Dlaczego nie wywalamy odpadów jądrowych w kosmos?

Ener­ge­ty­ka jądrowa to świetna sprawa. Jest wydajna, nisko­emi­syj­na i — wbrew obie­go­wym lękom — wyjąt­ko­wo dobrze kon­tro­lo­wa­na. Byłaby jednak jeszcze świet­niej­sza, gdyby nie odpady. Obję­to­ścio­wo nie­wiel­kie, jednak wciąż paskud­ne i pro­du­ko­wa­ne w tysią­cach ton rocznie przez ponad czte­ry­sta reak­to­rów dzia­ła­ją­cych na całym świecie. Nasza dotych­cza­so­wa stra­te­gia radze­nia sobie z tym pro­ble­mem jest sku­tecz­na, choć niezbyt kre­atyw­na: po prostu gro­ma­dzi­my zużyte paliwo w szczel­nych pojem­ni­kach, zagrze­bu­je­my je głęboko pod ziemią i zapo­mi­na­my o sprawie. Trochę jak z wyrzu­ca­niem brud­nych skarpet pod łóżko.

To nie leni­stwo, lecz brak wydaj­nej alter­na­ty­wy. Oczy­wi­ście naukow­cy nie skła­da­ją broni i roz­wi­ja­ją różne kon­cep­cje uty­li­za­cji, ale do wdro­że­nia tych naj­cie­kaw­szych jeszcze daleko.

ZASTRZEŻENIE Widzę, że mimo lat pochwa­la­nia ener­ge­ty­ki jądro­wej, parę osób w mediach spo­łecz­no­ścio­wych uznała mnie po tym arty­ku­le za anty­ato­mo­we­go here­ty­ka. Skoro muszę, napiszę wprost: atom to naj­roz­sąd­niej­sze ze źródeł energii, jakie mamy do dys­po­zy­cji. Nie emituje CO₂, a sto­sun­ko­wo nie­wiel­kie ilości odpadów są szczel­nie izo­lo­wa­ne — w prze­ci­wień­stwie do wyzie­wów elek­trow­ni ciepl­nych, które tra­fia­ją prosto do naszych płuc. Ten tekst to tylko opo­wieść o jednym z fan­ta­stycz­nych pomy­słów ludz­ko­ści, który nie spro­stał próbie czasu. Kry­tycz­ne spoj­rze­nie na ideę wyrzu­ca­nia odpadów w kosmos, czy samo stwier­dze­nie, że odpady jądrowe ist­nie­ją, nie oznacza jeszcze, że ktoś chce zamykać reak­to­ry. Wręcz prze­ciw­nie — życzę naszemu państwu jak naj­szyb­sze­go uru­cho­mie­nia pierw­szej elek­trow­ni jądro­wej. A naj­le­piej kilku.

I tu pojawia się bardzo natu­ral­na pokusa, żeby to wszyst­ko zebrać i po prostu wywalić gdzieś, gdzie z całą pew­no­ścią nie będzie nikomu prze­szka­dzać. W kosmos.

Cholera… Właściwie, dlaczego tego nie robimy?

No właśnie. Mamy problem z odpa­da­mi i mamy maszyny, za pomocą których potra­fi­my wynosić różne rzeczy w prze­strzeń kosmicz­ną. To roz­wią­za­nie wydaje się tak natu­ral­ne, że aż piękne. I rze­czy­wi­ście, był moment kiedy NASA całkiem poważ­nie się nad tym zastanawiała. 

W 1974 roku – kiedy polska repre­zen­ta­cja pił­kar­ska robiła furorę na mun­dia­lu w RFN, a pomysł na Gwiezd­ne Wojny istniał tylko w głowie Geo­r­ge­’a Lucasa – ame­ry­kań­ska Komisja Energii Ato­mo­wej zamó­wi­ła raport na temat tech­nicz­nych moż­li­wo­ści wyrzu­ca­nia nie­bez­piecz­nych odpadów poza Ziemię. Efektem była seria wewnętrz­nych doku­men­tów, upu­blicz­nio­nych przez NASA w 2013 roku. Zawie­ra­ją one bardzo kon­kret­ne analizy tech­nicz­ne, oceny wyko­nal­no­ści, pro­ce­du­ry awa­ryj­ne, ostroż­ne kosz­to­ry­sy oraz porów­na­nia dostęp­nych systemów.

