حجج لصالح الطاقة النووية

حجج لصالح الطاقة النووية(*****)
هناك حاليا 438 منشأة طاقة نووية تولِّد نحو 16 في المئة من كهرباء العالم. وفي الولايات المتحدة توفر 103 منشآت طاقة نووية نحو 20 في المئة من الطاقة الكهربائية في البلاد. ومع أنه لم يُطلب إنشاء أي مرافق نووية جديدة في الولايات المتحدة منذ نحو عقدين، إلا أن الإنتاج الكهربائي لمولدات الولايات المتحدة نما بنحو 8 في المئة في العام مع نضوج الصناعة وزيادة فاعليتها. ففي الأعوام العشرة الأخيرة أضافت المنشآت النووية الأمريكية أكثر من 23000 ميگاواط ـ وهذا يعادل إنتاج 23 منشأة طاقة كبيرة ـ إلى إجمالي الإمدادات الكهربائية على الرغم من عدم بناء أي منشأة جديدة. وفي غضون ذلك أحدثت زيادة الإنتاج انخفاضا في تكلفة وحدة توليد الطاقة النووية. وقد أدى هذا التحسين إلى اهتمام متنام بين مجتمع الأعمال لتمديد رخص تشغيل المنشآت وربما لشراء مرافق نووية جديدة.
قد يكون مفاجئا للبعض أن في استخدام الطاقة النووية فوائد مباشرة للبيئة، وبالتحديد لنوعية الهواء. ومع أن الجدال مستمر حول إمكانية اختلال مناخ الأرض بسبب انبعاثات ثنائي أكسيد الكربون وغازات الاحتباس الحراري الأخرى، إلا أنه ليس هناك من شك في العواقب الصحية الخطيرة الناتجة من تلوث الهواء بسبب حرق الوقود الأحفوري. فمنشآت الطاقة النووية، بخلاف المنشآت العاملة بالوقود الأحفوري، لا تنتج ثنائي أكسيد الكربون أو الكبريت أو أكاسيد النتروجين. ويجنب إنتاج الطاقة النووية في الولايات المتحدة إصدار أكثر من 175 مليون طن من الكربون كل عام، وهو ما كان ينبغي أن ينبعث في البيئة لو أن الكمية نفسها من الكهرباء وُلِّدت عوضا عن ذلك بواسطة حرق الفحم الحجري.
لم يوجه سوى قليل من الاهتمام إلى مقدرة الطاقة النووية على إنتاج الهدروجين لاستخدامه في خلايا الوقود لوسائل النقل وفي منشآت طاقة أخرى أكثر نظافة. إن السبيل المباشر جدا هو استخدام الطاقة من مفاعل نووي مرتفع الحرارة ليدفع تفاعلا بخاريا يقوم بإعادة تشكيل الميثان. لكن هذه العملية، على أية حال، تظل تولد ثنائي أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. وتوجد عدة تفاعلات كيميائية حرارية مباشرة بإمكانها أن تنتج الهدروجين باستخدام الماء ودرجة الحرارة المرتفعة. وتجري حاليا في كل من اليابان والولايات المتحدة أبحاث حول الانحلال الكيميائي الحراري لحمض الكبريت وتفاعلات أخرى منتجة للهدروجين. ولاتزال اقتصاديات الهدروجين المعتمد في إنتاجه على الطاقة النووية بحاجة إلى برهان، لكن هناك إمكانات هائلة لهذا المسلك الذي قد يعمل وفق صيغة جديدة لتوليد الكهرباء والهدروجين معا.
