İlk bakışta atom enerjisi, radyoaktif atık üretimi, uranyum çıkarmanın ekolojik maliyeti ve yıkıcı nükleer kaza potansiyeli nedeniyle en çevre dostu seçenek gibi görünmeyebilir. Ancak iklim değişikliğinin de etkisiyle dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları ve mühendisler nükleer enerjiyi karbon emisyonlarıyla mücadelede bir araç haline getirmeye çalışıyor. Asıl soru şu: Temiz nükleer enerji mümkün mü?
Dört yıl süren bilimsel araştırma ve hararetli tartışmaların ardından Avrupa Komisyonu nihayet 2 Şubat 2022'de nükleer enerjiye "yeşil" etiketini verdi. Nükleer enerji sektörü, Komisyon'un iklim değişikliğiyle mücadeleye yönelik küresel çabalarda oynadığı rolün kamuoyu tarafından giderek daha fazla takdir edilmesinden derinden etkilenebilir.
Bu da nükleer sektörde "sürdürülebilir" özel yatırımların önünü açacaktır. Bugüne kadar sadece yenilenebilir enerji kaynakları için geçerli olan bu avantaj, vergi indirimlerine de kapı açıyor. Komisyon'un nükleer enerjiyi tercih etmesinin nedeni, nükleer enerjinin yadsınamaz faydalarından biri olan büyük miktarlarda karbonsuz enerji üretme kapasitesidir.
Ancak akademisyenler, STK'lar, üye devletler ve lobiciler arasındaki tartışmalar "DNSH" (Do No Significant Harm) kriteri nedeniyle hararetlendi. Acaba nükleer enerji insanları ve doğal ekosistemleri önemli ölçüde etkiliyor mu?
Bu soruya "evet" diyenler, uranyum madenciliğinin çevreye zarar verme potansiyeli, işçi güvenliği ve radyoaktif atık salınımıyla ilgili endişelerini dile getiriyor. Muhalifler ise yenilenebilir enerji kaynaklarının çok fazla metale ihtiyaç duyması ve gazın çok fazla karbon salması nedeniyle mükemmel bir enerji kaynağı olmadığını savunuyor. Sonuç olarak, Joint Research Centre'ın (JRC) vardığı sonuçlar doğrudur.
Onlara göre, nükleer enerjinin sağlığa veya çevreye güneş enerjisi veya rüzgar gibi yenilenebilir enerjilerden daha zararlı olduğu fikrini destekleyen hiçbir bilimsel kanıt yoktur.
Avrupa'nın enerji özerkliğini arttırma ihtiyacını vurgulamanın yanı sıra, Rusya'nın Ukrayna'ya açtığı savaş enerji tesislerinin güvenliğine ilişkin endişeleri arttırdı. Nükleer enerji araştırmalarının nihai hedefi nükleer enerjiyi mümkün olan en güvenli ve en güvenilir enerji kaynağı haline getirmektir.
Radyoaktif Atıkların Yönetimi: Nükleer Enerjinin "Yeşillendirilmesi" İçin Bir Koşul
Radyoaktif atıkların güvenli bir şekilde bertaraf edilmesi, nükleer enerjiyi daha çevre dostu hale getirmenin ilk adımıdır. Bir tahmine göre ABD'nin yıllık radyoaktif madde üretimi 4.530 metreküptür.
Öte yandan Fransa'da bu miktarın 1.670.000 metreküp olduğu bildirilmektedir. Oldukça şaşırtıcı bir rakam, ancak aldatıcı bir rakam. Öncelikle, nükleer enerji sektörünün aksine, tıbbi, askeri ve araştırma sektörleri genellikle ülkedeki bu atıkların yarısını oluşturmaktadır.
Ayrıca, riskleri ve ömürleri büyük ölçüde değişen radyoaktif ürünler de bulunmaktadır. Yüksek seviyeli fisyon artıkları spektrumun bir ucunda yer alır ve uygun koruma olmadan ölümcüldür. Çok fazla tartışma konusu olmalarına rağmen, hacimleri genellikle birçok ülkedeki toplam atığın sadece %0,2'sini oluşturmaktadır.
