Inženýři, kteří za druhé světové války v rámci projektu Manhattan navrhli první továrnu na výrobu plutonia, závodili s časem. Konstruci reaktorů podřídili cíli získat materiál pro atomovou bombu dříve než nepřítel. Aby zajistili bezpečně nízkou pracovní teplotu, veškeré vyrobené teplo prostě intenzivním chlazením odvedli do řeky Columbie.

Myšlenka, že by šlo vyrábět plutonium pro jaderné zbraně a přitom rozumně využívat i uvolněnou energii, přišla na řadu až po válce. Ukázalo se však, že chytat dva zajíce naráz je podstatně náročnější.

Aby se vyrobené plutonium dalo v jaderných zbraních použít, musí ozařovaný uran 238 setrvat v reaktoru jen krátkou dobu. Bylo proto nutné zkonstruovat reaktory umožňující výměnu paliva za provozu, jinak by se výroba elektřiny musela příliš často přerušovat.

Československo sice ve spolupráci se Sovětským svazem takový reaktor uvedlo na podzim 1972 do provozu v první jaderné elektrárně A1, ale jejího bezchybného a spolehlivého fungování se nikdy nepodařilo dosáhnout. Při druhé závažné havárii zaviněné chybou při výměně paliva v únoru 1977 se reaktor neopravitelně poškodil a A1 musela být natrvalo odstavena.

Ještě hůř později dopadl jiný dvojúčelově konstruovaný reaktor v Černobylu. Po jeho katastrofální havárii převážila tendence konstruovat reaktory pro jaderné elektrárny s ohledem na maximální bezpečnost, tedy jako jednoúčelové.

Standardem takového reaktoru se stal koncept PWR (Pressurized Water Reactor) — reaktor pracující s pomalými neutrony, palivem mírně obohaceným štěpným uranem 235, moderovaný i chlazený obyčejnou kapalnou vodou. Palivo zůstává v reaktoru dlouhou dobu, vyměňuje se při odstávce reaktoru a vzniklé plutonium se — kvůli vysokému obsahu nuklidů s vyšším počtem neutronů než 147 — nehodí pro výrobu atomové bomby. Za technickou jednoduchost se však platí nízkou účinností přeměny uvolněného tepla v elektřinu, kvůli pracovní teplotě, která musí být nižší než 374 °C.

Krize jaderného průmyslu

Po černobylské havárii se projektanti jaderných elektráren museli vypořádávat se stále rostoucími nároky na bezpečnost. Ustavičné zvětšování navrhovaných bloků, vyplynulo z jejich snahy „rozpouštět“ v rostoucím množství vyrobené elektřiny dodatečné náklady na bezpečnost způsobené přidáváním dalších záložních, ochranných a zajišťovacích prvků.

Doba schvalování a výstavby jaderných elektráren se ale v důsledku zvětšování a rostoucí složitosti nových bloků postupně protáhla na zhruba dvacet let. Zároveň vzrostly finanční náklady projektů do těžko únosné výše a jaderné elektrárny čím dál více přestávaly být ekonomicky konkurenceschopné výrobě elektřiny z fosilních paliv.

Vrcholu dosáhla krize jaderného průmyslu po havárii ve Fukušimě. Kvůli dalšímu zpřísnění bezpečnostních požadavků se řada projektů dostala do problémů, jež vyvolaly krachy anebo vynucené fúze firem jako Westinghouse či Areva.

Nadějí na záchranu a pokračování dosavadního byznysu se jadernému průmyslu staly dotace odůvodňované tím, že elektřina z jaderných elektráren má nízkou uhlíkovou stopu. Argumentem pro to, aby jaderná energetika dostala přednost, jsou doposud vysoké dodatečné náklady na zajištění spolehlivé dodávky elektřiny z obnovitelných zdrojů.

Při jejich započítání zatím vyjde elektřina z nově postavené PWR jaderné elektrárny pořád ještě o něco levněji, alespoň pokud počítáme s plným využitím takové elektrárny po celou dobu její dnes předpokládané životnosti šedesáti let. V České republice je příkladem projekt Dukovany II, jehož podporovatelé hovoří jedním dechem o „záchraně planety“ a energetické bezpečnosti, kterou peprně líčí jako „potřebu zabránit blackoutu“.

