Jiří Kovalovský: Řešením klimatické krize je jádro

Množství vypouštěného C0₂ utěšeně narůstá. Spotřeba fosilních paliv roste rychleji než zapojení fotovoltaiky i větrníků. Tyto zdroje dohromady navíc v celosvětové perspektivě poskytují krásných 1,8 % celkové energie využívané lidmi (nejnovější IEA data). Naproti tomu fosilní paliva poskytují 81,1 %. Globální přehled zdrojů energie (včetně elektřiny, transportu, topení/chlazení, průmyslu - Total primary energy supply (TPES) by source, World 1990-2017):

Rád bych zdůraznil, že je velmi nešťastné zploštit veškerá témata životního prostředí na emise CO₂ způsobené lidskou činností. Destrukce a fragmentace ekosystémů je pro biodiverzitu ještě výrazně horší. Mírnou útěchou budiž, že do jisté míry je vypouštění CO₂ používáno jako ekvivalent celkového znečištění s vlivem na životní prostředí.

Nuže, co s tím? Ekonomická krize 2009 byla za dlouhou dobu to jediné, co množství emisí CO₂ způsobené člověkem snížilo (dříve to také bylo spuštění a provozování jaderných elektráren, např. v ČR Dukovan a Temelína). Nicméně tato krize měla také za následek to, že veškeré ohledy, včetně těch na životní prostředí, šly stranou. Jak krásně pozitivně souvisí ekonomické zdraví (a nízká nezaměstnanost) s ochotou chránit přírodu vidíme zde.

Německo se již dvacet let pokouší snížit emise CO₂ zvýšením podílu fotovoltaiky a větrníků (z tohoto hlediska kontraproduktivně odstavuje veškeré německé jaderné elektrárny – z politických důvodů, někdo to svým voličům slíbil). Tristní výsledek je popsán v mnoha článcích, např. zde. Výsledek „investice“ řekněme 200 miliard EUR a masivní politické podpory je následující:

Tedy: více méně nic. Za vynaložené stamiliardy EUR a poničenou krajinu. Číselně vyjádřeno (v CO₂ ekvivalentu milionu tun): 2005: 993, 2010: 943, 2015: 907, 2018: 866. Ekvivalent v roce 2018 možná budí naděje, nicméně převažující vysvětlení je takové, že se jednalo o výkyv počasí a k tomu poznamenávám, že v roce 2017 byla hodnota 907. I s optimistickým údajem z 2018 se jedná o průběžný roční pokles zhruba o 1,05 %!

Poněkud ironické je, že podle aktuálních dat v České republice poklesly emise CO₂ mezi lety 1990 a 2017 o 35 %, což odpovídá ročnímu poklesu 1,58 %, mezi 2016 a 2017 o 0,9 % (klíčové faktory byly pokles těžkého průmyslu po revoluci a najetí bloků jaderné elektrárny Temelín na počátku první dekády 21. století). Jinými slovy, z perspektivy poklesu CO₂ jsme na tom v podstatě úplně stejně a jsou to mizivá čísla na obou stranách. Pravda, neutratili jsme stovky miliard EUR a česká krajina nevypadá takto:

Pro kontext, aktuální UN Environment Programme Emissions Gap Report shrnuje, že emise CO₂ musí klesat každý rok mezi 2020 a 2030 o 7,6 %, pokud chce lidstvo dosáhnout cílů Pařížské dohody, konkrétně nepřekročení nárůstu o 1,5 °C. Celá formulace stojí za citaci: "Our collective failure to act strongly and early means that we must now implement deep and urgent cuts. This report tells us that to get in line with the Paris Agreement, emissions must drop 7.6 per cent per year from 2020 to 2030 for the 1.5°C goal and 2.7 per cent per year for the 2°C goal. The size of these annual cuts may seem shocking, particularly for 1.5°C. They may also seem impossible, at least for next year. But we have to try. "

Takže – část enviromentálního hnutí propagující německý recept masivního nasazení fotovoltaiky a větrníků by opravdu měla vysvětlit, co konkrétně chce udělat jinak.

