สหรัฐฯ กลับเข้าสู่ตลาดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อีกครั้ง
(spectrum.ieee.org)- โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เดิม 93 แห่งของสหรัฐฯ ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมราว 2,000 ตันต่อปี แต่การทำให้เครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปใช้งานเชิงพาณิชย์ได้จำเป็นต้องมี HALEU ซึ่งการผลิตในระดับเชิงพาณิชย์ยังคงกระจุกตัวอยู่ในรัสเซีย
- Centrus Energy ส่งมอบ HALEU ชุดแรกที่ผลิตจากโรงงานใน Piketon รัฐโอไฮโอ ให้กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ถือเป็นการกลับมาเริ่มต้น การผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ ภายในประเทศอีกครั้งในรอบ 70 ปี
- HALEU มีความเข้มข้นของ U-235 เกือบ 20% สูงกว่ายูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำแบบเดิมที่อยู่ราว 5% แต่ยังต่ำกว่ายูเรเนียมเกรดอาวุธที่มากกว่า 90% จึงยังถูกจัดเป็น เชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะต่ำ
- ในบรรดาเครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไป 10 แบบที่อยู่ในโครงการ Advanced Reactor Demonstration Program ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ มี 9 แบบที่ใช้ HALEU โดยขนาดการลงทุนของภาครัฐอยู่ที่ราว 600 ล้านดอลลาร์สหรัฐ
- คาดว่าสหรัฐฯ จะต้องการ HALEU มากกว่า 40 ตันก่อนปี 2030 และแผนการจัดซื้อราว 25 ตัน ต่อปีเพื่อสร้างอุปสงค์เริ่มต้นในอุตสาหกรรมจะเป็นหัวใจสำคัญของการสร้างห่วงโซ่อุปทาน
การส่งมอบ HALEU ชุดแรกของ Centrus
- Centrus Energy ซึ่งมีสำนักงานใหญ่ใน Bethesda รัฐแมริแลนด์ ได้ส่งมอบ HALEU ชุดแรกที่ผลิตจากโรงงาน Piketon ในรัฐโอไฮโอ ให้กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ
- ปริมาณนี้ถูกมองว่าเป็นจุดเริ่มต้นของ การผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ภายในประเทศ ที่กลับมาอีกครั้งในสหรัฐฯ หลังผ่านไป 70 ปี
- ปริมาณการผลิตช่วงแรกยังมีขนาดเล็กและจะเพิ่มขึ้นเป็นลำดับ
- มีแผนผลิต 20 กก. ภายในสิ้นปี 2023
- คาดว่าจะผลิต 900 กก. ในปี 2024
- ขณะนี้ Centrus กำลังเดินระบบ 1 แคสเคดที่ประกอบด้วย เครื่องหมุนเหวี่ยง 16 เครื่อง
- การผลิตในระดับเชิงพาณิชย์จำเป็นต้องสร้างหลายแคสเคดที่แต่ละชุดมี เครื่องหมุนเหวี่ยง 120 เครื่อง
เหตุใดเครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปจึงต้องใช้ HALEU
- โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เดินเครื่องอยู่ในสหรัฐฯ จำนวน 93 แห่ง ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมราว 2,000 ตัน ต่อปี
- ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำสำหรับเครื่องปฏิกรณ์เดิมอาจตอบโจทย์ข้อกำหนดของเครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปบางประเภทที่จะเริ่มเดินเครื่องในอนาคตได้ยาก
- HALEU ทำให้เครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปมี ความหนาแน่นกำลังสูง
- แกนปฏิกรณ์ขนาดเล็กลง
- อายุการใช้งานแกนปฏิกรณ์ยาวนานขึ้น
- ของเสียเชื้อเพลิงน้อยลง
- ตามข้อมูลของ Centrus พลังงานใน HALEU ปริมาณ 3 ช้อนโต๊ะ สามารถจ่ายไฟได้เทียบเท่าการใช้ไฟฟ้าตลอดช่วงชีวิตของผู้บริโภคชาวอเมริกันโดยเฉลี่ย 1 คน
วิธีการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมและการเลือกเทคโนโลยี
- ในยูเรเนียมธรรมชาติ สัดส่วนของ U-235 ที่สามารถคงปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ได้มีน้อยกว่า 1%
- ปัจจุบันเครื่องปฏิกรณ์ใช้ LEU ที่มี U-235 เกือบ 5%
- HALEU คือเชื้อเพลิงที่เพิ่มความเข้มข้นของ U-235 ขึ้นไปถึงระดับ 19.75%
- วิธีการแพร่ก๊าซแบบเดิมเคยถูกใช้ทั้งใน Manhattan Project และภาคโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ แต่ไม่เป็นที่นิยมแล้วเพราะใช้พลังงานสูงมาก
