Pod koniec lipca br. angielska firma zajmująca się technologiami jądrowymi „newcleo”, grupa stoczniowa Fincantieri i towarzystwo klasyfikacyjne RINA podpisały historyczne porozumienie. Planują  wdrożyć bezpieczną technologią jądrową do transportu morskiego wykorzystując innowacyjne reaktory IV generacji. Na jednostkach wykorzystywano już reaktory jądrowe do napędu lodołamaczy i statków handlowych. 

Wchodzimy jednak na nowy poziom rozwiązań, bowiem „newcleo” proponuje układy wykorzystujące odpady nuklearne jako paliwo zasilające układ napędowy. Zanim rozwiązanie zostanie zamontowane na statku wykonane zostaną prace koncepcyjne. 

Firmy zapowiadają, że połączą „swoją rozległą międzynarodową wiedzę fachową i doświadczenie w zakresie innowacji, aby wspólnie przeprowadzić studium wykonalności zastosowań systemów jądrowych w transporcie morskim, w tym technologii małych reaktorów modułowych chłodzonych (SMR) firmy „newcleo”. 

W podobnym kierunku zmierzają producenci statków z Republiki Korei. Dziewięć południowokoreańskich organizacji podpisało memorandum o współpracy w zakresie rozwoju i budowy statków i systemów offshore  zasilanych małymi reaktorami modułowymi (SMR). Partnerzy porozumienia zobowiązali się również, że opracują systemy i produkcję wodoru przy użyciu reaktorów MSR.

Koreański MSR na statek

Koreańczycy opracują reaktor takiej wielkości, by można go zamontować na statku. Twierdzą oni, że w przypadku MSR nie będzie konieczności wymiany paliwa jądrowego podczas eksploatacji statku. Jednak, kiedy  reaktorze pojawią się nieprawidłowości, zostanie on tak zaprojektowany, że stopiona sól - będąca płynnym paliwem jądrowym – stwardnieje. 

Zapobiegnie to poważnym awariom. Kompaktowa konstrukcja MSR ułatwia miejsce dla dużych przestrzeni na statku dla ładunku. W przeciwieństwie do silników wysokoprężnych jest to również ekologiczne źródło energii, które nie emituje dwutlenku węgla – podkreślają członkowie porozumienia.

W projekcie uczestniczą H-Line Shipping, Hyundai Merchant Marine (HMM), Janggeum Merchant Marine (Sinokor) i Wooyang Merchant Marine oraz Koreański Instytut Badań nad Energią Atomową (KAERI), Korea Register of Shipping and the Korea Ship & Offshore Plant Research Institute (KRISO).

- Energia jądrowa jest najlepszym źródłem energii do zmniejszania wpływu na zmiany klimatu i osiągnięcia neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla, ponieważ podczas produkcji energii elektrycznej nie ma emisji dwutlenku węgla – powiedział Lee Cheol-woo, gubernator North Gyeongsang zaznaczając: „Wprowadzimy renesans energetyki jądrowej i zbudujemy globalny, innowacyjny ekosystem przemysłowy energetyki jądrowej, skupiony na Morzu Pan-Wschodnim”.

Na początku br. Samsung Heavy Industries ogłosiło, że ukończyło projekt koncepcyjny CMSR Power Barge – pływającej elektrowni jądrowej opartej na kompaktowych reaktorach  i uzyskał certyfikat od American Bureau of Shipping (ABS). Firma planuje komercjalizację CMSR Power Barge do 2028 r.

Włoski LFR na 15 lat

Włosi podkreślają, że wdrożenie innowacyjnego LFR (Liquid Fluoride Thorium Reactor) firmy „newcleo” do napędu okrętu  wiązałoby się z umieszczeniem na statkach zamkniętego mini reaktora jako małego generatora zapewniającego moc elektryczną 30 MW. Wymagałoby to dostarczania paliwa tylko raz na 10-15 lat. Konserwacja takiego  rektora i  układu zasilania wymaga małych nakładów na konserwację. 

