Powrót reaktora
Dwutlenek węgla surowcem do produkcji syntetycznych paliw

Stare pożółkłe papiery mają po dwadzieścia lat. Pierwszy adresowany do ministra górnictwa i energetyki gen. dyw. dra Czesława Piotrowskiego, drugi do wiceministra nauki i szkolnictwa wyższego – prof. dra hab inż. - też Czesława - Królikowskiego. Rektor AGH pisze: w połowie lat sześćdziesiątych podjęto w Akademii Górniczo-Hutniczej działania zmierzające do zbudowania tzw. reaktora uniwersyteckiego UR –100 o mocy 100 kW.

Działania te doprowadziły w końcu lat siedemdziesiątych do zakończenia prac projektowych, uzyskania paliwa dla reaktora, wykonania podstawowych elementów rdzenia i układów sterowania oraz zabezpieczeń reaktora.

Z uwagi na trudności w uzyskaniu środków na realizację inwestycji dalsze prace zostały przerwane, a zakupione elementy reaktora bez aktywnego paliwa zostały użyte w postaci makiety do celów dydaktycznych. W roku 1983 po ponownej analizie celowości kontynuowania przedsięwzięcia popartej szeroką dyskusją, postanowiono wznowić dotychczasowe prace, dokonując odpowiednich zmian w zakresie konstrukcji i wyposażenia aparaturowego. W październiku 1984 otrzymano nowe zezwolenie Państwowej Agencji Atomistyki na lokalizację reaktora w wybranym miejscu. W trakcie prac projektowych okazało się, że pomimo znacznego uproszczenia konstrukcji reaktora całkowity koszt inwestycji przekracza 1000 mln złotych, w tym ok. 400 mln zł w samych robotach budowlano-montażowych.

W związku z powyższym rektor zwraca się do ministra z prośbą o przeznaczenie na ten cel w pięciolatce 1986-1990 kwoty 400 mln złotych. Rektor zaznacza, że z uwagi na zaawansowanie prac uczelniany reaktor będzie jedynym reaktorem badawczym na południu Polski i jedynym tego typu urządzeniem badawczym, które da się uruchomić w kraju w dającym się przewidzieć czasie. Ma służyć nie tylko AGH, ale także dwu politechnikom: śląskiej i krakowskiej. Mówi się także o kredycie bankowym, który uczelnia byłaby w stanie spłacić wykonując przy użyciu reaktora prace o charakterze utylitarnym.

Reaktor ma być zlokalizowany w obrębie zabudowań AGH w narożniku ulic Miechowskiej i Reymonta i połączony z pawilonem dydaktycznym Międzyresortowego Instytutu Fizyki i Techniki Jądrowej. Będzie to reaktor badawczy typu basenowego z paliwem wzbogaconym oraz moderatorem lekkowodnym i reflektorem grafitowym. Reaktor, w zbiorniku ze stopu aluminiowego, w osłonie betonowej zmieści się w hali zbudowanej na planie kwadratu o bokach po 18 metrów i wysokości 17 metrów. Pod halą i wokół niej maja znaleźć się pomieszczenia technologiczne: pompownie, wentylatornie, filtry, wymienniki ciepła oraz laboratoria gorące, w tym laboratorium generatorów neutronów i pracownie radiochemiczne.

Niska moc, mały nadmiar reaktywności, dobra osłonność reaktora oraz prawidłowo zaprojektowana gospodarka substancjami promieniotwórczymi zapewniają całkowite bezpieczeństwo radiologiczne dla obsługi i otoczenia, również w sytuacjach awaryjnych – zapewniają pomysłodawcy kontynuowania inwestycji.

Reaktor ma już imię. Ma się nazywać: WANDA od typu: Wodny, Akademicki, Naukowy, Dydaktyczny, Aplikacyjny. Jest też dołączony sytuacyjny projekt autorstwa archiekta Władysława Kwiatkowskiego i zaakceptowany przez ówczesnego prorektora ds. nauczania doc. dr hab. inż. Jerzego Niewodniczańskiego. Później był Czarnobyl i nikt nie miał nawet odwagi wspominać o reaktorze, który praktycznie leżał w przepaścistych piwnicach pod pawilonem C-2 w skrzyniach.

Będzie reaktor

- Będziemy mieć reaktor, ale wysokotemperaturowy – uśmiecha się znacząco prof. Antoni Tajduś - obecny rektor AGH.

Skąd u górnika węglowego takie zainteresowanie i poparcie dla konkurencyjnej przecież energetyki jądrowej ? Okazuje się że mariaż górnictwa węglowego i konwencjonalnej elektroenergetyki z energetyka jądrową jest w stanie stworzyć nową jakość czyniącą zadość oczekiwaniom prawie wszystkich tzn. tych którzy walczą z dwutlenkiem węgla w atmosferze jak i tych którzy przyzwyczaili się do wysokiego komfortu życia pochłaniającego coraz większe ilości energii, choć założenia myślicieli z połowy XX wieku, że wiek XXI - dzięki reakcjom termojądrowym - przyniesie ludzkości powszechną obfitość prawie darmowej energii, trzeba będzie jednak włożyć między bajki utopijnych i niepoprawnych marzycieli.