Bohulibý záměr až do konce 21. století využívat jako hlavní zdroj energie PWR technologii z poloviny století minulého má ovšem vadu na kráse — jen těžko jej lze prezentovat jako výrazný technický pokrok. Tradiční vyprávění o jaderných reaktorech čtvrté generace, které zachrání životní prostředí — a ekonomickou konkurenceschopnost jaderné energetiky — „spalováním“ dosavadního jaderného odpadu, proto v posledním desetiletí poněkud ustoupilo do pozadí.

Nyní převládá líčení menších, stavebnicově skládaných jaderných elektráren, které budou díky sériové výrobě, jednoduché přepravě a snadné instalaci stavěny rychle, podle plánu a ve výsledku mnohem levněji než dosavadní mamutí bloky. Hezky to dokládá nedávný článek Václava Dolejšího na serveru Seznam zprávy.

Pamětníkům líčení čisté a levné elektřiny z jaderných elektráren možná připomene dobu jejich mládí za komunistické normalizace. To se ještě nemluvilo o skleníkových plynech a změně klimatu — jaderné elektrárny nás tehdy měly zbavit emisí oxidu siřičitého a jimi způsobených kyselých dešťů.

Nenechme se však opájet dávnou vizí příliš dlouho. Podívejme se raději na obě verze vyprávění o budoucím technickém a ekonomickém pokroku jaderné energetiky podrobněji, abychom posoudili, zda a jak rychle se mohou stát skutečností.

První dojem versus hlubší pohled

Rychlé reaktory — schopné vyrábět více štěpného materiálu než spotřebují anebo likvidovat nepotřebné transplutoniové transurany — se testují zhruba šedesát let, aniž by některý z prototypů byl shledán způsobilým pro komerční použití. Totéž platí pro technicky pokročilejší koncepty jaderných reaktorů s účinností přeměny tepla v elektřinu podstatně převyšující PWR. Vzhledem ke složitosti a zdlouhavosti regulatorních procesů spojených s povolováním změn v jaderné technologii není zřejmě realistické předpokládat, že by se první reaktory podstatně odlišné od PWR mohly dostat na práh komerčního používání dříve než za patnáct až dvacet let.

Pokud se chceme bavit o modulárních reaktorech, můžeme se tedy po tuto dobu zřejmě spolehnout jen na starý dobrý koncept PWR. V tom případě je jediným možným zlepšením předpokládaná úspora investičních nákladů díky jejich stavebnicovému řešení a sériové výrobě. Jestliže je ale modulární řešení skutečně výhodné, proč se u všech všudy už dávno nepoužívá?

Pochybnosti se totiž vkrádají nejen ohledně investiční části měrných nákladů na provozní bezpečnost („safety“), jako jsou třeba náklady na stavbu ochranné obálky reaktoru. Podobně nejisté jsou také provozní náklady, například náklady na kvalifikovaný personál zajišťující provoz reaktoru a bezpečnou výměnu paliva.

Další otázky se vynořují také kolem nákladů na zajištění bezpečnosti proti vnějším ohrožením („security“). Bude opravdu, jak z hlediska investic do pasivní ochrany, tak z hlediska provozních nákladů na ostrahu, jednodušší a výhodnější mít místo jednoho velikého bloku hodně malých?

Obávám se, že tyto otázky zatím nebyly kvalifikovaně zodpovězeny, schází totiž nejen praktické zkušenosti, ale neexistují zřejmě ani solidní teoretické studie. Kdyby tomu tak bylo, zastánci modulárních reaktorů by je jistě rádi citovali.

Pro bližší ilustraci nahlédněme podrobněji, jak navrhují dva české projekty „Energy Well“ a „David“, zmiňované v článku pana Dolejšího, řešit choulostivou záležitost výměny paliva. Roztavenou fluoridovou solí chlazený reaktor Energy Well by díky tepelnému výkonu 20 MW a elektrickému výkonu kolem 8 MW spadal do kategorie „mikroreaktorů“.