Autorzy rapor­tów pokła­da­li ogromne nadzie­je w pro­jek­cie waha­dłow­ców. Pano­wa­ła wtedy dość powszech­na opinia, że “kosmicz­ne cię­ża­rów­ki” pozwolą wyko­ny­wać dzie­siąt­ki lotów rocznie – ruty­no­wo, bez­piecz­nie i co naj­waż­niej­sze, taniej niż kiedykolwiek. 

Na papie­rze byłyby więc dosko­na­ły­mi śmie­ciar­ka­mi. Według naj­cie­kaw­sze­go z roz­pa­try­wa­nych sce­na­riu­szy, waha­dło­wiec miał wynosić kon­te­ner z pro­mie­nio­twór­czą zawar­to­ścią na niską orbitę, gdzie ładunek przej­mo­wał­by wystrze­lo­ny wcze­śniej kosmicz­ny holow­nik (space tug), wypo­sa­żo­ny we własny napęd. Po pod­pię­ciu maszyna odpa­la­ła­by silniki, zabie­ra­jąc odpady i pro­mie­nio­twór­czy problem w siną dal.

Osta­tecz­nie jednak projekt został odło­żo­ny na półkę, z której już nigdy go nie ścią­gnię­to. Nawet jeżeli pomysł wydawał się wyko­nal­ny tech­nicz­nie, spe­cja­li­ści zna­leź­li aż nadto powodów, żeby uznać go za nie­pro­por­cjo­nal­nie skom­pli­ko­wa­ny, ryzy­kow­ny i drogi.

Dylemat #1: Rakieta robi bum

Strze­lam, że to pierw­sza wąt­pli­wość, która przy­szła ci do głowy na myśl o rakie­cie zała­do­wa­nej nie­bez­piecz­ny­mi mate­ria­ła­mi. Słusz­nie, ponie­waż bez względu na sta­ra­nia inży­nie­rów, maszyny i pro­ce­du­ry czasem zawodzą. W rapor­tach z lat 70. ryzyko poważ­nej awarii podczas startu lub wcze­snej fazy lotu oce­nia­no na 1% do 2%. Jak poka­za­ła histo­ria w kon­tek­ście waha­dłow­ców były to bardzo trzeźwe sza­cun­ki. Na 135 misji ame­ry­kań­skich promów, dwie (Chal­len­ger 1986, Colum­bia 2003) zakoń­czy­ły się kata­stro­fą, co daje awa­ryj­ność na pozio­mie 1,5%.

Możemy założyć, że dziś byłoby lepiej, ponie­waż ten sam współ­czyn­nik dla popu­lar­ne­go Falcona 9 od SpaceX nie prze­kra­cza 0,3%. Flagowa maszyna Muska zali­czy­ła już 330 ofi­cjal­nych misji i tylko dwu­krot­nie uległa znisz­cze­niu – ostatni raz we wrze­śniu 2016 roku. 

Od tamtego momentu rakieta wyko­na­ła ponad 250 lotów bez utraty ładunku. To rewe­la­cyj­ny wynik, o jakim ana­li­ty­cy NASA nie mogli nawet marzyć. Jednak, argu­ment ryzyka kata­stro­fy wciąż pozo­sta­je w mocy. W końcu, bez względu na to, czy wybuch­nie nam co setna rakieta, czy “tylko” co tysięcz­na – przy ogrom­nej liczbie startów (o czym później), w ciągu naj­da­lej kilku lat sta­ty­stycz­nie musi dojść do jakie­goś wypadku.

Warun­kiem minimum byłoby w tej sytu­acji każ­do­ra­zo­we pako­wa­nie groź­nych mate­ria­łów do super-wytrzy­ma­łych kon­te­ne­rów, zdol­nych prze­trzy­mać eks­plo­zję rakiety, rąb­nię­cie w ziemię, zato­pie­nie na dnie oceanu, czy atak Godzil­li. Czy jeste­śmy w stanie pro­du­ko­wać takie puszki? Za odpo­wied­nią cenę pewnie tak, ale powta­rza się ten sam problem: zawsze ist­nie­je nie­ze­ro­wa szansa, że nie­prze­wi­dzia­ny zbieg oko­licz­no­ści lub błąd ludzki dopro­wa­dzi do roz­sz­czel­nie­nia pojemnika.

