Da en af jordens store tektoniske plader kastede sig under en anden ud for den japanske østkyst i marts 2011, genererede det et voldsomt jordskælv og satte en tsunami i gang med bølger, der nåede højder på 20 meter eller mere. Denne ødelæggende kombination efterlod titusinder af mennesker døde og udløste en nukleare krise, da havvand oversvømte stedet for Fukushima Daiichi-kernekraftværket, skærer strøm og deaktiverede sikkerhedssikkerhedsudstyr.
Besætningerne var ikke i stand til at holde reaktorerne kølige, hvilket førte til brændstofsmeltning, brinteksplosioner og frigivelse af radioaktivt materiale. Mere end ni måneder gik inden myndighederne meddelte, at reaktorerne var bragt til en stabil tilstand med kold nedlukning. Sikkerhedsmæssige bekymringer førte også til, at næsten alle Japans andre nukleare anlæg blev lukket.
Fukushima-begivenheden - den værste nukleare ulykke siden Tjernobyl i 1986 - har kastet en skygge over atomenergi og industriens voksende håb om en "nuklear renæssance." Mere end to år senere har Japan kun genstartet kun to af landets 54 reaktorer, og farerne vedvarer ved Fukushima, da arbejderne kæmper for at indeholde radioaktive spildevands lækager. Tyskland og Schweiz har besluttet at udfase atomkraft, og mange andre nationer revurderer deres nukleare ambitioner. I juni 2011 afviste italienske vælgere deres lands nukleare program i en folkeafstemning.
Alligevel forbliver atomkraft i en stadig mere energi-sulten verden en fristende pålidelig, kulstoffri strømkilde og en attraktiv måde at diversificere energiforsyninger og bevæge sig væk fra kilder, herunder kul, der bidrager til klimaændringer. "Vi har brug for en renæssance af nogle teknologier, der kan tage stedet for kul, " siger Per Peterson, professor i nukleeteknologi ved University of California, Berkeley. Både kul- og atomkraftværker er dyre at bygge, men er i stand til at levere pålidelig kraft døgnet rundt med relativt lave brændstofomkostninger. "Det er vanskeligt at se, hvordan du muligvis kan fortrænge kul, hvis du ikke inkluderer atomkraft, " siger Peterson.
På verdensplan ligger fremtidens nukleare stigende grad i Kina og Indien. "Atomrenæssance er i øjeblikket i gang, men primært uden for De Forenede Stater, " siger Dan Lipman, administrerende direktør for strategiske leverandørprogrammer for Nuclear Energy Institute, en erhvervskoncern. Syv af de 66 anlæg, der nu er under opførelse over hele verden, er i Indien. Og Kina forbandt sin 17. atomreaktor med elnettet i februar.
Historien er mere blandet i USA, skønt landet fører verden inden for nuklear elektricitetsproduktion. Indtil for nylig leverede 104 reaktorer i 31 stater omkring 19 procent af landets elektricitet. Den amerikanske energiinformationsadministration forventer, at nye reaktorer vil tilføje omkring 5, 5 gigawatt - sammenlignelig med næsten tre Hoover-dæmninger - med nukleare kapacitet i 2025. I foråret begyndte konstruktion af to nye reaktorer for første gang på 30 år.
Men lave priser på naturgas har taget en smule af indtægterne for planteejere. Flåden faldt til 102 reaktorer i foråret på grund af lukninger af anlægget, hvor det seneste eksempel var Wisconsin's Kewaunee-atomstation, hvor dens overskud blev spist væk af naturgasforsyningen. Nedlukningen har givet anledning til forudsigelser om, at flere lukninger kan være på vej, når ældre atomkraftværker kæmper for at konkurrere. Duke Energy droppede planer om to nye reaktorer i North Carolina og trak officielt sin Crystal River-reaktor - offline i to år - tilbage i Florida efter årtiers drift, efter at have valgt at lukke ned for at reparere. VVM-prognoser ser, at naturgas og vedvarende energi optager større skiver af en voksende amerikansk energipai, afhængig af priser og subsidier.
Atomulykken i 1979 på Three Mile Island i det centrale Pennsylvania, ligesom Fukushima, kom på et lignende tidspunkt med nuklear vækst. På tidspunktet for Tjernobyl-katastrofen var denne vækst imidlertid begyndt at aftage. Det stagnerede ikke kun på grund af øgede sikkerhedsmæssige betænkeligheder, men også på grund af et fald i priserne på fossilt brændstof i kombination med de lange forsinkelser, ballonbudgetter og høje finansieringsomkostninger, der var kendetegnende for nyanlægsbyggeri i 1980'erne og 90'erne. Derefter, som nu, viste det sig, at nukleare økonomi var skræmmende.