- Cieszę się, że wraz z tym ważnym studium wykonalności rozpoczynamy projekt dotyczący cywilnego napędu jądrowego dla marynarki wojennej - podkreślił Stefano Buono, prezes i dyrektor generalny „newcleo” po podpisaniu umowy o współpracy. Łatwa jest również wymiana układu lub paliwa po zakończeniu eksploatacji.

Zdaniem angielskich producentów i włoskich partnerów „Wykorzystanie czystej energii jądrowej do zasilania statków morskich pomogłoby w szybkiej dekarbonizacji sektora borykającego się z ogromnym zużyciem paliw kopalnych i wynikającą z tego emisją dwutlenku węgla”. 

- Od samego początku ambicją newcleo jest przyczynianie się do przyspieszenia dekarbonizacji i dostarczania czystej, zrównoważonej i przystępnej cenowo energii w celu zaspokojenia potrzeb społeczności i przedsiębiorstw. wyniki studium wykonalności i kolejne etapy projektu – mówił Buono. 

 - Dzisiaj Fincantieri potwierdza swoje powołanie do działania w roli pioniera postępu w sektorze morskim dzięki [wprowadzaniu do konstrukcji statków – MG] najnowocześniejszych, wydajnych i zrównoważonych technologii - mówił Pierroberto Folgiero, dyrektor generalny Fincantieri.  

- Umowa pozwala nam zbadać możliwość dodania nowego i wizjonerskiego rozwiązania spośród tych, które mamy do dyspozycji, aby osiągnąć ambitne cele dekarbonizacji, które wyznaczyła sobie branża. Energia jądrowa ma ogromny potencjał i jako taka wymaga najlepszej wiedzy eksperckiej, a my jesteśmy dumni, że możemy współpracować z partnerami takimi jak newcleo i RINA, aby pomóc to osiągnąć – podkreślił Folgiero.

- Poprawa efektywności paliwowej i konstrukcji statków już teraz przynosi dobre rezultaty w zmniejszaniu śladu węglowego. Aby jednak osiągnąć cele wyznaczone dla tej branży, potrzebujemy paliw alternatywnych o niskiej emisji dwutlenku węgla. Energia jądrowa jednym z rozwiązań w realizacji tego celu [dekarbonizacji – MG] - stwierdził Ugo Salerno, prezes i dyrektor generalny RINA i podkreśla „Jesteśmy dumni ze współpracy z newcleo i Fincantieri i uczynimy wszystko, by przedsięwzięcie zostało wykonane i udało się jak najszybciej wdrożyć SMR na statkach”.

Napęd jądrowy lepszy niż metanol

Do wykorzystania małych reaktorów jądrowych do napędu statków namawiał profesor Jan Emblemsvåg z Norweskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii na letnim seminarium Gard „Making Waves – geopolitics, energy and the future of shipping”, które odbyło się na w połowie br. informuje Gard.no. 

Jego zdaniem zielony amoniak nie jest rozwiązaniem ani najlepszym ani perspektywicznym. Choć jest promowany jako rozwiązanie najlepsze w procesie dekarbonizacji transportu morskiego, a szczególnie zalecany jest dla operatorów  dużych statków. Jego zdaniem istotnym problemem jest gęstość energii uzyskiwana z tego paliwa i potrzeba stosowania dużych zbiorników na jego przechowywanie dla zapewnienia pokonania długich oceanicznych tras.

- W 2020 roku po morzach pływało około 580 dużych kontenerowców, które zużywają średnio 250 – 350 t HFO dziennie. Odpowiada to średniemu zapotrzebowaniu na energię wynoszącemu 3350 MWh dziennie, ponieważ tona HFO ma wartość opałową 11,2 MWh/tonę. Amoniak ma wartość opałową 5,2 MWh/tonę, taki statek wymaga około dwa razy większych zbiorników dla amoniaku pod względem objętości niż dla HFO – cytuje profesora Gard.no.

