Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 

Академик Олег Фиговский, Израиль  

Согласно новому отчету Международного энергетического агентства (МЭА), возобновляемые источники энергии вместе с атомной энергетикой будут удовлетворять подавляющую часть роста мирового спроса на электроэнергию в ближайшие три года, что сделает маловероятным значительное увеличение выбросов углерода в энергетическом секторе. После небольшого замедления в 2022 году до 2% из-за глобального энергетического кризиса и исключительных погодных условий в некоторых регионах, ожидается, что рост мирового спроса на электроэнергию ускорится до 3% в среднем до 2025 года, говорится в докладе МЭА.

Ожидается, что более 70% роста мирового спроса на электроэнергию в ближайшие три года придется на Китай, Индию и Юго-Восточную Азию. В настоящее время прогнозируется, что доля Китая в мировом потреблении электроэнергии к 2025 году достигнет нового рекорда - одной трети, по сравнению с одной четвертью в 2015 году. В то же время страны с развитой экономикой стремятся расширить использование электроэнергии, чтобы вытеснить ископаемые виды топлива в таких секторах, как транспорт, отопление и промышленность. В то время как в Европейском Союзе в ближайшие годы ожидается снижение выработки электроэнергии на природном газе, исходя из текущих тенденций, значительный рост на Ближнем Востоке должен частично компенсировать это снижение, говорится в докладе. 

Между тем, ожидаемое снижение выработки электроэнергии на угле в Европе и Северной и Южной Америке, скорее всего, будет сопровождаться ростом в Азиатско-Тихоокеанском регионе, несмотря на увеличение развертывания атомной энергетики и возобновление работы электростанций в некоторых странах, например, в Японии.

По данным МЭА, возобновляемые источники энергии и атомная энергия будут доминировать в росте мирового электроснабжения в ближайшие три года, удовлетворяя в среднем более 90% дополнительного спроса. В период 2023-2025 годов производство электроэнергии из возобновляемых источников будет расти быстрее, чем из всех других источников вместе взятых, с годовым ростом более 9%. Высокие темпы роста возобновляемых источников энергии означают, что их доля в мировом энергобалансе вырастет с 29% в 2022 году до 35% в 2025 году.  

В 2022м году объем производства атомной энергии снизился на 4,3% в связи с остановкой на техническое обслуживание большого количества французских АЭС, выводом из эксплуатации энергоблоков в Германии и Бельгии, а также снижением объемов производства на Украине. Однако ожидается, что в период с 2023 по 2025 год производство будет расти в среднем на 3,6% в год, в основном за счет роста в Азиатско-Тихоокеанском регионе, а также возвращения французской генерации к нормальному уровню. Более половины роста мировой атомной генерации до 2025 года приходится всего на четыре страны – Китай, Индии, Японию и Южную Корею. За пределами Азии французский атомный парк обеспечит более трети абсолютного роста мировой атомной генерации до 2025 года по мере постепенного восстановления.

"Энергетический кризис возродил интерес к роли атомной энергетики в обеспечении энергетической безопасности и снижении интенсивности выбросов CO2 при производстве электроэнергии", - сказано в отчете, - "В Европе и США возобновились дискуссии о будущей роли атома в энергобалансе. В то же время в других частях мира уже наблюдается ускоренное развертывание атомных станций".

"В результате в 2023-2025 годах мировое производство атомной энергии вырастет в среднем почти на 4%, что значительно выше, чем 2% в 2015-2019 годах. Это означает, что в каждый год до 2025 года за счет атомной энергетики будет производиться дополнительно около 100 ТВтч электроэнергии, что эквивалентно примерно одной восьмой выработки атомной энергии в США на сегодняшний день", - говорит МЭА. В отчете отмечается, что спрос и предложение электроэнергии во всем мире становятся все более зависимыми от погодных условий, причем экстремальные условия станут постоянной темой в 2022 году. Это подчеркивает необходимость более быстрой декарбонизации и ускоренного внедрения технологий экологически чистой энергетики. В то же время, по мере ускорения перехода к ней, влияние погодных явлений на спрос на электроэнергию будет усиливаться из-за растущей электрификации отопления, а доля погодозависимых возобновляемых источников энергии будет продолжать расти в структуре генерации. "Рост мирового спроса на электроэнергию ускорится, и в ближайшие три года нынешнее потребление электроэнергии в Японии увеличится более чем в два раза", - заявил исполнительный директор МЭА Фатих Бироль.

