Reaktory na vlnách

Téměř veškerá světová flotila lodí pluje stále na naftu (resp. těžké topné oleje), přičemž asi čtvrtina nových lodí je postavena tak, aby fungovala na poněkud nižší uhlíkové alternativy, jako je LNG, metanol nebo hybridní pohon. Kromě jiných možností se zkoumá pro pohon lodí také čpavek, baterie i vodík. Je tu však i jedna technologie s nulovými emisemi, která již brázdí oceány: jaderný pohon.
Podle společnosti HD Korea Shipbuilding & Offshore Engineering (HD KSOE) by vhodnou cestou mohly být malé modulární reaktory. Společnost již získala schválení Amerického úřadu pro námořní dopravu (AIP) od American Bureau of Shipping (ABS) pro projekt kontejnerové lodě o kapacitě patnáct tisíc TEU (Twenty-foot equivalent unit, což je standardní 6metrový lodní kontejner), využívající technologii malého jaderného reaktoru.
„Lodě s jaderným pohonem mohou na současném trhu stavby lodí, kde se prosazuje uhlíková neutralita, změnit pravidla hry,“ uvedl Patrick Ryan, technologický ředitel společnosti ABS, která na projektu spolupracuje.
HD KSOE se snaží urychlit vývoj souvisejících technologií prostřednictvím společného výzkumu SMR nové generace s firmou TerraPower. Ale Korejci nejsou sami. Italská loďařská firma Fincantieri a Newcleo také očekávají dokončení studie proveditelnosti, která posoudí praktičnost nasazení 30MW reaktoru na námořních plavidlech. Japonský lodní gigant Imabari Shipbuilding investoval 80 mil. dolarů do britského start-upu Core Power, aby vyvinul plovoucí jadernou elektrárnu využívající technologii SMR, která by se mohla používat také u lodí.
V srpnu loňského roku iniciovaly pojišťovna Lloyds Register, výrobce reaktorů Core Power a lodní dopravce Maersk, studii týkající se regulační proveditelnosti pro kontejnerové lodě s jaderným pohonem využívající reaktor 4. generace ke snížení emisí nákladních lodí v souvislosti s rostoucí poptávkou po čisté energii.

Místo palivových nádrží prostor pro náklad
Na rozdíl od konvenčních lodí nevyžadují plavidla s jaderným pohonem výfukové systémy motoru ani palivové nádrže, takže HD KSOE mohla optimalizovat prostor, který dříve zabíraly strojovny, aby bylo možné umístit další kontejnery, čímž se zvýšila kapacitu nákladu i ekonomická efektivita. Použila také systém ochrany pomocí metody dvou nádrží z nerezové oceli a tzv. lehkou vodou, používanou jako chladivo a moderátor neutronů v reaktorech, aby byla zajištěna bezpečnost. Ve spolupráci s firmou Baker Hughes aplikovala superkritický pohonný systém na bázi oxidu uhličitého, jež zlepšuje tepelnou účinnost přibližně o 5 % ve srovnání se stávajícími pohonnými systémy na bázi páry.
Kontejnerová loď mířící z Amsterdamu do Šanghaje vyžaduje zhruba 4000 tun paliva, naproti tomu velká bateriová kontejnerová loď potřebuje asi 3000 MWh energie denně, takže tudy cesta zjevně nevede. Amoniak, další ze zvažovaných paliv, má poloviční energetickou hustotu než nafta, takže lodě by ho potřebovaly dvakrát tolik, navíc se vyrábí energeticky náročným procesem.
SMR řešení by bylo mnohem kompaktnější a lehčí. Plusem pro lodě s jaderným pohonem je také snadný přístup k nekonečné zásobě chladicí vody. A reaktor s roztavenou solí (který využívá směs thoria a horkých kapalných solí jako palivo i chladivo) by mohl ušetřit za dobu životnosti lodi asi 70 mil. dolarů ve srovnání s podobnou lodí poháněnou motory na těžký topný olej.

