Přečtěte si:  Pozvánka na konferenci Elektrické autobusy pro město X






Pozvánky na akce


Stalo se










Ochrana povrchu palivových článků jaderných elektráren před korozí: ČVUT získalo americký patent, má otevřené dveře na trh USA

26.2.2021 K rozvoji jaderné energetiky ve světě přispívá významnou měrou i České vysoké učení technické v Praze. Významným milníkem se v tomto směru stal únor 2021, kdy vědci Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT (CIIRC ČVUT) a Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR (FZU AV ČR) získali americký patent na způsob ochrany povrchu palivových článků v jaderných elektrárnách před korozí.

Autoři řešení

Inovativní řešení patentovali v rámci České republiky Radek Škoda, Jan Škarohlíd (tehdy ještě za Fakultu strojní ČVUT) a Irena Kratochvílová, František Fendrych, Andy Taylor (za Fyzikální ústav AV ČR) již v roce 2015. Evropský patent získalo toto řešení v dubnu.

Obsah řešení

Toto unikátní řešení je založeno na pokrytí povrchu palivových článků tenkou polykrystalickou diamantovou vrstvou (viz foto níže).

Velmi tenká vrstva z diamantových nanokrystalů významně zhoršuje podmínky pro korozi zirkoniového substrátu v jaderném reaktoru, a to dokonce o desítky procent. Antikorozní efekt polykrystalického diamantového povlaku je velmi specifický: Kromě omezení přímého kontaktu kovového substrátu s okolním prostředím dochází při zvyšující se teplotě k průniku uhlíku z diamantové vrstvy do substrátu a mění jeho fyzikální a chemické vlastnosti. Tím se snižuje pravděpodobnost koroze zirkonia a průniku vody, resp. vodíku do zirkoniového povrchu.

Řešení funguje jak za standardních, tak i havarijních teplot.

Inspirace havárií ve Fukušimě, postup výzkumu

Inspirací k výzkumu v této oblasti byla mimo jiné jaderná havárie ve Fukušimě. Patent byl podpořen dalším výzkumem a rozsáhlými testy v rámci projektu TA ČR ve spolupráci s americkou firmou Westinghouse. Žádost o udělení amerického patentu podali výzkumníci v roce 2016 a v únoru 2021 se podařilo patent potvrdit i u amerického patentového úřadu (USPTO).

Prvotním cílem výzkumu bylo omezit, případně zamezit, vysokoteplotní oxidaci zirkonia při havarijních stavech s teplotami nad 800 °C. Během této exotermické reakce se uvolňuje obrovské množství tepla, ale také vodíku, který může explodovat, zkorodované zirkoniové tyče mohou popraskat a uvolnit radioaktivní látky do primárního okruhu. Uvolňování tepla také dále komplikuje chlazení aktivní zóny a posiluje další průběh vysokoteplotní oxidace zirkoniové slitiny. Tento druh koroze zirkoniových slitin se dle patentu sníží pokrytím vnějšího povrchu jaderného paliva ochrannou vrstvou, která je tvořená polykrystalickou diamantovou vrstvou.

Dalším výzkumem se potvrdil i značný potenciál tohoto řešení i za pracovních teplot reaktoru, čímž se prodlouží doba použití paliva, které se typicky odstraňuje z reaktoru z důvodu zkorodovaného povrchu a nikoli dostatečného vyhoření. Řešení tak výrazně snižuje i ekologickou zátěž.

Potenciál amerického trhu jaderných elektráren

Spojené státy americké jsou zemí s největším trhem s jaderným palivem, je zde totiž vyprodukováno přibližně 30 % elektřiny z jaderných zdrojů celého světa a země má nejvíce jaderných reaktorů na světě. Získání amerického patentu tak otevírá možnost aplikovat toto patentované řešení i na tomto důležitém trhu.

V USA je dnes v provozu 94 jaderných reaktorů (a 2 ve výstavbě) v jaderných elektrárnách o celkovém výkonu téměř 100 000 MWe. Všechny tyto jaderné reaktory jsou tzv. lehkovodního typu, kde lze použít zlepšení chráněná v uznaném patentu.

ČVUT, redakčně upraveno

Foto © ČVUT

Další informace zde

Přečtěte si také:

Malé modulární reaktory také v ČR: Společnosti ČEZ a britská Rolls-Royce podepsaly dohodu o porozumění

26.11.2020 Společnosti ČEZ a britská společnost Rolls-Royce podepsaly v první polovině listopadu 2020 dohodu o porozumění (Memorandum of Understanding) v oblasti malých modulárních reaktorů. Podobné dohody už česká energetická firma uzavřela i se společnostmi NuScale a GE Hitachi. Firmy budou sdílet technické poznatky a detailně posoudí možnost uplatnění těchto jaderných zařízení v České republice. Rolls-Royce patří ve vývoji malých modulárních reaktorů mezi světové leadry. 