 "Хорошей новостью является то, что возобновляемые источники энергии и атомная энергетика растут достаточно быстро, чтобы удовлетворить почти весь этот дополнительный аппетит, что говорит о том, что мы близки к переломному моменту для выбросов в энергетическом секторе. Теперь правительствам необходимо дать возможность источникам с низким уровнем выбросов расти еще быстрее и снизить выбросы, чтобы мир мог обеспечить надежное электроснабжение и одновременно достичь климатических целей". "Отчет МЭА демонстрирует очень важную роль, которую атомная энергия играет в настоящее время и будет играть в ближайшие несколько лет в достижении целей энергетической безопасности и целевых показателей по выбросам, причем в 2025 году мировая ядерная генерация достигнет рекордного уровня. Мы надеемся, что эта реальность приведет к большему признанию МЭА того вклада, который мирный атом должен внести в их прогнозы и сценарии достижения нулевых выбросов", - отметила глава Всемирной ядерной ассоциации Сама Бильбао-и-Леон.

По состоянию на май 2023 года в 32 странах мира в эксплуатации находилось 436 ядерных реакторов. Наибольшее количество действующих ядерных реакторов на тот момент было в Соединенных Штатах - 93 единицы. Франция, Китай и Россия занимали следующие три места, имея в эксплуатации 56, 55 и 37 ядерных реакторов соответственно. Работающие ядерные реакторы - это те, которые подключены к сети. Самые крупные реакторы, находившиеся в стадии строительства по состоянию на май 2023 года, располагались в Великобритании с валовой мощностью производства электроэнергии 1 720 мегаватт. Между тем, страной с наибольшей мощностью строящихся ядерных реакторов в мире был Китай, где на тот момент строились реакторы общей мощностью почти 22 гигаватта.  

Как сообщила Китайская национальная ядерная корпорация, новейшая версия тороидальной установки для удержания плазмы HL-2А получила ток силой 1 млн ампер в режиме улучшенного удержания. Ученые надеются, что им удастся, наконец, приблизиться к управляемому ядерному синтезу, который обеспечит доступ к безопасной, чистой и почти неисчерпаемой энергии.       

«Это важная веха в развитии термоядерной энергии в стране, поскольку управляемый ядерный синтез — один из трех столпов стратегии развития ядерной энергетики КНР», — говорится в заявлении Ядерной корпорации. Представители корпорации заявили, что устройство работает в улучшенном режиме (H-режиме), который обеспечивает значительно более высокую температуру и плотность плазмы. Успех токамака HL-2A в достижении силы тока 1 МА стал возможен благодаря усовершенствованию нового реактора, устранению «ключевых технических препятствий», вызванных применением более мощной системы нагрева и нового дивертера, отводящего тепло и защищающего стенки реактора от повреждений. Его изготовили специалисты компании Юго-Западного института физики в Чэнду. 

Китай стремится добиться независимости в сфере энергетики, и ядерная энергия играет в этой стратегии ключевую роль. За последнее десятилетие страна втрое увеличила мощность своих ядерных электростанций, сообщает Всемирная ядерная ассоциация. Что касается термоядерных технологий, то за период с 2011 по 2022 годы Китай запатентовал больше изобретений в этой области, чем любая другая страна. Кроме того, в 2035 году в КНР планируют закончить строительство прототипа промышленного реактора термоядерного синтеза, а к середине века — начать выработку термоядерной энергии. Важный шаг к термоядерной энергии сделали весной сотрудники EAST, экспериментального сверхпроводящего токамака Академии наук КНР. Она установила новый рекорд — после 120 тысяч испытаний, тороидальная установка смогла поддерживать плазму в режиме высокого удержания в течение 403 секунды. Предыдущий рекорд — 101 секунда — был установлен в 2017 году. 

Стартап, получивший инвестиции от Билла Гейтса, готовится представить модульную батарею в контейнере, разработанную для хранения возобновляемой энергии по самой низкой цене из возможных. Сохраненные излишки чистой энергии можно будет потом отдавать в виде электричества или промышленного тепла. Декарбонизация тяжелой промышленности — крайне непростая задача, учитывая нестабильную природу возобновляемых источников энергии. Фабрикам и заводам нужен бесперебойной доступ к энергии, который не в состоянии обеспечить солнечные панели и ветрогенераторы. В качестве решения этой проблемы обычно предлагают различные накопители энергии. Например, сделанные из углеродных блоков.

Основатели стартапа Antora Energy полагают, что их система окажется дешевле и практичнее, чем аналоги, поскольку может накапливать энергию до 2000 °C и выделять ее как в виде тепла, так и в виде электричества, через высокоэффективные термофотогальванические панели. Материал для блоков легко доступен практически в любом количестве — это побочный продукт различных промышленных процессов, пояснил сооснователь стартапа Эндрю Понек. Это один из самых дешевых материалов для аккумулирования тепла: всего $1 за кВт*ч, что приблизительно в 50 раз дешевле, чем в случае литий-ионной батареи. Благодаря высокой плотности энергии блоки легко перевозить. К тому же он нетоксичный и не загрязняет среду. По мере накопления тепла у твердого углерода повышается теплопроводность и механическая прочность и придают материалу способность быстро абсорбировать большой объем энергии. Блоки сохраняют твердое состояние при температуре до 3000 °C, что позволяет обойти ряд проблем, с которыми сталкиваются другие носители тепла, например, расплавы солей.