Bohužel se stále vyskytuje zásadní neporozumění tomu, co znamená cena vyjádřená jako LCOE (prostě „jen když funguje“). Vyskytují se články, které na základě Lazard analýzy tvrdí, jak jsou fotovoltaika a vítr levné. Opravdu nerozumím tomu, jestli si dotyční odmítají posunout tu samou stránku dolů a tam uvidět a započítat i cenu za ukládání/uskladnění energie (a to v libovolné formě), nebo je v tom něco jiného. Tedy znovu - fotovoltaika a vítr nutně vyžadují záložní zdroj / uskladnění energie. „LCOE cena“ pro fotovoltaiku a vítr ji nezohledňuje. A i kdyby byly tyto zdroje ZCELA zadarmo, je cena uskladnění energie pro období „když nesvítí slunce anebo nefouká vítr“ taková, že je výsledek dražší, než energie získaná z využití klasických zdrojů (uhlí, ropa, plyn), které je možné skladovat (i jaderné palivo je možné nakoupit a jako čerstvé neozářené skladovat) a toto jejich skladování je přirozeně v ceně získávané formy energie (tepla/elektřiny). Zde máte prosté, jednoduché vysvětlení, proč každá země, která zkusila postavit zajištění stability energetické soustavy a plynulé dodávky elektřiny na fotovoltaice a větru, má ve výsledku dražší energii (plus degradace a destabilizace sítí v okolních soustavách/státech, včetně výrazně zvýšených investičních nákladů na rozvody). Ostatně, nejde jen o dražší cenu energií včetně zajištění jejich dodávek, ale také o více výpadků – klasickým příkladem je Jižní Austrálie. Téma v této zemi je samozřejmě složitější (údržba uhelných elektráren slábne, protože přes den je „kanibalizuje“ dodávka ze soláru, který nefunguje v noci a v prašných bouřích). V tomto případě bych navíc rád upozornil na to, že ne každý je bohatý majitel domu, na který si může pořídit solární panely a k nim baterie na několik dní. Jinými slovy, systémová bezemisní/nízkoemisní energetika založená jen na fotovoltaice a větru je zpravidla pro bohatší země a národy. V našem klimatickém pásmu dochází opakovaně k výpadku možnosti využít dané zdroje na řadu dní až týdnů (dostatečně nefouká vítr / nesvítí slunce), a proto má téměř každý uživatel ještě pojistku v podobě přípojky k síti. Až přestane foukat vítr / svítit slunce, najednou chtějí všichni využít elektřinu z elektrické sítě.. která tam nemusí být, nejsou-li k dispozici jiné zdroje nebo úložiště elektřiny s dostatečnou kapacitou. Tedy zdroje schopné pokrýt 100 % spotřeby neomezeně dlouhý čas. Reálná zkušenost například Německa a Dánska je, že realistická záloha je ve většině případů uhlí a plyn. Více k tématu naleznete zde.

Co tedy dále? Opravdu nám nezbývá, než si zoufat? Případně si stylem cargo kultu hýčkat pseudo-naboženské přesvědčení, že nás zachrání jedna část moderní technologie (pokročilá fotovoltaika, čtvrt kilometru vysoké větrníky, hypersofistikovaný „smart grid“ [a patřičně drahý], který údajně vykouzlí elektřinu, přestože nikde okolo není, neexistující úložiště elektřiny s dostatečnou kapacitou) a zároveň zavrhovat technologie jiné?

Zdroj: National Wind Watch

Naštěstí máme šanci. Nejen šanci, máme i důkaz, že pokud se jako společnost rozhodneme, jsme schopni masivní dekarbonizace. A nejen to, jsme schopni minimalizovat dopad energetiky na životní prostředí. Včetně minimalizace nároků na plochu, materiály a suroviny – a tedy reálné možnosti věnovat větší prostor přirozeným ekosystémům včetně jejich obnovy, jak u nás nádherným způsobem ukazuje například pastevní rezervace v Milovicích.