Malý reaktor NuScale získal americkou certifikaci své konstrukce

7.9.2020 Jedním z úspěšně postupujících projektů tzv. malých reaktorů je americký projekt NuScale. Na konci srpna 2020 tento projekt dosáhl významného milníku: Americký úřad pro jadernou bezpečnost US Nuclear Regulatory Commission (NRC) vydal závěrečnou zprávu o vyhodnocení bezpečnosti – final safety evaluation report (FSER). Tím je završena technická revize projektu a vydáno povolení k jeho zkonstruování. 


Mikromodulární reaktor (MMR) na cestě ke zkušebnímu provozu

28.8.2020 Micro Modular Reactor (MMR), tedy „mikromodulární reaktor“ z dílny společnosti Ultra Safe Nuclear Corporation (USFC) učinil v srpnu 2020 další významný krok ke svému zkušebnímu provozu: Byla objednána konstrukce zařízení na cirkulaci helia u britské firmy Howden, specializované na rozmanité komponenty jaderných elektráren. 


Dron otestoval laserový detekční systém chránící jaderné elektrárny

19.8.2020 Jaderné elektrárny jsou kritickou součástí energetiky z hlediska ochrany jejich bezpečnosti. Tomu odpovídá i několikanásobné jištění proti případným útokům ze vzduchu. Jedním z nich je laserový detekční systém, který chrání střechy vybraných budov. Tento systém otestovala na začátku srpna 2020 Policie ČR a společnost ČEZ v Jaderné elektrárně Temelín. 


IEA apeluje na vlády národních států: podpořte finančně jádro, potřebujeme ho v boji proti klimatickým změnám  

9.7.2020 Nejasný postoj Evropské unie i některých národních států ohledně jaderné energie vyvolává nejistotu u investorů, což brzdí výstavbu nových jaderných elektráren i prodlužování provozu těch stávajících. Globální spotřeba elektřiny roste a bez významného přispění jaderných elektráren se nepodaří dostat emise skleníkových plynů pod kontrolu. To jsou závěry Mezinárodní energetické agentury (IEA). V nejnovější zprávě týkající se doporučení post-covidových investic do energetiky pak IEA radí, aby vlády podpořily jadernou energetiku prostřednictvím výkupních cen, garancí za úvěry nebo systémem kreditů za bezemisní výrobu. IEA tedy radí postupovat podobným způsobem, jakým se vydala česká vláda při přípravě nového jaderného zdroje v Dukovanech. 


Omezovač průtoku vyrobený s využitím 3D tisku: aditivní výroba se dostává i do jaderné energetiky

5.6.2020 Aditivní výroba neboli 3D tisk se dostává stále více do specializované produkce součástí v rozmanitých odvětvích, včetně jaderné energetiky. Důkazem tohoto trendu je významný milník při výrobě jaderných reaktorů: Americká energetická skupina Westinghouse Electric Company nainstalovala v dubnu 2020 v jaderném reaktoru první součást svého druhu vyrobenou touto technologií – omezovač průtoku. 


Alloy 617 – slitina pro vysokoteplotní reaktory, která vydrží 950 °C

18.5.2020 Alloy 617 neboli Slitina 617 je jednoduché technické označení pro kov, který může znamenat významný pokrok v oblasti komercializace jaderných reaktorů IV. generace. Tento kov, vyvinutý v Idaho National Laboratory (INL) v USA byl schválen Americkou společností strojních inženýrů (ASME) pro zahrnutí do amerického Boiler and Pressure Vessel Code, tedy kodexu kotlů a tlakových nádob. Je to poprvé po 30 letech, kdy je do tohoto kodexu přidáván nový materiál. Odborná veřejnost o tom byla informována začátkem května 2020. 


Další postup rozšiřování elektrárny Dukovany a jasné stanovisko vlády ČR: „Jádro je zelenou investicí.“

6.5.2020 Po jednání vlády ČR z 27. 4. 2020 jsou jasné vzájemné vztahy mezi státem a investorem nového jaderného zdroje, který by měl po šedesáti letech provozu nahradit stávající zdroj v Dukovanech. Ministři totiž probrali smluvní rámec spolupráce se společností ČEZ. Rovněž byl dán mandát vicepremiérovi a ministru průmyslu, obchodu a dopravy Karlu Havlíčkovi k tomu, aby zahájil nezbytná jednání o veřejné podpoře s Evropskou komisí, tzv. notifikaci. V polovině letošního roku budou podepsány smlouvy státu s investorem, na konci roku pak zahájen tendr na dodavatele, který je v gesci společnosti ČEZ. 


