu można rozszczepić, wystawiając je na działanie neutronów. Zaobserwowane przez nich zjawisko wyjaśniła dopiero w 1939 roku ich współpracownica Lise Meitner. Uciekła z Niemiec przed nazizmem do Szwecji. Była, obok Marii Curie-Skłodowskiej, pionierką rozwoju teorii promieniotwórczości.

Według współczesnej wiedzy uran występuje w skorupie ziemskiej pięćset razy częściej niż złoto, sto razy częściej niż srebro i jest równie powszechny jak cyna. Do celów przemysłowych nadają się rudy zawierające co najmniej 0,01 procent uranu, czyli sto cząsteczek na milion (ppm). Największe złoża zidentyfikowano dotychczas w Australii, Kazachstanie, Kanadzie, RPA i Stanach Zjednoczonych. Spore zasoby surowca ma również Ukraina10. Tuż po wojnie rudę uranu wydobywano w Polsce (na rzecz radzieckiego programu jądrowego), ale wydobycia szybko zaprzestano, ze względu na niską zawartość pierwiastka w pokładach. Szyby kopalni uranowych są dziś udostępnione dla zwiedzających między innymi w Kowarach i Kletnie.

Żółte ciasto i żelkowe misie

Aby z rudy uranu powstało paliwo dla elektrowni, musi zajść wielostopniowy proces. Przerób rudy uranowej, produkcja koncentratu, a następnie jego chemiczne przetworzenie są składowymi przepisu na słynne żółte ciasto – Yellowcake. W tej postaci uran może być wygodnie składowany i transportowany. Dopiero po konwersji do postaci gazowej (sześciofluorku uranu) dokonuje się wzbogacania w izotop U-235; produkcja paliwa reaktorowego wchodzi w ostateczną fazę. Stopniem skomplikowania proces ten nie odbiega od wielu innych procesów przemysłowych, także od uzyskiwania komponentów do paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych. Produktem końcowym są pastylki uranowe wielkości żelkowego misia. (Porównanie to upodobali sobie proatomowi aktywiści, między innymi influencerka Isabelle Boemeke aka Isodope11). Składa się je w zespoły paliwowe, wiązki kilkumetrowych prętów w cyrkonowej otoczce. Przedzielone prętami kontrolnym i zamknięte w kasetach, trafiają do rdzenia reaktora.

Departament Energii Stanów Zjednoczonych wyliczył, że jeden „żelkowy miś” jest energetycznym ekwiwalentem stu dwudziestu galonów ropy (około czterystu pięćdziesięciu czterech litrów) albo tony węgla kamiennego12. Gęstość energetyczna pod kilkoma względami daje uranowi przewagę nad innymi paliwami. Reaktor o mocy tysiąca megawatów wymaga załadunku paliwem raz na kilkanaście miesięcy, średnio potrzebuje go czterdzieści ton rocznie. Tyle dostarczy kilka ciężarówek. Elektrownia o podobnej mocy zasilana paliwem kopalnym spala 3,5 miliona ton węgla kamiennego – a więc kilka składów kolejowych – dziennie. Elektrowniom na paliwa kopalne „zawdzięczamy” nie tylko emisje gazów cieplarnianych, zanieczyszczenie pyłem, substancjami chemicznymi i metalami ciężkimi, lecz także hałas generowany przez transport i obsługę. Wokół elektrowni atomowych panuje kojąca cisza.

Produkcją paliwa uranowego zajmuje się szesnaście krajów na świecie. W Unii Europejskiej trudnią się tym Belgia, Francja, Hiszpania, Szwecja i – mimo odłączenia swoich reaktorów energetycznych od sieci – wciąż Republika Federalna Niemiec; poza UE w tej grupie są między innymi Wielka Brytania, Stany Zjednoczone, Kanada, Japonia, Korea Południowa. Encyklopedyczne dane przeczą rozpowszechnianym informacjom, jakoby energetyka jądrowa była domeną krajów niedemokratycznych, a budowa elektrowni atomowej oznaczała konieczność wejścia z nimi w kooperację. Kilkanaście reaktorów zbudowanych w Ukrainie jeszcze w czasach Związku Radzieckiego dostosowano do paliwa sprowadzanego od zachodnich dostawców.