Oczyma wyobraź­ni widzę te nagłów­ki grozy: “RAKIETA Z ODPADAMI JĄDROWYMI EKSPLODOWAŁA NAD ATLANTYKIEM”, “KOSMICZNY CZARNOBYL NAD FLORYDĄ”, albo “RADIOAKTYWNY DESZCZ PO KATASTROFIE WAHADŁOWCA”. Nawet gdyby skutki eko­lo­gicz­ne takiego incy­den­tu oka­za­ły­by się nie­wiel­kie, to z całą pew­no­ścią wywo­łał­by on potwor­ny kryzys medial­ny i polityczny.

Dylemat #2: Skala i logistyka

No dobrze, powiedz­my, że jakimś cudem poli­ty­cy wzięli na siebie to ryzyko i zaak­cep­to­wa­li program wyrzu­ca­nia radio­ak­tyw­nych śmieci w kosmos. Przejdź­my więc do praktyki.

Według prognoz NASA sprzed pół wieku, popyt na energię nukle­ar­ną miał stale rosnąć, a pro­duk­cja wyso­ko­ak­tyw­nych odpadów mogła sięgnąć 2 tysięcy ton rocznie w samych Stanach Zjed­no­czo­nych. Trochę prze­strze­li­li, ponie­waż obecnie jest to około 700 ton, ale i tak do ich pozby­cia się potrze­bo­wa­li­by­śmy od 50 do 100 startów rakiet. Śmie­ciar­ka z ładun­kiem radio­ak­tyw­ne­go złomu musia­ła­by zatem opusz­czać Ziemię minimum raz w tygo­dniu. Pamię­ta­jąc o tym, że przez trzy dekady trwania pro­gra­mu waha­dłow­ców (STS), wyko­na­ły one raptem 135 lotów – spe­ku­lo­wa­no o napraw­dę spek­ta­ku­lar­nym przedsięwzięciu.

Żeby to ogarnąć, potrzeb­na byłaby zupeł­nie nowa infra­struk­tu­ra: ośrodki prze­ła­dun­ko­we, spe­cjal­ne trasy z elek­trow­ni do kosmo­dro­mów, wyspe­cja­li­zo­wa­ne ekipy zaj­mu­ją­ce się pako­wa­niem, kon­tro­lą i zabez­pie­cze­niem trans­por­tu. Nie roz­ma­wia­my prze­cież o mate­ria­łach, które można ot tak, po prostu wrzucić na pakę cię­ża­rów­ki. Ładunek musiał­by być moni­to­ro­wa­ny na każdym etapie, chro­nio­ny równie dobrze, co głowice jądrowe, obsłu­gi­wa­ny przez per­so­nel, który prze­szedł­by więcej szkoleń niż ope­ra­to­rzy LHC. Na dodatek, wszyst­ko powinno działać jak w zegarku, bo każde opóź­nie­nie, każdy błąd w logi­sty­ce, to nie tylko milio­no­we straty, ale także większe ryzyko wypadku.

Z drugiej strony pozwo­li­ło­by to na ewo­lu­cję nowej, zapewne bardzo docho­do­wej branży. Gdyby SpaceX posta­no­wił przyjąć wyzwa­nie i wywozić ame­ry­kań­skie śmieci poza Ziemię, musiał­by podwoić swoją prze­pu­sto­wość. Gdyby nato­miast cały świat chciał pójść tą samą drogą, powsta­ło­by co naj­mniej kilka podob­nych molo­chów, zatrud­nia­ją­cych armię ludzi i obsłu­gu­ją­cych co naj­mniej pięćset startów rakiet rocznie.

Dylemat #3: Miliardy, miliardy

Wystrze­le­nie cze­go­kol­wiek w kosmos zawsze było drogą zabawą. W czasach, gdy NASA na poważ­nie roz­wa­ża­ła kon­cep­cję “kosmicz­nych śmie­cia­rek”, pozby­cie się jednego kilo­gra­ma odpadów jądro­wych miało kosz­to­wać około 150 tysięcy dolarów. Cena uwzględ­nia­ła zabez­pie­cze­nie prze­sył­ki, część infra­struk­tu­ry i lot, ale bez kosztu sepa­ra­cji z paliwa naj­groź­niej­szych izo­to­pów (plutonu, ameryku, neptunu itp.).

