अमेरिका की nuclear fuel market में वापसी

 (spectrum.ieee.org)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2023-11-16 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • अमेरिका के मौजूदा 93 nuclear power plants हर साल लगभग 2,000 टन uranium fuel इस्तेमाल करते हैं, लेकिन अगली पीढ़ी के reactors के commercialisation के लिए HALEU हासिल करना जरूरी है, जिसका commercial-scale production रूस में केंद्रित है
  • Centrus Energy ने Ohio के Piketon plant में बनाया गया पहला HALEU अमेरिकी Department of Energy को सौंपा, जिससे अमेरिका में commercial nuclear fuel production 70 साल बाद फिर शुरू हुआ
  • HALEU में U-235 enrichment लगभग 20% होता है, जो मौजूदा low-enriched uranium के करीब 5% से अधिक है, लेकिन weapons-grade uranium के 90% से ज्यादा स्तर से कम है, इसलिए इसे low-enriched के रूप में वर्गीकृत किया जाता है
  • अमेरिकी Department of Energy के Advanced Reactor Demonstration Program के तहत आने वाले 10 next-generation reactors में से 9 HALEU इस्तेमाल करते हैं, और सरकारी निवेश लगभग 600 million dollars रखा गया है
  • अमेरिका को 2030 से पहले 40 टन से अधिक HALEU की जरूरत होने का अनुमान है, और शुरुआती industrial demand बनाने के लिए सालाना लगभग 25 टन खरीदने की योजना supply chain बनाने की कुंजी बनती है

Centrus की पहली HALEU supply

  • Maryland के Bethesda में मुख्यालय वाली Centrus Energy ने Ohio के Piketon plant में उत्पादित HALEU की पहली खेप अमेरिकी Department of Energy को सौंपी
  • इस खेप को अमेरिका में 70 साल बाद फिर शुरू हुए commercial domestic nuclear fuel production का शुरुआती बिंदु माना जा रहा है
  • शुरुआती production अभी छोटा है और चरणबद्ध तरीके से बढ़ेगा
    • 2023 के अंत तक 20kg production का कार्यक्रम
    • 2024 में 900kg production का अनुमान
  • फिलहाल Centrus 16 centrifuges से बने 1 cascade का संचालन कर रही है
  • commercial-scale production के लिए कई cascades बनाने होंगे, जिनमें प्रत्येक में 120 centrifuges होंगी

next-generation reactors को HALEU की जरूरत क्यों है

  • अमेरिका के वर्तमान में संचालित 93 nuclear power plants हर साल लगभग 2,000 टन uranium fuel इस्तेमाल करते हैं
  • मौजूदा reactors के लिए low-enriched uranium, भविष्य में चलने वाले कुछ next-generation reactors की जरूरतों को पूरा करना मुश्किल होगा
  • HALEU next-generation reactors की high power density को संभव बनाता है
    • छोटा core
    • लंबी core life
    • कम fuel waste
  • Centrus के अनुसार, HALEU के 3 tablespoons में मौजूद energy औसत अमेरिकी उपभोक्ता की जीवनभर की बिजली खपत पूरी करने के स्तर की होती है

uranium enrichment method और technology choice

  • natural uranium में nuclear chain reaction बनाए रखने में सक्षम U-235 का अनुपात 1% से कम होता है
  • आज के reactors U-235 लगभग 5% वाले LEU का इस्तेमाल करते हैं
  • HALEU ऐसा fuel है जिसमें U-235 concentration को 19.75% स्तर तक बढ़ाया जाता है
  • पुराना gaseous diffusion method Manhattan Project और commercial nuclear power sector में इस्तेमाल हुआ था, लेकिन energy consumption बहुत ज्यादा होने के कारण इसकी प्राथमिकता घट गई
  • Centrus और रूस की state-owned Tenex gas centrifuge method से HALEU produce करते हैं
    • लगभग 5% enriched uranium को gas form में शुरू किया जाता है
    • 4 मंजिल ऊंची tubular centrifuge में high-speed rotation कराया जाता है
    • भारी U-238 दीवार की तरफ धकेला जाता है और U-235 अंदर अधिक मात्रा में बचता है
    • gas centrifuge cascades से गुजरते हुए target concentration तक धीरे-धीरे enrich होती है
  • laser enrichment को promising technology के रूप में देखा जाता है, लेकिन यह अभी development के शुरुआती चरण में है
    • अमेरिकी Department of Energy, North Carolina के Wilmington स्थित Global Laser Enrichment पर नजर रख रहा है

