Energia nucleară: cum funcționează, costuri, siguranță și deșeuri

Energia nucleară a produs aproximativ 2.800 TWh în 2025, aproape 9% din electricitatea lumii, și este, după hidroenergie, a doua sursă de electricitate cu emisii reduse. Statele Unite, China și Franța produc împreună mult peste jumătate din ea. Sistemul PRIS al AIEA listează aproximativ 410–440 de reactoare operabile, cu o putere netă totală de circa 375–400 GWe; numărul exact depinde de cum sunt socotite unitățile japoneze oprite. Odată construit, un reactor este o tehnologie matură și foarte fiabilă. Problemele sunt în altă parte: costul, riscul de construcție, disputa politică despre deșeuri și teama publicului de accidente.

Cum funcționează

O centrală nucleară este o centrală termică cu o sursă de căldură neobișnuită. În miez, fisiunea nucleară divide nucleele de uraniu-235 (și, pe măsură ce combustibilul arde, de plutoniu-239) după ce acestea absorb un neutron lent. Fiecare fisiune eliberează circa 200 MeV, în mare parte ca energie cinetică a fragmentelor, care devine căldură în combustibil, plus doi sau trei neutroni noi. Un moderator (apă obișnuită, apă grea sau grafit) încetinește acești neutroni ca reacția în lanț să continue. Barele de control și borul dizolvat absorb neutroni și țin reacția exact la nivelul critic.

Un agent de răcire scoate căldura din miez și produce abur, care pune în mișcare o turbină. Un condensator evacuează apoi restul căldurii într-un râu, în mare sau într-un turn de răcire. Pentru că reactoarele cu apă ușoară lucrează cu abur la parametri modești (circa 280–330 °C), randamentul termic e mai mic decât la o centrală modernă pe cărbune sau gaz:

Ce deosebește cu adevărat energia nucleară este cantitatea de energie concentrată în combustibil. Un kilogram de uraniu slab îmbogățit, ars până la 50 GWd/t, eliberează aproximativ 4 milioane MJ de căldură, față de circa 25–30 MJ pentru un kilogram de huilă. Calculatorul de conținut energetic al combustibililor arată diferența față de combustibilii fosili.

Ciclul combustibilului

Uraniul natural conține 0,7% U-235. Majoritatea reactoarelor au nevoie de uraniu îmbogățit la 3–5% U-235 în centrifuge cu gaz. Unele modele avansate cer HALEU, îmbogățit până la 20%, un combustibil dominat de Rusia până de curând. Lanțul pornește de la minerit și prelucrarea minereului, continuă cu conversia în UF₆, îmbogățirea, fabricarea combustibilului și iradierea timp de 4–6 ani până la un grad de ardere de circa 45–60 GWd/t și se încheie cu stocarea combustibilului uzat. Franța, Rusia și Japonia reprocesează o parte din combustibilul uzat ca să recupereze plutoniul pentru combustibilul MOX. Majoritatea țărilor, inclusiv SUA, folosesc un ciclu deschis.

Tipuri de reactoare

Reactoarele cu apă sub presiune țin apa din circuitul primar la circa 15,5 MPa ca să nu fiarbă și transmit căldura prin generatoare de abur către un circuit secundar separat. Domină pentru că modelul vine din propulsia navală și are cel mai lung istoric de autorizare. Reactoarele cu apă în fierbere simplifică centrala: apa fierbe chiar în miez, iar aburul merge direct la turbină. Reactoarele PHWR de tip CANDU folosesc apă grea ca moderator, deci pot arde uraniu natural și se pot realimenta la putere maximă. Canada, India și România (Cernavodă) le-au ales exact din acest motiv.

AGR-urile britanice ating temperaturi mai mari ale aburului datorită răcirii cu CO₂, dar fisurarea grafitului le închide până la finalul anilor 2020. Reactoarele RBMK, modelul de la Cernobîl, au la putere mică un coeficient de vid pozitiv, redus prin modificările de după 1986. Rusia înlocuiește unitățile încă în funcțiune. Reactoarele rapide funcționează fără moderator și pot produce plutoniu fisionabil din U-238, folosind uraniul mult mai complet. BN-800 din Rusia este cel mai mare exemplu în funcțiune, iar China construiește unități CFR-600.