Již víme, jaká cesta k dekarbonizaci nevede. A jaká funguje? Úvodem budiž předchozí článek vyvracející mnohé mylné představy, které můžete v médiích najít.

Po ropné krizi se Francie v roce 1974 rozhodla (Messmer Plán) pro výstavbu jaderných elektráren. Práce na prvních 3 začala ten samý rok a 56 reaktorů bylo instalováno během následujících 15ti let. Vývoj energetického mixu pro produkci elektřiny vidíte na grafu níže:

Reálný vliv na emise CO₂ je níže, příklad z roku 2016. Francouzská elektřina je 6-10x čistší než Německá (navíc je levnější).

Pro jistotu zdůrazňuji, že jaderná energetika produkuje celkově nejméně skleníkových plynů (spolu s větrníky), nejen CO₂. Pro zajímavost, pokud zohledníte metan vzniklý shnitím organické hmoty v přehradách, vyjdou hydroelektrárny jako potenciálně nejhorší varianta. Dodám, že zohledníte-li úniky metanu při jeho (=zemní plyn) těžbě a transportu, může jeho dopad na skleníkový efekt být silnější než uhlí.

Když jsme u toho přehledu, tak co biomasa? Co je dobrého na pálení zdravých severoamerických stromů v Evropě jen kvůli tomu, že se to vejde do dotací a biomasa je přece „ekologická“. Možná podobně „ekologická“, jako když v evropských motorech pálíme v podobě palmového oleje kus indonéského pralesa.

Jsou na světě země se specifickými podmínkami, které umožňují postavit velké hydroelektrárny pokrývající (tedy pokud zrovna není sucho) většinu spotřeby elektřiny – například Zambie (94% elektřiny je z hydro, s tím že dřevo pokrývá 70% celkové spotřeby energie). V zásadě typický příklad. A víte, co je ještě typické? Volba jádra jako zdroje do budoucna.

Narůstající počet detailních analýz potvrzuje nutnost jaderné energie pro energetickou budoucnost lidstva a dekarbonizaci. Například analýza od MIT (což je jedna z nejlepších univerzit na světě) The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Constrained World. Pro podrobnější diskuzi si dovolím odkázat na minulé články zde a zde. Za poslední měsíc například S&P potvrzuje to samé. Zásadní posun je i v Evropském parlamentu, který při příležitosti COP25 konečně uznal důležitou roli jaderné energie pro dnešek a zejména pro budoucnost. Zlehčování vlivu poměrně malého procenta elektřiny/energie v mixu primárních energetických zdrojů na světě kulhá zejména proto, že jaderné energetické zdroje mají nejvyšší energetickou hustotu energie v jednotkovém objemu, respektive nejvyšší hustotu toku energie plochou (a fungují ve dne i v noci, v létě i v zimě a dále nepotřebují k získávání tepla kyslík na rozdíl od všech fosilních zdrojů, včetně biomasy) plus jsou spolehlivé bez ohledu na výkyvy počasí, a to za dvou podmínek – dodržení potřebné úrovně bezpečnosti užití těchto zdrojů a zajištění podmínek chlazení aktivní zóny reaktoru a nebo ozářeného paliva po celou dobu, kdy produkují teplo ze štěpné reakce anebo z radioaktivních rozpadů štěpných produktů. Obojí je technicky i ekonomicky realizovatelné. A, jak ukazují příklady ze zemí s vyšším procentem zastoupení jaderné energie v mixu energetických zdrojů, také bezemisní/nízkoemisní.