تحسين النواحي الاقتصادية
يجب على أية منشأة نووية في الولايات المتحدة أن تتصدى لتحديات اقتصادية تتعلق بالتكاليف الرأسمالية والتمويل. والمشكلة هي أن الجيل الحالي من منشآت الطاقة النووية، الممثل بثلاثة تصاميم لمفاعلات الماء الخفيف المتقدمة والمصدقة من قبل هيئة التنظيم النووي، يكلف نحو 1500 دولار أمريكي لكل كيلوواط كهربائي [kWe] من سعة التوليد generating capacity، وقد لا تكون هذه التكلفة تنافسية بصورة كافية لإعادة البدء بتشييد منشآت نووية جديدة. أما التكلفة المنشودة، التي تناقش على نطاق واسع، بالنسبة إلى مشروعات المنشآت النووية الجديدة (الجيلين III وIV) فهي 1000 دولار أمريكي لكل kWe. إن الوصول إلى هذا الهدف سيجعل المشروعات تنافسية [على أساس تكلفة الوحدة] مع البديل الأجدى اقتصاديا، وهو منشأة الدورة المشتركة للغاز الطبيعي. وإضافة إلى ما سبق ينبغي أن يُستكمل تشييد أية مرافق من الجيل القادم في غضون ثلاث سنوات تقريبا لكي تبقى تكاليف التمويل عند مستوى مقبول. ويمكن لإجراءات ترخيص جديدة تكون مبسطة وفعالة، لم تجرب حتى الآن، أن تسرّع العملية.
وبناء على الخبرة السابقة بالمشروعات النووية في الولايات المتحدة سيكون من العسير بالنسبة إلى المصممين والبنائين أن يحققوا هذه الأهداف. فللوصول إلى التكلفة المستهدفة، يحاول المهندسون النوويون أن يبلغوا مستويات أعلى من الكفاءة الحرارية من خلال رفع درجات حرارة التشغيل وتبسيط النظم الفرعية والمكونات. وسوف يتطلب التسريع في بناء المنشأة أن تصبح تصاميم المنشأة والتصنيع في المصنع وإجراءات التصديق كلها قياسية. وكذلك ينبغي أن تقسم المنشآت إلى وحدات أصغر، وذلك لتحاشي الاضطرار إلى التشييد في الموقع، كما يجب أن يستخدم الحاسوب في تقنيات إدارة التجميع. وبهذه الطريقة يمكن التحقق من أعمال البناء في واقع افتراضي قبل تنفيذها.
تحسين الأمان
مثلما تحسن الأداء الاقتصادي لصناعة الطاقة النووية على مدى السنوات العشرين الماضية، فقد تحسنت أيضا وسائل الأمان. وركّز حادث ثري مايل آيلاند عام 1979 انتباه مالكي المنشآت ومشغليها على الحاجة إلى زيادة هوامش الأمان وتحسين الأداء. وبلغ متوسط عدد ما يسمى بالأحداث المهمة ذات الصلة بالأمان التي رُفعت بها تقارير إلى هيئة التنظيم النووي في عام 1990، على سبيل المثال، نحو اثنين لكل منشأة. لكن هذا العدد انخفض إلى أقل من العُشر بحلول عام 2000. وفي غضون ذلك، تمت استعادة ثقة الجمهور على نطاق واسع في أمان الطاقة النووية منذ حادث تشيرنوبل عام 1986، وذلك طبقا لاستطلاعات الرأي الحديثة.
وبناء على طلب من وزارة الطاقة في الولايات المتحدة، صاغ خبراء محليون ودوليون خلال عام 2001 أهداف أمان بعيدة المدى تتعلق بالجيل التالي من المرافق النووية، فقاموا بوضع ثلاثة أهداف أساسية: تحسين الأمان والوثوقية بالمنشآت، والتقليل من وقوع أضرار جوهرية أثناء الحوادث، وإبقاء العواقب الكامنة لأية حوادث فعلية في حدها الأدنى. وسوف يتطلب تحقيق هذه الأهداف تصاميم جديدة للمنشآت النووية تتضمن مميزات أمان ذاتية لكي تمنع وقوع الحوادث وتحول دون تطورها إلى حالات أشد سوءا يمكن أن تطلق نشاطا إشعاعيا في البيئة.
