Рост ядерной энергетики США сталкивается с серьезными проблемами в цепочке поставок уранового топлива

По данным отраслевого совещания под руководством Стэнфордского университета, в представлении о возрождении ядерной энергетики США есть «слепое пятно» — урановое топливо — в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

Центры обработки данных искусственного интеллекта, перенос производства и электрификация транспорта, зданий и других секторов повысили спрос на доступное и надежное круглосуточное электроснабжение. Ядерная энергетика могла бы поставить эти галочки, говорят ее сторонники, но поставки обогащенного урана для существующих электростанций ограничены, уязвимы к геополитике и становятся все дороже.

Между тем, новые виды топлива для усовершенствованных реакторов обещают многообещающее, но их доступное масштабирование и параллельно с традиционными топливными системами может еще больше сжать рынки традиционных топлив.

Более 100 лидеров сектора ядерного топлива, руководителей коммунальных предприятий, государственных регулирующих органов, а также проектировщиков и разработчиков реакторов собрались в июле в Арлингтоне, штат Вирджиния, чтобы изучить эти барьеры и определить возможные пути их преодоления.

Круглый стол по ядерному топливному циклу был организован STEER, инициативой Прекортского института энергетики Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Конгрессмен Чак Флейшманн (республиканец от Теннесси), председатель Подкомитета Палаты представителей по ассигнованиям на развитие энергетики и водных ресурсов, открыл дискуссию программным докладом.

29 декабря Природная энергия опубликовал резюме выводов, которые возникли в результате встречи. Администрация Трампа предпринимает шаги по укреплению цепочки поставок ядерного топлива в США. 5 января Министерство энергетики США объявило о контрактах на сумму 2,7 миллиарда долларов с тремя отечественными компаниями по обогащению топлива для обычных реакторов и реакторов следующего поколения, которые сейчас находятся в стадии разработки.

«Как и в любом высокотехнологичном секторе, инвестиционный энтузиазм часто может быть обусловлен изобилием», — сказал основатель и руководитель группы STEER Адриан Яо, который возглавил круглый стол.

«Мы стремились сосредоточиться на цепочке поставок топлива, в то время как большая часть недавней частной инвестиционной деятельности была сосредоточена на реакторах текущего и следующего поколения на фоне этого нового ядерного подъема. В частности, наша цель состоит в том, чтобы определить, «что должно быть правдой» для цепочки поставок топлива, чтобы поддержать растущий спрос».

Обычное ядерное топливо

Немедленный рост производства атомной энергии – как и прошлогоднее объявление о перезапуске реактора АЭС «Три-Майл-Айленд» – зависит от глубоко международной цепочки поставок ядерного топлива. Эта цепочка состоит из четырех звеньев:

1. добыча урана;
2. перевод его в газовую форму;
3. его обогащение для увеличения количества делящегося U-235;
4. и изготовление урановых таблеток и топливных стержней для отправки на атомные электростанции.

В ходе отраслевой дискуссии было подчеркнуто, что несколько звеньев этой цепочки находятся под угрозой. В горнодобывающей промышленности доминируют четыре страны: Казахстан, Намибия, Австралия и Канада. Соединенные Штаты добывают очень мало урана из-за более низкого содержания руды и более высоких затрат. Хотя большинство участников встречи не выразили серьезной обеспокоенности по поводу добычи полезных ископаемых из-за дружественных партнеров, некоторые подчеркнули важность восстановления внутренней добычи полезных ископаемых в США, подчеркнув уран как важнейший минерал.

Кроме того, крупнейший производитель – Казахстан – продолжает стремиться к стратегической автономии от своей взаимозависимости от России и, во все большей степени, Китая. Это можно рассматривать как возможность для Соединенных Штатов.

Только пять предприятий по всему миру перерабатывают добытый уран в больших масштабах в газ, необходимый для обогащения. Этот шаг может стать одним из самых критических моментов в цепочке поставок. Рынки этих услуг в последние годы были неспокойными: падения и скачки цен вынуждали западные заводы останавливаться и перезапускаться.

Запасы конвертированного уранового газа сокращаются. Без крупных долгосрочных контрактов руководители конверсионных компаний на июльском круглом столе выразили неуверенность в расширении мощностей.

Тем временем покупатели урана неохотно заключают долгосрочные соглашения, раздутые сегодняшними высокими ценами. Даже когда покупатели готовы подписать соглашение, дополнительный спрос значительно меньше, чем поэтапное предложение, добавляемое за счет расширения мощностей. Чтобы выйти из этого тупика, несколько участников встречи предложили, чтобы федеральное правительство США и правительства штатов могли выступать в качестве клиентов последней инстанции в отношении новых объектов.