Projekt z dílny Ústavu jaderného výzkumu je poměrně podrobně popsán, část reaktoru obsahující ozářené palivo by se vyměňovala jednou za sedm let a transportovala v celku. Hmotnost přepravovaného nákladu by spolu s ochranným kontejnerem činila 200 tun, což je sice jistě technicky zvládnutelné, ale přece jen to nepůsobí jako lákavý koncept pro městskou teplárnu.

David by podle animace a skoupých údajů na webu projektu měl být tlakovodní reaktor s několikanásobně větším tepelným výkonem 175 MW a elektrickým výkonem 50 MW, palivo by se i zde mělo vyměňovat a transportovat spolu s celou tlakovou nádobou. Jak velký mimořádný náklad by to představovalo, nelze z veřejně dostupných podkladů vyčíst, musel by ale zřejmě být ještě podstatně větší a těžší, než u Energy Well.

„Teplátor“, třetí idea z naší domácí líhně, by chtěl náklady omezit tím, že jako palivo poslouží ozářené palivové články z PWR (což lze uskutečnit použitím deuteriumoxidu jako moderátoru místo obyčejné vody). Provozní tlak by se pak omezil snížením pracovní teploty, na výrobu elektřiny se rezignuje.

Tato myšlenka se hodně podobá nápadu na úsporu nákladů při stavbě nové budovy tím, že do výtahu použijeme vyřazené lano z jiného výtahu. I když budeme mít méně pater než původní budova, žádný stavební úřad nejspíš takovouto inovaci neschválí bez poměrně rozsáhlých, a tudíž poměrně nákladných testů, které by prokázaly, že rezerva do únavového selhání je za navržených provozních podmínek ještě dostatečná.

Na webu projektu vše vypadá úžasně jednoduše. Případný investor bude „jenom“ nejdříve muset s vyhořelým palivem z PWR provést testy jeho bezpečnosti za provozních podmínek Teplátoru, aby projekt měl vůbec nějakou šanci na schválení.

K tomu, jak zajistí bezpečnou a přitom levnou přepravu ozářeného paliva z PWR do sídlištních „teplátoroven“ a bezpečné zacházení s ním před i po použití v Teplátoru, se autoři nápadu nevyjadřují. Přesto si jejich příspěvky na webu zaslouží pozornost, když už pro nic jiného, tak právě kvůli tomu, jak bez okolků zpochybňují smysluplnost stavby malých reaktorů pro výrobu elektřiny.

Vyprávění třetí: náhrada uhlí

Jestliže na technicky pokročilejší jaderné reaktory musíme čekat více než dvacet let a modulární reaktory se ve světle výše naznačených pochybností jeví především jako pokus o inovaci dosavadního PR, může snaha inženýrů, kteří se jadernou energetiku pokoušejí udržet při životě, mít vůbec ještě nějakou naději na úspěch? Domnívám se, že pokud by uměli odpovědět kladně na otázku, zda dokáží bez veřejných dotací nahradit fosilní paliva, i na otázku, zda to dokáží rychleji než jiné technologie, pak by dosud mohli mít naději na úspěch.

Proto mě v článku pana Dolejšího zaujala letmo nadhozená myšlenka stavby jaderných reaktorů v areálech dnešních uhelných elektráren a/nebo velkých uhelných tepláren. Předpokládejme, že umíme navrhnout reaktory prakticky vylučující možnost radiační havárie. Potom by jejich instalace tímto způsobem byla uskutečnitelná a možná ušetřila značné prostředky.

Při využití dosavadních zařízení jako jsou dálková vedení a elektrické rozvodny, chladicí věže s celým vodním hospodářstvím, případně rozvody dálkového vytápění, by návratnost uvažovaných investic mohla vypadat příznivěji. Navíc není vyloučeno, že právě někde u takovýchto „středně velkých“ zdrojů by mohlo existovat nějaké optimum poměru mezi předpokládanými příjmy z prodeje tepla a elektřiny a investičními a provozními náklady zdroje.

