В ходе эксплуатации объектов атомной энергетики образуется неприятный «осадок» — твердые и жидкие радиоактивные отходы. По данным экологических организаций, среднегодовое образование таких отходов в России — 1,2 млн кубометров твердых и 1,7 млн кубометров жидких радиоактивных отходов (РАО). Часть их содержится в открытых и подземных хранилищах, что вызывает обеспокоенность экологов.
Если твердые радиоактивные отходы можно измельчить и утилизировать (закопать на полигонах), то жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) требуют особого обращения: нормы безопасности требуют переводить их в твердое состояние для последующего захоронения — такой порядок определен федеральным законом «Об обращении с радиоактивными отходами».
Чтобы понять актуальность проблемы, можно обратиться к кейсу по ликвидации аварии на японской АЭС «Фукусима-1». Недавно японцы приняли решение слить в океан воду с радиоактивным изотопом водорода тритием: иного выхода не было, так как на станции заканчивается пространство для хранения высокорадиоактивной воды. Да и в Европе, как рассказывают российские атомщики, до сих пор радиоактивные воды в некоторых случаях просто сливают в море. Правда, официальные подтверждения таких действий, по понятным причинам, отсутствуют.
После аварии на «Фукусиме-1» впервые в мире в одном месте был накоплен огромный объем жидких радиоактивных отходов — 800 тыс. кубометров, причем концентрация радионуклида трития в воде, которая скопилась на аварийной станции, в десять тысяч раз превышала предельно допустимые нормы, установленные Всемирной организацией здравоохранения. С очисткой тритиевой воды не могли справиться технологии, использовавшиеся на «Фукусиме-1», — они устраняли только такие радионуклиды, как цезий и стронций. На помощь пришли российские атомщики. В прошлом году был реализован проект очистки от трития жидких радиоактивных отходов по уникальной комбинированной технологии, в разработке которой приняли участие «РосРАО» (ФГУП, которое занимается радиоактивными отходами) и Радиевый институт им. В. Г. Хлопонина (входит в «Росатом»).
В России, в отличие от многих западных стран, уже отработана эффективная технология обращения с радиоактивными отходами, в том числе жидкими. В компании «Термоксид» (входит в структуру концерна «Росэнергоатом») считают, что в этой области Россия если не впереди планеты всей, то уж точно в тройке лидеров.
Специалисты «Термоксида» утверждают, что построенный более десяти лет назад на Кольской атомной станции комплекс по переработке жидких радиоактивных отходов — один из самых передовых в мире. Там реализована сложная многоступенчатая система переработки ЖРО, вода проходит через цепочку водоочистного оборудования, постепенно очищаясь от органики, солей, тяжелых металлов и на последнем этапе — от радионуклидов цезия с помощью сорбентов производства «Термоксида».
Сорбция — одна из наиболее эффективных технологий очистки радиоактивных растворов (сорбенты вбирают в себя радионуклиды). Но основными способами обращения с ЖРО остаются цементирование (смешивание с цементом и последующая утилизация) и упаривание ЖРО. Однако при этом способе объем отходов увеличивается в несколько раз.
Сорбенты на рынке представлены довольно широко (они бывают органические и неорганические, селективные и неселективные — для разных типов отходов используются разные вещества и разные очистные установки); их разработкой и производством занимаются научные институты и компании: «Термоксид», Радиевый институт, «РосРАО», Российская академия наук. В мире такие материалы производят финский энергоконцерн Fortum, американский UOP Honeywell, франко-американская Veolia/Kurion, японские компании и много кто еще.
Появляются и новые разработки в этой сфере: например, в Радиевом институте создана установка по синтезу титановых сорбентов. Отработанные сорбенты переводятся в титанатную керамику, что обеспечивает, как обещают разработчики, сокращение объема ЖРО на два-три порядка. По словам Сергея Флоря, руководителя проектного офиса инновационного развития «РосРАО», три-четыре года назад стали появляться подобные разработки неселективных сорбентов (в том числе титанатных): «Они могут иметь хорошие результаты сорбции, очень низкие коэффициенты выщелачивания, но обычно производство таких сорбентов очень дорогое по сравнению с “классическими” селективными. Хотя есть эксклюзивные случаи, где применяются титанатные сорбенты, — например на “Фукусиме-1”, — говорит эксперт. Традиционно использующийся при очистке ЖРО сорбент делается на основе оксида кремния, он в несколько раз дешевле сорбентов на основе титана и отвечает требованиям безопасности.