- Centrus และ Tenex รัฐวิสาหกิจของรัสเซีย ผลิต HALEU ด้วยวิธี การหมุนเหวี่ยงก๊าซ
- เริ่มจากยูเรเนียมเสริมสมรรถนะราว 5% ในสถานะก๊าซ
- ปั่นด้วยความเร็วสูงในเครื่องหมุนเหวี่ยงทรงกระบอกสูงเทียบเท่าอาคาร 4 ชั้น
- U-238 ที่หนักกว่าจะถูกผลักไปทางผนัง ขณะที่ U-235 จะคงอยู่ด้านในมากกว่า
- ก๊าซจะค่อย ๆ ถูกเสริมสมรรถนะจนถึงระดับเป้าหมายเมื่อผ่านแคสเคดของเครื่องหมุนเหวี่ยง
- การเสริมสมรรถนะด้วยเลเซอร์ถูกมองว่าเป็นเทคโนโลยีที่มีอนาคต แต่ยังอยู่ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา
- กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ กำลังจับตา Global Laser Enrichment ใน Wilmington รัฐนอร์ทแคโรไลนา
เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ HALEU และไม่ใช้ HALEU
- ไม่ใช่เครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปทุกแบบที่จะต้องใช้ HALEU
- เครื่องปฏิกรณ์โมดูลาร์ขนาดเล็ก บางแบบที่ GE และ Westinghouse กำลังพัฒนา ใช้น้ำเป็นสารหล่อเย็นและใช้ออกไซด์ยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิง โดยตั้งใจจะใช้เชื้อเพลิง LEU มาตรฐาน
- HALEU จะมีความจำเป็นในเครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปที่ใช้สารหล่อเย็นและเชื้อเพลิงที่แปลกใหม่กว่า และมุ่งไปที่แกนปฏิกรณ์ขนาดเล็กมาก
- เครื่องปฏิกรณ์เร็วระบายความร้อนด้วยโซเดียม ของ TerraPower
- เครื่องปฏิกรณ์ก๊าซอุณหภูมิสูง ของ X-energy
- เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงระบายความร้อนด้วยเกลือฟลูออไรด์ ของ Kairos Power
แนวโน้มอุปสงค์และคอขวดด้านอุปทาน
- กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ คาดว่าสหรัฐฯ จะต้องการ HALEU มากกว่า 40 ตัน ก่อนปี 2030
- ผู้ผลิตเครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปยังเหลือเวลาอีกหลายปีกว่าจะเดินเครื่องแกนปฏิกรณ์จริง
- TerraPower ที่ได้รับการสนับสนุนจาก Bill Gates ประกาศเลื่อนการสาธิต เครื่องปฏิกรณ์ Natrium ออกไป 2 ปีเนื่องจากการขาดแคลน HALEU
- Centrus มีบันทึกความเข้าใจกับ TerraPower แต่ยังไม่มีสัญญาซื้อขายอย่างเป็นทางการ
ผู้จัดหาที่อาจเข้ามาเพิ่มเติมและแผนจัดซื้อของภาครัฐ
- Urenco กำลังพิจารณาการผลิต HALEU ที่โรงงานเสริมสมรรถนะในนิวเม็กซิโก
- เป็นบริษัทที่รัฐบาลสหราชอาณาจักร รัฐบาลเนเธอร์แลนด์ และกิจการสาธารณูปโภคของเยอรมนีร่วมถือครอง
- ปัจจุบันผลิต LEU
- BWXT ประกาศในเดือนสิงหาคม 2023 ว่าจะผลิต HALEU 2 ตัน ในช่วง 5 ปีข้างหน้าให้กับ National Nuclear Security Administration
- กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ วางแผนจัดซื้อ HALEU ราว 25 ตัน ต่อปี เพื่อเริ่มต้นอุตสาหกรรมและมอบสัญญาที่มั่นคงแก่ผู้ผลิต
- เมื่อพิจารณาจำนวนเครื่องปฏิกรณ์รุ่นถัดไปที่ต้องการเข้าสู่เชิงพาณิชย์ในอนาคต การ สร้างหลักประกันด้านอุปทาน HALEU เพื่อหลีกเลี่ยงการพึ่งพาเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จากรัสเซียมากขึ้น ยังคงเป็นประเด็นชี้ขาดของยุทธศาสตร์นิวเคลียร์สหรัฐฯ
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
คำกล่าวที่ว่าสหรัฐฯ พึ่งพาเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนใหญ่จากรัสเซียนั้น ควรมีบริบทสำคัญประกอบว่า ตลาดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ถูกรบกวนไปนาน 10 ปีเพราะ โครงการ Megatons to Megawatts
Centrus ที่ปรากฏในบทความของ IEEE ในตอนนั้นใช้ชื่อว่า US Enrichment Corporation และรับหน้าที่ฝั่งสหรัฐฯ ของการแลกเปลี่ยนนี้
โครงการนี้ประสบความสำเร็จในการลดอาวุธนิวเคลียร์เทียบเท่าหัวรบนิวเคลียร์ 20,008 ลูก แต่โดยพฤตินัยแล้วเป็นการ ‘dumping’ เชื้อเพลิง จนผลักผู้ประกอบการเครื่องหมุนเหวี่ยงออกจากตลาด
https://en.wikipedia.org/wiki/Megatons_to_Megawatts_Program
https://www.centrusenergy.com/who-we-are/history/megatons-to...
