Výzkum v OZE a jaderné energetice

Častým argumentem pro nadměrnou podporu obnovitelných zdrojů energie (OZE) je: "Jaderná energetika těží z vojenského programu, natekly do ní obrovské finanční prostředky z armády a to je špatné! Do OZE nešly prakticky žádné. Dejme OZE šanci, nalijme do výzkumu OZE stejné finance a efekt bude daleko vyšší".

Vojenský výzkum

Ano, jaderná energetika vznikla spolu ve spolupráci s armádou. Nejednalo se pouze o vývoj a konstrukci jaderné bomby, ale i o reaktory do ponorek a lodí, které jsou konstrukčně blízko dnešním jaderným elektrárnám (PWR, BWR).

Stejně tak pro armádu vznikala řada jiných technologií, resp. skoro všechny známé technologie - dopravními prostředky počínaje, zdravotnictvím a výpočetní technikou konče. Je to snad důvod proto, abychom tyto věci odmítaly? Dokonce i fotovoltaika tolik podporovaná Zelenými a dalšími vznikla jako "odpadní produkt" kosmického výzkumu, který byl primárně zaměřen též vojensky.

Je však na užití vojenských technologií v civilní sféře něco špatného? Jsou snad vojenské technologie špatné samy o sobě? Domnívám se, že nikoliv, veškeré zbraně jsou ovládány lidmi a ti jsou zodpovědní za jejich užití.

Užívání technologií napříč obory

Obecně platí, že jednotlivé materiály, postupy, technologie se používají napříč různými obory. Výpočetní technika se používá téměř ve všech oborech lidské činnosti, plastické hmoty jsou prakticky ve všech výrobcích a tak by se dalo pokračovat. Určitě nebudeme započítávat vojenský výzkum výpočetní techniky do ceny léků nebo PC na vašem stole.

Ostatně nemusíme chodit daleko a můžeme zůstat u OZE. Takové "větrníky" využívají kompozitních materiálů vyvíjených pro křídla letadel. Beton na stavbu přehrad (vodních elektráren) využíváme v řadě jiných staveb, prostředky pro sběr pěstované biomasy (traktory, kombajny a jiná technika) se využívá pro zemědělství, kotle pro spalování štěpky (biomasy) jsou podobné kotlům na uhlí, parní turbíny též prakticky stejné. Také ovládací prvky, čidla, řídící jednotky a jiná automatika nejsou jenom pro OZE, ale využívá se jich v jiných technologiích. OZE (ale samozřejmě i jaderná energetika) využívá produktů výzkumu z jiných odvětví, což je jen dobře. Prostředky vložené do jakéhokoliv vývoje a výzkumu jsou tzv. "utopené náklady", které nám přímo nikdo nevrátí. Mohou se nám však vrátit v podobě uspořených nákladů při realizaci nové výroby.

Primární a aplikovaný výzkum

Výzkum a vývoj je nutno rozdělit na 2 druhy. Primární výzkum je takový, jehož výstupy, návratnost, je až v dlouhodobém horizontu. Často se jedná o mnoho desítek let, o "hudbu daleké budoucnosti". Příkladem je například projekt termonukleárního reaktoru ITER, projekty automobilů na vodík, apod. Též se jedná o různé materiály, nanotechnologie, matematické postupy, modelování, atd. Jelikož se jedná o výzkum, jehož návratnost je až za velmi dlouhou dobu a často se jedná o tzv. "slepé větve", které nikdy nepovedou k reálnému užití, tak si málokterá soukromá firma dovolí investovat do tohoto výzkumu velké prostředky. Proto je tento výzkum hrazen především ze státních peněz, prováděn univerzitami a akademií věd.

Oproti tomu aplikovaný výzkum je za účelem konkrétní aplikace v dané oblasti. Jeho výsledky se přímo aplikují na daný výrobek, v tomto případě - zdroj energie. Tento výzkum může být plně hrazen ze soukromých peněz, jeho návratnost je v krátkém a středním časovém horizontu. Pochopitelně oba druhy od sebe nejdou oddělit a patří k sobě. Kdybychom podporovali pouze aplikovaný výzkum, brzy bychom se dostali na konec našich technologických možností. Jestliže pouze primární, nepřicházely by výsledky výzkumu do praxe.

Možnosti zlepšení zdrojů

Zde bych chtěl probrat jednotlivé zdroje energií s možnostmi jejich dalšího zlepšování - snižování nákladů a možnostech výzkumu.