Bu atıkların milyon metreküplük büyük çoğunluğu (hacmin yaklaşık %60'ı) genellikle düşük dereceli, kısa ömürlü atıklardan oluşmaktadır. Bu tür malzemelerin tipik örnekleri arasında plastikler, hava filtreleri, hurda metal ve fabrika işçileri tarafından giyilen kıyafetler yer almaktadır.
Bunların azaltılmasındaki teknik zorluklar farklı kategoriler arasında geniş bir çeşitlilik göstermektedir. Bu nedenle, en az zararlı malzemeler için, bilim adamları yüzey depolama hacimlerini düşürmeyi hedefleyen yöntemler aramaktadır: Radyoaktif parçacıkları toplamak için yakma, metallerin eritilmesi vb.
Radyoaktivite yeterince düşükse, bunları standart bir endüstriyel geri dönüşüm devresine enjekte etmek hacimlerini önemli ölçüde azaltır. Ancak ilerleme, teknik engellerden ziyade, birçok ülkede siyasi ve düzenleyici engeller tarafından engellenmektedir. "Nükleer karşıtı gruplar" geri dönüşüm tesisleri inşa etme planlarını geciktirmektedir. Ayrıca, birçok ülkede nükleer santrallerden çıkan atıkların normal endüstriyel atıklar gibi işlenmesine hala izin verilmemektedir.
Bu nedenle konu, teknik ve sosyolojik açıdan yüksek ve orta seviyeli, uzun ömürlü ürünlerle daha yakından bağlantılıdır. Bunlar atığın radyoaktivitesinin %90-95'ini yoğunlaştırma eğilimindedir. Ancak hacimleri oldukça küçüktür; birkaç yıllık operasyonları sırasında yaklaşık 50.000 m3 üretilebilir, bu da bir Amazon deposunun beşte birinden daha azdır. Bu gibi miktarlar kolayca ele alınabilecek kadar küçüktür.
Nükleer atıklar, nasıl ele alacağımızı bilmediğimiz CO2'nin ya da muazzam miktarlarda, endokrin bozucu ve her türden çevresel kirlilik yaratan plastiklerin aksine, aslında iyi test edilmiş bir endüstriyel süreç çerçevesinde düzenlenmektedir.
Japonya ile birlikte bazı Avrupa ülkeleri nükleer geri dönüşümde rol modeldir. Fransa Atom Enerjisi Komisyonu (CEA), ithal uranyuma olan bağımlılığını azaltmak için, ABD'nin aksine, en başından itibaren yakıt geri dönüşümüne öncelik vermektedir. Örneğin, plütonyumun yeniden işlenmesinden elde edilen nükleer yakıtın kullanıldığı MOX süreci, Fransız nükleer reaktörlerinde kullanılan yakıtın %10'unu oluşturmaktadır.
Zayıflatılmış uranyumu zenginleştirmeye yönelik yeni yöntemler, ülkelerin daha çevreci nükleer yakıt kullanımlarını genişletmelerine olanak sağlayacaktır. Ancak bu işlem için gerekli tesisler şu anda sadece Rusya'da mevcuttur.
Nükleer atıkların yeniden işlenmesi söz konusu olduğunda, bazı ülkeler bu ürünleri kendi tesislerinde geri dönüştürürken, Finlandiya gibi diğer ülkeler on milyonlarca ton petrole eşdeğer enerjiye sahip nükleer atıkları, bir gün gelişmiş nükleer reaktörlerle geri kazanılabileceği umuduyla jeolojik depolarına gömmeye karar veriyor.
Hızlı nötron reaktörleri olarak adlandırılan reaktörler atık yönetimi endüstrisinde oyunun kurallarını değiştirebilir. Bunun gibi IV. nesil nükleer santraller öncekilerden büyük bir farkla daha iyi performans göstermektedir. Mevcut teknikler her 1.000 gram doğal uranyumdan kabaca 10 gram bölünebilir malzeme üretmektedir. Yanmış yakıtta hala mevcut olan yüksek enerji miktarı nedeniyle geriye tehlikeli atık kalmaktadır.
Depodaki kullanılmış malzeme de dahil olmak üzere neredeyse tamamı hızlı nötron reaktörleri kullanılarak çıkarılabilir. Bu yöntemin, düşük çevresel etki ve daha fazla geliştirme potansiyeli (örneğin yeşil hidrojen üretmek için) dahil olmak üzere bir dizi faydası olduğu görülmektedir.
