Reaktor jądrowy niemal 2 km pod ziemią. USA rozpoczynają odważny eksperyment

Kalifornijski start-up Deep Fission rozpoczął wiercenie pierwszych szybów, w których ma zostać umieszczony kompaktowy reaktor atomowy schowany prawie 1800 metrów pod ziemią. Firma chce wykorzystać skały jako naturalną osłonę bezpieczeństwa i obniżyć w ten sposób koszt energii jądrowej.

Reaktor pod polami Kansas zamiast klasycznej elektrowni

Tradycyjna elektrownia jądrowa to tysiące ton betonu i stali, wysokie budynki, ogromna infrastruktura na powierzchni. Deep Fission proponuje coś zupełnie innego: reaktor ma zniknąć głęboko w ziemi, w wąskim szybie o średnicy zaledwie około 20 centymetrów.

11 marca firma rozpoczęła w Parsons w stanie Kansas wiercenie pierwszego z trzech tzw. szybów rozpoznawczych. Każdy z nich ma sięgać ok. 1830 metrów w głąb i posłuży do dokładnego zbadania lokalnej geologii. Docelowo pod ziemię ma trafić reaktor o mocy 15 MW termicznych, co przełoży się na około 5 MW mocy elektrycznej.

Projekt w Kansas ma w ciągu zaledwie dwóch lat przejść drogę od koncepcji na papierze do działającej jednostki produkującej prąd – cel wyznaczono na lipiec 2026 roku.

Do wiercenia Deep Fission wykorzystuje technologie dobrze znane z przemysłu naftowego i gazowego. To gotowy park maszynowy, który potrafi relatywnie tanio i szybko przebić się przez kolejne warstwy skał. Zamiast szukać ropy, inżynierowie tworzą „gniazdo” dla reaktora.

Dlaczego właśnie Kansas? Geologia zamiast betonu

Kansas nie pojawiło się na mapie przypadkiem. Region słynie z dość spokojnej, dobrze opisanej geologii. Występują tam zwarte, mało przepuszczalne formacje skalne, które idealnie nadają się na naturalną tarczę ochronną.

• skały są zwarte i trudne do spękania,
• mają niską przepuszczalność dla wody i gazów,
• obszar jest stosunkowo stabilny tektonicznie,
• istnieje bogata dokumentacja geologiczna z odwiertów naftowych.

Trzy pierwsze szyby mają zweryfikować modele przygotowane przez geologów i sprawdzić, jak w praktyce zachowują się poszczególne warstwy. To też okazja do przetestowania sprzętu i procedur, zanim powstanie czwarty, docelowy szyb, przeznaczony wyłącznie dla reaktora.

Jak wygląda reaktor 1800 metrów pod ziemią

Gdy etap badań się zakończy, Deep Fission zamierza wywiercić osobny szyb, w którym faktycznie stanie reaktor. Urządzenie zostanie opuszczone w dół na kablu, do komory wypełnionej wodą. To zupełnie inne podejście niż w dużych elektrowniach jądrowych, choć zasada działania pozostaje podobna do reaktorów wodnych wykorzystywanych od dekad.

Reaktor ma wykorzystywać nisko wzbogacony uran jako paliwo. W lutym Deep Fission podpisało umowę z amerykańskim oddziałem firmy Urenco na dostawy tego materiału. Konstrukcja jest modułowa, dzięki czemu łatwiej ją transportować, składać i w razie potrzeby wymieniać.

Woda jako naturalny „pancerz” pod ciśnieniem

Na głębokości blisko 2 kilometrów słup wody nad reaktorem wytworzy ciśnienie około 160 atmosfer. Dla porównania, ciśnienie przy powierzchni morza to jedna atmosfera. Taki naturalny nacisk zastępuje masywne stalowe zbiorniki, które w klasycznych elektrowniach muszą utrzymywać wysokie ciśnienie w rdzeniu reaktora.

Im mniej grubych, specjalistycznych konstrukcji metalowych, tym mniejsze koszty materiałów i prostsze prace inżynieryjne na powierzchni. Ciężar wody i grawitacja przejmują część zadań, które normalnie wykonują wielotonowe elementy infrastruktury.

Skały jako ostateczna osłona bezpieczeństwa

W dużych elektrowniach jądrowych jednym z najdroższych elementów są ogromne, wielometrowe konstrukcje z betonu zbrojonego, mające w razie awarii zatrzymać skażone materiały. Deep Fission chce wykorzystać fakt, że 1800 metrów skał działa jak naturalna bariera.

