سيتم تجهيز أكبر سفينة شحن في العالم بمفاعل الثوريوم

وتقوم الصين ببناء أكبر سفينة حاويات تعمل بالطاقة النووية في العالم. تم الكشف عن التفاصيل جنوب الصين مورنينج بوست يوم الاربعاء.

وستكون سفينة الشحن قادرة على نقل 14000 حاوية شحن قياسية. لكن أهم ما يميزها هو محطة توليد الكهرباء. سيتم تجهيز السفينة مفاعل ملح الثوريوم المنصهر (TRRS) بقدرة حرارية 200 ميجاواتوالذي يتوافق مع مستوى طاقة مفاعل الماء المضغوط S6W المستخدم في أحدث الغواصات النووية التابعة للبحرية الأمريكية فئة Seawolf.

ثورة في بناء السفن

وعلى النقيض من المفاعلات النووية التقليدية، التي تستخدم اليورانيوم وتتطلب أنظمة تبريد ضخمة وقذائف احتواء عالية القوة، فإن المنتج الجديد يعمل بالثوريوم، وهو وقود نووي أكثر أمانا وأكثر وفرة وغير مناسب للأغراض الشريرة. والأهم من ذلك، أن المفاعل لا يحتاج إلى الماء للتبريد، مما يجعله أكثر إحكاما وأكثر هدوءا وأمانًا داخليًا من التصميمات التقليدية.

إذا تم نشرها بنجاح على نطاق واسع، فإن هذه التكنولوجيا تعد بأن تكون نقلة نوعية في الشحن التجاري.

تم تقديم مفهوم السفينة لأول مرة في عام 2023، ولكن الآن فقط أصبحت بعض التفاصيل الفنية معروفة. وقد استشهد بها هو كي، كبير المهندسين في مجموعة جيانغنان لبناء السفن، في المنشور الصناعي الصيني Ship & Boat.

ووفقا له، فإن الطاقة الحرارية الناتجة عن المفاعل لا تدفع السفينة بشكل مباشر. وبدلاً من ذلك، فهو يعمل على تشغيل مولد ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (sCO).₂)، وذلك باستخدام دورة برايتون، وهي عملية ديناميكية حرارية عالية الكفاءة تعمل على تحويل الحرارة إلى كهرباء بكفاءة أكبر بكثير من التوربينات البخارية التقليدية.

تستخدم دورة برايتون الغاز المضغوط – ثاني أكسيد الكربون في هذه الحالة – الذي يتم تسخينه إلى درجات حرارة قصوى، والذي يتم توسيعه في التوربينات لتوليد الطاقة. منظمة شنغهاي للتعاون₂ يتصرف كسائل وغاز في نفس الوقت، مما يسمح لك بإنشاء أنظمة مدمجة وعالية الكفاءة.

وسيولد النظام 50 ميجاوات من الكهرباء، وهو ما يكفي لدفع السفينة الضخمة عبر المحيطات لسنوات دون الحاجة إلى التزود بالوقود. وفي حالات الطوارئ، سيكون للسفينة أيضًا مولد ديزل احتياطي بقدرة 10 ميجاوات من الكهرباء.

السلامة مضمونة

أحد المخاوف الرئيسية المرتبطة بالسفن النووية هو الانهيار الأساسي أو التسرب الإشعاعي. ومع ذلك، مع TRRS، هذا مستحيل من حيث المبدأ – فهو يعمل عند الضغط الجوي. تسخن النواة حتى 700 درجة مئوية، ولكن بسبب معامل درجة الحرارة السلبية الكبيرة، يتباطأ التفاعل بشكل طبيعي مع ارتفاع درجة الحرارة – وهذا يمنعه من الخروج عن نطاق السيطرة.

هناك نظامان لإزالة حرارة الاضمحلال السلبي: نظام تبريد بالدوران الطبيعي داخل حجرة المفاعل ونظام تصريف للطوارئ يمكنه تصريف الملح المنصهر بأمان إلى خزانات التبريد السلبية المحمية عند الحاجة. في أسوأ السيناريوهات، إذا فشل التبريد، سوف يتدفق الوقود الملحي المنصهر إلى غرفة الاحتواء ويتصلب، ويربط المواد المشعة ويمنع التلوث على نطاق واسع.

بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم المفاعل بأكمله كوحدة معيارية محكمة الغلق ذات عمر خدمة يصل إلى 10 سنوات. بعد انتهاء صلاحيتها، بدلاً من إعادة التزود بالوقود، يتم استبدال وحدة المفاعل بأكملها – وهذا يقلل بشكل جذري من خطر التسربات أو الأخطاء البشرية.

بفضل التشغيل بدرجة حرارة عالية ودورة طاقة sCO المتقدمة₂تصل كفاءة التحويل الكهروحراري إلى 45-50%، وهو تحسن كبير مقارنة بكفاءة المفاعلات النووية التقليدية التي تستخدم البخار والتي تبلغ 33% تقريبًا.

كما تحدث هو جين تاو عن مشاريع أخرى للسفن التي تعمل بالطاقة النووية: ناقلة النفط سويزماكس المزودة بمفاعل سريع للتبريد من الرصاص والبزموت ومحطة طاقة نووية عائمة بها مفاعلات عالية الحرارة ومبردة بالغاز. ومع ذلك، فإن قوتها أقل من قوة سفينة الحاويات TRRS التي حطمت الأرقام القياسية.

الثوريوم ليس فقط أكثر أمانا، بل هو أيضا أكثر وفرة من اليورانيوم. تمتلك الصين احتياطيات هائلة من المعدن، خاصة في منغوليا الداخلية، حيث تحتوي نفايات المناجم وحدها على ما يكفي من الثوريوم لتزويد البلاد بأكملها بالطاقة لأكثر من 1000 عام بمستويات استهلاك الطاقة الحالية.

تم بناء أول مفاعل الثوريوم في ستينيات القرن العشرين في الولايات المتحدة الأمريكية، ولكن بسبب العديد من الصعوبات التقنية، مثل التآكل الشديد للأنابيب بسبب ذوبان الفلورايد، تم تقليص البرنامج. العلماء الصينيون لم يستسلموا – وهذا العام أول تي آر إس دخلت صحراء جوبي وضع التشغيل طويل المدى.

صعوبات في التمويل

إن آفاق هذا المجال واسعة النطاق، ولكن الصعوبات لا تزال قائمة. واستشهد هو كمثال على ذلك قائلاً: “من المتوقع أن تكون التكلفة الرأسمالية لبناء سفينة تجارية تعمل بالطاقة النووية أعلى بكثير من تكلفة بناء سفينة تقليدية”.

وتشمل العوائق المالية والتشغيلية ارتفاع تكاليف البناء الأولية، وصعوبة جذب الاستثمارات الخاصة بسبب المخاطر القائمة، ومحدودية عروض التأمين للحوادث النووية في البحر، والتكاليف المستمرة لصيانة المفاعلات، والتخلص من الوقود، وإخراج السفن من الخدمة، وتدريب الطاقم المتخصص. وعلى الرغم من أن الوقود النووي في حد ذاته منخفض التكلفة وسعره مستقر، فإن الجدوى الاقتصادية للمشروع تعتمد على ما إذا كانت رخص الوقود تفوق التكاليف الأولية الضخمة.

وخلص المهندس إلى أن “تنفيذ مشاريع الشحن التجاري سيتطلب على الأرجح دعماً أو ضمانات حكومية. والشركات الخاصة وحدها ليست قادرة على تحمل مثل هذه المخاطر الإنشائية والتشغيلية الهائلة”.