สิ่งนั้นกำหนดบรรยากาศว่าสหรัฐฯ จะผลักดันพลังงานนิวเคลียร์ไปได้ไกลแค่ไหน และแม้มันอาจเป็นทางออกที่ดีกว่าโดยรวม ผู้คนก็ไม่อยากสนับสนุนตราบใดที่มันถูกทำให้ตายทางการเมืองได้ง่ายเกินไป ในหนังสือ "Straight from the Gut" ของ Jack Welch ก็มีเนื้อหาว่า GE เห็นกระแสที่เปลี่ยนไป แล้วหันธุรกิจจากการพัฒนาไปสู่บริการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และการตัดสินใจนั้นก็ถูกต้อง
กระแสครั้งนี้ที่ทำให้ผู้คนยอมรับว่าเราต้องเรียนรู้วิธีควบคุมสัตว์ร้ายที่ชื่อว่าฟิชชันนิวเคลียร์ เป็นเรื่องที่น่าคาดหวังมาก เพราะข้อดีมีมากกว่าข้อเสีย
https://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident
https://en.wikipedia.org/wiki/Uranium_One
ไม่ใช่ว่าสหรัฐฯ ไม่ได้อยู่ใน “เกมเชื้อเพลิงนิวเคลียร์” เลย สหรัฐฯ มีโรงแยกไอโซโทปเชิงพาณิชย์ รวมถึง URENCO ในเนวาดา และจัดหาเชื้อเพลิงให้ทั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เดิมกับแบบแผนดั้งเดิมรุ่นใหม่อย่าง AP-1000
ข่าวประชาสัมพันธ์นี้เป็นเรื่องของ ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำความเข้มข้นสูง (HALEU) ซึ่งเครื่องปฏิกรณ์จำนวนมากยังไม่ได้ใช้
NuScale เคยตั้งใจจะใช้เชื้อเพลิงนี้ แต่โครงการนั้นถูกยกเลิกไปเมื่อไม่กี่สัปดาห์ก่อนเพราะปัญหาต้นทุน แม้จะมีการพูดถึงเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงหลายแบบ แต่ไม่รู้ว่าตอนนี้มีเครื่องปฏิกรณ์ที่ต้องการเชื้อเพลิงนี้จริง ๆ หรือไม่ อาจมีอยู่นอกสหรัฐฯ ก็ได้
ตามเกณฑ์ของ NRC ยูเรเนียมธรรมชาติมี U-235 ประมาณ 0.7% เชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์แบบดั้งเดิมถูกเสริมสมรรถนะเป็น 3~5% ส่วน HALEU มี U-235 อยู่ 5~20% และระดับใช้ทำอาวุธอยู่ที่ประมาณ 90%
https://www.nuscalepower.com/-/media/nuscale/pdf/fact-sheets...
TerraPower ซึ่ง Bill Gates เป็นหนึ่งในผู้ร่วมก่อตั้ง ก็พยายามจะใช้ HALEU เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ Natrium ภายในทศวรรษนี้
จนกว่าความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเป็น 10~20 เท่าจากตอนนี้ พลังงานแสงอาทิตย์และลมก็ย่อมเป็นแหล่งพลังงานชั้นรองเมื่อเทียบกับการผลิตไฟฟ้าแบบดั้งเดิมและพลังงานนิวเคลียร์เสมอ
ถ้าตามตัวเลขในบทความ ในปี 2024 กระทรวงพลังงานจะซื้อ 0.9 ตัน จากผู้ผลิตเพียงรายเดียวในสหรัฐฯ แล้วอีก 24.1 ตัน ที่เหลือจะซื้อจากรัสเซียหรือ?
เครื่องปฏิกรณ์เดิม ๆ ไม่ได้ใช้เชื้อเพลิงนี้ นี่เป็นเชื้อเพลิงที่กำลังเพิ่มกำลังผลิตสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ที่ยังไม่ได้สร้าง
สหรัฐฯ มีเครื่องปฏิกรณ์ตั้ง 93 เครื่องเลยหรือ? ผมอยู่ข้าง Greta พลังงานนิวเคลียร์ไปเลย
https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_the_United_St...
ตัวอย่าง: https://www.energy.gov/ne/articles/3-advanced-reactor-system...
