کاربردهای انرژی هسته‌ای چیست؟
کاربردهای انرژی هسته‌ای چیست: یکی از مهم‌ترین کاربردهای انرژی هسته‌ای، تولید برق پاک است اما انرژی هسته‌ای در حوزه‌های دیگر نیز کاربردهای مهمی دارد. برای مثال، شیرین کردن آب دریا، تولید هیدروژن پاک، تامین گرمای موردنیاز صنایع خاص و البته تولید برق پاک از جمله حیطه‌های کاربرد انرژی هسته‌ای است. در ادامه، کاربردهای انرژی هسته‌ای را با تفصیل بیشتری توضیح می‌دهیم.
توجه: تولید انرژی هسته‌ای، تنها یکی از نتایج کاربردیِ فناوری هسته‌ای است. به عبارت دیگر، «فناوری هسته‌ای» مفهوم وسیع‌تری است که «انرژی هسته‌ای» ذیل آن قرار می‌گیرد. ما در مقاله‌ی پیشِ رو «کاربردهای انرژی هسته‌ای» را بررسی خواهیم کرد. برای آشنایی با «کاربردهای فناوری هسته‌ای» می‌توانید مقاله «کاربردهای فناوری هسته‌ای چیست؟» را مطالعه کنید.
کاربردهای انرژی هسته‌ای چیست؟
معمولا وقتی از کاربردهای انرژی هسته‌ای سخن می‌گوییم، نیروگاه‌های برق هسته‌ای اولین گزینه‌هایی هستند که به ذهن‌مان خطور می‌کنند. البته تولید برق از مهم‌ترین و راهبردی‌ترین کاربردهای انرژی هسته‌ای است اما راکتورهای صلح‌آمیز هسته‌ای علاوه بر تولید برق کاربردهای دیگری هم دارند. مثلا با استفاده از روش‌های خاص در فناوری هسته‌ای می‌توان آب‌های شور را شیرین، برای پالایش فلزات گرمای کافی و حتی برای وسایل نقلیه سوخت هیدروژنی تولید کرد که در مقایسه با بنزین و گازوئیل سوخت پاک و بی‌ضرری است. در ادامه چند نمونه از کاربردهای انرژی هسته‌ای را که در کاهش آلودگی هوا نیز موثر هستند نام می‌بریم و سپس آن‌ها را توضیح می‌دهیم:
کاربردهای انرژی هسته‌ای
- شیرین کردن آب شور دریا
- تولید هیدروژن پاک
- تامین گرمای موردنیاز صنایع
- تولید برق پاک
شیرین کردن آب‌های شور با استفاده از انرژی هسته‌ای
مردم بسیاری از مناطق جهان به آب آشامیدنی سالم و شیرین دسترسی ندارند. یکی از راه‌کارهای پیشرفته‌ی تامین آب آشامیدنی، شیرین کردن آب‌های شور دریا است. ضمناً هرچه نمک‌زدایی آب و تصفیه فاضلاب پیشرفت کند، سلامت عمومی جامعه ارتقا و بهبود می‌یابد. در حال حاضر متاسفانه یک‌پنجم جمعیت جهان با کمبود آب مواجه است. صدها میلیون انسان در جهان به آب آشامیدنی سالم دسترسی ندارند. تقاضا برای آب شیرین و آشامیدنی همچنان رو به افزایش است زیرا جمعیت جهان افزایش می‌یابد و در عین حال، با گرمایش زمین خطر خشکسالی و کم‌آبی جدی‌تر می‌شود.
تاسیسات آب‌شیرین‌کن
تصفیه‌خانه‌های هسته‌ای می‌توانند آب شور دریا را نمک‌زدایی و آن‌را به آب شیرین قابل شرب تبدیل کنند. برای این‌کار به انرژی گرمایی کافی نیاز داریم تا بتوانیم با استفاده از تاسیسات مخصوص آب‌شیرین‌کن، نمک را از آب شور جدا کنیم. در حال حاضر، بسیاری از تصفیه‌خانه‌ها و کارخانه‌های آب‌شیرین‌کن (که نمک را از آب می‌زدایند)، برای تولید گرمای موردنیازشان سوخت فسیلی می‌سوزانند و این سوخت‌ها هوا را آلوده می‌کنند. اما با بهره‌گیری از انرژی هسته‌ای می‌توان تقریبا بدون انتشار کربن در هوا، آب را شیرین کرد.
امروزه بعضی از تاسیسات انرژی هسته‌ای در دنیا می‌کوشند با پیشرفته‌تر کردن سامانه‌ها و راکتورهای‌شان میزان انتشار کربن را کاملا به صفر برسانند. چنین نیروگاه‌هایی را می‌توان در هر نقطه‌ای از دنیا برپا کرد و می‌توانند هم‌زمان هم برق تولید و هم آب را شیرین کنند.
تولید هیدروژن پاک
هیدروژن، نوعی سوخت پاک است و لذا از مهم‌ترین موادی است که برای تامین انرژی در آینده به کار خواهد رفت. ضمنا هیدروژن در برخی صنایع نیز کاربردهای مهمی دارد. برای تولید هیدروژن خالص، انرژی گرمایی کافی لازم است. با فناوری‌هایی مثل انرژی هسته‌ای می‌توان بدون انتشار هر نوع آلودگی هیدروژن تولید کرد.
بسیاری از کارخانه‌های تولید هیدروژن، انرژی و گرمای موردنیازشان را از سوخت‌های فسیلی مثل گاز طبیعی تامین می‌کنند که آلاینده هستند. مثلا، اکنون آمریکا برای تولید ۹۵ درصد هیدروژن خود از گاز طبیعی استفاده می‌کند و برای این منظور از فرآیندی موسوم به اصلاح بخار متان (steam methane reforming) بهره می‌برد که سالانه ۸۳۰ میلیون تن دی‌اکسید کربن در هوا پخش می‌کند. بدیهی است که در صورت استفاده از سوخت هسته‌ای به‌جای گاز و سایر سوخت‌های فسیلی جهت تولید هیدروژن، دیگر تقریبا هیچ گاز آلاینده‌ای در هوا پخش نمی‌شود.