«Последнее преимущество крайне высокой температурной стабильности углерода касается теплопередачи, — сказал Понек. — Лучистая теплопередача пропорциональна температуре исходного объекта в четвертой степени, так что если вы удвоите температуру, вы повысите лучистую теплопередачу в 16 раз. В итоге при температурах выше 1500 °C теплопередача работает совершенно иначе, чем при комнатной температуре. Излучение доминирует над проводимостью и конвекцией. К примеру, при 2000 °C свыше 99% теплопередачи осуществляется через свет». Таким образом, система Antora использует излучение раскаленных углеродных блоков. Если клиенту нужно получить сохраненную энергию в виде тепла, система нагревает пар, воздух или какую-нибудь жидкость, которую можно направить в трубы для отопления зданий. Если нужно электричество, свет блоков направляют на фотогальванические панели. Antora уже начала производство тепло-фотогальванических элементов на фабрике с мощностью 2 МВт в год. В 2025 году компания рассчитывает передать клиентам первые коммерческие хранилища энергии на углеродных блоках. 

24 августа начался сброс в море первой партии воды с тритием с АЭС Фукусима. Планируется, что в течение 17 дней они сольют первую партию из 7800 т. из более чем миллиона тонн воды, накопленной на площадке. Весь же процесс слива воды займет более 30 лет. Так что нет, они не будут в ближайшие дни сливать весь миллион тонн воды. Месяц назад МАГАТЭ выпустило подробный доклад по теме сброса воды с Фукусимы, и в целом их выводы на основе оценок TEPCO: в чисто техническом плане, такой сброс не несет серьезных рисков для людей и морской флоры и фауны, а возможные дозы для людей даже вблизи точки сброса будут в сотни тысяч раз ниже допустимых нормативов для населения. А к границе территориальных вод Японии уровни трития от сброса будут сопоставимы с фоновыми. В целом критиков идеи сброса воды хватает. Давайте сначала коротко их агрументы разберем. Критикуют это решение ряд соседних с Японией стран, например Южная Корея, Китай и Россия. Последние ведут совместную длительную переписку в рамках МАГАТЭ с Японией. Например, Китай и Россия спрашивают почему выбран именно такой вариант обращения с водой, а не решено и дальше хранить ее на площадке или выпарить? Намекают на то, что помимо трития могут быть сброшены и другие радионуклиды в больших количествах, сомневаются в качественном мониторинге и т.д.

Япония отвечает, что хранить воду на площадке не получается потому, что для нее, во-первых, уже места не остается, и действительно если вы посмотрите на любую фотографию этой АЭС сейчас она вся заставлена баками с водой, и они заполнены почти на 97%. А во вторых, отвечает Япония, это в целом не долгосрочное решение и небезопасный способ. Воду и так уже более 10 лет хранят в баках, бывают протечки, и со временем их может быть больше и больше. Так что нужно какое-то окончательное решение, которое они и выбирали все эти годы. Касательно отказа от выпаривания они ссылаются на то, что процесс воздушного уноса трития при этом будет сложнее контролировать, чем водный сброс. Кроме того, японцы пеняют Китайцам, что те зря так форсируют опасность трития, и напоминают, что одна из АЭС Китая (конкретно - АЭС Qinshan, где за большой сброс трития в основном отвечают два тяжеловодных реактора) ежегодно сбрасывает в океан трития в 10 раз больше, причем совершенно легально и под контролем всех регулирующих органов, чем ежегодно планируют сбрасывать с АЭС Фукусима.

Австралийские ученые сообщили о достижении наивысшей на сегодня эффективности преобразования солнечной энергии для перовскитовых фотоэлементов на стальной подложке. Для того чтобы предотвратить диффузию железа из подложки в фотоэлектрический элемент, они поместили между ними слой оксида индия-олова. Преимущество гибкой и проводящей электричество стали перед стеклом — традиционным материалом для подложки солнечного элемента — в том, что она может выполнять двоякую функцию: и подложки, и электрода. Причем как в случае монолитных солнечных панелей большой площади, так и для более мелких, с одно- и многопереходной архитектурой.