Reactoarele modulare mici

SMR-urile sunt reactoare de până la circa 300 MWe, gândite să mute construcția de pe șantier în fabrică. În locul câtorva megaproiecte uriașe, pariul este pe multe unități repetabile. Printre exemplele în funcțiune se numără centrala plutitoare rusească Akademik Lomonosov (2 × 35 MWe, din 2020) și demonstratorul chinez HTR-PM, răcit cu gaz la temperatură înaltă (în exploatare comercială de la finalul lui 2023). BWRX-300 de la Darlington, în Ontario, și ACP100 (Linglong One) din China sunt în construcție. Proiectul NuScale-UAMPS din Idaho a fost anulat în 2023, după ce prețul estimat al energiei a urcat la circa 89 $/MWh chiar și cu subvenții. Mic nu înseamnă automat ieftin.

Randament și factor de capacitate

O centrală nucleară transformă în electricitate doar o treime din căldură, dar aproape că nu se oprește. Opririle pentru realimentare, la fiecare 18–24 de luni, durează câteva săptămâni. Flota din SUA a avut în fiecare an, timp de două decenii, un factor de capacitate de circa 90–93% (EIA), cel mai mare dintre toate tehnologiile. Media mondială este mai aproape de 80%. Franța își folosește în mod deliberat reactoarele în regim de urmărire a sarcinii, iar flota ei a trecut în 2022 printr-o criză de opriri din cauza coroziunii sub tensiune, care a coborât producția la minimul ultimilor 30 de ani. Multe centrale și-au mărit producția cu 5–20% prin creșteri de putere. Poți compara aceste cifre cu eolianul și solarul în calculatorul factorului de capacitate.

Costuri

Economia energiei nucleare se reduce la costul de capital și la finanțare. Combustibilul reprezintă doar circa 10–20% din costul de producție, iar salturile de preț ale uraniului abia mișcă prețul electricității. Estimările publicate diferă mult:

• IEA/NEA Projected Costs of Generating Electricity 2020: LCOE median pentru centrale nucleare noi de circa 69 $/MWh la o rată de actualizare de 7%. Costul urcă abrupt la 10% și coboară la aproximativ 40 $/MWh la 3%. Prelungirea duratei de funcționare a reactoarelor existente, după retehnologizare, ajunge la circa 30–50 $/MWh, printre cele mai ieftine surse cu emisii reduse.
• Lazard LCOE+ 2024 (SUA, fără subvenții): 142–222 $/MWh, pornind de la costurile reale de la Vogtle.
• NREL ATB și EIA AEO se situează între acestea, cu costuri overnight de aproximativ 7.000–9.000 $/kW pentru reactoarele mari din SUA.

Diferențele reflectă ce s-a întâmplat efectiv pe șantiere. Proiecte mari recente:

Construcțiile mai ieftine au patru lucruri în comun: un program de construcție continuu, un model standardizat, un lanț de aprovizionare cu experiență și o autoritate de reglementare stabilă. Coreea de Sud și China le-au avut pe toate patru, la fel ca Franța în anii 1980. Proiectele de tip „primul de acest fel” din țări care nu mai construiseră reactoare de zeci de ani nu au avut niciunul. Pentru că o mare parte din capital e blocată înainte de orice venit, rata de actualizare și WACC presupuse decid în mare măsură LCOE. Calculatorul LCOE arată direct această sensibilitate.

Teren, apă și materiale

Energia nucleară are cea mai mică amprentă directă asupra terenului dintre toate sursele mari, adesea sub 1 km² pe gigawatt pentru centrala propriu-zisă. Mineritul și zonele de excludere adaugă puțin. Apa este limita mai strânsă. Potrivit studiului NREL (Macknick et al., 2012), centralele cu turnuri de răcire consumă aproximativ 600–800 de galoane americane pe MWh, mai mult decât cele pe cărbune sau gaz, din cauza randamentului mai mic. Centralele cu răcire în circuit deschis preiau zeci de mii de galoane pe MWh, dar returnează aproape toată apa, puțin mai caldă. În timpul caniculelor, centralele răcite cu apă de râu din Franța și din alte țări au fost nevoite să-și reducă producția ca să respecte limitele de temperatură la deversare.

Consumul de materiale pe MWh este mic pe o durată de viață de 60–80 de ani, deși centralele folosesc cantități mari de beton și oțel. Un reactor tipic cu apă ușoară produce aproximativ 20–30 de tone de combustibil uzat pe gigawatt-an. Departamentul Energiei din SUA arată că tot combustibilul uzat comercial produs în SUA din anii 1950 încoace ar încăpea pe un singur teren de fotbal, într-un strat de sub 10 iarzi. Combustibilul uzat stă în bazine, apoi în containere uscate. Depozitul Onkalo de la Olkiluoto, în Finlanda, este primul depozit geologic de adâncime pentru combustibil uzat care se apropie de punerea în funcțiune, urmat de amplasamentul Forsmark din Suedia și de Cigéo din Franța.