Projekt Energy Well: také Česko vyvíjí vlastní malý modulární reaktor

11.3.2020 Zatímco skupina ČEZ jedná se světovými dodavateli již vyvinutých malých modulárních reaktorů, její dceřiná (či „vnukovská“) společnost – Centrum výzkumu Řež, dceřiná společnost ÚJV Řež ze skupiny ČEZ – pracuje na vývoji své vlastní koncepce takovéhoto reaktoru, označené jako Energy Well, tedy v překladu „energetická studna“. Na konci ledna 2020 získal jeho projektový tým patent od Úřadu průmyslového vlastnictví a zahájil přípravu nejaderné experimentální jednotky reaktoru. 


Atomová teplárna: Finsko zahajuje vývoj malého reaktoru pro centrální zásobování teplem

2.3.2020 Finsko a jeho hlavní město Helsinky jsou v mnoha ohledech příkladem šetrného přístupu k přírodě a praktického uplatňování konceptu smart city. Nicméně centrální zásobování teplem ve finských městech stále používá jako významný zdroj energie fosilní paliva. To nebude mít dlouhé trvání, s ohledem na plánovaný útlum uhelných zdrojů v energetice. Jako možná alternativa se uvažuje o využití malých jaderných reaktorů. Finské technické výzkumné centrum VTT proto zahájilo v únoru 2020 projekt vývoje malého reaktoru určeného primárně pro centrální zásobování teplem.


GE Hitachi Nuclear Energy a ČEZ: malé reaktory také v Česku?

24.2.2020 Spolu s Polskem a Estonskem je Česko další zemí bývalého východního bloku, která se aktivně angažuje v mezinárodní spolupráci na využití malých jaderných reaktorů. Důkazem je memorandum o porozumění mezi společnostmi GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) a ČEZ podepsané na začátku února 2020. Jeho prostřednictvím se obě strany dohodly na zkoumání ekonomické a technické proveditelnosti potenciální výstavby reaktoru BWRX-300 v České republice. 


Malý reaktor ARC-100 bude instalován ve stávající elektrárně Point Lepreau

19.12.2019 Malé reaktory jsou spolu s reaktory IV. generace klíčovým směrem v rozvoji jaderné energetiky. Jedním z typů, jehož příprava k realizaci je v současné době na postupu, je ARC-100 od dodavatele ARC Nuclear Canada. Důležitým milníkem v jeho realizaci je potvrzení ministra kanadské provincie New Brunswick pro národní zdroje a rozvoj energie z prosince 2019 ohledně podpory jeho vybudování pro komerční demonstraci ve stávající jaderné elektrárně Point Lepreau. 


Malé jaderné reaktory místo spalování ropných břidlic: Estonsko hledá bezuhlíkové alternativy, podepsalo dohodu s GEH

30.10.2019 Po Polsku je další zemí bývalého komunistického bloku, která se velmi aktivně zajímá o využití malých jaderných reaktorů, Estonsko. Svědčí o tom dohoda o porozumění (Memorandum of Understanding), kterou v říjnu 2019 uzavřel americký výrobce jednoho z malých reaktorů GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) a estonská společnost Fermi Energia. Tato společnost byla založena odborníky na atomovou energii pro podporu rozvoje malých jaderných reaktorů v Estonsku. Cílem uzavřené dohody s GEH je prozkoumat ekonomickou proveditelnost vybudování malého reaktoru BWRX-300 od GEH v Estonsku, prověřit požadavky na lokalitu a požadavky estonské státní regulace v oblasti využití atomové energie. 


BWRX-300: bude Polsko průkopníkem malých reaktorů v bývalém východním bloku?

24.10.2019 O malých reaktorech jako jednom z perspektivních směrů ve vývoji jaderné energetiky slýcháme především v souvislosti se zeměmi, jako jsou USA, Velká Británie, Kanada, případně Francie. Zdá se však, že k jejich uplatnění může dojít i v postkomunistických zemích a průkopníkem by mohlo být Polsko. Přinejmenším tomu nasvědčuje dohoda – memorandum o porozumění – z října 2019 mezi americkým výrobcem jednoho z malých reaktorů GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) a společností Synthos SA 




Naše tipy























Copyright © 2012 – 2021 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services