Сталь, помимо гибкости и проводимости, обладает хорошей термостойкостью, прочностью и ударной вязкостью. Однако это непрозрачный материал, и если его использовать в фотоэлементе, то только вместе с прозрачным электродом. С этой целью ученые из Университета Сиднея использовали в качестве промежуточного слоя оксид индия-олова. Следующим после стали и слоя индия-олова толщиной 80 нм идет слой транспорта электронов из оксида олова, перовскитовый поглотитель, слой транспорта дырок Spiro-OMeTAD и буферный слой из триоксида молибдена, а сверху — прозрачный электрод из оксида индия-олова. Первый прототип, собранный по этой архитектуре, достиг эффективности преобразования 13,2%. Аналогичный элемент без промежуточного слоя индия-олова — всего 6%. Далее ученые решили применить метод пассивации — образования тонкого защитного слоя — чтобы еще больше повысить производительность элемента. В итоге образец показал эффективность 17,1%, самый высокий для перовскитовых фотоэлементов на стальной подложке.

Китайская компания CATL представила «первую в мире LFP-батарею со сверхбыстрой 4С-зарядкой». Новая батарея обеспечивает общий запас хода 700 км и может сравнительно быстро заряжаться даже при 10-градусном морозе. Ее массовое производство начнется уже в конце этого года. CATL — крупнейший в мире производитель аккумуляторов для электромобилей, который продает технологии мировым OEM-производителям, включая BMW, Daimler, Honda, Tesla, Volkswagen и многих других, в том числе большинству крупнейших китайских автопроизводителей. Новая батарея Shenxing зарядится от 0 до 80% за 10 минут, обеспечив до 400 км пробега за одну зарядку на быстрых зарядных устройствах. Это при обычных температурах; если температура опустится до −10 °C, то зарядка до 80% с использованием встроенного подогрева батареи займет 30 минут. Компания утверждает, что низкие температуры не повлияют на способность батареи передавать полную мощность на колеса при необходимости.

Чтобы достичь впечатляющего пробега в 700 км, емкость аккумулятора должна составлять 80–100  кВт⋅ч, в зависимости от общей эффективности автомобиля и аккумулятора.  Для обеспечения безопасности при передаче электронов с высокой скоростью CATL разработала полностью нанокристаллический материал катода из фосфата лития и железа. Этот материал создает суперэлектронную сеть, которая способствует легкому извлечению ионов лития и обеспечивает быстрый ответ на сигналы зарядки. Кроме того, на графитовых электродах была использована технология «быстрых ионных колец», которая создает дополнительные «полосы» на поверхности электродов. Это сокращает расстояния, которые должны пройти литиевые ионы при движении к активным поверхностям и обратно. Для ускорения перемещения ионов была разработана новая формула сверхпроводящего электролита, которая снижает его вязкость. Это вторая новаторская батарея, выпущенная компанией в этом году. Первой стала «конденсаторная батарея» массового производства, предназначенная для электроавиации. Она обладает вдвое большей энергетической плотностью по сравнению с батареей Tesla Model Y, составляющей 500 Вт⋅ч/кг. Также стоит отметить 140-кВт⋅ч батарею Qilin, поставленную CATL в прошлом году для специальной версии Zeekr 001. Аккумулятор сделал эту модель первым электрическим серийным автомобилем с запасом хода более 1000 км.

В наше время весьма активно развиваются возобновляемые источники энергии, включая солнечные элементы, ветроэнергетику, геотермальную энергетику, энергию приливов волн и т. п. Но всё это — способы получить энергию. А вот с накоплением всё немного сложнее. Так, те же литиевые аккумуляторы дорогие, достаточно «грязные», включая как производство, так и утилизацию. Да и жизненный цикл их не такой уж и большой. А ещё запасы лития на Земле вовсе не бесконечны. Так что учёные ищут новые способы хранения энергии, и, кажется, это им удаётся. Одна из относительно новых технологий — гравитационные аккумуляторы, где используются только твёрдые материалы, в основном бетон и металл. Дело в том, что накопительные гидроэлектростанции — вовсе не новая технология, существуют они десятки лет. Но их использование предполагает наличие определённой конфигурации местности и большого количества воды. Возвести НГЭС непросто, это дорогое удовольствие. А вот бетонные аккумуляторы — отличный вариант. Они работают по известному принципу: при наличии избытка энергии система накапливает её, в данном случае поднимая груз на определённую высоту. А когда энергии не хватает, груз опускается, преобразуя потенциальную энергию в кинетическую, а затем в электрическую при помощи генератора.