Je nutné si přiznat, že za poslední čtvrt století vypadá výstavba infrastruktury různého druhu v Evropě tragicky. Vezměme si příklad Berlínského letiště. Začátek 2006, předpoklad otevření 2011. Nu a letos (tj. 2019) je poslední verze, že otevřeno bude snad ke konci 2020. V roce 2009 byl rozpočet na výstavbu 2,8 mld EUR. Aktuální odhad se blíží 10 miliardám. Zpoždění a zdražování všech současných velkých evropských jaderných elektráren včetně Olkiluoto 3, Hinkley Point C a Flamanville 3 je neméně tristní. Nejsem si jist, že částečná kolektivní sebevražda evropského průmyslu je nutně pro životní prostředí pozitivní – výsledek je totiž outsourcing výroby všeho možného do míst s alespoň někdy nižšími enviromentálními standardy.

Další kamínek do skládanky je zdánlivý „detail“, a to ekonomický model. Jaderná elektrárna funguje desítky let a povětšinou vyžaduje vyšší investice na začátku. Jak se takováto záležitost čistě ekonomicky vyplatí, záleží na kalkulaci net present value a v ní discounting faktoru, klíčových záležitostí pro ekonomická rozhodnutí. Kdokoli argumentuje cenou energie, vědomky či nevědomky používá určitý model a předpoklady v něm. Zkrácená verze je taková, že započítáme-li korektně externality a vlastnosti jaderné energetiky, vyjde tato suverénně nejlevnější (návratnost investice po dobu životnosti tohoto zdroje elektřiny). A naopak, stačí zvolit discounting faktor řekněme 10 % (což efektivně vymaže jakékoli cash flow nad řekněme 20 let) a jaderná energie vyjde velmi drahá. Aneb – čím více si uvědomujete a ceníte budoucnosti, tím lepší hodnocení jaderné energetiky máte (příklad viz Jaderná elektrárna Dukovany a jiné dlouhodobě provozované elektrárny, které se za dobu svého provozního života několikanásobně zaplatí, včetně záloh na svou likvidaci a trvalé uložení vyhořelého jaderného paliva).

Postupme dále a položme si otázku, jak by dlouhodobě udržitelný energetický mix s minimálním dopadem na životní prostředí mohl vypadat v České republice.

Na tuto otázku můžete nalézt odpovědi různé včetně takových, které ignorují elementární fyzikální zákony a dostupnost základních materiálů konstrukčních i relevantního primárního energetického zdroje - paliva.

Následující scénář představuje nutně určité zjednodušení, jeho principiální vlastnosti jsou následující:

• řešení veškeré energetické potřeby – elektřina, transport, topení/chlazení, průmysl
• co nejrychlejší a téměř totální dekarbonizace
• nejmenší nároky na plochu a suroviny
• extrémně dlouhodobá udržitelnost

Předpokladem je nutná politická a sociální podpora. Rámcová odpověď je následující:

Dostavba/náhrada Dukovan (cca 2000 MWe) – případně i jejich menší rozšíření (existují studie o možnosti až + 1200 MWe), rozšíření Temelína o asi 2x 1200 MWe, oboje například VVER-1200 bloky, které reálně umí postavit Rosatom (případně ekvivalent od jiných dodavatelů – např. KHNP, CGN, Westinghouse). Toto představuje zhruba 50 % potřeby elektřiny v ČR (přičemž je možné počítat i s dodávkou tepla ze stávajících jaderných elektráren do víceméně přilehlých oblastí).

Po roce 2035 až 2050 výstavba minimálně dalších dvou velkých jaderných bloků (takže celkem zhruba 2000 MWe), například v lokalitě Blahutovice – a to již flexibilnějšími reaktory alespoň na úrovni NuScale systému modulárních jaderných reaktorů. Toto by mohla být další až 1/3 potřeby elektřiny v ČR. Skutečná poptávka bude záviset na řadě faktorů (mj. vliv úspor/zvyšování účinnosti vs. elektrifikace transportu/topení).