التخلص من النفايات النووية وإعادة استخدامها
لا بد كذلك من معالجة قضايا لم يتم البت فيها بعد تتعلق بالتعامل مع النفايات النووية والتخلص منها، وضمان الحد من الانتشار النووي. ويجري الآن في نيکادا تقييم مستودع جبل يوكا للتخزين الطويل الأمد تحت الأرض بهدف اتخاذ قرار فيما إذا كان بإمكانه أن يستوعب بصورة ناجحة الوقود التجاري المستنفد. إلا أن هذا المستودع قد تأخر عقدا من الزمن عن موعده، وحتى إذا استُكمل إنشاؤه فلن يستوعب كميات النفايات المتوقعة في المستقبل.
إن دورة الوقود النووي الحالية المعروفة بدورة «المرة الواحدة» أو الدورة المفتوحة، تستخدم اليورانيوم الحديث الإنتاج وتحرقه مرة واحدة في المفاعل ثم تتخلص منه كنفاية. وتفضي هذه الطريقة إلى تحويل نحو 1 في المئة فقط من الطاقة المحتواة في اليورانيوم إلى كهرباء. كما أنها تنتج كميات كبيرة من الوقود النووي المستنفد التي يجب أن يتم التخلص منها بصورة آمنة. ويمكن تجنب هذين العائقين بواسطة إعادة تدوير الوقود المستنفد ـ أي استعادة المواد المفيدة منه.
تستخدم معظم الدول الأخرى التي لديها برامج كبيرة للطاقة النووية ـ بما في ذلك فرنسا واليابان والمملكة المتحدة ـ ما يعرف بدورة الوقود النووي المغلقة. إذ إنه في هذه البلدان يُعاد تدوير الوقود لاستعادة اليورانيوم والپلوتونيوم [المنتجَيْن أثناء التشعيع في المفاعلات] وتحويله إلى وقود جديد. يضاعف هذا الجهد كمية الطاقة المستردة من الوقود كما يزيل معظم العناصر المشعة الطويلة العمر من النفايات التي ينبغي أن تخزن بصورة دائمة. ومع ذلك يجب ألا يغيب عن الذهن أن الوقود المعاد تدويره هو اليوم أغلى ثمنا من الوقود المستخرج mined حديثا. وتؤدي تقانة إعادة التدوير الحالية كذلك إلى فصل الپلوتونيوم الذي يمكن تحويله إلى أسلحة.
تجري جميع أعمال إعادة تدوير الوقود النووي أساسا باستخدام عملية پيوركس plutonium uranium extraction PUREX ، وهي عملية تم تطويرها في البدء لاستخلاص الپلوتونيوم النقي لاستعماله في صنع الأسلحة النووية. ففي عملية إعادة التدوير پيوركس تُنقل تجميعات الوقود المستخدم، إلى منشأة إعادة التدوير، في براميل شحن مدرّعة تدريعا متينا ومقاومة للعطب. وتُقطّع تجميعات الوقود وتذاب في حموض قوية، ثم يخضع محلول الوقود بعد ذلك إلى عملية استخلاص من المذيب لفصل منتجات الانشطار والعناصر الأخرى عن اليورانيوم والپلوتونيوم اللذين يُنقيان ويستخدم اليورانيوم والپلوتونيوم لصنع وقود الأكسيد المختلط(2) للاستخدام في مفاعلات الماء الخفيف.