В атомную отрасль приходят новые технологии, говорит Сергей Флоря. Например, «РосРАО» занимается роботизацией. Но что касается сорбентов, то вряд ли стоит ждать прорыва именно здесь. По мнению Флори, потребность в сорбентах в стране в принципе закрыта, рынок сильно меняться не будет.
От коров к атомным станциям
Екатеринбургская компания «Эксорб» намерена совершить прорыв на рынке услуг по утилизации ЖРО как раз с помощью технологии с использованием сорбентов. В компании делают ставку не только на собственно сорбент, надеясь, что их технология переработки и кондиционирования ЖРО Corebrick станет стержневой при выводе АЭС из эксплуатации.
Задора «Эксорбу» добавляет мировой тренд вывода из эксплуатации объектов атомной энергетики — некоторые страны отказываются от нее полностью, но преимущественно это связано с тем, что АЭС, построенные в 1970–1980-х годах, вырабатывают свой ресурс. По данным Международного агентства по атомной энергии, на которые ссылаются в компании, в течение двадцати пяти лет 50% действующих во всем мире энергоблоков, то есть 220 из 440 реакторов, будут закрыты. В некоторых странах создаются трасты и фонды для аккумуляции средств под проекты вывода реакторов из эксплуатации. По состоянию на 2013 год, как говорят в «Эксорбе», в подобных фондах в Европе и США было накоплено более 140 млрд долларов.
У «Эксорба» долгая история — компания создана в 1993 году на базе исследовательских лабораторий Уральского научно-исследовательского химического института (УНИХИМ). Ее основатель и основной акционер Виктор Ремез участвовал в разработках неорганических селективных сорбентов еще по заказу ВМФ СССР — тогда ученые изобрели ферроцианидный порошок, который стал основой сорбентов.
Но «Эксорб» стартовал не с очистки ЖРО — компания разрабатывала материалы для очистки почвы от радиации, кормовые добавки для животных с сорбентами, ветпрепарат для выведения радионуклидов «Бифеж». Благодаря применению «Бифежа» у коров в зоне повышенной радиации было нормальное молоко с практически нулевым содержанием радионуклидов. В «Эксорбе», по оценкам участников атомной отрасли, сумели разработать незаменимые препараты для сельского хозяйства и медицины. Например, компания производит основу для препарата ферроцин, который выводит из организма человека радионуклиды цезия и входит в аптечки военных, МЧС и персонала практически всех атомных станций России. А теперь компания создала его усовершенствованный вариант — компоферрон.
В середине 2000-х «Эксорб» начал первые поставки сорбентов для очистки ЖРО американской компании DTS, позже купленной Avantech. И только в 2014 году российская компания стала продвигать новую технологию обращения с ЖРО под маркой Corebrick. «В ней мы свели воедино все прежние наработки, поэтому на ее создание ушли десятилетия, — говорит совладелец “Эксорба” Вадим Цывьян. — Но маркетингом и продвижением мы занимаемся только последние три года». Все это время компания проводила разработки на средства инвесторов, а также использовала прибыль от других, коммерчески успешных направлений работы.
Часть сорбентов «Эксорба» имеют ту же основу — феррационидный порошок, — что и другие неорганические сорбенты, стандартные для российского рынка, например производства «Термоксида». В компании разработаны сорбенты на разной химической основе для большинства встречающихся в РАО радионуклидов. Есть у технологии «Эксорба» и другие отличия от практикующихся на рынке, говорят разработчики.
Отличие первое — существующие технологии в основном работают в логике динамической сорбции: вода проходит через фильтры, постепенно очищаясь. А «Эксорб» применяет свои сорбенты в статической сорбции, то есть они добавляются в радиоактивный раствор, и затем вбирают в себя радионуклиды.
