Na naši spletni strani Avtomanija.com uporabljamo piškotke, s katerimi izboljšujemo vašo uporabniško izkušnjo in vam zagotavljamo ustrezne vsebine in oglaševanje. Z nadaljno uporabo naše spletne strani se s tem strinjate.

Nadaljuj...
Zanimivosti   |   Obisk JE Krško - 2. del
Poraba? Nekaj trilijonov atomov na sto kilometrov
Jedrska elektrarna je še vedno najbolj čista oblika pridobivanja elektrike in glede na to, da elektrika poganja električne avtomobile, bomo napravili zanimiv izračun.
Artur Švarc
15. februar 2020 | 5:59:00

Na obisk jedrske elektrarne Krško smo se odpravili s Hyundaijem Kono Electric. Elektriko pridobivamo na različne vire, vendar večino električnih polnilnic pri nas poganja TEŠ 6 z dodatkom nekaj hidroelektrarn. Razen ene. Točno tiste, ki je postavljena na parkirišču jedrske elektrarne in iz nje teče elektrika, narejena iz atomov.

O fizikalnih podrobnostih, kako deluje NEK in še o čem, bomo v prihodnjih zgodbah, ki jih imamo še kar nekaj na zalogi, ukvarjali pa smo se tudi s kravžlanjem možgančkov, koliko atomov urana mora umreti, da se Hyundai Kona pelje sto kilometrov na čisto elektriko.

Če smo vzeli pot iz Ljubljane do Krškega z elektriko iz »črnih« virov, smo potem pred elektrarno Kono napojili z energijo atomov brez vsakršne emisije. No, to sicer ni čisto res, saj se mora v CO2 prstni odtis še vedno upoštevati tudi CO2, povezan z gradnjo in delovanjem drugih sistemov, vseeno pa čistejše oblike elektrike razen morda vodne ne boste našli. A tudi o tem v naslednjih zgodbah in naslednjih dneh.

Torej, gremo na hitro skozi mojo priljubljeno znanost – uporabno fiziko. Naj naštejemo nekaj dejstev.

Fisijski reaktor v Krškem sam zmore 1996 MW moči, potem ko čez uparjalnike in turbine para žene gigantski tisoč tonski generator, pa v omrežje oddaja pri polnem delovanju, kot je bilo tudi v času našega obiska, 698 megavatov. Izkoristek na generatorju je 37 %, bil bi tja do 50 %, če bi lahko reaktor delal na višjih temperaturah in tako naprej. Ta podatek niti ni tako pomemben. A za zdaj izhajamo iz preverjenega podatka, ki nam ga je povedal naš strokovni sogovornik Andrej Kavčič – za proizvodnjo 1 MW elektrike se pokuri 1 gram uranovega goriva. Kot zanimivost, kilogram urana stane nekaj malega čez 8 tisoč evrov, se pravi čista pretvorba iz urana v elektriko za 1 MW vzame 8 evrov, ko pa se prištejejo še obratovalni stroški, amortizacija in ostalo, je cena megavatne ure na trgu ta hip 33 evrov.

Obogaten uran

Koliko gramov goriva za polno baterijo Kone?

Enostavno, če 1 megavat zahteva 1 gram, potem je 64 kWh baterija v Koni polna s 64 miligrami. Zdaj poraba v Koni lahko varira od 15,5 kWh dalje ob varčni vožnji do 22 kWh, če se z njo (kot mi) spustite v nizkem preletu po avtocesti. Vzemimo srednjo vrednost 20 kWh za 100 prevoženih kilometrov in če naredimo izračun, smo za 106 kilometrov poti proti domu elektrarno v Krškem osiromašili za 21,2 miligrama uranovega goriva. Neposredna cena v gorivu? 16,96 centov ali 0,1696 evra za 100 in nekaj kilometrov poti. Obratovalna (NEK-ova) cena? 0,6996 evra za 106 kilometrov poti ali 0,66 centa(!) za kilometer vožnje. Ni slabo.

Če primerjamo s povprečnim bencinarjem s porabo 7 litrov, enaka pot stane 9 evrov. Ali skoraj 13-krat manj! No, dejansko so v ceno elektrike vštete še številne druge komponente, od davkov, omrežnin, stroškov distribucije, a verjetno ste razumeli, kam pes taco in atom elektrone moli.