Větrná energetika. Možnosti dalšího zvyšování účinnosti minimální. Pouze stavbou větších a vyšších stožárů je možno dosáhnout vyšších výkonů. To je však spojeno s negativními jevy. Možnosti vylepšení materiálů, prodloužení životnosti a snížení údržby sníží náklady. Těžko však jednotlivé materiály - beton, slitiny kovů, transformátory, apod. - budou zkoumány právě pro větrníky. Spíše se bude jednat o využití technologických postupů z jiných oborů (letectví, elektrotechniky). Nevidím příliš velké možnosti pro primární výzkum větrné energie. Jistě je možné zaměřit se na meterologii - lepší předvídatelnost výkyvů VTE a na akumulaci energie - chemické či supravodivé akumulátory. Opět se ale nejedná o výzkum primárně pro OZE.

Vodní energetika. Potenciál vodních elektráren v České republice je prakticky vyčerpán a účinnost velkých, nových turbín je přes 90 %. Další možnosti zlepšování jsou prakticky nulové. Bude se jednat pouze o technické detaily typu "silikonizace lopatek", materiálů odolnějších proti kavitaci, apod. Šance pro aplikovaný výzkum malých vodních elektráren na malé vodní toky, které však v celkové spotřebě budou hrát minimální roli.

Biomasa. Má mnoho společného se zemědělstvím a lesnictvím. Výzkum se bude prolínat s těmito obory. Nabízí se možnosti šlechtění nových rychlerostoucích dřevin (včetně GMO), výzkum hnojiv pro zvýšení produkce, zemědělské zdroje pro sběr, třídění, sušení, zkapalňování, zplynování biomasy. Kotle s vyšší přesností dávkování, účinností, vyššími teplotami, nižšími emisemi škodlivých látek (dioxiny), atd. Opět šance spíše pro aplikovaný výzkum placený soukromými penězmi jednotlivých firem.

Fotovoltaika. Je dnes prakticky nekonkurenceschopná. Ale vidím zde největší potenciál pro zlepšení účinnosti článků a především pro snížení energetické náročnosti výroby. Nové druhy polymerů, nanotechnologie, polovodiče s nižší čistotou křemíku, atd. Šance především pro základní výzkum v dlouhém časovém horizontu.

Z obnovitelných zdrojů má největší šanci na zlepšení fotovoltaika. Zlepšení ostatních zdrojů spočívá hlavně v technických zlepšeních snižující investiční náklady, zvyšující životnost, odolnost zdroje a náklady na údržbu. Avšak nemůžeme očekávat změnu negativních vlastností a nedostatků těchto zdrojů, především: nestálost dodávek (závislá na počasí), velký zábor území na jednotku produkce (oproti JE či uhlí), jejich omezený potenciál. Tedy můžeme zlevnit výrobu z těchto zdrojů tak, aby se stala konkurenceschopná, ale stejně s nimi nebudeme moci pokrýt významnější část naší spotřeby.

Zlepšení jaderné energetiky

Jaderná energetika má největší potenciál zlepšení. Teoreticky je možné zbavit se téměř všech drobných neduhů JE a máme šanci získat velmi levný, plně ekologický a nevyčerpatelný zdroj energie!

Zlepšování je možné už u stávajících zdrojů. Příkladem je Jaderná elektrárna Dukovany, která prochází programem komplexní obnovy a zlepšování účinnosti. Kromě zvýšení elektrického výkonu elektrárny o 5 % (což je ekvivalentní výstavbě asi 500 větrných elektráren o výkonu 1 MW) dochází k prodloužení palivového cyklu z původních 3 let na 6 let. To sebou nese nejen úspory v nakupovaném palivu, ale i menší produkci vyhořelého jaderného paliva. Původní životnost reaktoru elektrárny - 30 let - bude prodlouženo asi na dvojnásobek, na 60 let. Postupné zkracování odstávek povede k dalšímu zvýšení produkce elektrárny, atd.

U stávajících JE typu PWR a BWR se tedy jedná o výzkum:
• Postupy a materiály umožnující vyšší vyhoření, vyšší využití jaderného paliva.
• Postupy vedoucí ke kratším odstávkám a omezení neplánovaných odstávek, umožnujících zvýšení produkce.
• Prodloužení životnosti JE. Vzhledem k tomu, že investiční náklady na výstavbu a likvidaci jsou vysoké (oproti provozním nákladům), má prodloužení životnosti velký význam.

V nejbližší době (10-20) se výzkum v JE zaměřuje především na:

• Zlepšení parametrů lehkovodních reaktorů (EPR, VVER1500, AP1000) - zvýšení pasivní i aktivní bezpečnosti, snížení nákladů, zvýšení účinnosti, atd.
• HGTR vysokoteplotní, modulové reaktory o výkonech 150 - 300 MWe, které jsou spíše zdrojem lokálním, využití tepla pro technologické účely (výroba vodíku), centrální vytápění (nahrazení tepláren), vyšší využití paliva než u lehkovodních reaktorů, vyšší účinnost přeměny primární energie na elektrickou (až k 50 %).
• Přepracování vyhořelého paliva, MOX. Snižuje objem a aktivitu odpadu, umožní další využití již použitého paliva a tím šetří přírodní uran.