Главное достоинство концепции в том, что такие аккумуляторы можно строить везде — хоть в пустыне, хоть в условиях прохладного климата. Есть там вода или нет, не суть важно. Да и основные материалы, как и говорилось выше, — металл и бетон. Они относительно дешевые, их много, плюс служить они могут гораздо дольше, чем химические батареи. Стоимость эксплуатации такой системы меньше, чем НГЭС, а если что-то сломается, можно быстро починить. Самый показательный пример — крупная гравитационная накопительная установка, которая построена швейцарцами в Китае. Разработка реализована компанией Energy Vault, которая имеет большой опыт в проектировании и создании подобных систем. Проект получил название EVx. Работает она просто — используется принцип подъёма и опускания бетонных блоков для всё того же накопления высвобождения потенциальной энергии. Накопить можно до 100 МВт*ч. Эта станция построена в провинции Цзянсу, и на данный момент она является первым в мире коммерческим гравитационным аккумулятором. Энергия запасается при подъёме 24-тонных блоков на высоту свыше 100 метров. В этой установке используется система лифтов, а не кранов с блоками, как было раньше. Краны использовались в прототипе EV1 компании Energy Vault, который был построен в Швейцарии в 2020 г. с характеристиками 5 МВт и 35 МВт*ч.

По словам создателей системы, её эффективность составляет 75%. То есть аккумулятор возвращает около 75% накопленной кинетической энергии. Конечно, желательно повысить этот показатель, но для такого рода накопителей 75% — отличный результат. Достоинство системы в том, что она простая, надёжная, собирается из местных комплектующих, включая блоки, и может работать в любых климатических условиях без специального контроля и сложного климатического оборудования. Ещё один положительный момент в том, что при необходимости «ёмкость» такого накопителя энергии можно увеличить — как за счёт увеличения высоты конструкции, так и за счёт её расширения в стороны. Это относительно быстрый и безопасный для всей конструкции процесс. Что касается бетона, то в случае Evx используется не он, а прессованный грунт. Для того чтобы его скрепить, добавляются специальные растворы — примерно 1% от массы блока. Накопитель достаточно надёжный, компания даёт сразу 35 лет гарантии на работу своей системы.

В Индии запущен крупнейший в мире кластер гибридных возобновляемых источников энергии. Компания Adani Green Energy завершила проекты солнечной энергии и ветра общей мощностью 2,14 ГВт в штате Раджастхан. Всего в установках использовались 5,8 млн солнечных модулей и 353 ветряные турбины. Adani Green Energy запустила гибридный кластер солнечной энергии и ветра мощностью 2,14 ГВт в районе Джайсалмер в индийском штате Раджастхан. На площади в 46,5 кв км установлено 5,8 млн солнечных модулей с мощностью 535 Вт каждый. Примерно 40% общей мощности фотоэлектрических модулей установлены на конструкциях с фиксированным наклоном. Кроме того, проект включает 353 ветряных турбины. Планы на будущее у Adani Green Energy грандиозные. Компания намерена построить гибридный проект солнечной энергии и ветра мощностью 15 ГВт в Хавде, штат Гуджарат. Планируемый кластер займет площадь 285 кв км. Проект будет включать 33,6 млн фотоэлектрических модулей мощностью 570+ Вт каждый. Установка также будет оснащена трекерами с роботизированной технологией очистки и 375 ветряными турбинами.                      

Важнейшей характеристикой любой батареи, которая может стать приемлемым вариантом хранения возобновляемой энергии, является цена. Анализ, проведенный специалистами MIT, показал: для того чтобы энергосеть полностью питалась энергией ветра и солнца, батарея должна обходиться не дороже $20 за киловатт-час. Современный литий-ионный промышленный аккумулятор на 10 часов стоит около $405 за кВт*ч. Жидкометаллический аккумулятор способен существенно снизить стоимость хранения энергия. Профессор химии Дональд Сэдовей из MIT изобрел более десяти лет назад жидкометаллическую батарею с электродами из расплавленного металла и электролитом из расплава солей, основным достоинством которой должна была стать низкая стоимость. Для коммерциализации своего продукта он основал стартап Ambri. Батарея Ambri стоит от $180 до $250 за кВт*ч, в зависимости от размера и срока службы. Однако к 2030 году расчетная стоимость составит примерно $21 за кВт*ч. По крайней мере, в этом убежден основатель стартапа и его коллеги, а также руководство компании Marlborough, которая готовится разместить у себя первую жидкометаллическую батарею на 300 кВт*ч. Ее построят Ambri и коммунальное предприятие Xcel Energy в городе Аврора (Колорадо) в начале 2024 года. Полностью готовой к работе она должна стать к концу года.