Wyrafinowany sagan

Potocznie się mówi, że paliwo uranowe ulega „wypaleniu”. W rzeczywistości podczas procesu rozszczepienia nic się nie pali. W uproszczeniu wygląda on następująco: w jądro uranu U-235 uderza neutron, powstaje niestabilny U-236 i rozpada się na dwa inne pierwiastki (zwykle krypton i bar albo rubid i cez). Uwalniają się trzy neutrony, każdy z nich może zainicjować kolejne rozpady, w ich trakcie powstaje ogromna ilość energii. Konstrukcja reaktora powoduje jednak, że jedno rozszczepienie doprowadza wyłącznie do jednego następnego. Prawdopodobieństwo wybuchu jądrowego w elektrowni wynosi zero. Eksplozje w Czarnobylu i Fukushimie spowodował wodór, ale mitologizacja awarii reaktorów to inny wątek.

Energią wydzieloną w trakcie rozpadu jąder atomowych podgrzewa się wodę, woda zamienia się w parę. Popularny żart błyskotliwie wyjaśnia, że reaktor atomowy jest najbardziej wyrafinowanym urządzeniem do gotowania wody, jakie wymyślił człowiek. Para wodna, jak w konwencjonalnej elektrowni, trafia na wirniki turbiny (bezpośrednio albo przekazuje ciepło do drugiego obiegu), turbina obraca generator, on zaś wytwarza energię elektryczną. Bardzo dużo energii. Dwadzieścia cztery godziny na dobę, siedem dni w tygodniu, niezależnie od pogody, na niewielkiej powierzchni, bez dymu i ognia, bez emisji gazów cieplarnianych.

Zużyte paliwo wciąż zawiera około 95 procent izotopu U-238, około 0,7 procent izotopu U-235 oraz 0,9 procent plutonu, z domieszką innych produktów rozszczepienia (nawet dwieście różnych izotopów promieniotwórczych). W większości są krótkotrwałe, ich radioaktywność spada piętnastokrotnie już w dobę po wyłączeniu reaktora. Utrzymująca się przez długi czas aktywność paliwa powoduje, że nadal wydziela ono ciepło i trzeba je odbierać. Wypalone paliwo trafia więc do przyreaktorowych basenów wodnych, by wystygło. Trwa to parę lat. Woda świetnie chroni także przed promieniowaniem, na całym świecie codziennie tysiące pracowników elektrowni swobodnie poruszają się wokół basenów. Nawet pływanie w takim basenie nie naraziłoby ludzkiego zdrowia na szwank, zaszkodzić mogłoby dopiero nurkowanie na głębokość kilku metrów, w pobliże zanurzonych prętów.

W większości wdrożonych rozwiązań technologicznych nadmiar ciepła powstającego podczas chłodzenia paliwa i przede wszystkim w trakcie produkcji energii elektrycznej kończy jako ciepło odpadowe. Stąd charakterystyczne grube wieże chłodni kominowych. Unosi się z nich nie dym, lecz para wodna. Nie potrzebują takich wież elektrownie usytuowane na wybrzeżach morskich, bo korzystają z dostępu do nieograniczonych ilości zimnej wody. Dlatego nie widać ich na wizualizacjach planowanej polskiej elektrowni jądrowej Lubiatowo-Kopalino, w nadbałtyckiej gminie Choczewo.

Istnieją rozwiązania pozwalające skierować ciepło odpadowe do systemów ciepłowniczych. Korzysta z tej opcji około czterdziestu elektrowni na świecie, większość na wschodzie, ale także na przykład szwajcarska Beznau. Kraje wschodniej części Unii Europejskiej mają nad zachodem kontynentu przewagę w postaci rozbudowanych systemów ciepłowniczych, więc powinny planować elektrownie jądrowe tak, by mieć z nich pożytek również w ciepłownictwie, będącym prawdopodobnie większym wyzwaniem dla procesu dekarbonizacji niż energetyka.