Nahrazení uhelných kotlů v co nejvíce z velkých uhelných elektráren a tepláren flexibilními modulárními reaktory. Toto by mohla být nejen zbývající elektrická 1/3, ale řekněme i 1/2 z potřeby centrálního vytápění. Nabízí se opět NuScale nebo některý podobný typ SMR, nicméně přichází celá vlna možností včetně kvalitativně nových jaderných zdrojů IV. generace. Zásadní je výrazně menší bezpečnostní zóna kolem NuScale elektrárny anebo podobného typu (a u některých technologií i možnost významně menší spotřeby vody). Klíčová je schopnost integrace se soustavami států (hlavně Německo), které již teď má síť s extrémními výkyvy. Flexibilní pokročilé jaderné reaktory mohou reagovat na situaci v síti – load following (též zde). Toto samotné přinese významnou ekonomickou výhodu, možnost dodávat elektřinu, když dostatečně nefouká a nesvítí (mj. většina zimních měsíců).

Klíčový rozdíl sériové výroby standardizovaných modulů versus jednorázové výroby velkého, průběžně upravovaného komplexu klasické jaderné elektrárny je více popsán zde (mj. konkrétní příklad ze stavby lodí).

Role fotovoltaiky by spočívala v malých ostrovních instalacích (včetně bateriové zálohy) pro přímou spotřebu, primárně bez připojení k celkové energetické síti. Možnost ostrovní/izolované instalace by byla otevřena každému, v případě politické nutnosti i s mírnými dotacemi. Nezměrně důležitější jsou dotace na výměnu/eliminaci spalovacích kotlů v domácnostech, které jsou obrovským zdrojem znečištění jak polétavým prachem, tak organickými polutanty.

Žádoucí role větrníků je limitně nula, zejména v podmínkách naší republiky, kde hustota toku větrné energie vyhovuje jen dílčím řešením lokálních – ostrovních zdrojů. Podíl hydroelektráren zůstává v současné podobě – veškeré hlavní toky již jsou využity, s tím že přínos přehrad k zadržení vody v krajině je diskutabilní a výrazně kulhá v porovnání s mokřady a vyšším podílem organické hmoty v půdě. Tam by mělo být zaměřeno významné úsilí včetně investic k podpoře obnovy životaschopné krajiny.

S ohledem na regionální kontext jsou/budou nejen chvíle s elektřinou velmi drahou, ale jiné naopak s velmi levnou. V kombinaci s flexibilitou navrhované jaderné flotily ČR to znamená možnost využití dočasné přebytečné energie na výrobu vodíku (výrazně efektivnější při vyšších teplotách, např. HTSE), respektive dále směrem syntetického plynu, dále na metan (zemní plyn) a methanol / vyšší uhlovodíky (ekvivalent benzínu). Část energetických zdrojů v ČR by měla mít schopnost této konverze, ať již vlastní energií nebo levnou, potažmo dovezenou (Německo). Toto zároveň znamená odpověď na podstatnou část transportních potřeb, a to bez zásadní/rychlé změny vozového parku a transportní infrastruktury. V zásadě je možné, aby za určitých podmínek mohly být veškeré energetické zdroje v propojených, ale i lokálních soustavách provozovány naplno, protože v obdobích propadu poptávky by přepínaly na režimy ukládání primární energie do substitučních nosičů energie – např. vodík, stlačený vzduch, bateriová úložiště elektřiny, včetně limitovaného objemu potenciální energie v přečerpávacích vodních elektrárnách, apod.

ČR může navázat na dlouholetou jadernou tradici jak co se týče průmyslu, tak i potenciálu vzdělanosti. Pro porovnání, analýza UK Research and Innovation (UKRI) odhaduje, že program malých modulárních reaktorů může přinést UK ekonomice 128 miliard USD. I jen zlomek této částky by velmi napomohl podpoře primárně neprodukčního využití krajiny (včetně ekosystémových služeb). Čím dále se posuneme od vnímání, že jediným účelem krajiny, lesů a polí je produkční funkce („vydělat peníze“), tím lépe. Ostatně, nejen klasických lesů a polí, ale zejména pak chybějícího volného lesa / lesostepi, luk, přechodů mezi ekosystémy a přirozených biokoridorů typu polních cest.