Atom v námořních službách
Jaderný pohon v námořním sektoru není novinkou. Světová moře a oceány už tato plavidla brázdí mnoho let – ať už jde o letadlové lodi, jaderné ponorky, torpédoborce či civilní atomové ledoborce ruského Rosatomu. Inovací by bylo jeho nasazení v segmentu obřích kontejnerových lodí.
Dosud byly postaveny čtyři obchodní lodě s jaderným pohonem. První byla americká NS Savannah spuštěná v červenci 1959 a pojmenovaná po prvním parníku, který překonal Atlantik. V roce 1971 byla deaktivována – její tlakový lehkovodní reaktor (LWR) se ukázal být příliš složitý a drahý. Další dvě lodě, japonská Mutsu (1970) a německá Otto Hahn (1968), byly během své životnosti převybaveny dieselovými motory. Jedinou obchodní lodí s jaderným pohonem, která je stále v provozu, je ruská nákladní loď Sevmorput (1988).
Zásadní pro to, aby se jaderné obchodní lodě staly realitou, bude vytvoření správného druhu jaderných reaktorů. Pro dosavadní jaderný pohon lodí byly použity tlakovodní reaktory, protože mohou produkovat vyšší výkon pro danou hmotnost ve srovnání s lehkovodním varným reaktorem. Tato technologie je však závislá na složitých řídicích systémech, vyžadujících vyškolený personál a tyče tuhého paliva, které je třeba ve stanovených intervalech vyměnit.

Jedno řešení, tři pravděpodobné možnosti
Zvažované SMR 4. generace se tomu všemu vyhýbají. Tým profesora Jana Emblemsvåga z Norské univerzity vědy a technologie, který vede NuProShip (konsorcium norského námořního úřadu, univerzit, stavitelů lodí a lodních společností), vybral tři návrhy reaktorů z 93 konceptů. Jedním z nich je thoriový reaktor s roztavenou solí, dalším je rychlý reaktor, který nahrazuje vodní chladivo tradičních reaktorů roztaveným olovem. Třetí je reaktor chlazený heliem, který využívá tristrukturální izotropní palivo (TRISO) z částic uranu obalených v ultrapevných karbidových a uhlíkových vrstvách, jež zvládnou teploty nad 2000 °C.
Všechny tři typy fungují při nízkých tlacích, takže výbuch je nepravděpodobný, stejně jako zhroucení – např. teplota tání paliva TRISO je tak vysoká, že žádný realistický scénář nemůže vést k jeho roztavení. U ostatních typů reaktorů by v případě roztavení palivo nebo chladivo ztuhlo dříve, než by se havárie mohla stát katastrofou a kontaminace by se tak při poruše reaktoru na rozdíl od výbuchu tlakové nádoby nedostala daleko od reaktoru.

Ve hře je stále řada „ale“…
Komerčnímu využití atomu v námořní dopravě dnes brání hlavně dva faktory. Prvním je značně unifikovaná konstrukce současných kontejnerových lodí, jejichž uzpůsobení jadernému pohonu by bylo problematické, nicméně na tom už korejští inženýři pracují. Druhým je bezpečnost, trup lodi má být konstruovaný tak, aby z něj za žádných okolností nemohla uniknout radiace. K ověřování konceptů by mělo posloužit testovací centrum, které HD KSOE plánuje zřídit v jihokorejském Jonginu. To by fungovalo jako demonstrační zařízení pro námořní jaderné elektrárny.
Z technického hlediska na rozdíl od pozemního využívání jaderné energie přináší námořní využití problém provozovat reaktor na pohybujícím se plavidle. A to je jedním z úkolů konsorcia NuProShip, vyhodnotit každou technologii reaktoru, jak dobře snáší pohyb. Ovšem precedens již existuje v podobě využití jaderného pohonu u hladinových plavidel – letadlových lodí – a tedy i zkušenosti s tím, jak zajistit bezpečný provoz reaktorů fungujících v nestabilních podmínkách pohybu na moři. V případě SMR, zvláště thoriových či olovem chlazených verzí, které jsou už z principu bezpečné, toto kritérium nemusí být zásadní problém.

Jak je na tom legislativa?
Využití jaderného pohonu asi komplikuje komerčně nejvíce problematická (ne)pojistitelnost takových plavidel. Nicméně teoreticky se cesta rýsuje – na projektu kontejnerové lodi s jaderným pohonem (thoriovým reaktorem, který je bezpečnější než dosavadní konvenční zařízení tohoto druhu) pracuje i Čína (resp. jedna z tamních státem vlastněných firem), přičemž garance za plavidlo KUN-24AP by zřejmě převzal přímo stát.
Dalším problémem je roztříštěná jaderné regulace. Komerční lodě překračující mezinárodní hranice by tak mohly v různých přístavech čelit různým předpisům, tzn., že reaktor schválený v USA není automaticky schválen pro použití např. ve Francii, nicméně země G7, některé státy EU a Mezinárodní energetická agentura pracují na harmonizaci pravidel.

Jan Přikryl
Foto: HD Hyundai, Core Power
 

Publikováno: 6. 3. 2025 | Počet zobrazení: 15 | Počet přeposlání: 0 2