IV. Nesil Nükleer Reaktörler
1951 yılında, IV. nesil benzeri ilk nükleer tesis Amerika Birleşik Devletleri'nde işletmeye alınmıştır. Öte yandan, Fransa'daki IV. Nesil Superphénix nükleer santrali 1997 yılında terk edilmiştir. Neden bu tür nükleer santraller dünya çapında kullanılmıyor?
Bunun nedeni jeostratejik kaygılardır. Şimdi bir avantaj olarak gördüğümüz şey -bu reaktörlerin plütonyum yaymaması- nükleer cephaneliklerini arttırmak isteyen hükümetler için bir dezavantajdı. Çünkü plütonyum herhangi bir nükleer bombanın yapımının çok önemli bir parçasıdır.
IV. nesil nükleer santrallere yönelik küresel ilgi son zamanlarda arttı. Belki de bu alanda en ileri ülkelerden biri, çalışan iki hızlı nötron reaktörüne sahip olan ve araştırmalarını hiç durdurmayan Rusya'dır. Çin, Hindistan ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki girişimler de önemli ilerlemeler kaydetmektedir. IV. nesil nükleer santraller nötron reaktörlerinin sanayileştirilmesinin uygulanabilirliğini göstermektedir.
Bu koşullar altında az atık üreten bir nükleer enerji santraline hızlı bir küresel geçiş beklenebilir mi? Şimdiye kadar, IV. nesil nükleer enerjinin halihazırda var olan atık miktarını önemli ölçüde azaltabileceğine dair bir kanıt yoktur. Çünkü kullanılan teknik ne olursa olsun her zaman bir miktar uzun ömürlü atık olacaktır.
Sonuç olarak, nükleer enerji üreten hemen her ülke jeolojik bertaraf programları üzerinde çalışmaya başlamıştır. Genel olarak bilim çevreleri, nükleer atıkların gelecekteki yönetimi söz konusu olduğunda, çok kararlı jeolojik katmanlara gömülmenin genellikle en iyi seçenek olduğu konusunda hemfikirdir.
Nükleer Santraller Ne Kadar Güvenli?
Atıklarla birlikte, Çernobil'den gelen nükleer bulut hala nükleer ufukta mevcut olan en büyük buluttur. Küresel bir travmaya neden olan ve atomu bazı çevrecilerin bir numaralı düşmanı olarak damgalayan bu felaketin insan kaybını tahmin etmek zor olsa da yüzlerce ölü ve nükleer santral çevresindeki uzun ömürlü kirlilik olarak sayılabilir.
Teknolojik ilerlemelerle gelecekte bu tür nükleer felaketlerden mutlak bir şekilde korunabilecek miyiz? Bugün benzer bir olayın meydana gelme olasılığı sıfırdır. Bunun kanıtı fizik alanından gelmektedir, kişisel inançlardan değil. Çernobil'de olduğu gibi zincirleme bir reaksiyonun kontrolden çıkması için son derece sıra dışı bir olaylar dizisi gerekir.
Öte yandan, 2011'de Japonya'da Fukuşima'da yaşanan felaketin nedeni tsunami sonucu reaktörlerden birine giden elektriğin kesilmesiydi ki bu daha az olası bir ihtimaldir. Elektrik olmadan, çekirdeği soğutmak için kullanılan su sirküle edilemeyecek ve bu da çekirdeğin erimesine yol açabilecekti. Bunun üzerine Japon hükümeti, nükleer tesisleri felaketlere karşı daha dayanıklı hale getirmek için acil durum sistemlerini güçlendirdi (afete dayanıklı yedek enerji jeneratörleri, hızlı müdahale ekipleri, vb.)
Güvenlik standartlarındaki artışlar nükleer endüstri tarafından aktif olarak takip edilmektedir. Çin, Rusya, Amerika, Fransa ve Kore'nin rakipleri olan III. nesil nükleer santraller, felaketle sonuçlanabilecek kaza potansiyelini azaltmak amacıyla geliştirilmiştir.