V delším časovém horizontu (20-50) let bude výzkum zaměřen na:

• Rychlé množivé reaktory, které mají až o 2 řády vyšší využití uranu, než stávající lehkovodní reaktory. Umožnují spalovat tzv. ochuzený uran (U238) a využití alternativních způsobů získávání uranu (mořská voda). Tyto reaktory, které již dnes v několika exemplářích existují a fungují (BN600, Fénix), mohou zajistit energetické potřeby na desetitisíce let dopředu.
• ADTT, transmutační reaktory umožní využít další energii z produktů štěpení z jaderného odpadu a razantně tak sníží jeho aktivitu, množství a nároky na úložiště (teoreticky žádné hlubinné úložiště nebude ani třeba).
• Výzkum termojaderné fúze, slučování jader deuteria, tritia, 3He, atd. Zajistí lidstvu prakticky nevyčerpatelný zdroj energie na vždy (resp. stamilióny let).

Vidíme, že výzkum jaderné energetiky dokáže vyřešit dnes vytýkané problémy tohoto oboru - nakládání s odpady, nedostatek paliva, velikosti zdrojů. A může rozšířit pole působnosti z pouhé výroby elektrické energie, na výrobu vodíku pro průmyslové účely (ten může nahradit prakticky úplně fosilní paliva - uhlí, ropu, plyn). Tím se nejen vyřeší problém docházejících zásob fosilních paliv, problém globálního oteplování, ale i geopolitické problémy v dostupnosti zdrojů. Energie bude dostupná všude na světě prakticky za stejnou cenu

Výzkum v jaderné energetice má největší potenciál zlepšení ze všech zdrojů, největší budoucnost! Sám podporuji výzkum ve všech odvětvích, včetně OZE. Je s podivem, že ekologistické organizace (Hnutí Duha, Zelená životu a další) jsou proti výzkumu termojaderné fúze s tím, že to jsou vyhozené peníze, efekt se dostaví až za desítky let. Tytéž organizace však říkají, že za několik desítek let dojdou fosilní paliva, proto zdroje na fosilní paliva (či stávající jaderné elektrárny) dle jejich názoru nemají perspektivu, ale sami na budoucnost a dlouhodobý primární výzkum nemyslí.

Obvyklou obhajobou pro dotování výkupních cen elektrické energie je, že povede k lepšímu vývoji a výzkumu těchto zdrojů. Nebylo by však lepší tyto prostředky věnovat do výzkumu rovnou? Většina peněz se "prostaví", skončí v dodavatelských firmách, jako "úplatky" obcím, u kterých elektrárny stojí, atd. Kolik peněz skutečně skončí ve výzkumu?

Jako ideální bych viděl nějaký nástupnický model Kyotského protokolu, kdy by cena elektrické energie byla zvýšena o spotřební daň, která by se použila na výzkum nových technologií. Popřípadě by se zpoplatnily jednotlivé druhy emisí - tuna CO2 či NOx fixní částkou a ta by šla na výzkum nových zdrojů. O části těchto peněz by mohla rozhodnout samotná firma o části by rozhodl stát. Každý stát EU (či světa) by se mohl rozhodnout, do kterých technologií investuje. Pro Dánsko by byly výhodné investice do větrné energie, pro Norsko do vodní, Francie by investovala například do termojaderné fúze, Rusko do výzkumu množivých reaktorů a Mexiko třeba do fotovoltaiky. Jaký máš však význam investovat dnes obrovské částky do obnovitelných zdrojů, které řeší pouze zlomky naší spotřeby a ještě velmi dlouho (nejspíše nikdy) nebudou sto nahradit stávající zdroje? Pokud bychom vzali cenu Německých větrníků (počítáme 50 mil Kč/inst. MWe x 16500 MW), mohli bychom místo nich zaplatit výstavbu a provoz 2 EPR reaktorů (které by je nahradily) a ještě by nám zbyly peníze na celý projekt ITER!

Dnes se dá opravdu říci, že "žijeme na dluh". Existuje řada technologií pro zajištění výroby energií v dlouhodobém horizontu - Jaderná energetika (včetně fúze), fotovoltaika, větrná energie - ale žádná z těchto technologií ještě není úplně "dotažená do konce", má velký potenciál se zlepšovat. Jde o to, zda dnes utrácet peníze za tyto "hračky", které nás "nespasí", nebo raději využijeme nejlevnější zdroje energie, které dnes máme (jaderná energie a fosilní zdroje) a ušetřené peníze raději investujeme do výzkumu. Až budou tyto technologie plně konkurenceschopné, prosadí se sami, ať se to líbí "ropné lobby" nebo ne. Nyní je však dotování tzv. "obnovitelných zdrojů" prachsprosté plýtvání penězi, kterébychom mohli využít daleko lépe právě ve výzkumu nových technologií.