Według założeń projektu ewentualne produkty rozszczepienia, zamiast trafić do otoczenia, pozostałyby uwięzione głęboko pod ziemią, w warstwach niemal nieprzepuszczalnych i odpornych na ruchy tektoniczne.

W praktyce oznacza to radykalne ograniczenie widocznej infrastruktury na powierzchni. Na polu w Kansas nie powstanie znany z fotografii krajobraz z chłodniami kominowymi i ogromną halą reaktora. Z zewnątrz inwestycja będzie przypominała raczej niewielką stację przemysłową z kilkoma zabudowaniami technicznymi.

Pieniądze, czas i obietnica taniego prądu

Deep Fission przekonuje inwestorów, że takie podejście pozwoli mocno obniżyć koszty energii jądrowej. Firma szacuje, że koszt jednego zainstalowanego megawata może spaść nawet pięciokrotnie w porównaniu z tradycyjnymi elektrowniami. Dużym atutem ma być też czas: konstrukcja pojedynczego modułu powinna według spółki zająć około pół roku, a nie wiele lat.

Rynek kupuje tę narrację. Start-up pozyskał już ok. 80 milionów dolarów finansowania, argumentując, że ma szansę stać się brakującym ogniwem między niestabilnymi źródłami odnawialnymi a rosnącym zapotrzebowaniem na stałe dostawy prądu.

Dla kogo ma pracować podziemny reaktor

Moc rzędu 5 MW elektrycznych nie wystarczy dla dużej aglomeracji, ale świetnie pasuje do mniejszych, wyspecjalizowanych odbiorców. Deep Fission wskazuje przede wszystkim na:

• centra danych, które potrzebują stałej, pewnej mocy,
• zakłady przemysłowe zlokalizowane z dala od dużych sieci przesyłowych,
• instalacje wydobywcze i przetwórcze w odległych regionach,
• wojskowe i strategiczne obiekty infrastrukturalne.

W tych miejscach budowa wielkiej elektrowni nie ma sensu, a zasilanie wyłącznie z farm wiatrowych i słonecznych bywa zbyt ryzykowne. Mały, podziemny reaktor mogący działać przez lata bez przerwy kusi obietnicą stabilności i niewielkiego „śladu” na powierzchni.

Bezpieczeństwo w praktyce: chłodzenie grawitacją zamiast pomp

Głębokie posadowienie reaktora wpływa nie tylko na koszty i krajobraz, ale też na procedury bezpieczeństwa. Jeśli reaktor trzeba nagle zatrzymać, chłodzenie ma zapewnić sam słup wody nad rdzeniem. Ciepła woda unosi się ku górze, chłodniejsza spływa w dół – taki naturalny obieg ma odebrać nadmiar energii bez udziału pomp i zasilania elektrycznego.

Dodatkowym argumentem jest geometria szybu. Reaktor znajduje się w wąskiej, pionowej przestrzeni, którą znacznie trudniej „rozhuśtać” podczas wstrząsów niż rozległe instalacje na powierzchni. To jeden z powodów, dla których projekt prezentuje się jako potencjalnie odporniejszy na zjawiska sejsmiczne.

Nowa rola technologii wiertniczych i możliwe konsekwencje dla energetyki

Ciekawy jest też szerszy wymiar całego przedsięwzięcia. Deep Fission korzysta z doświadczeń branży naftowej – tej samej, którą wielu ekspertów postrzega jako głównego przegranego transformacji energetycznej. Teraz te same techniki wiercenia mogą napędzać rozwój małych źródeł atomowych.

Jeśli projekt w Kansas zakończy się sukcesem, w Stanach Zjednoczonych mogą zacząć powstawać całe „pola” podziemnych reaktorów, podobne do dzisiejszych pól naftowych. Zamiast ropy z odwiertów popłynęłaby energia elektryczna, a sieć energetyczna dostałaby nowe, rozproszone punkty zasilania.

Dla odbiorców końcowych najważniejsze będą dwa parametry: faktyczna cena kilowatogodziny i realne dane bezpieczeństwa z eksploatacji. Jeśli koszty potwierdzą się w praktyce, a regulatorzy uznają, że głęboko schowany reaktor rzeczywiście minimalizuje ryzyko, presja na rozwój podobnych rozwiązań może szybko wyjść poza USA. Dla Polski, gdzie trwa dyskusja o atomie dużym i małym, takie projekty staną się cennym punktem odniesienia – zarówno pod względem technologii, jak i społecznej akceptacji dla nowych form energetyki jądrowej.