Nova rješenja za sve veće energetske zahtjeve

Hoće li glad za energijom povezana s potrebama podatkovnih centara i umjetne inteligencije potaknuti istraživanja i potražnju za naprednom nuklearnom i geotermalnom energijom?

Nedavno su tehnološki giganti Google i Amazon javnosti predstavili ugovore koji podržavaju „naprednu“ nuklearnu energiju kao dio njihovih napora da postanu ugljično neutralni.

Google je najavio da će kupovati električnu energiju proizvedenu pomoću reaktora koje je razvio Kairos Power sa sjedištem u Alamedi u Kaliforniji dok Amazon ulaže približno 500 milijuna američkih dolara u tvrtku X-Energy Reactor Company sa sjedištem u Rockvilleu, Maryland. Ta kompanija će svoje moderne X-energijske nuklearne reaktore graditi u državi Washington. Oba su poteza dio većeg zelenog trenda koji se pojavio kako se tehnološke tvrtke suočavaju s rastućim energetskim zahtjevima podatkovnih centara i umjetne inteligencije. Microsoft je također najavio da će kupovati energiju od tvrtke koja planira ponovno pokrenuti reaktor od 835 MW u nuklearnoj elektrani Three Mile Island u Pennsylvaniji.

Partnerstva koja su dogovorili Google i Amazon uključuju start-up
tvrtke pionire u dizajnu „malih modularnih reaktora“. Ideja je
napraviti nuklearne reaktore koji su manji, jeftiniji, sigurniji
i brži za postavljanje od konvencionalnih postrojenja (na slici) / Izvor PIXSELL

Partnerstva koja su dogovorili Google i Amazon uključuju start-up tvrtke pionire u dizajnu „malih modularnih reaktora“. Ideja je napraviti nuklearne reaktore koji su manji, jeftiniji, sigurniji i brži za postavljanje od konvencionalnih postrojenja.

U gotovo svim vrstama nuklearnih reaktora izvor energije je cijepanje atoma urana. Jezgra nestabilnog izotopa urana-235 raspada se kada je pogodi neutron, a to oslobađa više neutrona, koji pogađaju više jezgri, što dovodi do lančane reakcije. Konvencionalna nuklearna elektrana izvlači dobivenu energiju u obliku topline i s time grije vodu, prevara je u paru pod pritiskom za pogon turbina koje proizvode električnu energiju.

X-energy dizajn zamjenjuje vodu helijem, dok Kairos planira koristiti rastaljenu sol. I jedni i drugi odriču se konvencionalnih šipki s nuklearnim gorivom, zamjenjujući ih tisućama okruglih „kamenčića“ goriva. Kamenčići se neprestano dodaju na vrh reaktora, dok se istrošeni uklanjaju s dna.

Predloženi reaktori sa šljunčanim slojem su sami po sebi sigurniji jer nisu pod tlakom i jer su dizajnirani tako da rashladne tekućine cirkuliraju bez pomoći pumpi (gubitak električne energije za vodene pumpe uzrokovao je tri katastrofe u Fukushimi).

S druge strane kad reaktori postaju manji oni su i manje efikasni ali nisu skroz bezopasni. U velikom reaktoru većina neutrona nastalih cijepanjem urana putuje kroz veliku količinu goriva, što znači da postoji velika vjerojatnost da će pogoditi drugu jezgru, umjesto da se sudare sa stijenkama reaktorske posude ili pobjegnu u okolinu. Kada smanjite reaktor, u njemu je manje materijala pa ćete imati više curenja neutrona koje mogu apsorbirati druge atomske jezgre i tako postati radioaktivne.

Sve u svemu još je dug put do primjene ovih naprednih nuklearnih reaktora.

Nekoliko kompanija, uključujući Metu i Google, također ulažu u još jedan izvor energije s niskim udjelom ugljika — geotermalnu energiju sljedeće generacije.

Fervo Energy, start-up sa sjedištem u Houstonu, Teksas, dobio je od američke vlade zeleno svjetlo za proširenje geotermalne elektrane koju Fervo gradi u okrugu Beaver, Utah. Projekt bi na kraju mogao generirati čak 2000 MW — kapacitet usporediv s kapacitetom tri elektrane Krško. Iako bi dolazak do te točke mogao potrajati, elektrana već ima kapacitet od 400 MW u pripremi i bit će spremna za 24-satnu opskrbu energijom Googleovih podatkovnih centara i drugih korisnika do 2028. godine. U kolovozu ove godine, još jedan start-up, Sage Geosystems, najavio je partnerstvo s Facebookovom matičnom tvrtkom Meta za isporuku do 150 MW geotermalne energije u Meta podatkovne centre do 2027. godine. Sage, Fervo i druge tvrtke diljem svijeta žele iskoristiti toplinu koja neprestano dolazi iz Zemljinih dubina. Za razliku od konvencionalne geotermalne energije, koja se koristi veći dio stoljeća, ovi projekti ne oslanjaju se na prirodne izvore tople vode nego stvaraju vlastite.

Proces uključuje bušenje bušotine duboke do nekoliko kilometara, gdje su stijene na temperaturi od oko 200 °C te ubrizgavanje vode i pijeska pod visokim pritiskom. To stvara pukotine u stijenama, povećavajući njihovu propusnost i stvarajući rezervoar zagrijane vode koja se može kontinuirano crpiti kroz drugu bušotinu. Vruća voda pod pritiskom zatim se koristi za proizvodnju električne energije.

Poboljšanja u proteklom desetljeću proizašla su iz usvajanja tehnika koje se koriste u industriji nafte i plina, uključujući bolje načine za lomljenje stijena (fracking) i horizontalno bušenje. Istraživači su morali prilagoditi te metode bušenju stijena na visokim temperaturama ili pronaći nova rješenja.

Horizontalno bušenje posebno je bilo ključno za uspjeh ove EGS (engl. enhanced geothermal systems) tehnologije jer pukotine nastale frackingom imaju tendenciju biti okomite. Horizontalna bušotina će prijeći više pukotina, a u njih će se ubrizgati voda i nakon zagrijavanja iz njih izvući.

Razvoj EGS-a ne dolazi bez problema jer uključeni procesi hidrauličkog lomljenja (frackinga) mogu uzrokovati seizmičku aktivnost. Neki projekti, uključujući jedan u Baselu u Švicarskoj i drugi u Pohangu u Južnoj Koreji, zaustavljeni su zbog manjih potresa.

Bez obzira na izazove i u ova dva primjera vidimo da znanost i njezina primjena nude nova rješenja za goruća pitanja i probleme.