HALEU इस्तेमाल करने वाले और न करने वाले reactors

  • सभी next-generation reactors को HALEU की जरूरत नहीं होती
  • GE और Westinghouse द्वारा विकसित किए जा रहे कुछ small modular reactors water को coolant और uranium oxide को fuel के रूप में इस्तेमाल करते हैं, और standard LEU fuel इस्तेमाल करना चाहते हैं
  • HALEU उन next-generation reactors में जरूरी हो जाता है जो ज्यादा creative coolants और fuels इस्तेमाल करते हैं और बहुत छोटे core का लक्ष्य रखते हैं
    • TerraPower का sodium-cooled fast reactor
    • X-energy का high-temperature gas reactor
    • Kairos Power का fluoride salt-cooled high-temperature reactor

demand outlook और supply bottleneck

  • अमेरिकी Department of Energy का अनुमान है कि अमेरिका को 2030 से पहले 40 टन से अधिक HALEU की जरूरत होगी
  • next-generation reactor manufacturers को actual core operation तक पहुंचने में अभी कई साल बाकी हैं
  • Bill Gates समर्थित TerraPower ने घोषणा की है कि HALEU की कमी के कारण Natrium reactor demonstration को 2 साल टाल दिया जाएगा
  • Centrus के पास TerraPower के साथ memorandum of understanding है, लेकिन अभी formal purchase contract नहीं है

अन्य supply candidates और government purchase plan

  • Urenco New Mexico enrichment facility में HALEU production पर विचार कर रही है
    • यह UK government, Netherlands government और German utilities की jointly owned company है
    • फिलहाल यह LEU produce करती है
  • BWXT ने अगस्त 2023 में घोषणा की कि वह National Nuclear Security Administration के लिए अगले 5 वर्षों में 2 टन HALEU produce करेगी
  • अमेरिकी Department of Energy industry शुरू करने और producers को stable contracts देने के लिए सालाना लगभग 25 टन HALEU खरीदने की योजना बना रहा है
  • भविष्य में commercialisation चाहने वाले next-generation reactors की संख्या को देखते हुए, Russian nuclear fuel पर निर्भरता न बढ़ाने के लिए HALEU supply सुरक्षित करना अमेरिकी nuclear power strategy की अहम चुनौती बना हुआ है

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2023-11-16
Hacker News की राय

  • अमेरिका अपने ज़्यादातर nuclear fuel के लिए रूस पर निर्भर है—इस बात के साथ यह अहम संदर्भ भी जोड़ना चाहिए कि Megatons to Megawatts प्रोग्राम की वजह से nuclear fuel बाज़ार 10 साल तक बाधित रहा
    IEEE लेख में जिस Centrus का ज़िक्र है, वह उस समय US Enrichment Corporation नाम से इस exchange के अमेरिकी पक्ष को संभाल रहा था
    यह प्रोग्राम 20,008 nuclear warheads के बराबर nuclear disarmament कराने में सफल रहा, लेकिन इसने असल में fuel को ‘dump’ करके centrifuge operators को बाज़ार से बाहर कर दिया
    https://en.wikipedia.org/wiki/Megatons_to_Megawatts_Program
    https://www.centrusenergy.com/who-we-are/history/megatons-to...

    • उससे भी पीछे जाएँ तो Chernobyl और Three Mile Island दुर्घटनाएँ हैं। nuclear power में अगर चीज़ें गलत होती हैं तो बहुत बड़े स्तर पर गलत होती हैं—यह धारणा सामूहिक मनोविज्ञान में गहराई से बैठ गई थी
      इसी ने यह माहौल तय किया कि अमेरिका nuclear power को कितनी दूर तक आगे बढ़ाएगा, और भले ही कुल मिलाकर यह बेहतर समाधान हो सकता था, जब तक इसे राजनीतिक रूप से बहुत आसानी से खत्म किया जा सकता था, लोग इसका समर्थन करने को तैयार नहीं थे। Jack Welch की किताब "Straight from the Gut" में भी आता है कि GE ने रुख बदलता देखकर development से nuclear plant services की ओर अपना business shift किया, और वह फैसला सही निकला
      यह नई लहर, जिसमें हम यह स्वीकार कर रहे हैं कि fission नाम के इस beast को साधना सीखना होगा, सच में उत्साहजनक है। क्योंकि इसके फायदे नुकसान से बड़े हैं
      https://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident
    • अमेरिका nuclear fuel के लिए रूस पर इसलिए निर्भर है क्योंकि अमेरिकी सरकार ने अपने काफी सारे uranium mines को shell companies के जरिए रूस की state-backed संस्था को बेचने की मंज़ूरी दी थी
      https://en.wikipedia.org/wiki/Uranium_One