Baseny, castory i głębokie składowiska geologiczne

W zeszłym roku odwiedziłem w elektrowni jądrowej w Leibstadt w Szwajcarii wnętrze budynku, w którym przechowuje się zużyte paliwo i inne odpady radioaktywne. Na terenie zakładu obowiązuje zakaz posiadania wszelkich sprzętów elektronicznych i aparatów fotograficznych, więc nie mogę podzielić się zdjęciami. Kusi, by w zamian odwołać się do poetyki niesamowitości, udramatyzować swoją obecność w tak niezwykłym miejscu, zbudować opowieść o doświadczeniu liminalnym… Szczerze powiedziawszy, poza wiedzą o przechowywanych tam materiałach magazyn nie dostarcza jednak nadzwyczajnych bodźców. Z kabiny operatora dźwigu służącego do zdalnego załadunku i rozładunku goście elektrowni widzą pojemniki poukładane w równych rzędach przez mechaniczne ramię suwnicy. Czysto, jasno, cicho. Nic nie rdzewieje, nic nie cieknie, nie świeci nienaturalnym blaskiem. Nuda.

Obowiązuje zasada, że każdy kraj we własnym zakresie musi zagospodarować materiały promieniotwórcze powstające na jego terenie. Po długich dyskusjach wypracowano w miarę szeroki konsensus: za preferowane miejsce uznano składowanie materiałów promieniotwórczych w głębokich formacjach skalnych. Po drodze przepadł pomysł składowania na dnie morskim, praktykowany przez kilka krajów do początku lat 90. ubiegłego wieku. Nikt na szczęście nie spróbował wystrzeliwać odpadów w przestrzeń kosmiczną, choć nisko nad naszymi głowami latały już pracujące reaktory jądrowe13. Brak składowisk geologicznych przeciwnicy energetyki jądrowej przedstawiają jako sedno „nierozwiązanego problemu” odpadów. Zarazem pierwsi rzucają się protestować, gdy plany na takie składowisko pojawiają się na horyzoncie14. Im bardziej protestują, tym bardziej twierdzą, że problem jest „nierozwiązany”.

Elektrownia Leibstadt, o mocy 1220 MWe, wytwarza rocznie 12 m³ odpadów wysokoradioaktywnych oraz 40 m³ odpadów średnio- i niskoradioaktywnych (filtry powietrza, ubiory ochronne, opakowania itp.). Zanim zakończą żywot zatopione w betonie w sporych rozmiarów pojemnikach, są poddawane obróbce termicznej w piecu plazmowym. W zależności od typu ulegną spopieleniu albo zeszkliwieniu (witryfikacji). Dzieje się to w Würenlingen, przy składowisku pośrednim (Zwielag15). Powstał tam centralny punkt przechowywania szwajcarskich odpadów radioaktywnych. Finalnie odpady zapakowane w wielowarstwowe ciężkie castory16 trafiają do hali składowiska suchego. Wytwarzają już tak niewiele ciepła, że nie muszą być chłodzone wodą. Szwajcarski sektor jądrowy działa od pięćdziesięciu lat. Najstarszy szwajcarski pracujący blok reaktorowy (i zarazem najdłużej pracujący reaktor energetyczny na świecie) – nr 1 elektrowni w Beznau – został uruchomiony w 1969 roku. Przez ten czas uzbierało się odpadów zaledwie na część hali (patrz zdjęcie), ekstremalnie niewiele w porównaniu do mas produkowanych przez każdy inny sektor energetyczny.