Stejně jako u kolébky atomové bomby zde ovšem jde o závod s časem. Pokud mají být uhelné elektrárny nahrazeny do roku 2033, jak zatím oficiálně deklaruje naše vláda, jednalo by se pro jaderné inženýry o šibeniční lhůtu. Z časového harmonogramu projektu Dukovany II i zmínky pana Dolejšího, že ČEZ chce první modulární reaktor testovat v Temelíně do roku 2035, je ale jasné, že s náhradou uhlí jadernou energií u nás — přinejmenším tedy v zatím platném termínu — nikdo nepočítá.

Pokud by ale uhlí bylo ve slibované lhůtě nahrazeno něčím jiným, pak by pozdější stavba jaderných zdrojů v areálech uhelných elektráren již nebyla úsporou, ale naopak by znehodnotila investice vložené do zvoleného „přechodného“ řešení. Jediným rozumným vysvětlením tohoto logického sporu se mi proto jeví, že jsme potichu stornovali plán na nahrazení uhelných elektráren plynovými, a vrátili se k dřívějším plánům pokračovat s provozem uhelných zdrojů až do vytěžení otevřených ložisek někdy mezi roky 2040-2050.

Mezitím zřejmě hodláme rozestavět tolik nových jaderných reaktorů na bázi PWR, aby se jimi odstavení uhelných elektráren dalo jakžtakž pokrýt. Jediný, kdo tenhle nový plán ještě nezná, je naše veřejnost.

Boj o dotace: o šancích na vítězství rozhodují pravidla závodu

Nalejme si konečně čistého vína: ve sporech o „ideální složení energetického mixu“ nejde o nalezení ideálu, ba dokonce ani optima. Jeho hledání by ostatně nemělo ani valný smysl. Optimální složení energetického mixu totiž není nic pevně daného, naopak — mění se jednak s jakoukoliv významnější technickou změnou ve výrobě a rozvodu elektřiny, jednak se změnami na straně spotřeby.

Při tvorbě energetických koncepcí a plánů jde především o obrovský byznys a o dotace z veřejných zdrojů. V Evropě se o ně v tuhém boji utkávají tři průmyslové lobby: „fosilní“, „jaderná“ a „obnovitelná“.

Fosilní lobby měla s lobby obnovitelných zdrojů donedávna uzavřeno částečné příměří: prostřednictvím „ekologicky“ smýšlejících — nebo se tak tvářících — politiků společně propagovaly zemní plyn jako prostředek, který umožní hladký přechod na „zelenou“ — například „vodíkovou“ — ekonomiku.

Lobby fosilních paliv se dosud zdá ve výhodě. I když jí ruská agrese na Ukrajině uškodila, ztráty z možného odepsání projektu Nord Stream 2 nebo úplného zastavení dovozu z Ruska se dají nahradit mnoha rozmanitými způsoby. Mezi ně patří dovoz zemního plynu z jiných zemí, „prolomení limitů“ těžby břidlicového plynu, částečný návrat k uhlí a ropě nebo rozvoj využívání „biomasy“ a „bioplynu“. Symbióza s částí obnovitelné lobby navíc může pokračovat i bez zemního plynu, v podobě masivního prosazení velmi nehospodárné „power-to-gas“ (P2G) — technologie ukládání energie v podobě vodíku nebo syntetického plynu.

Jaderný průmysl je na rozdíl od možností fosilní a obnovitelné lobby omezen regulatorním rámcem jaderné energetiky a z něj plynoucími předlouhými časovými horizonty příslušných investic. To jeho vyhlídky na úspěch v bitvě o dotace značně oslabuje.

V České republice je však situace poněkud jiná. Fosilní a jaderná lobby jsou personálně propojeny ve firmě ČEZ, ve strojírenských firmách hledajících zakázky pro energetiku, ale i na vysokých školách, které vychovávají inženýry pro tato odvětví. Obnovitelná lobby se sice snaží, ale je nesrovnatelně slabší a zatím tahá za kratší konec provazu.