Сниженная стоимость жидкометаллической батареи объясняется более доступными материалами, простыми химическими процессами и конструкцией по сравнению с литий-ионными аналогами, а также более долгим сроком службы. «Идея жидкометаллической батареи делает ее уникальной для стационарного хранения. В отличие от литиевой, она не воспламеняется. И устойчива к спаду емкости, — объяснил Сэдовей. — У нас есть данные о тысячах циклов зарядки, это годы работы. Эта штука может 20 лет работать и все еще сохранит 95% емкости. Покажите мне кого-нибудь, кто пользуется 20-летней литий-ионной батареей».

Жидкометаллическая батарея Ambri состоит из трех жидких слоев, расположенных по уровню плотности. Самый плотный слой, катод из расплавленной сурьмы, находится внизу. Наверху самый легкий — анод из сплава кальция, а между ними электролит из хлорида кальция. Между ними нет никаких мембран или сепараторов. Минусом новой химии и нестандартного форм-фактора стал долгий путь к массовому производству. Весь прогресс в технологии выпуска литий-ионных батарей ничем не мог помочь изобретателям. Пришлось все создавать с нуля, включая производственное оборудование. Помимо Marlborough у Ambri есть крупный заказ на батареи от Microsoft. Компания хочет избавиться от дизельных генераторов, которые сейчас выполняют функцию автономного источника питания. Для запуска производства Ambri понадобится надежный источник сурьмы. Почти 90% мировых запасов этого вещества находится на территории Китая, России и Таджикистана.

Добавление угля превратило цемент в проводник, из которого можно сделать накопитель энергии. Если новую технологию удастся масштабировать, то в будущем дома и дороги смогут хранить электричество в собственном фундаменте, питая бытовые приборы и электромобили. Основа бетона — цемент — сам по себе крайне плохо проводит электричество. Однако ученые из Массачусетского технологического института (MIT) руководимые Franz-Josef Ulm нашли способ сделать его проводником, смешав с техническим углеродом. Полученный материал можно использовать для создания ионисторов — эффективных накопителей заряда. Это удалось продемонстрировать, запитав от такой «бетонной батареи» обычную лампочку. Ионисторы (суперконденсаторы) — простые и эффективные устройства, занимающие среднее положение между конденсаторами и химическими аккумуляторами. Как у конденсаторов, у ионисторов имеются проводящие электроды — «обкладки». Как у аккумуляторов, пространство между ними заполняет проводящий электролит, разделенный проницаемой для ионов мембраной.

 Подача напряжения на электроды позволяет накапливать заряды, разделяя их по разные стороны мембраны. При этом использование негорючих электролитов делает такую систему весьма безопасной.  Инженеры и физики постоянно пытаются интегрировать ионисторы в различные структурные материалы, включая бетон. Новое решение этой задачи нашла команда из MIT. Авторы исследования смешали цемент с тремя-четырьмя процентами технического углерода (мелкая графитовая пыль) и добавили воду. Сам цемент хорошо взаимодействует с водой, а вот углерод гидрофобен, поэтому он формирует сгустки и нити. Таким образом внутри затвердевшей структуры образовалась проводящая сеть. Из пары блоков такого материала можно сделать электроды: ученые поместили между ними мембраны, добавили электролит (хлорид калия), получив небольшой, размером примерно с пуговицу, ионистор.

Далее Ульм и его коллеги продемонстрировали, что устройство работает, успешно запитав от него светодиод. Ученые подсчитали, что емкости такой «бетонной батарейки» достаточно, чтобы в фундаменте типичного частного дома (для США — средним объемом 45 кубометров) можно было накопить до 10 киловатт-час, чего хватит для обитателей этого дома на целый день. Особенно важно то, что для получения «бетонной батарейки» используют дешевые, широко распространенные материалы, известные с глубокой древности. Эти процессы легко сочетать с уже существующим производством бетонных изделий. Если новый подход удастся масштабировать, то в накопители энергии можно превратить почти любые строительные сооружения, включая заряжающие дороги для электромобилей и накапливающие энергию фундаменты для ветряков.

В атомной отрасли появилась новая технология, которая позволяет с высокой точностью измерять геометрию деталей сложной формы с отражающими поверхностями. Это роботизированное высокоточное 3D-сканирование, которое разработали специалисты компании Росатома «Цифрум» и Института машиностроения, материалов и транспорта (ИММИТ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Технология может существенно повысить эффективность и качество производства, а также снизить затраты на контроль и исправление ошибок. 3D-сканирование — это процесс получения трехмерной модели объекта на основе его фотографий или лазерных изображений. Такая модель может быть использована для различных целей: например, для создания копий объекта, для его дальнейшего проектирования или модификации, для контроля качества или для анализа его свойств. Впервые такая технология была создана в Израиле по заказу японских автостроительных компаний. В атомной отрасли 3D-сканирование применяется для контроля геометрии деталей, которые используются в различных устройствах и конструкциях: например, в реакторах, турбинах, насосах, трубопроводах и т. д. Точность геометрии деталей влияет на безопасность, надежность и эффективность работы атомных объектов. Поэтому важно обеспечить соответствие деталей заранее заданным параметрам и избегать их деформации в процессе изготовления или эксплуатации. 