Przebywanie w pobliżu castorów nie jest niebezpieczne. W Stanach Zjednoczonych stoją nawet pod gołym niebem. W Królestwie Niderlandów za utylizację odpadów odpowiada Centralna Organizacja ds. Odpadów Promieniotwórczych (Centrale Organisatie Voor Radioactief Afval, COVRA). Urządziła na terenie zakładu galerię sztuki, by obniżyć narosły przez dekady lęk przed promieniowaniem. Chętnych do wstąpienia w jej progi nie brakuje. Budynek hali mieszczącej odpady, zaprojektowany przez artystę Williama Verstraetena, w 2003 roku został pomalowany na pomarańczowo; co dwadzieścia lat będzie odnawiany w kolorze o ton jaśniejszym, w miarę jak z upływem czasu składowane odpady będą wydzielać ciepła, a promieniowanie będzie spadać. Holendrzy czekają na rozwój technologii, nie spieszą się z zakopywaniem odpadów.

W Niemczech materiały promieniotwórcze składuje się w szesnastu miejscach – trzech Zwielagach oraz przy elektrowniach atomowych już odłączonych od sieci. Pozostało w nich mnóstwo wolnego miejsca na odpady, bo pierwotnie planowano, że każda z tych instalacji będzie pracować znacznie dłużej. Od 2016 roku za wybór miejsca na końcowe repozytorium odpowiedziane jest Federalne Towarzystwo na rzecz Składowiska Końcowego (Bundesgesellschaft für Endlagerung, BfG). Odpady nisko- i średnioaktywne – czyli około 90 procent wszystkich niemieckich odpadów radioaktywnych wytwarzanych przez sektor energetyczny – będą składowane w dawnej kopalni rud żelaza Konrad, na południowy zachód od Brunszwiku. Decyzja o miejscu składowania materiałów wysokoradioaktywnych jeszcze nie zapadła. Jesienią 2020 roku przedstawiciele BfG zaprezentowali opinii publicznej mapę z zaznaczonymi obszarami geologicznymi, w których budowa takiego składowiska jest możliwa. Obejmują połowę terytorium Niemiec. Uruchomienie w Niemczech składowiska końcowego zaplanowano na drugą połowę stulecia. Langsam, langsam, aber sicher.

Warto zauważyć, że likwidacji w Niemczech całej branży produkującej energię z atomu nie towarzyszyło rozwiązanie rzekomego „problemu składowania odpadów”. Ograniczono jedynie finansowanie ich zagospodarowania. Skąd taki wniosek? Elektrownie jądrowe w trakcie działalności komercyjnej gromadzą fundusze likwidacyjne, tak skonstruowane, by pod koniec cyklu życiowego zakładu pokryły koszty jego rozbiórki i zagospodarowania odpadów. Jeśli reaktory zostają wyłączone przedwcześnie, brakującą część funduszy trzeba zapewnić z innych źródeł. Trudno oprzeć się wrażeniu, że przeciwnicy atomu – sporo ich od lat 90. zasiada w różnych konfiguracjach koalicyjnych w ławach rządowych RFN – wykorzystują takie przypadki, by produkować dowody na „nieopłacalność” energetyki jądrowej.

Do tej pory jedyne składowisko geologiczne powstało w Finlandii. Onkalo, system tuneli i kawern, wydrążono w litej skale do głębokości pięciuset dwudziestu metrów. Czy to dużo? Najgłębsze kopalnie węgla kamiennego sięgają czterech tysięcy metrów, ale tym razem nie potrzebujemy wgryzać się w ziemię aż tak głęboko. Kapsuły z fińskimi odpadami radioaktywnymi zabezpieczone bentonitem spoczną w utworze geologicznym, który nie poruszył się ani na milimetr od milionów lat. Miejsce to już na starcie budowy doczekało się mitologizacji kinematograficznej w postaci udramatyzowanego dokumentu Jądro wieczności (2010). Jego autor oddaje się między innymi rozważaniom na temat oznakowania miejsca dla przyszłych pokoleń, na wypadek przerwania ciągłości przekazu wiedzy o radioaktywności. W obliczu zagrażających ludzkości zmian klimatycznych uprawia czystą scholastykę. Termin przyjęcia pierwszej transzy zużytego paliwa do Onkalo został przesunięty, obecnie w harmonogramie prac figuruje nieokreślona „połowa lat 20.”.

