Атомные электростанции хранят свои отходы поблизости, напоминает издание Yale Environment 360. Каждая АЭС в Соединенных Штатах имеет на своей территории площадку для хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Этот материал, представляющий собой керамические таблетки, собранные в стержни и объединенные в пучки, состоит в основном из урана. Однако ОЯТ также содержит элементы, образовавшиеся в процессе эксплуатации: быстрораспадающиеся радионуклиды, такие как цезий и стронций, а также более долгоживущие тяжелые элементы, в частности плутоний. Выделяющие интенсивное тепло и излучение отработавшие топливные стержни сначала помещаются в бассейны выдержки для охлаждения, а затем в контейнеры «сухого хранения» — стальные емкости, предотвращающие утечку радиоактивных изотопов.
Большинство воспринимает это наследие радиоактивных отходов как бремя и опасность. Но некоторые теперь смотрят на это иначе: как на актив и возможность. Хотя ОЯТ уже не способно эффективно поддерживать цепную реакцию деления, оно все еще содержит значительное количество неиспользованной энергии, которую можно извлечь и применить снова. Другими словами, его можно перерабатывать, особенно в определенных типах перспективных реакторов, которые сейчас находятся в разработке. Сторонники утверждают, что переработка не только уменьшит объем радиоактивных материалов, подлежащих в конечном итоге захоронению глубоко под землей, но и может снизить потребность в добыче нового урана — еще одного спорного аспекта ядерного топливного цикла.
Переработка ядерных отходов, вероятно, является самым большим предметом разногласий даже среди тех, кто в целом поддерживает атомную энергетику.
Это звучит как обоюдовыгодное решение, столь же разумное, как выбрасывать алюминиевые банки в специальные контейнеры. И по мере роста интереса к ядерной энергии в последние годы, вызванного климатическими проблемами, а в последнее время и спросом со стороны энергоемких центров обработки данных, в некоторых кругах растет и энтузиазм по поводу переработки этого потока отходов. В конце прошлого года Министерство энергетики США объявило о выделении 10 миллионов долларов на исследования технологий переработки, и как минимум два соответствующих двухпартийных законопроекта были внесены в Конгресс: один предлагает обязать министра энергетики изучить новые технологии и возможности переработки ОЯТ; другой направлен на упрощение требований к лицензированию объектов по переработке.
Несколько стартапов в области передовой ядерной энергетики, включая Oklo и Curio, заявляют о намерении использовать в своих реакторах исключительно отработавшее топливо. Компания Oklo, поддерживаемая генеральным директором OpenAI Сэмом Альтманом и базирующаяся в Санта-Кларе, Калифорния, работает над созданием своей первой коммерческой установки в Национальной лаборатории Айдахо Министерства энергетики. Джейк ДеВитт, генеральный директор Oklo, сообщает, что, откровенно говоря, в отходах современных реакторов достаточно энергии, чтобы обеспечивать всю страну в течение 150 лет.
Фундаментальная проблема заключается в том, что переработка ОЯТ включает извлечение плутония из топливных таблеток. Хотя термины «переработка» (reprocessing) и «рециклинг» (recycling) часто используются взаимозаменяемо, первый относится к выделению полезного материала, а второй — к его повторному использованию в реакторе. Эксперты в области ядерного нераспространения глубоко обеспокоены любым процессом, который делает плутоний более доступным. У США нет плана по окончательному захоронению высокоактивных радиоактивных отходов с тех пор, как в 2010 году провалились планы по созданию пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО) в Юкка-Маунтин в Неваде.
Росс Мацкин-Бриджер, старший директор по безопасности ядерных материалов в Инициативе по сокращению ядерной угрозы, некоммерческой организации по глобальной безопасности, говорит, что самая сложная часть создания ядерного оружия — это получение материала. Необходимые ингредиенты — высокообогащенный уран или плутоний в количествах, превышающих следовые, — не встречаются в природе. Он поясняет, что для создания этих материалов требуются значительные искусственные усилия, и это хорошо. Но как только материал получен, создать оружие не так уж и сложно, и это очень плохо.