Koncepcja reaktora wysokotemperaturowego polega na połączeniu żaroodpornego paliwa z gazowym, chemicznie obojętnym chłodziwem w zintegrowanym układzie, zamkniętym w bloku ze sprężonego betonu. Temperatury panujące w rdzeniu wykluczają użycie jakichkolwiek metali. Podstawowym tworzywem z którego wykonany ma być rdzeń, jest grafit, który służy jako moderator, reflektor i materiał konstrukcyjny. Podstawowym elementem paliwa jest maleńka granulka tlenku lub węglika uranu, pokryta grafitową osłoną, mającą w sumie wielkość piłki tenisowej. Paliwem jest wysoko wzbogacony uran wraz z torem jako materiałem paliworodnym. Prace nad reaktorami wysokotemperaturowymi podjęto jeszcze w końcu lat pięćdziesiątych.

Pierwszym wysokotemperaturowym reaktorem eksperymentalnym był DRAGON, uruchomiony w Winfrith w Wielkiej Brytanii. Głównym jego celem było badanie paliw dla reaktorów HTR. Drugi reaktor HTR uruchomiono w elektrowni pilotażowej Peach Bottom w USA, gdzie pracował blisko 8 lat przy współczynniku dyspozycyjności rzędu 86 proc. Był to pierwszy reaktor HTR użyty do produkcji energii elektrycznej. Opierając się na doświadczeniach zebranych podczas jego eksploatacji, zaprojektowano, zbudowano i uruchomiono w 1977 roku demonstracyjną elektrownię z reaktorem HTR w Fort St. Vrain w Stanie Colorado w USA.

Małżeństwo atomu z węglem

Stosowane w świecie metody produkcji paliw płynnych z węgla wiążą się z emisją olbrzymich ilości dwutlenku węgla oraz rozrzutną gospodarką surowcową. Stosunek zużywanego surowca do masy produktu jest ponad pięciokrotny, a nadmiar to emitowany do atmosfery dwutlenek węgla. Wykorzystując ciepło wysokotemperaturowego reaktora jądrowego można całkowicie wyeliminować emisję dwutlenku węgla przy produkcji paliw syntetycznych, można także zmniejszyć emisję pochodzącą z elektrowni węglowej. Surowcem do produkcji paliw syntetycznych może być nie węgiel, a dwutlenek węgla otrzymywany jako odpad z elektrowni węglowej. Drugim niezbędnym surowcem do produkcji paliw będzie wodór uzyskany z rozkładu wody na wodór i tlen w procesie analizy zasilanym przez ciepło z jądrowego reaktora wysokotemperaturowego. Elektrownia węglowa z kolei zużyje tlen z rozkładu wody w procesie spalania węgla, co zwiększy jej efektywność zamiany węgla na elektryczność. A spalanie węgla w tlenia wyeliminuje emisję tlenków azotu, powstających przy spalaniu węgla w powietrzu atmosferycznym. Sam czysty wodór to paliwo przyszłości oraz surowiec wspomagający dzisiaj przeróbkę ropy naftowej w rafineriach i produkcję nawozów sztucznych w zakładach chemicznych. 28 czerwca 2006 roku podczas posiedzenia Rady ds. Atomistyki w Warszawie powołano do życia konsorcjum badawcze, którego celem jest zbudowanie w Polsce działającego w skali przemysłowej reaktora wysokotemperaturowego już w perspektywie roku 2015 a więc za niespełna 8 lat. Deklarację badawczego udziału w konsorcjum złożyły: Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej oraz Wydział Paliw i Energii AGH, Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, Instytut Energii Atomowej oraz Instytut Problemów Jądrowych w Świerku, Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, Wydział Elektryczny Politechniki Częstochowskiej, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki oraz Wydział Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN w Krakowie, Instytut Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie, Instytut Techniki Cieplnej i Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej, Dolnośląskie Centrum Zaawansowanych Technologii Politechniki Wrocławskiej, Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego i Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

7 lipca 2006 roku Konsorcjum, którego pełnomocnikami są profesorowie: Jerzy Cetnar z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie i Ludwik Pieńkowski ze Środowiskowego Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego wystąpiło z Expression of Interest do 7-go Programu Ramowego UE z intencją, aby zostać koordynatorem europejskim projektu: Hydrocarbon Fuel Production with Carbon Dioxide Recycling - Demonstration of Synergy Approach. Funkcja koordynatora projektu jest warunkiem koniecznym, aby infrastruktura badawcza projektu została zlokalizowana w Polsce, a w ślad za nią trafiły do Polski fundusze na badania i prace wdrożeniowe. Zasoby węgla i konwencjonalne elektrownie czekają... (J.B.)