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Em 10 de junho de 2024, a TerraPower, uma empresa de energia nuclear investida pelo fundador da Microsoft, Bill Gates, anunciou que seu reator Natrium da usina nuclear de próxima geração (próxima geração, também conhecida como "quarta geração") custou até US$ 4 bilhões. invadindo Kemmerer, Wyoming. O projeto é um reator rápido resfriado a sódio de 345 MW equipado com um sistema de armazenamento de energia de sal fundido que pode aumentar a potência de saída para 500 MW quando a rede precisar.

Bill Gates investiu em energia nuclear muito cedo. A TerraPower, fundada em 2006, cooperará com a Pacific Power Company, uma subsidiária da Berkshire Hathaway de Buffett, em 2021 para continuar a desenvolver o reator de nêutrons rápidos resfriado a sódio (SFR) de "quarta geração". , e espera realizar a aplicação de cinco novas usinas nucleares em 2035. A melhoria significativa na eficiência energética promoverá enormemente a produção, o estilo de vida e a civilização.

Sódio perigoso

Ao contrário do "reator de água leve" da energia nuclear de terceira geração que usa água como moderador e meio de transferência de calor, o Natrium, conhecido como energia nuclear de quarta geração, usa sódio metálico líquido como fluido de trabalho. Os reatores de água pressurizada (PWR) comuns de hoje podem alcançar troca de calor a 325°C sem vaporização a 150 atmosferas. O ponto de ebulição do sódio metálico é 883°C, portanto o "reator nano-resfriado" pode aumentar a temperatura de operação do reator para 550°C sem pressurização. A condutividade térmica do sódio metálico é 50 vezes maior que a da água. Levando em consideração a temperatura operacional mais elevada acima mencionada, a "Comissão Reguladora Nuclear (NRC)" avalia que a eficiência de troca de calor do sódio metálico líquido é 100 vezes maior que a da água. e sua eficiência de trabalho é maior do que a da terceira geração. A energia nuclear é muito maior.

Os "reatores de água leve" (incluindo reatores de água fervente e reatores de água pressurizada) só podem usar urânio 235, que representa cerca de 0,72% do urânio natural, mas não podem usar urânio 238, que representa 99,28% do urânio natural. Portanto, após o sucateamento das barras de combustível nuclear, a radiação residual dos resíduos nucleares ainda é muito elevada, e os produtos após a reação de fissão também contêm um grande número de elementos pesados, como os actinídeos, que são difíceis de utilizar, e o os riscos de radiação são grandes. O processamento e preservação de resíduos nucleares, a segurança tornou-se um problema em todo o mundo.

O reator de nêutrons rápidos de "quarta geração" pode usar urânio-238, que é extremamente abundante no urânio natural, para evitar o enorme desperdício de materiais nucleares. E no reator de nêutrons rápidos, o urânio-238 captura nêutrons rápidos e sofre dois decaimentos beta para formar o plutônio-239, que serve como fonte de energia da "máquina termoelétrica de radioisótopos" e pode ser usado para impulsionar naves espaciais. Essa característica de "um peixe, dois peixes" é chamada de "reprodução" na física nuclear, e os reatores rápidos de nêutrons são, portanto, também chamados de "reatores reprodutores rápidos de nêutrons".

Maior eficiência significa maiores lucros. Os reatores rápidos de nêutrons não são um conceito novo Já em 1951, a primeira usina nuclear na história da humanidade a realmente gerar eletricidade, o "Reator Criador Experimental No. 1" (EBR-1), usava o princípio dos reatores rápidos de nêutrons. refrigerante é uma liga líquida de sódio e potássio.

No entanto, a teoria é muito avançada, mas a aplicação não consegue acompanhar. A ciência é muito perfeita, mas a tecnologia é difícil de realizar. Isso é inevitável no processo de transformação da ciência pura em tecnologia prática. leva décadas ou mesmo gerações. Os primeiros reatores reprodutores rápidos de metal líquido foram incapazes de superar o efeito de corrosão do sódio do metal líquido em recipientes e tubos.

O sódio metálico é muito reativo. Ele oxida violentamente e queima quando exposto ao ar. Ele pode até explodir quando exposto à água. Portanto, no uso industrial, o sódio deve ser embebido em querosene para armazenamento.

Historicamente, a maioria dos reatores reprodutores rápidos de metal líquido não terminou bem: o reator "Monju" construído no Japão em 1986 teve uma rachadura no sistema de refrigeração em 1995, vazando 640 quilogramas de vapor de sódio e causando um incêndio. continuou a funcionar mal, o vice-diretor do departamento de assuntos do Grupo Dongran cometeu suicídio pulando de um prédio para se desculpar. No entanto, ele não conseguiu salvar a situação e o reator foi finalmente desligado em 2010. O Superphénix construído na França em 1976 já foi o maior reator reprodutor do mundo. Ele também sofreu corrosão e vazamentos em seu sistema de resfriamento de nitrogênio líquido. Foi finalmente desligado em 1997 devido a vários problemas.