Помимо опасений по поводу распространения, эксперты указывают на множество других проблем. В процессе переработки образуются новые потоки отходов — все, что контактирует с материалами, например оборудование, становится загрязненным. И даже после переработки остаются отходы — высокоактивные «продукты деления», включая цезий и стронций. Мацкин-Бриджер признает привлекательность концепции рециклинга, но настаивает, что она иллюзорна. Он задается вопросом, зачем проходить через очень дорогой, грязный, небезопасный и опасный процесс для извлечения и повторного использования этого материала, если можно достичь тех же целей, просто используя больше урана?
Итак, является ли рециклинг разумным решением или недопустимым риском? Являются ли его недостатки причинами для отказа от него, или это вызовы, которые можно преодолеть с помощью правильного сочетания изобретательности и дипломатии? Идея переработки ОЯТ и повторного использования плутония не нова. Фактически, изначально она осуществлялась в военных целях. Во время Второй мировой войны в рамках Манхэттенского проекта рабочие выделяли плутоний из топлива, выгруженного из ядерных реакторов на объекте Хэнфорд в штате Вашингтон, для использования в боеголовках. На заре гражданской атомной энергетики широко ожидалось, что скрытая энергия в ОЯТ в конечном итоге будет извлечена и использована — отчасти потому, что мировые запасы урана считались весьма ограниченными.
Со временем два фактора изменили этот расчет: стало ясно, что запасы урана на планете намного больше, чем предполагалось ранее, и все более очевидными становились риски переработки. В мае 1974 года Индия испытала взрывное устройство, используя переработанное ОЯТ из исследовательского реактора — установки, которую она создала при поддержке Канады и США в рамках программы «Атом для мира». Индия охарактеризовала это как «мирный ядерный взрыв», но, как отмечалось в статье New York Times 1976 года, устройство отличалось от ядерного оружия только для тех, кто думает, что коктейли Молотова делают с водкой.
Это испытание встревожило международное сообщество. В октябре 1976 года президент Джеральд Форд опубликовал заявление о ядерной политике, в котором говорилось, что развитие огромных преимуществ ядерной энергии при одновременной разработке средств предотвращения распространения является одной из главных задач, стоящих сегодня перед всеми странами мира. Он поручил федеральным агентствам приостановить коммерческую деятельность по переработке. Когда к власти пришел президент Джимми Картер, он закрепил этот фактический мораторий на переработку в США, намереваясь подать пример другим странам.
Тем не менее, несколько стран, включая Францию и Великобританию, продолжали заниматься переработкой. В 1981 году президент Рональд Рейган отменил мораторий США, но не предоставил никакой финансовой поддержки. Интереса все равно было мало: уран был дешев, а атомная промышленность переживала трудные времена. Сегодня многое изменилось. В США и во всем мире поддержка ядерной энергетики возросла. В декабре 2023 года на климатическом саммите COP28 в Дубае более 20 стран обязались коллективно утроить мировые ядерные мощности к 2050 году. Однако геополитическая неопределенность не уменьшилась — наоборот. Как отмечается в недавнем отчете Школы международных отношений Эллиотта Университета Джорджа Вашингтона, призыв к утроению ядерной энергетики совпадает с распадом сотрудничества, разрушением норм и потерей доверия к международным институтам, которые имеют решающее значение для безопасной и надежной эксплуатации атомной энергетики.
Можно резонно спросить: поскольку у США уже есть ядерное оружие, в чем именно заключается риск переработки внутри страны? Хотя теоретически возможно, что отдельный злоумышленник — скажем, инсайдер — мог бы тайно вынести материал и создать оружие, это считается относительно маловероятным. Патрик Уайт, до недавнего времени директор по исследованиям в Альянсе ядерных инноваций, вашингтонском аналитическом центре, говорит, что эти объекты оснащены мониторами и датчиками для отслеживания перемещения любого радиоактивного материала. И если кто-то попытается обойти обнаружение с помощью радиационной защиты, это вызовет вопросы — например, почему этот человек выходит с однотонным свинцовым контейнером? На это стоило бы обратить внимание.