W grę wcho­dzi­ły potężne sumy: półtora miliar­da na każdy start, gdyby waha­dło­wiec zabie­rał ze sobą 10 ton mate­ria­łu. Wartość rocz­ne­go zamó­wie­nia, przy pięć­dzie­się­ciu lotach, wynio­sła­by więc 75 miliar­dów. Oczy­wi­ście mówimy o dawnych dola­rach, posia­da­ją­cych znacz­nie wyższą wartość nabyw­czą. Gdyby zasto­so­wać kal­ku­la­tor infla­cji, oka­za­ło­by się, że dzi­siej­szy koszt ana­lo­gicz­ne­go pro­gra­mu bez trudu prze­bił­by granicę 500 miliar­dów dolarów. To irra­cjo­nal­na liczba – połowa rocz­ne­go budżetu armii Stanów Zjed­no­czo­nych. Gdyby choć część tych kosztów została prze­nie­sio­na na kon­su­men­tów, rachun­ki za prąd wystrze­li­ły­by wyżej niż jaki­kol­wiek wahadłowiec.

Jednak akurat ta prze­szko­da traci na aktu­al­no­ści. W ostat­nich kil­ku­na­stu latach ceny lotów kosmicz­nych spadły – i to nie parę procent, ale o całe rzędy wiel­ko­ści. Większa kon­ku­ren­cja, auto­ma­ty­za­cja i rozwój rakiet wie­lo­krot­ne­go użytku, pozwa­la­ją dziś wynosić ładunki dwa­dzie­ścia razy taniej niż w epoce wahadłowców. 

Oznacza to, że koszt wyrzu­ca­nia odpadów poza planetę, byłby wyraź­nie niższy od tego, którym stra­szo­no w dawnych rapor­tach – nawet po uwzględ­nie­niu sku­mu­lo­wa­nej infla­cji. Nadal trzeba by wyłożyć na stół jakieś 20–30 miliar­dów rocznie, ale nie jest to już suma, która defi­ni­tyw­nie zamyka dyskusję.

Koszmar #4: Kosmiczne składowisko

Załóżmy, że jakimś cudem dopię­li­śmy swego: mamy godne zaufa­nia rakiety, przy­zwo­le­nie spo­łecz­ne, gotową infra­struk­tu­rę i obrzy­dli­wie boga­tych inwe­sto­rów. Możemy wystrze­lić pierw­szy radio­ak­tyw­ny ładunek w kosmos. 

Czyli wła­ści­wie gdzie?

Naj­bar­dziej kuszą­cym, bo naj­prost­szym roz­wią­za­niem, byłoby wyrzu­ca­nie odpadów na orbitę oko­ło­ziem­ską. Szybko, tanio, nie trzeba wiel­kiej energii i można za jednym zama­chem wynosić spore ładunki. Latając na niską orbitę (LEO) Falcon 9 w kon­fi­gu­ra­cji umoż­li­wia­ją­cej odzysk pierw­sze­go stopnia, mógłby zabie­rać nawet 18 ton.

Jest to jed­no­cze­śnie opcja zde­cy­do­wa­nie naj­głup­sza. Obiekty umiesz­cza­ne na niskiej orbicie z czasem tracą pręd­kość i w końcu wpadają w atmos­fe­rę, czego raczej wole­li­by­śmy uniknąć. A nawet, jeżeli wynie­sie­my ładunek nieco wyżej – nadal ist­nie­je szansa na ano­ma­lię lub pechowe zde­rze­nie, które popchnie go z powro­tem w kie­run­ku planety. Poza tym, okolica Ziemi już teraz przy­po­mi­na śmiet­nik i ostat­nie, czego nam potrze­ba, to roz­rzu­ca­nie dookoła tysięcy kon­te­ne­rów wypcha­nych zużytym paliwem jądrowym.

Żeby napraw­dę pozbyć się odpadów, trzeba więc wyrzu­cić je z dala od naszego podwór­ka. Jeśli nie poza Układ Sło­necz­ny, to przy­naj­mniej na orbitę oko­ło­sło­necz­ną, gdzie wto­pi­ły­by się w tłum pla­ne­to­id i krążyły sobie po cichut­ku przez kolejne miliony lat. 

Dlaczego nie posłać śmieci w stronę Słońca, żeby się spaliły?

Para­dok­sal­nie taki manewr byłby naj­trud­niej­szy. Żeby ziemski obiekt “spadł” w kie­run­ku Słońca, musi naj­pierw wyha­mo­wać, a dokład­niej zmniej­szyć pręd­kość orbi­tal­ną Ziemi (czyli ~30 km/s). W prak­ty­ce wyma­ga­ło­by to więcej energii niż osią­gnię­cie trze­ciej pręd­ko­ści kosmicz­nej i… opusz­cze­nie Układu Sło­necz­ne­go. Dosłow­nie taniej byłoby posyłać opady w stronę Alfa Cen­tau­ri, niż wrzucić je do Słońca.