Atualmente, os únicos "reatores resfriados a sódio" ainda em operação no mundo são os BN600 e BN800 da Rússia. O Grande Salto em Frente da Ciência e Tecnologia da antiga Marinha Soviética usou "reatores resfriados a sódio" no submarino nuclear Tipo 705, o que levou a acidentes nucleares frequentes: barcos K-64 e barcos K-123 tiveram grandes acidentes nucleares devido a falhas na tubulação de refrigerante de sódio. Os Estados Unidos, que são mais avançados tecnologicamente, não são muito melhores. O SSN-575, que foi colocado em uso em 1957, é o único submarino nuclear dos militares dos EUA que utiliza um "reator refrigerado a sódio". acidente de vazamento, que levou ao seu desmantelamento em 1958. O "reator resfriado a sódio" foi substituído por um reator de água pressurizada relativamente atrasado.

Em resposta aos perigos do sódio metálico, a comunidade científica e tecnológica tem trabalhado incansavelmente durante décadas, experimentando uma variedade de materiais como mercúrio, chumbo, estanho, liga de sódio-potássio, liga de chumbo-bismuto, etc. A "Comissão Executiva da União Europeia" entre 2015 e 2019, investiu 6,6 milhões de euros para construir três projetos de demonstração de reatores de nêutrons rápidos, avaliar a simulação termo-hidráulica e o plano experimental para estudar o SESAME, estudar o fluxo de fluidos metálicos em oleodutos e reatores nucleares e seu impacto em equipamentos, com foco no estudo do nanocooling, estabelecem as bases para o desenvolvimento do caminho da tecnologia de resfriamento de chumbo.

Pode ser usado em armas nucleares

Mesmo que a questão da segurança do sódio metálico seja resolvida, ainda existe um problema de segurança das armas nucleares que deve ser resolvido. O atualmente popular "reator de água leve" de energia nuclear de terceira geração não pode ser usado para armas nucleares e é considerado um modelo de "uso pacífico da energia nuclear". No entanto, o produto da reação do "reator reprodutor rápido", plutônio-239, é material nuclear adequado para armas. A segunda bomba atômica "Fat Man" que detonou Nagasaki em 1945 foi uma bomba de plutônio. Esta é também a razão pela qual a Rússia insiste em manter "reatores refrigerados a sódio" e a Coreia do Norte constrói reactores de água pesada. Ambos os tipos de reactores podem produzir plutónio-239 de qualidade militar, que pode ser utilizado para fabricar armas nucleares.

Portanto, a "Agência Internacional de Energia Atômica" enfatiza que os países com "reatores reprodutores rápidos" devem ter políticas e medidas de monitoramento mais claras. Mas a experiência histórica diz-nos: o “fortalecimento da gestão” baseado nas fraquezas humanas é o menos fiável. Em comparação, a seguinte ideia técnica é um pouco mais confiável: alterar completamente o design da barra de combustível nuclear, de modo que o enchimento primário possa ser executado diretamente até que seja completamente descartado e não possa ser removido com segurança sob o pretexto de "manutenção" no meio, para evitar que o plutônio, produto da fissão, seja refinado e roubado secretamente, se alguém desmontar ou roubar ilegalmente, será exposto à radiação nuclear letal para evitar o risco de terrorismo nuclear.

Os projectos com riscos mais elevados devem ser construídos em áreas relativamente desoladas, fechadas e pouco povoadas. Em caso de acidente, o grau de danos, o controlo da opinião pública e a indemnização das vítimas serão relativamente baixos. Wyoming, onde está localizado o reator refrigerado a sódio de "quarta geração" investido por Bill Gates e Buffett, fica no oeste dos Estados Unidos e é o estado menos populoso dos Estados Unidos. Isso está de acordo com a experiência convencional acima.

A questão é: Será que todos os problemas técnicos do reactor reprodutor rápido de metal líquido, que foram tentados e falharam repetidamente nas últimas décadas, foram resolvidos pela equipa de investigação científica de Bill Gates? A segurança da tecnologia nuclear e as soluções de segurança das armas nucleares são realmente garantidas de forma confiável? Haverá cinco novas centrais nucleares até 2035. As tecnologias e processos estão realmente maduros? É claro que este é o segredo comercial de Bill Gates, e o mundo exterior só poderá verificá-lo com o tempo.

Sistema de armazenamento de energia de sal fundido

Além do tema da energia nuclear, existe também uma tecnologia não nuclear, mas relacionada, nomeadamente o sistema de armazenamento de energia de sal fundido que suporta o reactor Natrium. Pode armazenar o excesso de energia quando a geração de energia nuclear atinge o pico e o consumo de energia do mercado atinge o pico, e quando o consumo de energia do mercado atinge o pico, o reator Natrium não precisa ser sobrecarregado, mas pode aumentar a produção de energia de 155 MW em cerca de 45%. procura, também garante o bom funcionamento e a segurança das centrais nucleares e das redes de transmissão e transformação de energia.