„Český plán“ z článku pana Dolejšího vypadá podle toho. Ti, kdo mají největší vliv, se snaží vykolíkovat si hřiště tak, jak jim to vyhovuje. Protože naše sdělovací prostředky, politické strany i státní správa nemají dostatečný rozhled a působí převážně ve vleku té či oné lobby, nevypadá perspektiva naší energetické transformace zatím příliš růžově.

Je třeba zabít inovaci

Myslím, že za tento neradostný stav může všeobecná víra v užitečnost státních dotací do oborů průmyslu, firem anebo technologií, které na základě nějakých kritérií arbitrárně prohlásíme za „inovativní“. Můj úsudek se zakládá na následujících úvahách.

V praxi je posuzování toho, co nazýváme inovací, a rozhodování o přidělovaných dotacích skoro výhradně směrováno na technologie již nějakým způsobem zavedené. Podporované programy a subjekty získané dotace využívají v nejlepším případě k drobným vylepšením, nikoliv k vývoji techniky řešící daný problém zásadně jiným způsobem.

Takovéto dotace ovšem nemají valný smysl, protože financování dalšího vývoje vlastního produktu je v nejvlastnějším zájmu každé rozumně řízené firmy. A u zdravě fungující firmy by také mělo být plně v jejích vlastních silách.

Je pravda, že drobné úpravy známého konceptu mohou postupně přinést působivá zlepšení. Platí to ale jen tam, kde taková zlepšení nejsou vyloučena z podstaty daného technického konceptu.

Jako příklad můžeme vzít tepelné stroje s vnitřním spalováním. Za sto padesát let vývoje se jejich výkon na jednotku hmotnosti (a/nebo objemu) podařilo zlepšit o několik řádů, přičemž další zlepšování je stále možné. Na druhé straně, účinnost spalovacích motorů se během celé této doby nijak výrazně nezlepšila, protože již na samotném začátku nebyla příliš vzdálena od limitů daných zákony termodynamiky.

V praxi navíc platí, že rozhodování o přidělování úlev a dotací zpravidla je dříve či později ovládnuto aktéry, o nichž se rozhoduje. Udělované podpory pak už jen fixují techniku, která se s jejich pomocí etablovala, a pomáhají jí přežívat. Testování a rozvoj výhodnějších, zcela nových technických alternativ jsou tak dotacemi do známých technologií vytlačeny ze hry.

Takový stav je nakonec v zájmu všech zúčastněných aktérů — ovšem nikoli v zájmu široké veřejnosti. Ta sice svými daněmi financuje rádoby „inovační“ programy, ale ve skutečnosti jimi podporuje spíše stagnaci dotovaných subjektů. Neviditelným, nicméně ze všeho nejdůležitějším výsledkem dotační politiky zaměřené na již známé technologie tedy je, že účinně brání vzniku zásadních nových vynálezů.

Budeme-li dotovat například výrobu vodíku a syntetického plynu a jejich použití jako média pro ukládání anebo dopravu energie, nečekejme, že někdo přijde s lepším řešením. Bude tomu přesně naopak — jakýkoliv nápad na ukládání energie nějakou novou metodou, na kterou zatím nejsou vypsány dotace, potenciální investoři rozvíjet odmítnou. Mnohem snazší, než pokoušet se s velkým rizikem neúspěchu překonat výhodu dotované konkurence, je totiž zařadit se také do fronty na dotace.

Změna je možná

Všechno by samozřejmě mohlo být jinak, kdyby do věci mluvila dobře informovaná veřejnost a požadovala po zvolených zástupcích brát v potaz i možnosti, které jsou zatím mimo obzor jednotlivých průmyslových lobby. Místo nesmyslných úvah o „ideálním složení energetického mixu“ by se mohlo spíše jednat o tom, zda za uvažovaných patnáct až dvacet let nemůžeme stihnout vyvinout a zavést do praxe skutečně inovativní způsob levného ukládání elektřiny.

