W USA ruszyła budowa reaktora atomowego niemal 2 km pod ziemią

W amerykańskim Kansas rozpoczął się eksperyment, który może całkiem zmienić myślenie o elektrowniach jądrowych i ich bezpieczeństwie.

Zamiast stawiać ogromne betonowe gmachy na powierzchni, kalifornijska firma Deep Fission zaczęła wiercić w głąb ziemi, by umieścić reaktor aż 1800 metrów pod skałami. Jeśli projekt się powiedzie, pierwsza instalacja ma dostarczyć prąd już w połowie 2026 roku.

Reaktor głęboko pod ziemią: co dokładnie powstaje w Kansas

Deep Fission rozpoczęła 11 marca wiercenie pierwszego z trzech otworów badawczych w okolicach miasta Parsons w stanie Kansas. Docelowo pod ziemią ma wylądować kompaktowy reaktor o mocy 15 megawatów cieplnych, co po przekształceniu w generatorze da około 5 megawatów energii elektrycznej.

Każdy z otworów ma sięgać około 1830 metrów w głąb ziemi i mieć zaledwie 20 centymetrów średnicy. Firma korzysta z technologii wprost z branży naftowo-gazowej, gdzie podobne wiercenia wykonuje się od dekad. To pozwala mocno obniżyć koszty w porównaniu z tradycyjną budową obiektów jądrowych.

Deep Fission chce przejść drogę od samego pomysłu do działającej instalacji atomowej w mniej niż trzy lata, a pierwszy prąd planuje na lipiec 2026 roku.

Trzy pierwsze otwory mają charakter testowy. Służą do dokładnego zbadania geologii i sprawdzenia, jak zachowują się poszczególne warstwy skał pod obciążeniem, temperaturą i ciśnieniem. Dopiero po tej fazie firma wywierci czwarty otwór – ten, w którym faktycznie zostanie opuszczony moduł reaktora.

Dlaczego akurat Kansas? Geologia ważniejsza niż polityka

Wybór lokalizacji nie jest przypadkowy. Środkowa część USA słynie z dość spokojnej tektonicznie budowy, a w Kansas skały są stosunkowo zwarte, mało przepuszczalne i dobrze rozpoznane przez geologów. To właśnie takie warunki najlepiej nadają się do roli naturalnej osłony dla instalacji jądrowej.

• obszary bez silnej aktywności sejsmicznej,
• grube, stabilne warstwy skał,
• niewielka przepuszczalność, utrudniająca migrację zanieczyszczeń,
• dobra dokumentacja geologiczna z wcześniejszych wierceń.

Otwory w Parsons umożliwią też sprawdzenie w praktyce sprzętu, który ma później posłużyć do instalacji reaktora: rur, przewodów, sond i całej infrastruktury technicznej. Gdy konfiguracja się sprawdzi, kolejne lokalizacje będzie można uruchamiać szybciej, w dużej mierze kopiując raz przetestowany schemat.

Woda i skała zamiast grubych ścian z betonu

Najciekawszy element projektu dotyczy bezpieczeństwa. Tradycyjna elektrownia jądrowa to potężne budynki z betonu i stali, które mają utrzymać radioaktywne materiały w środku nawet w razie poważnego wypadku. Deep Fission stawia na coś zupełnie innego: wykorzystanie samej ziemi jako naturalnej bariery.

Na głębokości około 1800 metrów nad reaktorem będzie stała kilkukilometrowa kolumna wody, zamknięta w wąskim szybie. To ona wytworzy ogromne ciśnienie – rzędu 160 atmosfer – co zastąpi w znacznym stopniu grube stalowe zbiorniki znane z klasycznych bloków jądrowych.

Ciężar wody i skały ma przejąć rolę sztucznych osłon: działa jak naturalna „bańka ochronna”, która trudno jest uszkodzić z zewnątrz.

Otaczająca skała pełni funkcję biologicznej bariery. Zamiast kilku metrów betonu nad ziemią, radioaktywne materiały w skrajnym scenariuszu miałyby pozostać uwięzione niemal dwa kilometry pod powierzchnią, oddzielone od ludzi i środowiska wieloma warstwami nieprzepuszczalnych skał.

Niższe koszty, krótszy czas budowy

Rezygnacja z wielkich budynków i stalowych konstrukcji daje też wyraźny efekt finansowy. Według szacunków przytaczanych przez branżowe media Deep Fission liczy na pięciokrotne obniżenie kosztu jednego megawata mocy w porównaniu z klasycznymi elektrowniami jądrowymi.

Do tego dochodzi czas. Projektanci twierdzą, że pojedynczy moduł można zbudować w około pół roku, zamiast czekać po kilka, a czasem kilkanaście lat na ukończenie dużego bloku energetycznego. Brak rozległych konstrukcji nad powierzchnią oraz wykorzystanie istniejących technologii wiertniczych skracają liczbę formalności i prac budowlanych.