Regulatorní rámec by měl umožnovat i kontrolované nasazení malých modulárních reaktorů pro průmysl, ideálně integrálních (respektive bez manipulace s palivem a s výměnou celého monolitického bloku). V této souvislosti je precedentní zájem polské chemičky Synthos SA o americký reaktor BWRX-300.

Zde si dovoluji poznamenat staletou zkušenost našich předků: pokud byl primární zdroj (vítr/voda) uplatněn v moudře dimenzovaném lokálním transformačním zařízení typu vodní/větrný mlýn vybudovaném v odpovídající kapacitě – tedy například aby pomlel obilí ve svém okolí v dojezdu koňského potahu, úspěšně existoval celá staletí. To byla smart technologie v reálné praxi. Čili, lokální modulární reaktor by měl být dimenzován tak, aby jím dodávané teplo sloužilo takovému účelu (procesní teplo, vytápění sítě odběratelů v rámci centrálního zásobování teplem v dané lokalitě, apod.)

Co se týče zdrojů paliva, je několik rovin bezpečnosti. Dílem má ČR vlastní zásoby uranu, dílem naši strategičtí spojenci (mj. Kanada) mají uranu a thoria (pro breeder/converter reaktory) velice významná naleziště. Breeder reaktory umožňující plné využití uranu, včetně U238 kterého jsou již teď všude na světě obrovské vytěžené zásoby s minimání cenou (=ochuzený uran), znamenají, obzvlášť v kombinaci s thoriem, udržitelnost jaderné energetiky po v lidských měřítkách neomezenou dobu.

Existuje mezinárodní mechanismus zajištění přístupu k nízce obohacenému uranu. Další rovinou může být podíl například v těžební společnosti. Pro příklad - NexGen, 10 % současné tržní kapitalizace by mělo hodnotu pouze 43 milionů USD. Jejich budoucí důl Arrow je tak rozsáhlý, že sám o sobě se bude blížit produkci největšího dodavatele na světě (Kazachstán). Precedent je například čínský podíl v Langer Heinrich dolu. Celosvětově je z lidské perspektivy uranu de facto neomezené množství kvůli jeho průběžnému louhování do mořské vody, přehled zde. Více o reálnosti extrakce se dočtete zde a zde. Thoria jsou již teď na tisíce let vytěžené zásoby jako odpad po získávaní kovů vzácných zemin, více zde a zde (plus máme k dispozici veliká ložiska mj. v podobě monazitových písků).

Máme i další zdroj, „vyhořelé palivo“. Podrobnější informace o tom, že téměř veškerý energetický obsah je stále nevyužit, naleznete zde. Dílem existují různé varianty klasického reprocessingu (více zde, nicméně z mnoha technických i mezinárodně bezpečnostních a politických důvodů konkrétně reprocessing je de facto vyloučen přímo v ČR) a dílem přichází několik možností reaktorů schopných tento materiál přímo použít. A to je také ideální odpověď na otázku „Co s tím odpadem uděláme?“. To, že ho využijeme jako palivo s výsledným waste streamem pouze štěpných produktů, které jsou za 300 let radioaktivní zhruba jako původní přírodní ruda. Konkrétně se jedná o několik možností reaktorů, zmíním dvě. Elysium MCSFR a Moltex SSR-W (konkrétně proces WATSS, resp. Conversion of spent oxide fuel to SSR chloride fuel, například zde). První SSR-W reaktor bude stát v Kanadě, v New Brunswicku (aktuální vývoj zde, vládní podpora zde). Zájem projevilo i Estonsko a UK. Nezmiňuji jiné varianty pokročilých reaktorů, v tomto textu jde specificky o scénář pro Českou republiku.

Výsledné uzavření palivového cyklu umožní udržitelnost jaderné energetiky po celou další dobu existence této planety. Dostatek energie umožní i uzavření dalších cyklů materiálů a surovin, což je nutným předpokladem dlouhodobé udržitelnosti naší civilizace.