  • ऐसा नहीं है कि अमेरिका “nuclear fuel game” से बाहर था। Nevada की URENCO सहित commercial enrichment facilities मौजूद हैं, जो मौजूदा nuclear plants और AP-1000 जैसे नए conventional designs को fuel supply करती हैं
    यह press release high-assay low-enriched uranium (HALEU) के बारे में है, जिसे अभी बहुत सारे reactors इस्तेमाल नहीं करते
    NuScale इस fuel का इस्तेमाल करना चाहता था, लेकिन वह project कुछ हफ्ते पहले cost issues की वजह से cancel हो गया। कई advanced reactors पर चर्चा तो हो रही है, पर मुझे नहीं पता कि अभी असल में कोई ऐसा reactor है जिसे यह fuel तुरंत चाहिए। अमेरिका के बाहर हो सकता है
    NRC मानकों के अनुसार natural uranium में U-235 लगभग 0.7% होता है, पारंपरिक reactor fuel को 3–5% तक enrich किया जाता है। HALEU में 5–20% U-235 होता है, और weapons-grade करीब 90% होता है

    • NuScale reactor HALEU नहीं, बल्कि 4.95% enriched uranium इस्तेमाल करने वाला था
      https://www.nuscalepower.com/-/media/nuscale/pdf/fact-sheets...
    • सामान्य light-water reactors भी HALEU इस्तेमाल कर सकते हैं, और fuel replacement shutdown अवधि घटने से economics बेहतर हो सकती है
      Bill Gates जिन co-founders में से एक हैं, वह TerraPower भी इस दशक के भीतर Natrium reactor fuel के रूप में HALEU इस्तेमाल करना चाहता है
    • military spending पर trillions of dollars खर्च करते हुए, सभी energy problems और global warming को हल कर सकने वाले बेहतर fission designs खोजने के लिए Manhattan Project जैसी पहल पर 100 billion dollars भी न खर्च करना अजीब है
      जब तक battery energy density आज की 10–20 गुना नहीं हो जाती, solar और wind पारंपरिक power generation और nuclear की तुलना में हमेशा second-tier power sources ही रहेंगे

  • लेख के आंकड़ों के हिसाब से, क्या 2024 में Department of Energy एकमात्र अमेरिकी producer से 0.9 tons खरीदेगा और बाकी 24.1 tons रूस से खरीदेगा?

    • क्या लेख में यह संकेत था कि रूस से कुछ खरीदा जाएगा?
      मौजूदा reactors यह fuel इस्तेमाल नहीं करते। यह उन नए reactors के लिए production बढ़ाने वाला fuel है जो अभी बने भी नहीं हैं
    • क्या इसे 2025 में फिर से बढ़ने वाली व्यवस्था मानना चाहिए?

  • क्या अमेरिका में सचमुच 93 reactors हैं? मैं Greta की तरफ हूँ। nuclear power को आगे बढ़ाओ