В «Эксорбе» утверждают, что у традиционной фильтровальной технологии есть недостатки. Под каждый вид радионуклидов нужно строить отдельную фильтровальную колонну либо внутри колонн по слоям распределять сорбент. «Подготовка ЖРО к фильтрации на таком оборудовании сама по себе очень затратна. Растворы приходится обрабатывать озоном, проводить фильтрацию от самых мельчайших частиц, чтобы колонны не забивались», — говорит Вадим Цывьян. Рабочая поверхность сорбента при статической технологии значительно увеличивается.
Особенность технологии «Эксорба» еще и в том, что компания разработала и запатентовала специальный алгоритм подбора сорбентов под разные растворы — как по химическому составу, так и по радиационной составляющей. Под каждый конкретный вид РАО подбирается оптимальная смесь сорбентов.
Но дело не только в сорбентах. По технологии Corebrick в стандартный контейнер для обращения с РАО устанавливается герметичный вкладыш — модульная установка, в которую входят мешалки и фильтровальное оборудование. Тут же, в контейнере, проводится сорбция, и здесь же сорбент цементируется — его не нужно никуда перегружать. То есть в процессе переработки не появляется нового загрязненного оборудования.
Они мечтают о взрыве
Два с половиной года «Эксорб» подтверждал свою технологию, проводя промышленные испытания на ряде АЭС — в Казахстане, на нескольких европейских и российских АЭС, в том числе на Белоярской и Кольской. В этом году был создан прототип промышленной установки Corebrick.
У «Эксорба» есть планы тиражировать свою технологию на мировом рынке. По словам Вадима Цывьяна, один из их партнеров (инжиниринговая компания) уже выиграл тендер на поставку оборудования для очистки ЖРО на одной из европейских АЭС. На этом объекте, по условиям контракта, на все время эксплуатации оборудования по очистке ЖРО будет использоваться только сорбент «Эксорба».
«У нас есть очень четкий план быстрого вхождения в мировой рынок, “дорожная карта” и, главное, партнеры — инжиниринговые компании, которые заинтересованы в том, чтобы наша технология была подтверждена на промышленных объемах. Они готовы сами вкладывать в это», — утверждает Цывьян. Особенно интересен сейчас рынок Германии (там на государственном уровне принято решение отказаться от атомной энергетики) и Восточной Европы. Чтобы уверенно чувствовать себя за рубежом, «Эксорб» хочет привлечь в капитал европейскую инвестиционную компанию — важно, что она должна принести не столько деньги, сколько экспертизу.
«Эксорб» получил ряд патентов и подтвердил российский патент по системе международной патентной кооперации в национальных юрисдикциях — везде, где возможно применение этой технологии. А использоваться она может не только на атомных станциях, но везде, где есть радиоактивные среды: в исследовательских и научных центрах, в медицине, в военно-промышленном комплексе в целом образуется в несколько раз больше отходов, чем на АЭС.
Компания делает ставку не на поставки оборудования, а прежде всего на услуги. По наблюдениям предпринимателей, логика заказчиков меняется. Если раньше они приобретали комплекс оборудования, то сейчас им нужен только сервис. «Поэтому существующие решения, в том числе комплекс по переработке ЖРО, который внедрен в проект АЭС и прошел огромные согласования, в определенной степени неприменим к имеющимся задачам, — поясняет Вадим Цывьян. — Нужны новые подходы».
«Эксорб» сразу решил сотрудничать с инжиниринговыми компаниями, а не конкурировать с ними. Технология Corebrick предлагается в качестве инструмента, который может встроиться в различные инжиниринговые решения по очистке отходов.
В компании возлагают большие надежды на то, что количество мировых и отечественных тендеров на научные исследования и переработку ЖРО с каждым годом увеличивается. Участники рынка уверены, что рынок услуг, связанных с переработкой и утилизацией РАО, будет расти: по оценкам, в перспективе на десять лет — на 50–70% в год. И сейчас у тех, кто хорошо зарекомендовал себя в этом сегменте, отличные возможности для развития, в том числе на зарубежных рынках с их огромными объемами. Но чтобы закрепиться там, потребуется немало усилий, учитывая активность американских и европейских конкурентов. «Термоксид», к примеру, поставляет свои сорбенты только на АЭС, построенные по российским проектам в Индии, Китае, Иране, хотя не исключено, что скоро к этим странам добавятся Финляндия, Турция и Египет.