Efterhånden blev interessen for nukleare til gengæld genoptaget. Fra omkring 2005, siger Lipman, er en sammenflydning af faktorer fyret op i byggeriet. Den økonomiske vækst øgede efterspørgslen efter elektricitet, og historisk ustabile priser på naturgas var på opsving. Energipolitikken fra 2005 gav lånegarantier og andre incitamenter til nye atomkraftværker og efterspørgsel efter boligelektricitet i de sydøstlige stater - især Florida - "voksede som gangbustere, " siger han. Plus et øjeblik syntes det muligt, at klimaregulering kunne gøre kulkraften mere kostbar.
Timingen var perfekt. "En yngre generation [havde] glemt eller ikke havde levet gennem Three Mile Island og Chernobyl, " siger Edwin Lyman, en seniorforsker i Global Security Program ved Union of Concerned Scientists i Washington, DC
Mens nogle amerikanere har varmet op til ideen om at øge atomkraften, forbliver offentligheden splittet om spørgsmålet. Fem måneder før Fukushima-katastrofen foretrak 47 procent af amerikanerne, der blev undersøgt af Pew Research Center, en stigende brug af atomkraft. Umiddelbart efter krisen faldt støtten til 39 procent, men udtalelserne er blevet mildere siden da.
En mere modtagelig offentlighed kan kun åbne døren for nukleare formål. "De kunne ikke omgå de økonomiske spørgsmål om kernekraft, selv før Fukushima skete, " siger Lyman. Krisen i 2011 i Japan "kastede en anden abenøgle i værkerne."
Nuklear er undertiden blevet forfremmet som et vigtigt våben i kampen mod klimaforandringer, men "niveauet for anvendelse af kernekraft, som du har brug for i de næste par årtier for at få en bukke i den globale opvarmningsemission, ville være så enorm, det er bare ikke muligt, ”Siger Lyman.
Og efter Fukushima er sikkerhed igen en bekymring. Blandt de lektioner, der kommer fra katastrofen, er behovet for at forberede sig på usandsynlige begivenheder, siger Berkeleys Peterson. Efter den 9/11 begyndte Den Nukleare Reguleringskommission, der var ansvarlig for regulering af den amerikanske nukleare industri, at undersøge overset, hvis ikke usandsynlig, trusler om udbredt skade - spørgsmål som "hvad ville vi gøre, hvis terrorister kaprede en flyvemaskine og besluttede at flyve den ind i et amerikansk nukleare anlæg, ”siger Peterson. NRC så på de skader, der ville opstå på et anlægs sikkerhedssystemer i et sådant scenarie, siger han, og kræver nu, at anlæggene anskaffer bærbart nødudstyr som backup.
Hvad der ikke blev taget højde for, var muligheden for en begivenhed eller en kombination af naturlige farer, der nedbringer flere reaktorer på et anlæg, der hver kræver beredskabsindsats og uddannet personals indsats. Mere end en tredjedel af atomkraftværker i USA har i øjeblikket to eller flere reaktorer. Og alligevel muliggjorde beredskabsplaner kun en fiasko. "I USA var vores forberedelse altid, at det ville ske med en af enhederne, " siger Joe Pollock, vicepræsident for nukleare operationer for Nuclear Energy Institute. "Vi skal være i stand til at håndtere alle enheder samtidigt i alle vores planer og forberedelser."
Pollock siger, at atomkraftværker i USA nu er bedre rustet til nødsituationer, men kritikere siger, at reformer ikke er gået langt nok. Unionen af bekymrede forskere har advaret om, at mange reaktorer i De Forenede Stater kunne have været langt værre end Fukushima Daiichi i tilfælde af svigt i kølesystemet, fordi deres brugte brændstofbassiner er tættere pakket og vanskeligere at holde køligt i en nødsituation. Gruppen hævder, at planter burde være i stand til at modstå en 24-timers station-mørklægning uden at ty til bærbart udstyr snarere end de otte timer, der er anbefalet, men ikke krævet, af en NRC-taskforce, der er organiseret som svar på Fukushima, og de bør være klar til at funktion i en hel uge uden support fra webstedet, i modsætning til kun tre dage.