Emisiile de CO2 pe ciclul de viață

Centralele nucleare nu emit CO₂ în timpul funcționării. Emisiile pe ciclul de viață vin din minerit, îmbogățire (făcută acum mai ales cu centrifuge, mult mai puțin energofagă decât vechile instalații de difuzie gazoasă), construcție și dezafectare.

• IPCC AR5 WGIII Annex III (2014): mediana 12 gCO2e/kWh, interval 3,7–110.
• UNECE 2021: 5,1–6,4 gCO2e/kWh pentru un PWR european, cea mai mică valoare dintre toate opțiunile evaluate.

Cifrele sunt comparabile cu energia eoliană pe uscat și sub energia solară. Reprezintă aproximativ 1–2% din valoarea pentru cărbune.

Siguranță și efecte asupra sănătății

Pe unitatea de electricitate, energia nucleară se numără printre cele mai sigure surse. Markandya & Wilkinson (Lancet, 2007) au estimat circa 0,07 decese pe TWh pentru nuclearul european, inclusiv efectele asupra sănătății lucrătorilor și a populației. Sinteza actualizată Our World in Data o plasează la circa 0,03 decese pe TWh, inclusiv Cernobîl și Fukushima. Cărbunele ajunge la aproximativ 24,6, petrolul la 18,4 și gazul la 2,8, mai ales din cauza poluării aerului.

Cele două accidente majore trebuie puse în context:

• Cernobîl (1986): un reactor RBMK, în timpul unui test prost condus. Circa 30 de lucrători și pompieri au murit din cauza sindromului acut de iradiere sau a exploziei. OMS și UNSCEAR au estimat până la aproximativ 4.000 de decese prin cancer în timp, în populațiile cele mai expuse. Estimările mai largi, bazate pe extrapolarea liniară fără prag, sunt mai mari și contestate. Mii de cazuri de cancer tiroidian la copii au fost legate de laptele contaminat, iar aproape toate au putut fi tratate.
• Fukushima Daiichi (2011): topirea miezului la trei reactoare BWR, după ce tsunamiul a scos din funcțiune alimentarea de rezervă. Japonia a pus pe seama radiațiilor decesul unui lucrător. Peste 2.000 de locuitori în vârstă și bolnavi au murit în legătură cu evacuarea. O intervenție de urgență prost calibrată poate face mai mult rău decât radiațiile în sine.

Testele de rezistență de după Fukushima au adus echipamente portabile de rezervă, ventilare filtrată și protecție la inundații în toate flotele. Modelele mai noi din Generația III+ (AP1000, EPR, APR-1400, VVER-1200, Hualong One) adaugă răcire pasivă și captatoare de miez topit.

Perspective

Ponderea energiei nucleare în electricitatea mondială a scăzut de la circa 17% la finalul anilor 1990 la sub 9%. Germania și-a închis ultimele reactoare în 2023, iar multe unități occidentale mai vechi s-au retras din motive economice. Tendința s-a inversat parțial. China are în jur de 30 de reactoare în construcție, mai multe decât restul lumii la un loc, și le construiește în circa 5–7 ani. La COP28, peste 20 de țări s-au angajat să tripleze puterea nucleară globală până în 2050. SUA, Japonia, Țările de Jos, Suedia, Polonia și Belgia au decis prelungiri de viață sau plănuiesc centrale noi. Operatorii de centre de date au semnat contracte de achiziție de energie pe termen lung pentru reactoare existente și pentru viitoare SMR-uri.

Ce frânează acum energia nucleară sunt costul și termenele de construcție în afara Chinei, Coreei și Rusiei, lanțul de aprovizionare cu combustibil HALEU pentru reactoarele avansate și problema, nerezolvată de mult timp, a depozitelor de deșeuri în afara Finlandei și Suediei. În rețelele decarbonizate, cu multe regenerabile variabile, nuclearul aduce putere stabilă, dispecerizabilă și cu emisii reduse. Dacă merită prețul depinde de alternativele locale, precum stocarea în baterii, interconexiunile și hidroenergia. Pagina de comparație a tehnologiilor pune aceste compromisuri unul lângă altul, iar harta centralelor electrice arată unde se află reactoarele lumii.