O sistema de armazenamento de energia de sal fundido utiliza o excedente de energia das usinas nucleares para derreter sais inorgânicos seguros e baratos, como nitrato de sódio, nitrato de potássio e nitrato de cálcio em tanques de armazenamento de lava de alta temperatura para armazenar grandes quantidades de energia térmica. Quando libera energia, o sal fundido em alta temperatura passa pelo trocador de calor e aciona o gerador de vapor para gerar eletricidade. Este método de armazenamento de energia é chamado de "TES de armazenamento de energia térmica". Este método de armazenamento de energia pode tornar a perda de energia térmica muito lenta. Um artigo da revista de ciência e tecnologia "Journal of Energy Storage" aponta que o tanque de armazenamento que utiliza a nova tecnologia utiliza uma camada de isolamento de cerca de 125 cm de espessura, e o mensal. a perda de energia é de apenas 5%, o TES pode atingir o armazenamento de energia por meses ou mesmo ao longo das estações.

Em comparação com as baterias de íon-lítio, que perdem apenas 0,5% -1% de energia por mês, em média, o efeito de armazenamento de energia dos sistemas de armazenamento de energia de sal fundido não é tão bom e a perda de energia é maior. No entanto, os seus sais minerais são de baixo custo, mais seguros e não apresentam os enormes riscos potenciais de poluição ambiental do armazenamento de energia química, como os iões de lítio.

Este tipo de sistema de armazenamento de energia de sal fundido pode ser utilizado não apenas em usinas nucleares, mas também em sistemas de geração de energia solar. Em 2018, nasceu na Espanha a Gemasolar, a primeira central solar térmica capaz de gerar eletricidade 24 horas por dia. Está colocada no deserto como uma matriz espelhada. Torre de energia de sal fundido erguida no centro do local. Seu interior Armazene uma mistura de 60% de nitrato de sódio + 40% de nitrato de potássio. Quando não há luz solar à noite, impulsionada pela liberação de calor de sal fundido, ainda pode gerar energia estável por 15 horas. Sua potência de 19,9 MW pode fornecer eletricidade estável para 27.500 residências.

A usina solar térmica de armazenamento de energia de sal fundido não apenas resolve a fraqueza dos painéis solares tradicionais que não podem gerar eletricidade quando não há luz solar, mas também usa espelhos reflexivos em vez de painéis fotovoltaicos, o que reduz a quantidade de energia gerada durante a produção de energia fotovoltaica painéis fotovoltaicos descartados. Grandes quantidades de poluição por metais pesados ​​e o impacto duradouro de painéis fotovoltaicos descartados.

O Chile viu o caso de sucesso da Espanha e lançou o Projeto Alba em 2019. Planeia converter todas as centrais a carvão nas suas áreas desérticas em centrais de energia solar de sal fundido com uma capacidade instalada de 560 MW. Em última análise, espera eliminar completamente os combustíveis fósseis tradicionais. até 2040. Método de geração de energia a combustível. Isto não é apenas para fins de proteção ambiental. Para o Chile, que carece de energia fóssil, se puder substituir a energia pela energia solar com uma nova estrutura e geração de energia estável 24 horas por dia, poderá economizar muitas divisas preciosas que eram originalmente. usado para importar energia. Se puder Exportar energia elétrica para países vizinhos da América Latina pode gerar muitas divisas.

O reator Natrium de Bill Gates + o sistema de armazenamento de energia de sal fundido, se bem-sucedido, sem dúvida melhorará muito os benefícios da energia nuclear na geração de energia. Quanto a Buffett, que sempre foi astuto e calculista, raramente comete erros. Esta "energia nuclear de quarta geração" pode ter uma ampla perspectiva de mercado.

Outra perspectiva de pensamento é: comoIA abertaO maior investidor por trás disso, Bill Gates, que também é um homem com formação em ciência e engenharia, há muito percebeu que a pesquisa e o desenvolvimento de IA/AGI consomem muita energia, e ele tem a energia nuclear em suas mãos, além do sistema de armazenamento de energia de sal fundido com excesso de energia, não só pode alcançar a segurança de todo o sistema, mas também reduzir o custo de consumo de energia da pesquisa e desenvolvimento de IA/AGI (inteligência artificial geral).

Isto coincide com Musk, outro gigante da tecnologia original. Musk investiu na SolarCity muito cedo, o que provou ser de grande importância para aumentar o preço das ações e o valor da marca da Tesla. Mais profundamente, a descrição de Musk do desenvolvimento futuro de suas marcas de inteligência artificial xAI e Neuralink mencionou claramente a pesquisa e desenvolvimento de AI/AGI. Na questão do consumo de energia, dois dos homens mais ricos do mundo “conhecem as suas raízes” têm realmente a mesma visão.

• (Este artigo é apenas a opinião pessoal do autor e não representa a posição deste jornal)

Wu Xu

Editor-chefe Chen Bin