ดังนั้นจึงต้องมีวิธีอื่นที่เร็วกว่า และในขณะเดียวกันก็ต้องสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อรองรับ ไฟฟ้าฐาน ด้วย
ถ้าเป็นแร่ที่มียูเรเนียม 0.1% ก็ต้องใช้แร่ 1,000 ตันเพื่อได้ยูเรเนียม 1 ตัน การได้ยูเรเนียม 1 ตันนั้นมีต้นทุนพลังงานสูงและมีของเสียมหาศาล เครื่องปฏิกรณ์ 1GW หนึ่งเครื่องต้องใช้ 200 ตันต่อปี ดังนั้นคิดเป็นแร่ก็ 200,000 ตันต่อปี
เมื่อเทียบกัน โรงไฟฟ้าถ่านหิน 1GW ต้องป้อนถ่านหิน 3~4 ล้านตันต่อปี ปริมาณพลังงานของถ่านหินจะแตกต่างกันเล็กน้อยตามการเผาไหม้ด้วยออกซิเจน
แล้วระบบโซลาร์/ลม/กักเก็บพลังงานที่จ่ายไฟ 1GW ได้อย่างเสถียรตลอด 24 ชั่วโมง ต้องใช้วัสดุกี่ตันต่อปี? ถึงจะมีปัญหาเรื่องการเปลี่ยนแบตเตอรี่ แต่ลองคำนวณเองได้
การพึ่งพาที่ไม่พึงประสงค์อีกอย่างหนึ่งต่อรัสเซียคือเชื้อเพลิงสำเร็จรูปสำหรับ เครื่องปฏิกรณ์แบบรัสเซีย โชคดีที่หลายประเทศเริ่มมอบหมายให้ Westinghouse ผลิตเชื้อเพลิงทดแทนแล้ว แต่ในความเห็นของผม ดูเหมือนว่ายังครอบคลุมแค่ดีไซน์ VVER-440 แบบเดียวเท่านั้น
https://www.westinghousenuclear.com/Portals/0/operating%20pl...
เมื่ออ่านประโยคที่ว่า “เครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงที่จะเริ่มเดินเครื่องในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าไม่มีเชื้อเพลิงยูเรเนียมแบบเดิมเพียงพอ” คุณอาจคิดเหมือนผมว่า “อันนั้นไม่ได้ถูกยกเลิกไปเมื่อสัปดาห์ก่อนหรอกหรือ?”
https://news.ycombinator.com/item?id=38199061
แต่สิ่งที่ถูกยกเลิกคือเครื่องปฏิกรณ์ของ NuScale ส่วน TerraPower ดูเหมือนยังเดินหน้าต่ออยู่ อาจเกี่ยวข้องกับความมั่งคั่งเป็นพิเศษของผู้ก่อตั้งก็ได้
https://abcnews.go.com/Technology/bill-gates-future-nuclear-...
ดูเหมือนว่าจะพบวิธีดึงเงินทุนจากมหาเศรษฐีเข้ามาเพิ่มเติมด้วย
https://www.theguardian.com/us-news/2021/jun/03/bill-gates-w...
รู้สึกเหมือนมีมีม “ฮีโร่ที่เราสมควรได้รับ” ซ่อนอยู่ที่ไหนสักแห่ง
เมื่อลองคำนวณจากตัวเลขที่บริษัทจะผลิต HALEU 20kg ภายในสิ้นปี และผลิต 900kg ในปี 2024 ประกอบกับคำกล่าวที่ว่า HALEU 3 ช้อนโต๊ะสามารถจ่ายไฟให้ผู้บริโภคชาวอเมริกันโดยเฉลี่ยหนึ่งคนได้ตลอดชีวิต จะได้ว่า 20kg เท่ากับไฟฟ้า 1 ปีสำหรับผู้บริโภคชาวอเมริกัน 1,867 คน และ 900kg ก็ประมาณ 84,000 คน ถือว่าไม่เลวสำหรับการเริ่มต้น
https://www.wolframalpha.com/input?i=20+kg+%2F+%28%283+table...
หากคิดเป็นรายปีจะเท่ากับ 6.7 ล้านคน มีเพียง 16 รัฐเท่านั้นที่มีประชากรมากกว่านั้น
ดูดีทีเดียว ถ้าอยากให้สถานการณ์ดีกว่านี้ก็ควรเริ่มตั้งแต่ 50 ปีก่อน แต่การเริ่มตอนนี้ก็ยังดี
การพึ่งพา อาวุธ จากประเทศศัตรูนั้นโง่พอๆ กับที่พวกเขาพึ่งพาอาหารจากประเทศศัตรู
ต้นทุนและเวลานำในการสร้างความเป็นอิสระมีความสำคัญในการพิจารณาเชิงยุทธศาสตร์
บทความที่เกี่ยวข้อง: https://www.eurasiantimes.com/nuclear-champions-us-lags-behi...