W Szwajcarii za długoterminowe przechowywanie odpadów radioaktywnych odpowiada Krajowa Spółdzielnia Unieszkodliwiania Odpadów Promieniotwórczych (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle, Nagra). W zeszłym roku, po wielu latach badań, zaproponowała ostateczne głębokie składowisko geologiczne w obszarze Nördlich Lägern. Data rozpoczęcia budowy nie została wyznaczona, nikomu się nie spieszy. Dlaczego?

Skręcić, skrócić, nie wyrzucać

Najnowsze projekty składowisk ostatecznych zakładają możliwość wydobycia materiałów zdeponowanych w skałach, nie jest bowiem wykluczone, że „odpad” stanie się cennym surowcem. Już obecnie wypalone paliwo poddaje się recyklingowi, między innymi w zakładach w La Hague we Francji i Sellafield w Wielkiej Brytanii. Na przeszkodzie zwiększeniu skali przeróbki stoją, po pierwsze, niska cena surowca (taniej jest kupić „świeży” uran niż przerabiać zużyte paliwo), a po drugie, ruchy protestu. Szwajcaria recyklingowała swoje paliwo, lecz w 2003 roku, pod naciskiem grup przeciwników energetyki jądrowej, wprowadzono zakaz przewożenia paliwa za granicę w celach przepracowywania go do ponownego użytku.

Podczas pracy reaktora zużywa się zaledwie kilka procent materiału zawartego w prętach paliwowych. Bez recyklingu ponad 90 procent materiału zdatnego do przetworzenia i ponownego użytku trafi na ostateczne składowisko. Czysta energia, ale też czyste marnotrawstwo.

W wyniku standardowej pracy reaktora pozostają także niewielkie ilości pierwiastków wysokoradioaktywnych. Nie da się ich w żaden sposób „spalić” w obecnych reaktorach energetycznych. Odpady z ich domieszką potrzebują dziesięciu tysięcy lat, aby powrócić do naturalnego poziomu radioaktywności pierwotnie wydobytej rudy. Pamiętajmy, że wiele gałęzi przemysłu wytwarza odpady niebezpieczne i toksyczne. Metale ciężkie (na przykład kadm i rtęć) pozostają niebezpieczne przez czas nieokreślony. Należy ostrożnie postępować ze wszystkimi odpadami toksycznymi, a nie tylko radioaktywnymi.

Niektórzy naukowcy, zamiast zamiatać odpady promieniotwórcze pod geologiczny dywan, proponuje popracować nad obniżeniem ich radioaktywności i skróceniem czasu promieniowania. W Belgijskim Centrum Badań Jądrowych trwają prace przy projekcie MYRRHA (Multi-function Hybrid Research Reactor for High-tech Applications, Wielofunkcyjny hybrydowy reaktor badawczy do zastosowań zaawansowanych technologii). Chodzi w nim o wykazanie wykonalności transmutacji mniejszych aktynowców na skalę przemysłową. Zakłada się, że możliwe jest zmniejszenie objętości odpadów wysokoradioaktywnych o 99 procent, a czas wymaganego składowania wyniósłby zaledwie trzysta lat. Rozważa się również wykorzystanie… mikroorganizmów17. Do odpadów atomowych też stosuje się zasadę 3R: reduce, reuse, recycyle (redukuj objętość, używaj ponownie, przetwarzaj). Obiecująco pod względem obniżenia ilości i radiotoksyczności odpadów wygląda kilka ścieżek w zakresie projektowania reaktorów. Na dopracowanie i wdrożenie czekają reaktory samopowielające, reaktory torowe i względna nowość – dual fluid reactor (reaktor dwupłynowy), rezultat współpracy zespołów kanadyjskich i niemieckich. By oddalić widmo katastrofy, ludzkość potrzebuje wykształconej kadry naukowej, finansowania i sprzyjającej otoczki kulturowej. Zmiany klimatyczne załatwią nam masowy pogrzeb, jeśli nie rzucimy im wyzwania.

Podczas pisania tekstu korzystałem z książki Energia jądrowa wczoraj i dziś Grzegorza Jezierskiego.