Для этого необходимо проводить регулярные измерения геометрии деталей с помощью специальных приборов — контрольно-измерительных машин (КИМ). Однако такие машины имеют ряд недостатков: они дорогие, сложные в обслуживании и требуют большого количества времени и ресурсов для проведения измерений. Кроме того, они не могут работать с деталями, имеющими зеркальную поверхность, так как отражение света мешает получению точных данных. Для таких деталей необходимо наносить специальные составы, которые уменьшают отражение, но при этом могут повредить поверхность или изменить ее свойства.  Технология роботизированного высокоточного 3D-сканирования основана на использовании роботов, которые оснащены камерами и лазерными сканерами. Роботы могут автоматически перемещаться по заданной траектории и сканировать детали с разных ракурсов. При этом они учитывают особенности формы и поверхности деталей и подбирают оптимальные параметры сканирования. Затем полученные данные обрабатываются специальным программным обеспечением, которое создает трехмерную модель детали и сравнивает ее с эталонной.

Таким образом, можно определить, есть ли отклонения в геометрии детали и насколько они значительны. Это позволяет своевременно обнаруживать и исправлять ошибки, которые могут привести к снижению качества или безопасности продукции. Кроме того, это способствует повышению производительности и сокращению себестоимости, так как уменьшается количество бракованных деталей и отходов. Наконец, это способствует развитию инноваций и конкурентоспособности, так как позволяет создавать более сложные и точные детали, которые могут улучшить характеристики атомных объектов.    

Новая технология роботизированного высокоточного 3D-сканирования имеет большой потенциал для развития и применения в атомной отрасли и не только. По словам разработчиков, технология может быть адаптирована для разных типов деталей и разных отраслей промышленности, где требуется высокая точность геометрии. Также технология может быть интегрирована с другими цифровыми решениями, такими как цифровые двойники, искусственный интеллект, машинное обучение и т. д. Это может дать новые возможности для оптимизации производства, управления качеством, анализа данных и принятия решений. Несмотря на необходимость доработки, уже сейчас она вызывает интерес у представителей более чем 20 предприятий различных дивизионов атомной отрасли, которые хотят внедрить ее на своих производствах и обменяться опытом в сфере робототехники.

Деление ядер – это расщепление ядра атома с образованием двух (или более) лёгких элементов. Хотя в изотопах некоторых тяжёлых элементов, таких как торий и уран, оно может происходить спонтанно, обычно оно запускается нейтроном с нужной энергией, ударяющим по ядру. Энергия, выделяемая при разделении ядерных частиц, используется в качестве источника энергии с середины XX века. Хотя при производстве энергии не выделяются такие же опасные парниковые газы, как при сжигании ископаемого топлива, опасения по поводу риска расплавления, опасных отходов долговременного хранения и стоимости строительства означают, что атомное будущее, о котором многие мечтали в прошлом, может оказаться недостижимым. Только после Второй мировой войны инженеры вновь обратили внимание на возможность использования процесса деления ядер для устойчивого производства тепла, пригодного для выработки электроэнергии. В эпоху, когда при производстве около 60% электроэнергии в мире выделяются парниковые газы, угрожающие катастрофическим глобальным потеплением, атомная энергетика представляет собой сравнительно чистую альтернативу. Однако существуют издержки, которые могут ограничить возможности использования атомной энергии для спасения от климатического кризиса (What Is Nuclear Fission? : ScienceAlert)

Когда речь идёт о поиске экономически эффективных альтернатив ископаемому топливу с низким выбросом парниковых газов, есть варианты и похуже, чем атомная энергетика. Важно отметить, что есть варианты и получше – современные технологии возобновляемой энергетики, такие как солнечная и ветровая, которые с каждым годом становятся все дешевле. Проблемы атомной энергетики делятся на три категории – отходы, риск и стоимость. Одна из самых больших озабоченностей общественности по поводу атомной энергетики в последние десятилетия связана с тем, что делать с урановым топливом после того, как оно настолько насытится делящимися продуктами, что перестанет быть эффективным для производства энергии. Высокоактивные отходы содержат изотопы, радиоактивность которых может снизиться за тысячи лет до уровня, примерно соответствующего уровню радиоактивности руды, из которой они были получены. В настоящее время в мире хранится более четверти миллиона тонн высокорадиоактивных отходов, ожидающих захоронения или переработки. Хотя хранящиеся ядерные отходы не представляют непосредственной угрозы, если они хорошо изолированы, вопросы долгосрочного обращения с ними, а также возможность неправильного обращения и несчастных случаев делают хранение растущего количества ядерных отходов неоднозначной проблемой.  Одним из видов отходов можно считать и выбросы углерода. Хотя процесс деления и преобразования ядерной энергии в электричество относительно свободен от выбросов углерода, общий бюджет углерода, связанный с добычей и переработкой руды, необходимой для деления, и строительством конкретной электростанции, не равен нулю.

