X-energy و راکتورهای هسته‌ای خنک‌شده با هلیوم آن

X-energy در حال توسعه راکتورهای مدولار کوچک است تا برخی از پرمصرف ترین کاربران سیاره زمین را راضی کند: تولیدکنندگان صنعتی که برای تولید میلیاردها تن بتن، پلاستیک، الیاف و مواد شیمیایی به دمای بالا نیاز دارند.

پنل های خورشیدی و توربین های بادی در تولید الکتریسیته عالی هستند، اما آنچه که صنعت سنگین نیز به آن نیاز دارد، گرمای خام و مقدار زیادی از آن است. تولید بتن، شیشه و فولاد و همچنین تولید بسیاری از مواد شیمیایی، پلاستیک و کود، هنوز هم برای تولید این گرما به شدت به سوخت‌های فسیلی وابسته است.

راکتورهای هسته ای سنتی به سادگی به اندازه کافی داغ نمی شوند. سیستم‌های خنک‌کننده‌ای که استفاده می‌کنند برای کار کردن به آب مایع نیاز دارند و حتی اعمال فشار برای بالا بردن نقطه جوش آب، حداکثر دمای عملیاتی آنها را صدها درجه خنک‌تر از حد مورد نیاز می‌کند.

راکتور Xe-100 پیشنهادی X-energy از گاز هلیوم به عنوان خنک‌کننده استفاده می‌کند و به آن اجازه می‌دهد در فشارهای بسیار پایین‌تر و دمای بالاتر کار کند. هلیوم آب را گرم می‌کند و بخار فوق‌گرم ایجاد می‌کند که صنعت می‌تواند مستقیما یا برای تولید 80 مگاوات برق از طریق توربین یا ترکیبی از این دو استفاده کند. این حدود یک دهم ظرفیت اکثر رآکتورهایی است که امروزه کار می کنند.

مشابه با دیگر راکتورهای کوچک مدولار (SMR)، Xe-100 از سوخت مدرن مبتنی بر اورانیوم به نام TRISO (مخفف سه ساختاری-ایزوتروپیک) استفاده می کند که در برابر خوردگی و ذوب شدن بسیار مقاوم است. سنگریزه های فشرده TRISO به طور مداوم به بالای راکتور اضافه می شوند، سپس به آرامی به سمت پایین جریان می یابند، جایی که یا بازیافت می شوند یا به عنوان زباله حذف می شوند. این شرکت می‌گوید که راکتور ذاتا در صورت از دست دادن نیرو ایمن خواهد بود - اگر دمای داخل افزایش یابد، واکنش هسته‌ای به طور طبیعی کند می‌شود و متوقف می‌شود.

شاخص های کلیدی

صنعت: شکافت هسته ای

تاسیس: 2009

دفتر مرکزی: راکویل، مریلند، ایالات متحده

واقعیت قابل توجه: اولین راکتور خنک‌شده با هلیوم برای پروژه منهتن جنگ جهانی دوم پیشنهاد شد، اما به نفع طراحی ساده‌تر و ارزان‌تر با آب خنک‌شده کنار گذاشته شد.

پتانسیل تاثیرگذاری

گرمایش صنعتی در حال حاضر 18 درصد از انتشار سالانه گازهای گلخانه‌ای جهانی را به خود اختصاص می‌دهد که حدود نیمی از آن ناشی از فرآیندهای با دمای بالا است که برق‌رسانی به آنها دشوار است. قرار دادن همزمان راکتورهای هسته ای کوچک در تاسیسات تولیدی بزرگ می تواند برخی از بزرگترین ردپای کربن در جهان را کاهش دهد.

رآکتور Xe-100 همچنین می تواند توسط صنعت سوخت فسیلی استفاده شود، که امروزه از مقادیر زیادی گاز طبیعی برای تولید گرمای مورد نیاز برای بازیابی نفت از شن های قیر و در طی پالایش نفت استفاده می کند.

انعطاف پذیری Xe-100 به این معنی است که می توان از آن برای تولید برق سنتی استفاده کرد. راکتورهای کوچکی مانند Xe-100 با کاهش اندازه و توان نیروگاه‌های شکافت امروزی در مقیاس گیگاوات، می‌توانند به بازارهای بیشتری حتی به مراکز داده منفرد خدمت کنند. هوش مصنوعی و مراکز داده اکنون بزرگترین جزء تقاضای جدید برای برق در ایالات متحده را تشکیل می دهند و انتظار می رود مصرف آنها تا سال 2030 دوباره دو برابر شود.

X-energy می‌گوید که حداکثر 12 راکتور آن را می‌توان در کنار هم قرار داد تا برق 24/7 را در محل، با هزینه کمتر نسبت به یک نیروگاه هسته‌ای سنتی و بدون دردسر اضافه کردن زیرساخت‌های انتقال، تامین کند.

هشدارها

فناوری شکافت خنک‌شده با هلیوم ممکن است به خوبی درک شود، اما تنها تولید برق در مقیاس تجاری از این نوع امروزه در چین است، جایی که دو راکتور برای کار مداوم با مشکل مواجه شده‌اند. X-energy می‌گوید که منبع سوخت یکپارچه عمودی آن باید عملکرد قابل اعتماد را تضمین کند، راکتورهایی که عمری 60 ساله دارند.

مورد اقتصادی SMR ها نیز تا حد زیادی ثابت نشده است. هزینه‌های هسته‌ای و جدول‌های زمانی عادت به بالا رفتن دارند، و اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده محاسبه می‌کند که برق حاصل از SMR بیش از شش برابر هزینه برق مزارع خورشیدی خواهد بود. در حالی که محیط فعلی در ایالات متحده برای مقررات و بودجه دولتی به نفع هسته ای است، این می تواند در چارچوب زمانی طولانی توسعه X-energy تغییر کند.

رآکتورهای TRISO برای ایمنی و عدم تکثیر عالی به نظر می رسند (تبدیل کره های سخت به سلاح دشوار است) اما در مورد ضایعات کمتر تأثیرگذار هستند. Xe-100 ممکن است 10 برابر حجم سوخت هسته ای مصرف شده در هر واحد انرژی نسبت به راکتورهای موجود تولید کند، اگرچه زباله های سطح پایین تر آن به ذخیره سازی پیچیده تری نیاز دارند.

مراحل بعدی

کمیسیون تنظیم مقررات هسته ای ایالات متحده مجوز ساخت سوخت برای سنگریزه های TRISO-X را به شرکت تابعه X-energy صادر کرده است که اولین کارخانه آن در سال 2028 تکمیل می شود. Xe-100 برای تامین گرما و برق یک تاسیسات شیمیایی بزرگ در تگزاس که توسط داو اداره می شود نیز اولین مانع نظارتی خود را برطرف کرده است.

در کنار هم، X-energy در حال کار روی یک خوشه 320 مگاواتی متشکل از چهار راکتور Xe-100 در ریچلند، واشنگتن، با همکاری آمازون و یک ناوگان بزرگتر 6 گیگاواتی در شمال شرقی بریتانیا است. هدف هر دو پروژه تولید برق در دهه 2030 است.