מאורניום לשקע בקיר: איך כור גרעיני מייצר חשמל, ולמה ענקיות הטכנולוגיה רוצות כורים קטנים
אמזון, גוגל ומיקרוסופט חתמו בשנתיים האחרונות על שורה של עסקאות עם חברות גרעין, ובכולן חוזרים מונחים שעד לא מזמן היו נחלתם של מהנדסים: כורים מודולריים קטנים, קירור בהליום, דלק TRISO. מתחת לכל המונחים האלה עומד עיקרון ותיק מאוד: תחנת כוח גרעינית היא סוג של קומקום ענק.
בלב הכור יושבות גלולות קטנות של אורניום, ארוזות בתוך מוטות מתכת ארוכים. כשנויטרון פוגע בגרעין של אטום אורניום-235, הגרעין מתפצל לשניים, משחרר כמות גדולה של חום ועוד שניים-שלושה נויטרונים, שממשיכים לפצל אטומים נוספים. תגובת השרשרת הזו מבוקרת: מוטות בקרה מחומרים שבולעים נויטרונים מוכנסים לליבה או נשלפים ממנה כדי להאט או להאיץ את התהליך. החום עובר למים, המים הופכים לקיטור, והקיטור מסובב טורבינה שמחוברת לגנרטור. מכאן והלאה הדרך לשקע בקיר זהה לזו של תחנה פחמית או גזית. ההבדל הוא במקור החום, שאין בו שריפה, ולכן הייצור עצמו כמעט נקי מפליטות פחמן דו-חמצני.
הדלק בכורים המסחריים מכיל אורניום מועשר לרמה של 3% עד 5% של האיזוטופ שמתפצל, לעומת כ-0.7% באורניום טבעי ויותר מ-90% בנשק גרעיני. ברוב הכורים מחממים מים שנשמרים נוזליים גם בכ-300 מעלות, ומעבירים את החום למעגל מים שני, שבו נוצר הקיטור.
הידעת?גלולת אורניום אחת מפיקה אנרגיה כמו טון פחם
כור גדול מהדור הנוכחי מספק בדרך כלל 1,000 מגה-ואט ויותר. שתי היחידות החדשות בתחנת ווגל שבג'ורג'יה, הכורים הראשונים שנבנו מאפס בארצות הברית מזה עשרות שנים, מספקות כ-1,100 מגה-ואט כל אחת. סוכנות האנרגיה האטומית הבינלאומית מגדירה כור מודולרי קטן ככזה שמייצר עד 300 מגה-ואט ליחידה. הרעיון הוא לייצר את רוב הרכיבים במפעל ולהוביל אותם לאתר, במקום לבנות כל תחנה כפרויקט הנדסי ייחודי. אתר אחד יכול להתחיל מכמה יחידות ולהוסיף עוד לפי הביקוש.
הכור Xe-100 של אקס אנרג'י, שעומד במרכז התוכנית של אמזון להקים 12 כורים באינדיאנה, מקורר בגז הליום במקום במים ומספק 80 מגה-ואט חשמל ליחידה. הדלק שלו בנוי מחלקיקי TRISO: גרגר אורניום בגודל של זרע פרג, עטוף בכמה שכבות של פחמן וקרמיקה שמתפקדות כמעטפת מגן סביב כל חלקיק. אלפי חלקיקים כאלה נדחסים לתוך כדורי גרפיט, והכדורים נעים לאט דרך הליבה, כך שאפשר להוסיף דלק בלי לכבות את הכור. בניסויים במעבדות של משרד האנרגיה האמריקאי החזיקו החלקיקים יותר מ-300 שעות בחום של עד 1,800 מעלות כמעט בלי נזק. ההליום יוצא מהליבה בחום של כ-750 מעלות ומחמם קיטור עד כ-565 מעלות, ולכן כור כזה יכול לספק למפעלים גם חום תעשייתי לצד החשמל.
מחוץ לארצות הברית הכורים הקטנים כבר כאן. בסין פועלת מאז 2023 תחנה בשיטה דומה, שני כורים מקוררי הליום שמסובבים טורבינה של 210 מגה-ואט, ובאי היינאן מסיימים את ההרצה של לינגלונג 1, כור של 125 מגה-ואט. ברוסיה פועלת מאז 2020 תחנה צפה עם שני כורים קטנים, ובקנדה החלה השנה בנייה של ה-BWRX-300 הראשון באתר דרלינגטון.