В течение всего срока службы новая атомная электростанция может выбрасывать в атмосферу примерно 4 г CO₂ на каждый киловатт*час произведённой электроэнергии. По некоторым оценкам, этот показатель значительно выше – от 10 до 130 граммов CO₂ в отдельных случаях. Таким образом, замена угольных электростанций на атомные позволит ежегодно сберегать в атмосфере несколько миллионов тонн CO₂, не говоря уже о твёрдых частицах и других загрязняющих веществах. По тем же причинам экологически чистые возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные батареи, также не имеют нулевых выбросов в силу их производства и установки [и проблем с захоронением / прим. перев.]. Углеродный след солнечных и ветряных электростанций более или менее сопоставим с нижним пределом для атомной энергетики. В целом, атомная энергия (в лучшем случае) не содержит столько же углерода, сколько солнечная и ветровая, хотя и связана с непопулярной проблемой отходов, которую мало кто хочет иметь у себя под боком.

Прошло более трёх десятилетий с тех пор, как советская Украина дала миру представление о том, как может выглядеть наихудший сценарий ядерной аварии. Чернобыльская АЭС, расплавившаяся во время технических испытаний в 1986 году, превратилась в радиоактивные руины на фоне отравленного радиоактивными осадками ландшафта. В 2011 году после землетрясения в Японии произошла авария на атомной станции «Фукусима». Подобные разрушительные события достаточно редки, чтобы о них можно было писать в шокирующих заголовках. Однако, по некоторым оценкам, такие аварии могут происходить раз в 10–20 лет, что в каждом случае чревато распространением радиоактивных веществ на сотни и даже тысячи километров. Насколько это может быть опасно? Трудно сказать, это зависит от множества факторов, связанных с плотностью населения, степенью облучения и концентрацией изотопов. По данным Всемирной организации здравоохранения, «перемещённое население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жильё и работу, разрыва семейных связей и стигматизации». Иными словами, речь идёт не только о риске радиоактивности, о котором нам следует беспокоиться. Тем не менее, привыкнув к воздействию сжигания ископаемого топлива на здоровье человека, мы мало задумываемся о влиянии на него твёрдых частиц, образующихся при сжигании угля. Который сам по себе тоже не совсем свободен от радиоактивных веществ.

Для сравнения затрат на производство электроэнергии исследователи используют так называемую нормированную стоимость энергии, или LCOE [levelized cost of energy]. Это показатель средней себестоимости выработки электроэнергии, рассчитанный на весь срок службы объекта. Этот показатель зависит от множества факторов, связанных с местоположением и колебаниями поставок ресурсов. Тем не менее, можно получить общее представление о LCOE в мире для сравнения технологий. Согласно докладу о состоянии атомной энергетики в мире на 2020 год, за десятилетие с 2009 по 2019 год LCOE для атомной энергетики выросла на 26% и составила $155 за мегаватт-час. В то же время угольная снизилась на 2%, до $109. Солнечная фотоэлектрическая энергетика, напротив, упала почти на 90% и составила всего $41. Конечно, новые технологии всегда могут изменить ситуацию.

Поиск лучших способов улавливания ядерных отходов может сделать их более безопасными или, по крайней мере, дать общественности уверенность в том, что в будущем они будут представлять меньшую угрозу. Альтернативы изотопам урана могут снять тревогу по поводу расплавов и возможности создания оружия в ядерных программах. Изменение технологий может повлиять на масштабы реакторов или даже полностью повысить их LCOE. Анализ внедрения атомной и возобновляемой энергетики в более чем ста странах за последние 25 лет показал, что атомная энергетика не достигла таких же результатов по снижению выбросов углерода, как возобновляемая. Более того, инвестиции в атомную энергетику – это невозвратные затраты, которые затрудняют последующий переход на возобновляемые источники энергии. Всё это не означает, что ядерной энергетике нет места в будущем производстве энергии. Например, освоение космоса может выиграть от развития технологий ядерного деления. Помимо производства энергии, бесценной отраслью является производство особых изотопов для медицины и научных исследований с использованием деления. Возможно, она не спасёт нас от климатического кризиса, но ядерная эра даёт другие технологические преимущества, которые останутся с нами надолго.