Ampak to je en del zgodbe. Zdaj pa tisto, s čemer smo si na poti nazaj pregrevali procesor v možganu – koliko atomov nastrada za našo pot domov. Številka je bila najprej računana na pamet, a smo samo preverjali metodo in zdaj pridemo do odgovora.

V reaktorju uranova jedra 235 razpadejo na dve novi, pri čemer se sprosti energija

Koliko atomov so razsekali nevidni palčki nevtrončki, da smo se s Kono vrnili v Ljubljano?

Začnimo po vrsti, vhodne številke so lahko seveda približki. V gramu uranovega goriva se skriva le dobrih 5 % uporabnih atomov – obogateni uran 235 je tisti, ki se cepi, ostali uran 238, ki je v večini in tudi najtežji naravni element v vesolju, ne prispeva k sami cepitvi. V naravi je delež U235 okoli 0,72 %, zato ga je treba umetno »vzgojiti« do 5 % z bogatenjem v centrifugah.

Na kratko o fisiji ali cepitvi Urana 235

Verižna reakcija urana 235 je stvar, ki smo se jo učili že v šoli in dviga prah v praksi že od Los Alamosa in Hirošime naprej, na naše veselje pa v glavnem poganja ladje in dela elektriko.

Ko se v U235 zaleti nevtron, ta povzroči, da jedro razpade na dve novi jedri, jedro barija 141 in kriptona 92 (glej, glej, Superman!). Pri tem odletijo trije nevtroni, ki cepijo tri nove U235, pri cepitvi pa se odda 202,5 mega elektronvoltov energije ali 3,24 x 10-11 Joula. Novo nastala barij in kripton skupaj tehtata manj kot pred tem uran. Razlika v masi se je spremenila v energijo in tu prileti še stric Einstein s svojo E=mc2.

U235 naravno razpada 700 milijonov let. Razpolovna doba je to, kjer razpade polovica vseh U235 v neki količini. Ta razpade na Torij, ta po enem dnevu v proaktinij, ta po 32 tisoč letih v aktinij in tako naprej, dokler se vse skupaj 21 let pozneje ne konča kot svinec. Ampak tega nočemo, ker od tega ni nobene pretirane, niti energetske koristi, zato ga cepimo umetno in s tem segrevamo vodo do pare za proizvajanje elektrike. Ali pa uničevanje mest.

Skratka, če bi kdo hotel žalovati za atomi urana v reaktorju v Krškem, nikar! Iz enega nastaneta dva, malce drugačna. Na koncu jih je vseh še enkrat več. A pustimo pravljice, v praksi nas zanima, če se spomnite, koliko atomov U235 je potrebnih za našo električno Kono.

Na pare, preštejte se!

Da bi prešteli atome, rabimo vedeti, koliko atomov je v enem gramu urana 235. Ne pozabite, za našo pot 106 km smo ga porabili 5 % od 21,2 miligrama goriva oziroma 1,06 miligrama U235. Krasni svet jedrske fizike poenostavljeno pove, da se 100 kilometrov peljemo z 1 miligramom fisijske snovi. Ali 0,00106 grama. Zdaj že potrebujemo vejice. Tu potrebujemo še Italijana Amedea Avogadra iz Torina, ki je v začetku 19. stoletja definiral, da je v enem molu (kemija, se še spomnite) 6,022 140 76 x 1023 delcev. Zadevi se reče Avogadrovo število in recimo, da mu verjamemo. In koliko je en mol urana 235? Enostavno, masno (ne mastno!) ali molovo število je pri uranu 235, pri vodiku 1, ogljiku 12, kisiku 16 in tako naprej. Zdaj rabimo le še kalkulacijo za našo pot.

0,00106 grama uranovega izotopa U235 predstavlja 4,5106382978 x 10-6 ali 0,000004510638 mola. Za ljubitelje potenc, 4,51 milijoninke mola. Od tu nas loči le še en korak z Avogadrovim številom.

4,5106382978 x 10-6  x  6,022 140 76 x 1023 da koliko? Odgovor je …

2,7 x 1018 plus minus nekaj tistih U235, ki so zamudili na zabavo. In ker spet ne maramo potenc…

Tole je 2,72 trilijona atomov U235  ali 2 716 369 874 679 840 000 malih kroglic. Ni slabo za pot iz Krškega do Ljubljane. Ne pozabimo, za njimi ostane 5,44 trilijona novih kroglic.