NASA w swoich rapor­tach reko­men­do­wa­ła umiesz­cza­nie kon­te­ne­rów na orbicie oko­ło­sło­necz­nej w pasie pomię­dzy Ziemią a Wenus, w odle­gło­ści 125–135 milio­nów kilo­me­trów od Słońca. Nikt tam nie zagląda, a gdyby przez nie­praw­do­po­dob­ny zbieg oko­licz­no­ści doszło do jakiejś kolizji, wytrą­co­ny obiekt prędzej pofru­nął­by w stronę Wenus niż wzniósł­by się na tra­jek­to­rię pro­wa­dzą­cą do Ziemi. (Dlatego to bez­piecz­niej­sza opcja niż zaśmie­ca­nie obszaru pomię­dzy Ziemią a Marsem).

Problem? Gra­wi­ta­cja nie jest naszym sprzy­mie­rzeń­cem. Loty poza orbitę Ziemi wyma­ga­ją nadania wyno­szo­ne­mu obiek­to­wi więk­szej pręd­ko­ści, a tym samym zużycia więk­szej porcji paliwa lub ogra­ni­cze­nia masy ładunku. Nasz Falcon 9 nie zabie­rze w taką podróż już 18 ton, lecz co naj­wy­żej 3–4 tony. A to oznacza więcej startów, więcej kosztów i więcej okazji do prze­róż­nych incydentów.

Po zesta­wie­niu starych rapor­tów z obec­ny­mi moż­li­wo­ścia­mi, pomysł wysy­ła­nia odpadów jądro­wych w kosmos nadal wydaje się kiepski. Nawet jeżeli uznamy go za możliwy do reali­za­cji, a roz­wi­ja­ne tech­no­lo­gie obni­ży­ły­by koszty do zno­śne­go (lub przy­naj­mniej nie­ab­sur­dal­ne­go) poziomu – dalej mówimy o przed­się­wzię­ciu kar­ko­łom­nym i nie­war­tym zachodu. Pozo­sta­je też groźba awarii z pika­ją­cym licz­ni­kiem Geigera w tle, która chyba zawsze będzie tworzyć barierę psy­cho­lo­gicz­ną nie do przeskoczenia.

Na szczę­ście nie stoimy pod ścianą i nie musimy sięgać po zaku­rzo­ne plany z archi­wów NASA. W wielu krajach pro­jek­to­wa­ne są super­głę­bo­kie skła­do­wi­ska geo­lo­gicz­ne, mające zabez­pie­czyć duże ilości odpadów przez tysiące lat. Fizycy kom­bi­nu­ją nad uniesz­ko­dli­wia­niem naj­bar­dziej upar­tych izo­to­pów przez ich zamianę w coś mniej zabój­cze­go (o czym wspo­mnia­łem w tekście o trans­mu­ta­cji pier­wiast­ków). Z kolei inży­nie­ro­wie reak­to­rów nowej gene­ra­cji, dają nadzie­ję na powtór­ne wyko­rzy­sta­nie zuży­te­go paliwa do pro­duk­cji energii.

Dlatego futu­ry­stycz­na wizja rakiet wyno­szą­cych w prze­strzeń nie­zli­czo­ne kon­te­ne­ry, wypeł­nio­ne po brzegi plu­to­nem i innymi paskudz­twa­mi, nie­pręd­ko wróci do łask. Na pewno nie w naj­bliż­szych dekadach.

A TAK W OGÓLE TO… Tak napraw­dę wiele ładun­ków, które wysła­li­śmy w prze­strzeń kosmicz­ną, zawie­ra­ło w sobie mate­riał pro­mie­nio­twór­czy. Sprzęt badaw­czy – począw­szy od legen­dar­nych sond Pioneer i Voyager, aż po mar­sjań­ski łazik Per­se­ve­ran­ce – bardzo często wyko­rzy­stu­je energię gene­ro­wa­ną przez rozpad plutonu-238 albo uranu-235. W 1978 roku radziec­ka sonda Kosmos 954 wypo­sa­żo­na w minia­tu­ro­wy reaktor, wpadła w atmos­fe­rę, roz­sie­wa­jąc uran nad pół­noc­ną Kanadą. Naj­więk­sze szcząt­ki maszyny udało się zabez­pie­czyć, a Kana­dyj­czy­cy wysta­wi­li Sowie­tom rachu­nek na 3 miliony dolarów.