Tím by stále dokola omílaná kolísavost a sezónnost obnovitelných zdrojů přestala být relevantním důvodem proti jejich využití jako hlavního zdroje energie, schopného spolehlivě a ekonomicky výhodně nahradit fosilní paliva. Na rozdíl od jaderné techniky není vývoj ukládání elektřiny svázán žádnými bezpečnostními regulacemi, a revoluční přeměna celé energetiky založená na levném ukládání elektřiny se může klidně odehrát během patnácti až dvaceti let. To se ovšem stěží stane bez radikálního a odvážného kroku — odebrání umělé podpory pro již zavedené technologie.

Myslím si, že zrušení nesmyslného projektu Dukovany II by měl být jen začátek. Odstranit jakákoliv zvýhodnění fosilních paliv je rovněž zásadní, rozvoji levného ukládání elektřiny by ale pomohlo i odebrání podpory pro vodík, biomasu, bioplyn, baterie, solární velkoelektrárny. To všechno by totiž už dnes mělo být schopno běžet samo, bez potřeby veřejných podpor.

Vytvářejme raději prostředí pro investory i spotřebitele tak, aby volba technologie pro výrobu a úspory energie nebyla řízena v první řadě tím, co se zrovna uměle dotuje. A pokud jde o výzkum a inovace, hledejme především způsoby, jak podnítit a usnadnit testování dosud prakticky nevyzkoušených nových myšlenek.

Z bezpečnostních a ekonomických důvodů je možná rozumné se po nějakou dobu spokojit s faktickým řešením, skrytým za „českým plánem“ — tedy s uhlím. Pokud je tomu tak, snažme se z toho ale vytěžit něco lepšího, než zemi obestavěnou jadernými elektrárny založenými na technologii, která je zastaralá a nekonkurenceschopná již dnes. Pokud to nedokážeme, pak to bude znamenat, že jsme čas na ekonomicky racionální transformaci energetiky, „vypůjčený“ v podobě dalšího používání fosilních paliv, trestuhodně promrhali.

Míříme do slepé uličky. Dokážeme nastavený kurs změnit?

Lobbing ČEZu pro „český plán“ už přinesl první ovoce v podobě založení Jihočeského nukleárního parku. Zpráva ČTK slibuje „první malý reaktor v Temelíně“ dokonce již v letech 2032-2035. Očekávatelně, všechny firmy jmenované ve zprávě hodlají instalovat PWR reaktory a provozovat je po dobu nejméně šedesáti let.

O posunutí doposud oficiální lhůty ústupu od uhlí k roku 2033 zpráva mlčí. Slova ředitele ČEZ Daniela Beneše „Máme pocit, že tyto technologie budou přelomové. Hodí se jako doplnění velkých tlakovodních reaktorů, obzvlášť do lokalit, kde byly uhelné elektrárny, které budou končit. Potřebujeme významně rozvinout českou jadernou energetiku, a to nejen ve dvou tradičních lokalitách (Temelín, Dukovany), ale například v severních Čechách a tam, kde máme dnes uhelné elektrárny." jsou ale v kontextu předešlého dostatečně jasná.

ČEZ připravuje veřejnost na návrat našich energetických plánů pro 21. století k jejich starým socialistickým atomovým kořenům. Možná v novém převleku — každopádně ale s náhradou uhlí v původně plánované době někdy po roce 2040.

Alternativa k tomuto plánu existuje. Pokud budeme myslet a pracovat, ústup od uhlí a zemního plynu vůbec nemusí trvat dvacet let, ani nás nemusí hospodářsky zruinovat. Zatím nás ochromuje strach z budoucnosti a nevíra v lidskou tvořivost.

Iracionálně spoléháme na „prověřená řešení“, přestože tušíme, že ve skutečnosti nic neřeší. Uvědomme si proto, že co si naplánujeme, to opravdu budeme mít. Pokud se při transformaci energetiky spolehneme na „prověřenou“ techniku, dosáhneme spolehlivě výsledku, který nás možná úplně nepotěší: změníme naši republiku ve svérázný technický skanzen.

To, že naši průmyslníci a politici nevidí lepší řešení, neznamená, že taková řešení nejsou možná. Najdeme je ale jen tehdy, pokud se odvážíme je hledat.