هل يمكن لمفاعلات الملح المنصهر القائمة على الثوريوم أن تكون مستقبل الطاقة النووية في التنمية المستدامة

الطاقة هي شريان الحياة للتنمية الاجتماعية والاقتصادية ، وتلعب دورًا حاسمًا في دعم الصناعات والمنازل وأنظمة النقل. بينما يسعى العالم جاهدًا لمكافحة تغير المناخ والانتقال إلى مستقبل منخفض الكربون ، تتضح أهمية مصادر الطاقة النظيفة والمستدامة بشكل متزايد.

لطالما تم الاعتراف بالطاقة النووية باعتبارها تقنية رئيسية في الحد من انبعاثات الكربون وتلبية الطلب العالمي المتزايد على الطاقة. ومع ذلك ، وعلى الرغم من إمكاناتها ، فقد واجهت الطاقة النووية ركودًا وتراجعًا في السنوات الأخيرة. تهدف هذه المقالة إلى استكشاف المزايا المحتملة لمفهوم غير معروف نسبيًا في الطاقة النووية – مفاعلات الملح المصهور (MSRs) ، على وجه التحديد مفاعلات الملح المصهور التي تعتمد على الثوريوم (TMSRs). تقدم هذه المفاعلات وعدًا بتوفير طاقة آمنة ونظيفة ومقاومة للانتشار وفعالة من حيث التكلفة من أجل التنمية المستدامة.

تحديات الطاقة النووية التقليدية

حاليًا ، غالبية المفاعلات النووية في جميع أنحاء العالم هي مفاعلات الماء المضغوط (PWRs) ومفاعلات الماء المغلي (BWRs). ومع ذلك ، فإن التصور العام للطاقة النووية قد توتر بسبب الحوادث التاريخية والمخاوف بشأن السلامة وإدارة النفايات ومخاطر الانتشار. لقد تركت الحوادث الكارثية مثل حادثتي تشيرنوبيل وفوكوشيما تأثيرًا دائمًا على الرأي العام ، مما يسلط الضوء على المخاطر المحتملة المرتبطة بالطاقة النووية. بالإضافة إلى ذلك ، أثارت قضية التخلص من النفايات النووية وانتشار المواد النووية مخاوف حقيقية بين صانعي السياسات والجمهور.

حققت مفاعلات الماء الخفيف الحديثة (LWRs) ، والتي تشمل PWRs و BWRs ، تقدمًا كبيرًا من حيث أنظمة السلامة وإدارة النفايات. تم تنفيذ معايير أمان صارمة وتصميمات مفاعلات محسّنة وإجراءات استجابة محسّنة للطوارئ لتقليل المخاطر المرتبطة بالطاقة النووية. علاوة على ذلك ، يمكن معالجة مسألة الانتشار من خلال اعتماد استراتيجيات دورة الوقود المتقدمة ، مثل “دورة الوقود الحرارية لمرة واحدة” ، والتي تقلل من إنتاج المواد الصالحة لصنع الأسلحة في المنشآت النووية الجديدة. علاوة على ذلك ، يمكن إعادة معالجة النفايات النووية وإعادة استخدامها ، على الرغم من أن جدوى هذا الخيار تعتمد على الأطر التنظيمية وتفضيلات المخاطر.

ما تعد به مفاعلات الملح المنصهر القائمة على الثوريوم

كشفت الأبحاث الحديثة عن وفرة الثوريوم واليورانيوم في قلب الأرض ، مما يشير إلى أن الطاقة النووية يمكن اعتبارها مصدرًا للطاقة المتجددة. علاوة على ذلك ، حددت الدراسات احتياطيات كبيرة من الثوريوم واليورانيوم في مياه البحر ، مما يشير إلى أن استخراج اليورانيوم من مياه البحر يمكن أن يصبح مجديًا اقتصاديًا في المستقبل.

تمثل مفاعلات الملح المصهور (MSRs) نوعًا جديدًا من مفاعلات الانشطار التي تستخدم خليطًا سائلًا من الأملاح المنصهرة كوقود. من بين الأنواع المختلفة من MSRs ، تبرز مفاعلات الملح المنصهر القائمة على الثوريوم (TMSRs) كخيار واعد. TMSRs هي مفاعلات نووية تحفيزية تستخدم الثوريوم المخصب لتحويل اليورانيوم قبل الخضوع للانشطار. هناك ثلاث فئات رئيسية من TMSRs: MSR المشوه (DMSR) ، مربي الملح المصهور (MSBR) ، والمفاعل السريع الملح المصهور (MSFR). توفر هذه المفاعلات مزايا فريدة مثل السلامة المتأصلة والاستخدام الفعال للوقود وإمكانية دورات الوقود المعتمدة على الثوريوم.

مزايا مفاعلات الملح المنصهر القائمة على الثوريوم

وفرة من الوقود: إجمالي الإمداد المقدر للثوريوم ضخم ، وقادر على تزويد الكوكب بأكمله بالطاقة لآلاف السنين. بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك TMSRs القدرة على استخدام نفايات الثوريوم من العمليات الأخرى ، مما يقلل من الحاجة إلى استخراج المواد الخام الإضافية.

انخفاض النفايات وعدم الانتشار: تنتج دورات الوقود المعتمدة على الثوريوم نفايات ذات سمية إشعاعية منخفضة ولا تتطلب التخصيب. علاوة على ذلك ، فإن وجود اليورانيوم 232 جنبًا إلى جنب مع اليورانيوم 233 في إنتاج طاقة الثوريوم يجعله صديقًا لعدم الانتشار.