Pa da ne bomo zlobni, dajmo takole – poraba 20 kWh pri Koni na 100 km se lahko izrazi tudi v 2,56 trilijona krških atomov urana 235 na 100 prevoženih kilometrov. Številka seveda varira od elektrarne do elektrarne. Ali kot bi rekel Anatolij Djatlov, šef izmene v Černobilu – Ni veliko, ni pa malo!

In koliko Drave mora preteči za 100 kilometrov vožnje s Kono? Na HE Maribor recimo 660 m3, kar se ob maksimalni moči zgodi v 1,2 sekunde.

In koliko premoga morajo skuriti v Šoštanju za to? Saj res, do Krškega smo prišli na premog. Če tu skrajšamo matematiko in izhajamo, da za 1 MW proizvedene energije TEŠ potrebuje 9,33 tone ali (pravilnih) megagramov premoga, je poraba Kone na 100 prevoženih kilometrov 186,6 kilograma premoga. Pri tem nastane 17,4 kilograma CO2 (870 kg za 1 MWh). Dajmo še malce kalkulacije – emisije CO2 so v tem primeru 174 g/km. Ole! Roko na srce, s porabo 15 kWh ob običajni vožnji je vse skupaj 130 g/km.

Svet številk in naše majhnosti

Za konec…Dopuščam možnost, da sem se kje v metodiki in številkah tudi uštel, v tem primeru me popravite in bomo znova sestavili številke, vseeno pa s konzultacijo z inženirjem kemije in še enim profesorjem fizike, prav veliko mimo, če sploh, nisem »užgal«.

Med vožnjo proti Ljubljani sem Uršo kar na pamet moril z gornjimi kalkulacijami in v glavi prišel do 2,85 trilijonov atomov, brez kalkulatorja, formul, zapisovanja in tako naprej, kar si štejem v posebno čast. Od Trebnjega pa do Ljubljane sem potem celo postavil idejo, kako izpeljati hladno fuzijo, ampak o tem kdaj drugič. To pravim, ker je svet energetike, ki se zdi danes večini samoumeven, daleč od preprostega pritiska na stikalo na steni. To je več kot raketna znanost, od proizvodnje, do distribucije in porabe. In za tem stoji ogromna količina ljudi z znanjem in idejami.

Da lahko na nekem nepomembnem delčku vesolja neka primitivna oblika življenja upravlja z zakoni narave in vesolja in njegove sestavne delce spreminja v energijo, da se premika po planetu, pa je tako ali tako fantastičen dosežek.

Številke, kako je 2,5 in 18 ničel malih nevidnih atomov zadolženih za 100 kilometrov vožnje, pa so nepojmljive že na tem majhnem prostoru, če jih projiciramo na celo vesolje, pa »možgan« pri večini pregori.

Za dodajanje komentarjev morate biti prijavljeni.
GTI
Sedi, 5! za članek.
15.2.2020 8:55:35
Sledge_Hammer
Spreminjanje delcev v energijo za premikanje po planetu, dobesedno izum star cca 3,5 miljarde let "kako izpeljati hladno fuzijo" right, that should be interesting
15.2.2020 11:36:28
Jon
Odlicno!😀😀😀
15.2.2020 12:58:32
Grozny
Čestitke! Članek vreden objave v Življenje in tehnika (pa reklama ni namen!) Komaj čakam nadaljevanje "zgodbe"
15.2.2020 14:18:56
kamiKaZaA
Super članek. Zelo rad berem takšne poučne članke.
16.2.2020 10:49:15
skrivo
Super, to je članek na nivoju, ki ga navaden novinar iz FDVja pač ne premore. Malo za hec in zares: edino 5% izgub Koninega polnilca si zanemaril
16.2.2020 23:53:38
aichi
Vidiš, do te točke nismo prišli, ke rmi je ta podatek skrit, se pravi je treba dodat 5%
17.2.2020 0:14:32
augi
Mislim da je edina napaka pri količini premoga ki je 10x prevelika
20.2.2020 9:28:05

O Avtomaniji

Kontakt z nami

Podportali

© Copyright 1999-2019 Avtomanija