Большая озабоченность заключается в том, что другие страны, в том числе те, которые в настоящее время не обладают ядерным оружием, могли бы создать объекты по переработке и использовать их для создания бомб. Именно эту тревогу подчеркнули 29 экспертов по нераспространению и защитников окружающей среды в открытом письме президенту Джо Байдену в прошлом году, возражая против предлагаемого пилотного завода по переработке в США. Подписавшие письмо считают, что если такой объект будет построен в Соединенных Штатах, это узаконит строительство заводов по переработке в других странах, тем самым увеличивая риски распространения и ядерного терроризма.
Ключевой вопрос заключается в том, могут ли различные методы переработки снизить риски. Oklo планирует использовать технологию под названием пиропереработка, разработанную в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе в 1980-х и 1990-х годах с конкретной целью снижения риска распространения. Вместо выделения чистого плутония этот процесс оставляет его смешанным с некоторыми другими тяжелыми элементами. ДеВитт из Oklo описывает это как «грязный, сложный материал». По его словам, чтобы превратить его в оружие, потребовался бы совершенно отдельный перерабатывающий завод. Oklo получила несколько многомиллионных грантов от Министерства энергетики на совершенствование технологии и работает над этим совместно с Национальной лабораторией Айдахо. В декабре 2022 года компания начала начальные этапы подачи заявки в Комиссию по ядерному регулированию (NRC) на получение лицензии для коммерческого объекта по рециклингу в лаборатории Айдахо. Тем временем компания Curio со штаб-квартирой в Вашингтоне, округ Колумбия, запатентовала процесс под названием NuCycle, который, по ее утверждению, также будет устойчивым к распространению. Президент и генеральный директор компании Эдвард МакГиннесс ранее занимал высокие посты в правительстве, где частично курировал вопросы ядерной безопасности.
Ведутся споры о том, насколько пиропереработка действительно снижает риск. Конечный продукт все еще ближе к оружейному материалу, чем непереработанное ОЯТ. Согласно отчету Национальной лаборатории Айдахо, представленному в NRC в декабре 2023 года, эта технология «обладает значительным потенциалом», но «все еще существуют серьезные проблемы, связанные с пиропереработкой». Другие подходы, такие как у Curio, также звучат многообещающе, но их новизна затрудняет оценку.
Некоторые эксперты настолько категорически против переработки, что считают даже ее обсуждение контрпродуктивным. Другие не склонны ее отвергать. В конце концов, по их словам, сам импульс, стоящий за переработкой ядерных отходов — максимальное использование ресурсов и минимизация потребности в добыче — разумен. Уайт из Альянса ядерных инноваций считает, что возобновление разговора о том, что означает переработка, каковы ее потенциальные преимущества и проблемы, — это хорошо.
В некотором смысле эта дискуссия перекликается с аргументами о ядерной энергетике в целом: одни говорят, что она по своей сути слишком рискованна, чтобы ее развивать, другие утверждают, что новые технологические разработки минимизируют эти риски. Можно было бы предположить, что несогласие с рециклингом коррелирует с несогласием с самой ядерной энергетикой. Но это не всегда так. Несколько критиков, включая Мацкина-Бриджера, поддерживают ядерную энергетику как низкоуглеродный источник энергии. Фактически, он полагает, что стремление к переработке — с ее высокими затратами и потенциальными опасностями — может помешать успеху ядерного возрождения.
По крайней мере, ясно, что отношение «Давайте просто переработаем!» является чрезмерно упрощенным. Дэвид Виктор, профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего и содиректор университетской Инициативы по глубокой декарбонизации, активный сторонник ядерной энергетики, не исключает полностью возможность рециклинга. Но он обеспокоен тем, что эта перспектива стала «блестящей безделушкой», которую люди демонстрируют, чтобы создать впечатление, будто проблема отходов решится сама собой. Он утверждает, что если это и произойдет, то должно стать частью более широкой стратегии, которая решает вопросы ОЯТ и нераспространения.