Katastrofik bir kaza sırasında erimiş bir nükleer çekirdeği idare etmek hala çözülmesi en zor konudur. Burada iki prensip arasında bir çarpışma söz konusudur. Amerikan akademik kurumları reaktör kazanının mukavemetini artırmanın yollarını araştırmaktadır. 1979'da Three Mile Island'daki reaktör kazanının çekirdeğin dışarı sızmasını engellemesi ve dolayısıyla çevre üzerinde hiçbir olumsuz etki yaratmaması, bu kazayı Fukuşima'dan sonra tarihin en kötü üçüncü nükleer felaketi haline getirmiştir.
Çekirdeğin reaktör kazanının altına yayılması Fransa ve Çin'de tercih edilen bir yöntemdir çünkü bu yöntem reaktörün yeraltı sularını ya da toprağı kirletmeden soğumasını sağlar. Bununla birlikte, bir nükleer santralle ilişkili risk her zaman mevcut olacaktır. Yüksek enerji ve radyoaktif potansiyele sahip elementler bir alanda yoğunlaştığında, çevresel zarar potansiyeli önemli ölçüde artar. Bu tehlike, hükümetin istikrarsız olduğu veya kurumların çöktüğü devletlerde daha da artar.
Rusya'nın 4 Mart 2022'de Ukrayna'nın Zaporijya kentindeki Avrupa'nın en güçlü nükleer enerji santraline düzenlediği saldırının ardından bu söz kulağa oldukça doğru geliyordu. Zaporijya'daki gibi reaktörler birkaç nedenden ötürü dış saldırılara karşı dayanıklı olacak şekilde inşa edilmiştir. Buna bir bombanın ya da bir jetin santrale çarpması da dahildir. Bir reaktöre yönelik yüksek yoğunluklu bir saldırının kesin etkilerini tahmin etmek imkansızdır. Ancak en kötü senaryo bile Hiroşima'nın nükleer bombayla vurulması (6 Ağustos 1945) ya da Çernobil kazası ile aynı düzeyde olmayacaktır.
Bir Çözüm Olarak Nükleer Enerji Santrallerinin Küçültülmesi
Radyoaktif elementlerin Fukuşima'dakine eşit düzeyde sızması felaket olur. Risk ne kadar büyük olursa olsun, bu olaylar nükleer enerjiden korkmak için hala nedenlerimiz olduğunu kanıtlamıştır. Peki, minyatürleştirme tüm bu tehditlere bir cevap olabilir mi?
Minyatürleştirilmiş nükleer reaktörlere ya da Küçük Modüler Reaktörlere (SMR'ler) doğru küresel bir eğilim var. Bu, özellikle Bill Gates destekli TerraPower da dahil olmak üzere çeşitli işletmelerin ortaya çıktığı Amerika Birleşik Devletleri'nde doğrudur.
Bununla birlikte, 2020 yılında Uzak Doğu'nun Chukotka bölgesine güç sağlayan yüzer bir enerji santrali ile Rusya bir SMR'yi piyasaya süren ilk ülke oldu. Peki daha küçük reaktörler nükleer elektriği daha yönetilebilir bir ölçeğe indirmek için ne gibi bir potansiyele sahip? Nükleer enerjiye temkinli yaklaşanlar SMR'lerin kullanılması fikrine daha açık görünüyor.
Ancak SMR'lerin birincil faydası, diğer enerji altyapısı türlerinin zaten mevcut olduğu yerlerde kurulabilmeleridir. Bu nedenle bir SMR, mevcut altyapı (bağlantılar, türbinler, yüksek gerilim hatları vb.) yerinde tutulurken kirli kömür yakıtlı bir enerji santralinin yerine kullanılabilir. İnsanları sağlıklı ve çevreyi güvenli tutmak, böyle bir geçişin sadece bir yan etkisidir.
UNSCEAR'ın (Birleşmiş Milletler Atomik Radyasyonun Etkileri Bilimsel Komitesi) araştırmasına göre nükleer enerji, kirleticileri nedeniyle yılda tahmini 25 prematüre ölümden sorumlu olan kömürden önemli ölçüde daha güvenlidir.
Bu kadar küçük bir pakette çok fazla enerji içerdiğinden, uranyum fosil yakıtların yerini alabilirken, çevre üzerinde önemli ölçüde daha az iz bırakır ve madencilik için daha az alan gerektirir. Sonuç olarak bölgedeki ekosisteme daha az zarar verir.