ميزات الأمان: تشتمل TMSR على ميزات أمان سلبية ، مما يجعلها مقاومة لانهيارات الوقود والارتفاعات الكبيرة في الطاقة. يسمح استخدام ملح الوقود عالي الحرارة في TMSRs بكفاءة تحويل أعلى وتوليد كهرباء أفضل. تساهم ميزات الأمان هذه ، إلى جانب الاستخدام الفعال للوقود ، في السلامة العامة وموثوقية TMSRs.

مصدر الوقود المستدام: الثوريوم أكثر وفرة وتوزيعًا على نطاق واسع من اليورانيوم ، مما يجعله مصدر وقود جذابًا لاستدامة الطاقة على المدى الطويل. إن إمكانات مضاعفة الوقود في TMSR ، جنبًا إلى جنب مع توافر الثوريوم كمنتج ثانوي لعمليات التعدين الأخرى ، تقلل من الحاجة إلى استخراج المواد الخام على نطاق واسع.

تطبيقات متعددة الاستخدامات: تمتلك TMSRs القدرة على إنتاج ليس فقط الكهرباء ولكن أيضًا المنتجات القيمة الأخرى. يمكنهم توليد الهيدروجين ، وهو وقود نظيف لمختلف التطبيقات ، ويمكن أن يعمل كمبردات فعالة في التطبيقات البحرية.

معالجة التحديات والبحث الإضافي

في حين أن TMSRs لها إمكانات هائلة ، هناك العديد من التحديات التي تحتاج إلى معالجة لاعتمادها على نطاق واسع.

التصور العام: يكمن أحد التحديات الرئيسية في تغيير النظرة العامة والتغلب على التحيزات التاريخية ضد الصناعة النووية. التعليم والتواصل الفعال أمران حاسمان في نقل سلامة وفوائد TMSRs للجمهور ، وتعزيز وجهة نظر أكثر ملاءمة للطاقة النووية.

التحديات التقنية: هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لمواجهة التحديات التقنية المرتبطة بـ TMSRs. يتضمن ذلك تطوير تقنيات فعالة لإعادة معالجة الوقود ، وإنشاء طرق آمنة ومأمونة لتخزين الوقود المستهلك ، وتحسين تصميم وتشغيل أنظمة TMSR.

اعتبارات التكلفة

يخضع تقدير التكاليف المرتبطة بـ TMSR إلى درجة أعلى من عدم اليقين مقارنة بالتقنيات النووية الحالية بسبب مراحل تطويرها المبكرة. ومع ذلك ، تشير الدراسات الأولية إلى أن TMSRs يمكن أن تكون تنافسية من حيث التكلفة مع تقنيات الطاقة النووية التقليدية ومصادر الطاقة الأخرى.

تكاليف رأس المال: تشير التقديرات المبكرة إلى أن TMSR قد يكون لها تكاليف رأسمالية أعلى مقارنة بمفاعلات الماء الخفيف التقليدية. ومع ذلك ، فإن التقدم في علوم المواد وتقنيات التصنيع وإمكانية البناء المعياري يمكن أن يساعد في تقليل هذه التكاليف في المستقبل. يمكن أن تؤدي جهود البحث والتطوير المتزايدة ، فضلاً عن توسيع نطاق الإنتاج ، إلى وفورات الحجم والمزيد من التخفيضات في التكاليف.

تكاليف التشغيل والصيانة: تقدم TMSRs العديد من المزايا التي يمكن أن تؤثر بشكل إيجابي على العمليات التشغيلية وتكاليف الصيانة. تقلل ميزات الأمان المتأصلة في TMSR ، مثل آليات التبريد السلبي والتزويد بالوقود عبر الإنترنت ، من الحاجة إلى أنظمة السلامة المعقدة وإجراءات الصيانة المكلفة. يمكن أن تسهم القدرة على إزالة نواتج الانشطار الغازية وإعادة معالجتها وإعادة استخدام الوقود في زيادة كفاءة العمليات واحتمالية خفض تكاليف الوقود. ومع ذلك ، فإن الفعالية من حيث التكلفة والآثار التنظيمية لتقنيات إعادة المعالجة الخاصة بـ TMSRs تتطلب مزيدًا من البحث.

تكاليف الوقود: يمكن أن يؤدي توافر الثوريوم ووفرته ، إلى جانب إمكانية مضاعفة الوقود في TMSRs ، إلى انخفاض تكاليف الوقود على المدى الطويل. ومع ذلك ، يجب مراعاة التكاليف الأولية المرتبطة بتصنيع الوقود وتطوير دورات وقود الثوريوم. يمثل فصل النظائر وإدارة النفايات المشعة ، وخاصة إزالة البروتكتينيوم -233 ، تحديات فنية وتكلفة تتطلب مزيدًا من البحث.

إن تطوير ونشر تقنيات طاقة نووية آمنة ونظيفة ومقاومة للانتشار وفعالة من حيث التكلفة أمر بالغ الأهمية لتحقيق التنمية المستدامة والانتقال إلى مستقبل منخفض الكربون. بينما حققت التقنيات النووية التقليدية تقدمًا كبيرًا فيما يتعلق بالسلامة وإدارة النفايات ، فإن مفهوم مفاعلات الملح المصهور القائمة على الثوريوم (TMSRs) يوفر مزايا محتملة تتطلب مزيدًا من الاستكشاف.

تمتلك TMSRs القدرة على معالجة المخاوف المرتبطة بالطاقة النووية التقليدية ، بما في ذلك السلامة وإدارة النفايات ومخاطر الانتشار وتوافر الوقود. يمكن أن يوفر استخدام الثوريوم كمصدر للوقود ، إلى جانب ميزات الأمان المتأصلة في MSRs ، حلاً مستدامًا وموفرًا للطاقة على المدى الطويل.

المصدر: International Journal of Sustainable Energy

الصور الرئيسية من عمل: 

Netherlands-based Nuclear Research and Consultancy Group (NRG)