מרכזי הנתונים בעולם צרכו ב-2024 כ-415 טרה-ואט שעה, כ-1.5% מכל החשמל, ולפי הערכות הצריכה שלהם תגיע עד 2030 לכ-945 טרה-ואט שעה, בעיקר בגלל הבינה המלאכותית. חוות שרתים צריכה חשמל 24 שעות ביממה, גם כשאין רוח ואין שמש, וחברות הענן התחייבו במקביל להפחית פליטות. כור גרעיני עונה על שני הצרכים: הכורים בארצות הברית עבדו ב-2024 בכ-92% מהזמן בהספק מלא, שיעור הניצולת הגבוה מבין כל מקורות החשמל במדינה. על ההיגיון הזה נשען גם ההסכם של אמזון לרכישת חשמל גרעיני ל-20 שנה מקונסטליישן.
הידעת?כ-440 כורים מייצרים כ-9% מהחשמל בעולם
צ'רנוביל ופוקושימה הפכו את הבטיחות לשאלה הראשונה שעולה בכל דיון על התחום. בכורים המתקדמים הבטיחות נשענת עוד יותר על הפיזיקה: כשהטמפרטורה עולה, קצב הביקוע יורד מעצמו, והדלק הקרמי בנוי לשמור את החומרים הרדיואקטיביים בתוכו גם בחום קיצוני. הפסולת היא סיפור אחר. הכורים המסחריים בארצות הברית צברו מאז שנות ה-50 כ-90 אלף טון של דלק משומש, ובכל שנה מתווספים כ-2,000 טון. בנפח זו כמות קטנה, שהייתה נכנסת למגרש פוטבול אחד בגובה של פחות מ-10 מטרים, אבל היא נשארת רדיואקטיבית אלפי שנים, ולארצות הברית אין עדיין אתר קבע לאחסון שלה.
כל כור בארצות הברית צריך אישור של הוועדה הפדרלית לפיקוח גרעיני, NRC, ובדרך כלל בשני שלבים: היתר בנייה ואחריו רישיון הפעלה. בפרויקט הדגל של אקס אנרג'י, ארבעה כורים באתר של דאו כימיקלס בטקסס, היא השלימה את הבדיקה הסביבתית לפני המועד שנקבע, אבל היתר הבנייה עדיין ממתין לסיום בדיקת הבטיחות.
- אמזון מקדמת הקמת 12 כורים גרעיניים - מניית אקס אנרג'י עולה, אבל עדיין רחוקה מהשיא
- קונסטליישן מזנקת 12% אחרי עסקת גרעין עם גוגל: 890 מגה-ואט בלי כור חדש
הכור הראשון מכל דגם נושא על גבו את כל עלויות הלמידה: שרשרת אספקה שעוד לא קיימת, צוותים שבונים משהו בפעם הראשונה ושינויי תכנון באמצע הדרך. ווגל תוכננה לעלות כ-14 מיליארד דולר והסתיימה ביותר מ-30 מיליארד, והיחידה האחרונה נכנסה לפעולה מסחרית ב-2024, כשבע שנים אחרי המועד המקורי. גם לכורים הקטנים יש כבר תקדים: פרויקט של נוסקייל באיידהו, שישה כורים של 77 מגה-ואט, בוטל ב-2023, אחרי שהמחיר המתוכנן לחשמל קפץ מכ-55 לכ-89 דולר למגה-ואט שעה ולא נמצאו מספיק לקוחות. ההבטחה של הכורים המודולריים היא שהמחיר יירד מהיחידה העשירית והלאה, כשהייצור יהפוך לסדרתי, ועד היום אף יצרן עוד לא הוכיח את זה בפועל. להרחבה: חמש מניות הכורים הגרעיניים: מי מחזיקה מיליארדים במזומן, מי כבר מרוויחה ומי עדיין מוכרת חלום?
בישראל אין תחנת כוח גרעינית. כבר בשנות ה-80 שוריין לכך אתר בשבטה שבנגב, ובשנים האחרונות משרד האנרגיה כולל תרחיש גרעיני בתוכנית להפחתת הפליטות עד 2050. המכשול המרכזי מדיני: ישראל אינה חתומה על האמנה למניעת הפצת נשק גרעיני, ולכן רכישה של כורים ודלק מחו"ל מוגבלת מאוד.