    • सही है। यह अमेरिका की बिजली का करीब 20%, और low-carbon बिजली का लगभग 50% पैदा करता है
      https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_the_United_St...
    • मैं Gen IV nuclear plants के पक्ष में हूँ। मुझे लगता है यह distinction अहम है
      उदाहरण: https://www.energy.gov/ne/articles/3-advanced-reactor-system...
    • Greta nuclear power के समर्थन में नहीं है। ज़्यादातर environmental activists भी नहीं हैं
    • nuclear power की सबसे बड़ी समस्या यह है कि इसे बनाने में बहुत ज़्यादा समय लगता है। अमेरिका 30 साल से भी ज़्यादा समय तक लगभग रुका रहा, इसलिए पिछड़ गया है, और climate goals के अनुरूप इतनी जल्दी operational होना मुश्किल है
      इसलिए तेज़ी से लागू होने वाले दूसरे उपाय भी चाहिए, और साथ ही baseload power को support करने के लिए nuclear plants भी बनाने होंगे
    • इस project को चलाने के लिए uranium ore कहाँ से मिलेगा? 1GW nuclear plant को हर साल जिन करीब 200 tons fuel rods की जरूरत होती है, उन्हें आर्थिक रूप से बनाने लायक high-grade uranium ore कहाँ है?
      अगर ore में uranium content 0.1% है, तो 1 ton uranium के लिए 1,000 tons ore चाहिए। उस 1 ton को पाने में energy cost भी बड़ी है और waste भी बहुत ज़्यादा है। एक 1GW reactor को हर साल 200 tons चाहिए, यानी ore के हिसाब से सालाना 200,000 tons
      तुलना करें तो 1GW coal-fired power plant को हर साल 3–4 million tons coal खिलाना पड़ता है। coal की energy content oxygen combustion के आधार पर थोड़ी-थोड़ी अलग होती है
      और 1GW को भरोसेमंद तरीके से 24 घंटे supply करने वाले solar/wind/storage system को हर साल कितने tons चाहिए होंगे? battery replacement की समस्या तो है, लेकिन खुद calculation करके देख सकते हैं

  • रूस पर एक और अवांछित निर्भरता रूसी-डिज़ाइन वाले रिएक्टरों के लिए तैयार ईंधन है। अच्छी बात है कि कई देशों ने Westinghouse को वैकल्पिक ईंधन बनाने का काम देना शुरू कर दिया है, लेकिन मेरी समझ में यह अभी सिर्फ VVER-440 के एक डिज़ाइन तक ही सीमित लगता है

    • Westinghouse VVER-1000 को भी support करता है
      https://www.westinghousenuclear.com/Portals/0/operating%20pl...
    • इसी दौरान रूस तुर्किये, भारत, हंगरी, मिस्र, चीन, ईरान और बांग्लादेश में नए nuclear plants बना रहा है

  • “अगले कुछ वर्षों में चालू होने वाले advanced reactors के लिए पारंपरिक uranium fuel पर्याप्त नहीं है” वाली पंक्ति पढ़कर, आप भी मेरी तरह सोच सकते हैं, “क्या वह पिछले हफ्ते cancel नहीं हो गया था?”
    https://news.ycombinator.com/item?id=38199061
    लेकिन cancel हुआ था NuScale reactor, और TerraPower अभी भी आगे बढ़ता लग रहा है। इसका संबंध founder की असाधारण संपत्ति से हो सकता है
    https://abcnews.go.com/Technology/bill-gates-future-nuclear-...
    लगता है उन्होंने और billionaire funding लाने का तरीका भी ढूंढ लिया है
    https://www.theguardian.com/us-news/2021/jun/03/bill-gates-w...
    कहीं न कहीं “जिस hero के हम हकदार हैं” वाला meme छिपा हुआ लगता है

  • कंपनी साल के अंत तक 20kg HALEU बनाएगी और 2024 में 900kg उत्पादन करेगी—इन आंकड़ों को, और इस बात को कि HALEU के 3 tablespoons से औसत अमेरिकी consumer की पूरी जिंदगी की बिजली दी जा सकती है, साथ रखकर गणना करें तो 20kg अमेरिकी consumers के 1,867 लोगों के 1 साल के बराबर, और 900kg करीब 84,000 लोगों के बराबर होता है। शुरुआत के लिए ठीक लगता है
    https://www.wolframalpha.com/input?i=20+kg+%2F+%28%283+table...

    • 85,000 लोगों की lifetime supply हो तो बुरा नहीं है। उस calculation में 79 साल शामिल हैं
      1 साल के आधार पर यह 67 लाख लोगों के बराबर है। उससे ज्यादा आबादी वाले सिर्फ 16 राज्य हैं
      ठीक लगता है। अगर बेहतर स्थिति चाहिए थी तो 50 साल पहले शुरू करना चाहिए था, लेकिन अभी शुरू करना भी अच्छा है

  • दुश्मन देशों पर हथियारों के लिए निर्भर रहना उतना ही मूर्खतापूर्ण है जितना उनका खाने के लिए दुश्मन देशों पर निर्भर रहना

    • निर्भरता का सवाल आम तौर पर सिर्फ अंतिम फैसले से खत्म नहीं होता
      स्वतंत्रता की लागत और lead time रणनीतिक विचारों में अहम होते हैं

  • संबंधित लेख: https://www.eurasiantimes.com/nuclear-champions-us-lags-behi...