Ważna gęstość energii

Z kolei zielony amoniak wymaga elektrolizy i potrzebuje energii od 9 do 15 MWh na wytworzenie tony paliwa. Do zastąpienia 1 TWh energii cieplnej w żegludze potrzeba 2,2 TWh energii elektrycznej do wytworzenia zielonego amoniaku – wyjaśnia prof. Emblemsvåg. Roczne globalne zużycie paliwa żeglugowego wynosi około 300 mln ton rocznie. 

Korzystając z tych samych obliczeń, ilość wymaganej energii elektrycznej wynosi 7 778 TWh rocznie, czyli prawie 2,7 razy więcej niż całkowita produkcja energii elektrycznej w UE w 2021 r. (2 888 TWh rocznie) – obliczył profesor Norweskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii. Jakie jest więc wyjście? 

Napęd  jądrowy statków przy dzisiejszej technologii jest lepszy ze względu na gęstość energii. Naturalny uran zawiera 3 miliony razy więcej energii niż węgiel, a tor 3,5 miliona razy więcej energii niż węgiel. Przejście na energię jądrową nie powoduje emisji, ponieważ proces polega na rozszczepieniu, a nie spalaniu. 

Kolejną zaletą energii jądrowej jest dostępność materiałów. Uran można wydobywać bezpośrednio z wody morskiej w ogromnych ilościach po rozsądnych kosztach – uważa profesor Jan Emblemsvåg. Jego zdaniem energia jądrowa zapewnia przewagę kosztową. 

- W moich własnych badaniach wykazałem, że dla tankowca Aframax operującego między Singapurem a Zatoką Perską opcja jądrowa może w rzeczywistości obniżyć koszty w porównaniu z HFO. Istnieje również możliwość dostarczania paliwa syntetycznego. W elektrowni jądrowej Nine-Mile-Point w USA możliwa jest produkcja wodoru za 1 USD/kg w ciągu 10 lat, co jest tańsze niż wodór uzyskiwany z większości dzisiejszych kopalnych źródeł energii, które kosztują 0,7-1,6 USD/kg ! Oczekuje się, że konkurencyjne technologie osiągną w najlepszym przypadku cenę 1,5 USD/kg – przewiduje profesor (zob. https://www.ntnu.edu/employees/jan.emblemsvag).

Napęd jądrowy i żagle

W Wielkiej Brytanii nie zatrzymali się na rozważaniach teoretycznych ale poszli jeszcze dalej. Napęd jądrowy zamierzają połączyć z żaglami. Brytyjska firma Nuclear Transport Solutions (NTS), będąca częścią Nuclear Decommissioning Authority (NDA), współpracuje ze specjalistami Smart Green Shipping (SGS), posiadających doświadczenie w dziedzinie odnawialnych technologii morskich. 

W ramach wspólnego projektu planuje się zbadać możliwości wykorzystania do napędu statków nowej technologii sztywnych żagli wraz z siłowniami na energię jądrową. SGS opracowuje unikalne żagle do modernizacji FastRig i zrównoważoną technologię dla statków handlowych.

Jak widać z tego krótkiego przeglądu różnych podejść do wykorzystania małych reaktorów w napędach statków, zanim jeszcze na poważnie wdrożono innowacyjne silniki dwupaliwowe, a nawet trzypaliwowe, na deskach konstruktorów znalazły się statki z małymi reaktorami jądrowymi. 

Zastosowanie do zasilania SMR odpadów nuklearnych brzmi obiecująco. A ponieważ działania na rzecz wykorzystania małych reaktorów prowadzone są na różnych kontynentach, szykuje się ciekawy wyścig na innowacyjne rozwiązania. 

Marek Grzybowski

Fot. Depositphotos