مخازن هیدروژن پاک
با استفاده از نیروگاه‌های برق هسته‌ای می‌توان هیدروژن پاک تولید کرد و سپس برای تولید آمونیاک و نیتروژن در کودها نیز از آن بهره برد. هیدروژن در پالایش فولاد و همچنین در تولید سوخت‌های ترکیبی مخصوص کِشتی‌های باری نیز کاربرد دارد و بدین‌ترتیب می‌تواند میزان انتشار کربن در هوا را بطور چشمگیری کاهش دهد.
تامین انرژی گرماییِ موردنیاز صنایع
بسیاری از صنایع در حوزه‌هایی مثل تولید، پالایش، رطوبت‌زدایی و گرمایش و سرمایش به انرژی فراوان نیاز دارند که این انرژی اغلب مستقیما به‌شکل گرما استفاده می‌شود. برای مثال، از ذوب آهن و فولادسازی و ریخته‌گری گرفته تا کارخانه‌های الکترولیز بخار، مستقیما انرژی گرمایی مصرف می‌کنند. انرژی هسته‌ای می‌تواند چنین گرمای عظیم و مستمری را تامین کند و در عین حال منبع پاک، قابل‌اعتماد و پایداری برای تولید گرما باشد.
برخی صنایع مثل فولادسازی و ذوب آهن به انرژی گرمایی فراوان نیاز دارند.
نیروگاه‌های فعلیِ برق هسته‌ای طی فرآیندی موسوم به شکافت هسته‌ای، گرما تولید می‌کنند. گرمای شدیدی که در راکتور نیروگاه تولید می‌شود، آب را به بخار داغ تبدیل می‌کند و آن‌را به پره‌های توربین می‌دماند. با برخورد بخار به پره‌ها ژنراتور به چرخش درمی‌آید و برق تولید می‌کند. راکتورهای هسته‌ای یک‌سوم گرمای تولید شده را به برق تبدیل می‌کنند. باقی‌مانده گرما در محیط منتشر می‌شود. اما اگر همین گرمای مازاد و هدر رونده را جمع‌آوری و از آن استفاده کنیم، بهره‌وری نیروگاه افزایش و بخشی از نیازهای صنعت به گرما تامین و به همان نسبت آلودگی هوا کاهش می‌یابد.
تولید برق هسته‌ای
تقریبا همه مردم دنیا می‌دانند که یکی از رایج‌ترین کاربردهای انرژی هسته‌ای، تولید برق است. لذا این مورد را برای آخرین بخش مقاله نگاه داشتیم. نیروگاه‌های هسته‌ای برخلاف نیروگاه‌های سوخت فسیلی، هوا را آلوده نمی‌کنند، زیرا میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای‌شان بسیار ناچیز است. در دنیای امروز که گرمایش زمین از سویی و آلودگی بی‌رویه هوا از سوی دیگر انسان و سایر موجودات را گرفتار کرده است، بهره‌گیری از انرژی هسته‌ای روش پایدار و باصرفه‌ای برای تولید برق و کاهش آلودگی هواست. برای تولید برق هسته‌ای ابتدا باید سوخت هسته‌ای (عمدتا اورانیوم) تولید کرد. پس از آماده‌سازی سوخت هسته‌ای، آن‌را درون میله‌های سوخت جای می‌دهند و سپس میله‌ها را به قلب واکنشگر (راکتور) منتقل می‌کنند. اتم‌های اورانیوم در اثر شکافت هسته‌ای، از هم می‌پاشند و انرژی نهفته در آن‌ها آزاد می‌شود. با آزاد شدن انرژی هسته‌ایِ حاصل از شکافت، گرمای عظیمی تولید می‌شود که آب درون واکنشگر را می‌جوشاند و آن‌را بخار می‌کند. بخار با فشار به پره‌های توربین موجود در نیروگاه برخورد می‌کند و توربین را می‌چرخاند. مولد یا ژنراتوری که به محور توربین متصل است، انرژی مکانیکی حاصل از چرخش توربین را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و بدین‌سان برق تولید می‌شود.
عکسی از توربین‌های واحد دوم نیروگاه برق هسته‌ای کاشیوازاکی-کاریوا در ژاپن
جمع‌بندی: کاربردهای انرژی هسته‌ای چیست؟
تولید برق، شیرین کردن آب دریا، تولید هیدروژن و تامین گرمای موردنیاز برخی صنایع از حوزه‌های کاربردی انرژی هسته‌ای است. گفتیم فناوری هسته‌ای ابعاد کاربردیِ گوناگونی دارد که یکی از آن‌ها استخراج یا تولید انرژی هسته‌ای است. همچنین توضیح دادیم که یکی از آشناترین کاربردهای انرژی هسته‌ای تولید برق است اما انرژی هسته‌ای کاربردهای دیگری هم دارد. مثلا یکی از مهم‌ترین کاربردهای انرژی هسته‌ای، شیرین کردن آب شور دریا است. همچنین با استفاده از انرژی هسته‌ای می‌توان گرمای موردنیاز صنایع را تامین کرد. انرژی هسته‌ای در تولید هیدروژن نیز کاربرد دارد. استحصال هیدروژن به گرمای قابل‌توجهی نیاز دارد. با استفاده از سوخت هسته‌ای به‌جای سوخت‌های فسیلی می‌توان تقریبا بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای در هوا، هیدروژن تولید کرد.