Bununla birlikte, nükleer enerji tesislerinin çevre üzerinde tamamen nötr bir etkisi yoktur. Hidrokarbonlar veya yenilenebilir enerji için gereken nispeten büyük miktarlardaki metallerle karşılaştırıldığında, üretilen enerji birimi başına çıkarma ihtiyacının mütevazı olduğu doğrudur. Ancak doğal uranyum madenciliği, çevre üzerinde diğer tüm madencilik süreçleriyle aynı olumsuz etkilere sahiptir.
Kendine has özellikleri, radyoaktif atıkların ve madencilerin ciğerlerine zarar verebilecek bir gaz olan radonun varlığından kaynaklanmaktadır. Bu rahatsızlıkların ortaya çıkma derecesi, halihazırda yürürlükte olan standartlar ve işletmeci kuruluşların bunları uygulama titizliği ile belirlenir.
Uranyum Madenlerinin Çevresel Etkilerinin Sınırlandırılması
Teknolojik açıdan bakıldığında, " liç " prosedürünün yaygın kullanımı bu rakamları düşürmek için en iyi şansı sunmaktadır. Kanada ya da Nijer'de olduğu gibi tünel kazmak ya da açık maden ocakları açmak yerine bu teknik, içindeki uranyumu çözmek için kayaya asit dökmeyi içerir. Madencileri tehlikeye atmaya gerek yok; tek yapılması gereken yüzeyde biriken asidi toplamak.
Dünyanın en üretken uranyum üreticisi (toplamın %40'ı) olan Kazakistan, mineral zenginliğini çıkarmak için liç işlemine güveniyor. Ayrıca, doğru yapıldığı takdirde, bu işlemin hem insanlar hem de çevre üzerinde çok az etkisi olabilir. Ancak bu mükemmel ya da evrensel bir çözüm değil çünkü yatağın su geçirmez kayalarla çevrili olması gerekiyor; aksi takdirde asit akışları toprağı kirletebilir.
Gerçekçi olmak gerekirse, uranyumun gram başına üretimini artırmak, madencilikle ilgili maliyetleri azaltmak için en iyi yaklaşımdır. Şu anda bile, geri dönüşüm ve hızlı nötron reaktörleri bunu yapmanın en etkili yöntemleridir.
Madenciliğin olumsuz etkilerinin yanı sıra, nükleer sektörün soğutma amacıyla aşırı miktarda su kullandığı ve bunun da yerel su kaynakları üzerinde önemli bir olumsuz etkiye sahip olabileceği bilinmektedir. Bu suyun çoğu kirletilmeden, ancak öncekinden birkaç derece daha sıcak olarak geri gönderilir, bu da nehirlerdeki su yaşamı için sonuçlar doğurabilir.
Nükleer santrallerin denize yakın konumlandırılması, ısı daha fazla miktarda suda seyreltileceğinden bu soruna kolay bir çözüm sunmaktadır. Bununla birlikte, bazı SMR projeleri, su kaynağına ihtiyaç duymadan doğal konveksiyonla soğutulabilme, daha iyi bir çevresel denge ve daha fazla güvenlik gibi avantajlara sahiptir.
SMR, hızlı nötronlar, geri dönüşüm ve füzyon gibi nükleer enerjiyi daha temiz ve güvenli hale getirmeyi amaçlayan birçok çalışma devam etmektedir. Peki, inovasyon ve endüstriyel uygulamadaki gecikmeler çevresel acil durumla tutarlı olacak mı?
Önümüzdeki birkaç yılın bir nükleer enerji santralinin çevreye nasıl daha az zararlı hale getirileceğini anlamaya çalışmakla geçmesi, atomun tüm yararları ve sakıncalarıyla birlikte geniş ekolojik enerji kaynakları yelpazesinde nereye ait olduğunu bulmakla geçmesinden daha az olasıdır.
Kaynaklar:
- Nuclear Share of Electricity Generation in 2019
- Generation IV Nuclear Reactors: WNA – World Nuclear Association
- China Nuclear Power | Chinese Nuclear Energy – World Nuclear Association
- Is Clean Nuclear Energy Possible? – Malevus