Nyere reaktorer med passive kølesystemer, såsom Westinghouse's AP1000, viser trin mod forbedret sikkerhed. I stedet for pumper og dieselgeneratorer bruger AP1000 naturlig konvektion, tyngdekraft og vandfordampning for at forhindre overophedning og opbygning af tryk uden behov for offsite-strøm eller endda operatørhandling. Det er designet til at modstå 72 timers fuld stop-blackout. Fire AP1000-reaktorer er under opførelse i Kina, og to enheder er planlagt til VC Summer atomkraftværk i South Carolina.
Selv i denne avancerede model var Westinghouse i stand til at identificere potentielle forbedringsområder efter Fukushima-ulykken. Lipman siger, at virksomheden "gik tilbage og undersøgte designet meget markant for at se, hvilken slags ændringer der skulle foretages, " diskuterede designændringer såsom placering af batterier højere op eller installation af vandtætte døre til oversvømmelsesmodstand. Ikke desto mindre har virksomheden konkluderet, at AP1000 kunne udholde en begivenhed, der ligner den, der krøblede Fukushima Daiichi.
Fremtidige atomreaktorer kan måske undgå nogle af omkostnings- og sikkerhedsudfordringerne, der er forbundet med dagens 1.000 plus-megawatt-giganter ved nedbrydning. Det amerikanske energiministerium har et ambitiøst mål om at se teknologi til mindre, selvstændige og for det meste fabriksbyggede reaktorer, der er indsat inden for det næste årti. Kendt som små modulære reaktorer eller SMR'er ville disse mini-nukleare anlæg have elektrisk energi svarende til mindre end 300 megawatt og ville være kompakte nok til at blive sendt med jernbane eller lastbil. Allerede arbejder forskere på snesevis af forskellige koncepter over hele verden.
En lovende type er kendt som en integreret reaktionsvand til tryk. Navngivet mPower kræver denne model fra det nukleare udstyrsfirma Babcock & Wilcox et par 180 megawatt-ækvivalente moduler, der kan køre i fire år uden tankning - dobbelt så længe som dagens reaktorer. Og de er små nok til potentielt at bruge eksisterende infrastruktur ved aldrende kulfabrikker, hvilket øger muligheden for at give nyt, nukleart fyret liv til kulfabrikker fra 1950'erne efter deres pension. Anslåede omkostninger til anvendelse af SMR spænder fra $ 800 millioner til $ 2 milliarder pr. Enhed - ca. en femtedel af omkostningerne ved store reaktorer.
"Det er virkelig meget lettere at designe sikre, små reaktorer, " siger Peterson. Med store reaktorer er der fare for at udvikle "hot spots" i brændstoffet. ”Når brændstof først er beskadiget, bliver det vanskeligere at afkøle, og dermed kan skaden forplantes, ” forklarer Peterson. Veludformede mindre reaktorer, der kan undgå dette problem og måske endda ødelægge behovet for eksternt udstyr og falsk menneskelig beslutningstagning i en krisetid, kan være "i bund og grund sikrere, " siger han. Hvorvidt små modulære reaktorer muligvis forbedrer sikkerheden i den virkelige verden er imidlertid usikker.
Omkostningsfordelene er heller ikke garanteret. "Atomkrafts historie har drevet reaktorer til at blive større og større, " til at drage fordel af stordriftsfordele, siger Lyman. "Hvis du vil gøre små reaktorer konkurrencedygtige med store reaktorer, er du nødt til at reducere driftsomkostningerne, " siger han. "Du er nødt til at skære arbejdsomkostningerne på en måde, der er uansvarlig. Det er ikke beviset, at det er sikkert at reducere antallet af operatører [og] sikkerhedspersonale og opretholder stadig sikkerhed. " Det er muligt at gøre en lille reaktor mere sikker end en større reaktor, tilføjer han, "men det vil ikke ske automatisk."
For enhver innovativ teknologi, der kan erstatte eller få succes med dagens reaktorer, ligger en lang vej foran. "Selv de bedst studerede planter har en masse mysterier, " siger Lyman. Post-Fukushima-drevet til at undersøge de ukendte og eliminere unødvendig risiko kan være alt for kort til at levere varige ændringer. Denne gang siger Lyman, "Det ville være dejligt, hvis der skulle ske ændringer, før katastrofen strejker. "