تساعد إعادة التدوير على تخفيض إنتاج النفايات النووية. وتستطيع دورة وقود نووي مستدامة، بهدف إنقاص الطلب على أمكنة التخزين، أن تفصل المنتجات الانشطارية القصيرة العمر التي تولّد حرارة عالية، وبصورة خاصة السيزيوم 137 والسترونتيوم 90. فهذان العنصران يتم حفظهما بصورة منفصلة في مرافق تُبرّد بتيارات الحمل الحراري لمدة 300 إلى 500 عام إلى حين اضمحلالهما (تفككهما) إلى مستويات آمنة. ويمكن لدورة وقود مغلقة (لمفاعل سريع) مصممة بصورة مثلى أن تعيد تدوير ليس فقط اليورانيوم والپلوتونيوم وإنما جميع الأكتينيدات actinides في الوقود بما في ذلك النپتونيوم والأميريسيوم والكوريوم. أما في دورة الوقود المفتوحة فإن أكثر من 98 في المئة من السمية الإشعاعية الطويلة الأمد المتوقعة يسببها النپتونيوم 237 والپلوتونيوم 242 الناتجين [عمر النصف لأولهما 2.14 مليون سنة ولثانيهما 000 387سنة]. وتصبح السيطرة على الآثار الطويلة الأمد لمستودع التخزين أبسط إذا فُصلت كذلك هذه الأكتينيدات الطويلة العمر من النفايات وأعيد تدويرها. إن إزالة السيزيوم والسترونتيوم والأكتينيدات من النفايات المشحونة إلى مستودع تخزين جيولوجي يمكن أن تزيد سعته بمعامل 50.
وبسبب الاهتمام المتواصل بتحسين استدامة دورات الوقود النووي واقتصادياتها، تقوم عدة بلدان بتطوير تقانات أكثر كفاءة لإعادة التدوير. ويجري حاليا في مختبر آرگون Argonne الوطني في الولايات المتحدة تطوير عملية تعدينية كهربائية تحول دون فصل الپلوتونيوم النقي. وتُدرس في فرنسا واليابان وفي أمكنة أخرى طرائق متقدمة لإعادة التدوير المائي لها فوائد مماثلة.
ضمان الحد من الانتشار
ثمة سمة حاسمة في منظومات الطاقة النووية الجديدة هي التأكد من أن المواد التي تستعاد من دورة إعادة المعالجة لا توجه لصنع أسلحة. فحين تحصل الدول على أسلحة نووية فإنها تطور عادة مرافق تكرسها لإنتاج المواد الانشطارية بدلا من تجميع المواد النووية من المنشآت المدنية لتوليد الطاقة. إن دورات الوقود النووي التجارية هي عموما الأكثر تكلفة وصعوبة في إنتاج المواد الصالحة لصنع الأسلحة. وينبغي أن يستمر تصميم دورات الوقود الجديدة بصورة توفر الحماية ضد الانتشار.

وهناك ميزات أمان أخرى تنتج من الطريقة المتواصلة التي يزوّد بها القلب بالوقود: فأثناء التشغيل تُزال حصاة واحدة كل دقيقة تقريبا من قاع القلب ويستعاض عنها بحصاة من أعلاه. وبهذه الطريقة يتحرك جميع الحصى بالتدريج نحو الأسفل خلال القلب، مثل كرات العلكة في آلة البيع الأوتوماتية، ويستغرق القيام بهذه العملية نحو ستة أشهر . وتعني هذه الخاصية أن المنظومة تحتوي على المقدار الأمثل من الوقود اللازم للتشغيل مع قليل من الزيادة في التفاعلية reactivity الانشطارية. فهي تستبعد بذلك طائفة كاملة من حوادث زيادة التفاعلية التي يمكن أن تحدث في المفاعلات الحالية المبرّدة بالماء. وكذلك فإن حركة الحصى المستمرة خلال مناطق الإنتاج العالية والمنخفضة للطاقة تعني أن كل حصاة لا تتعرض في المتوسط إلى ظروف تشغيلية قاسية كتلك التي تتعرض لها في منظومات الوقود الثابت، وهذا يزيد أيضا من هامش الأمان في الوحدة. وينبغي أن يوضع الحصى المستنفد، بعد الاستخدام، في مستودعات تخزين طويلة الأجل بالطريقة نفسها التي تُعامل بها قضبان الوقود المستعملة حاليا.

» جيل جديد من الطاقة النووية
» ا مدى حماية المنشآت النووية من الإرهابيين؟
» الطاقة الشمسية -بحث كامل