Na razie inwestorzy zdają się wierzyć w ten model. Spółka zebrała już około 80 milionów dolarów finansowania, co jak na wczesny etap przemysłowego projektu jądrowego jest kwotą znaczącą, choć wciąż niewielką wobec budżetów wielkich elektrowni.

Jak ma działać taki podziemny reaktor

Sercem instalacji będzie reaktor bazujący na dobrze znanym koncepcie reaktora wodnego ciśnieniowego. Paliwem zostanie uran o niskim wzbogaceniu, kupowany na mocy porozumienia z firmą Urenco USA, dużym dostawcą tego typu materiału na rynku amerykańskim.

Wszystko zostanie zamknięte w kompaktowym module, który można opuścić w szybie na linach i połączeniach technicznych. Specjaliści zakładają, że przy tej skali reaktor pokryje zapotrzebowanie na energię m.in. dla:

• pojedynczego zakładu przemysłowego,
• niewielkiego miasteczka,
• centrum danych wymagającego stałego dostępu do prądu.

Gdy trzeba będzie przeprowadzić serwis lub po latach wymienić paliwo, moduł można teoretycznie podnieść na powierzchnię i obsłużyć w kontrolowanych warunkach, zamiast wysyłać ludzi do wnętrza reaktora pod ziemią.

Bezpieczeństwo: chłodzenie grawitacją, mniejsze ryzyko awarii

Głębokość instalacji wpływa nie tylko na ochronę przed wyciekiem, ale też na sposób chłodzenia. W razie awaryjnego wyłączenia reaktora woda w szybie zacznie krążyć samoczynnie dzięki różnicy gęstości ciepłej i zimnej cieczy. Proces ten przypomina naturalny „komin ciepła” i nie wymaga pomp ani zasilania elektrycznego.

Pasywne chłodzenie oparte na grawitacji ma zmniejszyć ryzyko sytuacji znanych z Fukushimy, gdzie awaria zasilania unieruchomiła systemy chłodzenia.

Dodatkowo pionowa, cylindryczna geometria szybu ma lepiej znosić ruchy sejsmiczne niż rozległe budowle naziemne. Trzęsienie ziemi zazwyczaj przemieszcza teren poziomo; wąski, głęboki otwór zachowuje się wtedy jak sztywna kolumna, na którą działają mniejsze odkształcenia boczne.

Nowy kierunek dla energii jądrowej: z ropy do atomu

Deep Fission wyraźnie celuje w rynek zdecentralizowanych, średnich odbiorców energii. Szczególnie interesują ją centra danych – obiekty, które nie mogą sobie pozwolić na przerwy w zasilaniu, a przy tym rosną w liczbie i mocy razem z rozwojem usług cyfrowych i AI.

Mała jednostka pod ziemią praktycznie nie zmienia krajobrazu. Na powierzchni pozostaje tylko skromna stacja z przyłączem i niewielka zabudowa pomocnicza. Dla wielu społeczności może to być łatwiejsze do zaakceptowania niż widok chłodni kominowych czy rozległych hal reaktora.

Ciekawy jest też aspekt technologiczny: projekt łączy doświadczenie z odwiertów na ropę i gaz z energetyką jądrową. Firmy z obu tych branż rzadko współpracowały tak blisko. Jeżeli amerykański pilotaż się uda, podobne rozwiązania mogą zainteresować regiony przyzwyczajone do przemysłu wydobywczego, które szukają dla siebie nowej roli w czasach dekarbonizacji.

Co to może znaczyć dla energetyki – także z polskiej perspektywy

Podziemne, modułowe reaktory nie zastąpią wielkich bloków jądrowych, które dostarczają setki megawatów czy gigawatów mocy do krajowych sieci. Mogą natomiast stać się ciekawym uzupełnieniem – zwłaszcza tam, gdzie sieć przesyłowa jest słaba, a lokalne zapotrzebowanie na niezawodny prąd szybko rośnie.

Dla krajów takich jak Polska idea kompaktowych, głęboko zakopanych modułów może w przyszłości oznaczać łatwiejsze wejście w energetykę jądrową na mniejszą skalę, chociaż na razie mowa jedynie o wczesnym amerykańskim eksperymencie. Wiele kwestii pozostaje otwartych: od regulacji, przez gospodarkę odpadami, aż po społeczną akceptację instalacji, których nie widać, ale które budzą skojarzenia z technologią wysokiego ryzyka.

Jeśli projekt w Kansas dowiedzie swojej niezawodności, rynek może zacząć traktować skały pod stopami jako pełnoprawny element infrastruktury jądrowej. Geolodzy, firmy wiertnicze i specjaliści od atomu zaczną wtedy grać w jednej drużynie, a energetyka przybierze formę modułów wwierconych w ziemię, a nie jedynie potężnych kompleksów na horyzoncie.