«Это могло бы обеспечить уверенность в платежах, необходимую для инвестиций в новые перерабатывающие мощности», — сказал Яо, доктор философии.

Обогащение, третий этап цепочки поставок ядерного топлива, по-прежнему сильно сконцентрировано: почти половина мировых мощностей находится в России, и только два крупных коммерческих предприятия по обогащению работают в США и Западной Европе. Это представляет собой стратегическую проблему для Соединенных Штатов, которые полагаются на Россию в плане почти 30% поставок обогащенного урана.

В ответ на вторжение России в Украину Конгресс в 2024 году принял закон, запрещающий импорт обогащенного урана из России. Несколько европейских стран также работают над снижением своей зависимости от российского топлива.

Соединенные Штаты самодостаточны только на заключительном четвертом этапе традиционной цепочки поставок топлива: производство керамических таблеток из обогащенного урана и производство топливных стержней. Однако участники встречи в целом согласились с тем, что в целях национальной и экономической безопасности Соединенным Штатам следует развивать потенциал по всей цепочке поставок обычных реакторов.

Запрет США на поставку обогащенного урана из России вызвал некоторый интерес к инвестициям именно в эту сферу, но инвестиции застопорились из-за опасений по поводу эффективности и долговечности запрета. Например, отказы могут быть предоставлены, если альтернатив российским поставкам недостаточно, и Россия может обойти запрет через другие страны.

«Многие участники предположили, что Китай мог бы обойти запрет, «обменяв флаг» российского урана на рынках США», — сказал Беннетт Джонсон, MBA ’24/MS ’25, соавтор отчета и руководитель отдела стратегического партнерства STEER.

«Другие участники задавались вопросом, как долго продлится политическая поддержка запрета. Инвесторы хотят некоторой уверенности в том, что он продлится как минимум 10 лет».

Реакторы нового поколения

На совещании внимание было обращено на реакторы деления следующего поколения, которые сейчас в основном находятся в разработке и широко известны как «Поколение IV». Топливо для этих новых генераторов потребует гораздо более высокой степени обогащения. По оценкам, на одну тонну ядерного топлива поколения IV потребуется почти 40 тонн добытого урана по сравнению с менее чем 10 тоннами для обычного ядерного топлива. Эти более высокие степени обогащения превращаются в топливо, которое генерирует электроэнергию в течение более длительного времени, поэтому воздействие на добытый уран менее серьезное, чем четыре к одному.

Тем не менее, поставщики топлива на круглом столе заявили, что без значительных дополнительных мощностей по добыче, конверсии и обогащению реакторы следующего поколения могут создать дополнительную нагрузку на поставки урана для существующего атомного парка, и без того обремененного высокими затратами на топливо.

Разработчики реакторов и производители топлива, работающие над усовершенствованными реакторами следующего поколения, отметили, что сложность и ограниченный коммерческий опыт работы с новыми формами топлива могут привести к низкой производительности производства и высоким затратам.

Доступ к испытательным реакторам, имеющим решающее значение для проверки характеристик топлива и уточнения производственных спецификаций, ограничен, подчеркнули разработчики и производители топлива. Сегодня единственный действующий реактор поколения IV находится в Китае.

Стандартизация химического состава и характеристик топлива, в частности посредством координации между разработчиками реакторов и производителями топлива, была предложена для ускорения процесса обучения производству топлива.

В целом круглый стол по ядерному топливному циклу подчеркнул необходимость снижения технологической, экономической и политической неопределенности во всей цепочке поставок ядерного топлива для стимулирования роста.

Основные возможности для этого потенциально включают стратегическое глобальное партнерство и координацию топливных стандартов; дополнительная ясность в отношении осуществления мер геополитической политики, таких как запрет на поставку урана из России; НИОКР для поддержки эффективного и недорогого производства ядерного топлива для современных реакторов; и независимый и своевременный анализ.

«Сочетание организаторских полномочий Стэнфорда с нашим беспристрастным расследованием позволяет нам помочь ответить на вопрос: «что строить, где внедрять инновации и как инвестировать», опираясь при этом на реалии развертывания», — сказал Уильям Чу, директор Precourt Institute, а также профессор Киммельмана по материаловедению и энергетике в Стэнфорде и фотонной науки в SLAC.