PLTN masa depan: IMSR, U Deplesi Sebagai BB, dan PLTN Apung

PLTN masa depan (Generasi IV) diharapkan dapat menjawab tantangan seperti ramah lingkungan, berkelanjutan, relatif murah, dapat diatur dayanya, pengelolaan limbah yang relatif mudah, tahan proliferasi, grid tersendiri (tak perlu terhubung PLN) sehingga dapat memenuhi kebutuhan energi, mempercepat pengembangan ekonomi, dan mengurangi kemiskinan di setiap negara.

IMSR

Tahun 2013 perusahaan Canada, Terrestrial Energy Inc (TEI) (bermarkas di Missisauga, Ontario) yang didukung oleh CNL (Canadian Nuclear Laboratories) menawarkan SMR dengan 3 jenis IMSR (Integral Molten Salt Reactor), IMSR80 (32,5MWe), IMSR300 (141MW), dan IMSR600 (291MW) yang menggunakan teknologi sederhana dalam bentuk molten fluorida atau garam khlorida, relatif murah, bahan bakar cair merangkap pendingin (LEU sebagai UF4 dalam garam cair thorium sebagai salah satu opsi dengan pengayaan lebih rendah dari reaktor konvensional), reaktornya tidak bertekanan dan tidak menggunakan air, moderator grafit, lebih aman, suhu keluar teras sekitar 700oC, ukuran lebih kecil dibanding SMR lainnya dengan daya sepadan. Biaya pembangkitan energi sekitar kurang dari 1 sen USD per kWh. Umur desain reaktor sekitar 50 tahun.

Reaktor dipadamkan dan dibiarkan mendingin setiap 7 tahun, lalu daya diganti oleh reaktor di teras baru yang tersedia dalam silo di sebelahnya. Status IMSR: tahapan cetak biru engineering, akhir th 2016). Daya reaktor 30 hingga 300 MWe atau lebih besar lagi (serial beberapa unit bila diperlukan) yang cocok sebagai pengganti PLTU batubara, cukup menempati lahan sempit, untuk daerah terpencil, dan operasi industri. Peralatan reaktor cukup dikirim via truk dan kereta api. Limbah nuklirnya diupayakan amat rendah tanpa limbah Pu.

TWR/SWR (U Deplesi)

Perusahaan TerraPower (AS) yang memanfaatkan para ilmuwan dan insinyur dari LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory), The Fast Flux Test Facility, Microsoft, universitas (MIT, California Berkeley, Oregon State, Michigan, Texas A&M, Nevada, dll.), sejumlah suasta, staf manajemen berpengalaman dari Siemen AG, Areva NP, project ITER, dan USDOE, menawarkan solusi bila suatu negara ingin membangun PLTN di masa depan.

PLTN TWR

Tawaran TWR adalah

Reaktor yang disebut reaktor cepat TWR (Traveling Wave Reactor / reaktor biak-bakar, status desain: konsep) adalah PLTN generasi IV menggunakan fitur keselamatan pasif guna memitigasi skenario kecelakaan. Analisis fitur tsb telah dilaksanakan sesuai dengan persyaratan IAEA, kode dan standar USNRC, ASME, dan IEEE. Desainnya masih terus dikembangkan guna mendefinisikan kriteria keselamatannya.
Bahan bakar (BB) utama adalah limbah uranium deplesi (sekitar 99,7% U-238) yang saat ini berlimpahan di pabrik pengayaan uranium, dan dapat pula berupa BBB (Bahan Bakar Bekas) LWR yang sementara ini masih tersimpan di silo-silo di seluruh penjuru dunia. Pada awal penyalaan reaktor, campuran logam mengandung sekitar 10% U-235 diperkaya (<20%) atau Pu-239 dan U-238 digunakan sebagai starter, kemudian netron yang dihasilkan dapat membiakkan dan membakar U-238 (yang telah meluruh menjadi Pu-239):

$\mathrm{^{238}_{\ 92}U + \,^{1}_{0}n \;\rightarrow\; ^{239}_{\ 92}U \;\rightarrow\; ^{239}_{\ 93}Np + \beta \;\rightarrow\; ^{239}_{\ 94}Pu + \beta}$

sehingga menghasilkan energi 50 kali lipat lebih tinggi untuk setiap kilogram uranium pada PWR konvensional. Sisa BB dari daur ulang BB TWR juga dapat digunakan.
Dapat mengakomodasi penggunaan BB U-alam dan thorium-alam yang sangat cocok untuk Indonesia. Penggunaan teknologi alternatif seperti BB Thorium dan reaktor garam cair (Molten Salt) sedang dikaji.
PLTN tersebut menggunakan teknologi reaktor cepat yang telah teruji, sehingga sekali BB itu masuk teras reaktor, mereka akan tinggal di dalamnya selama 40-60 tahun (sesuai dengan umur ekonomi PLTN) sehingga triliunan rupiah biaya BB yang dikeluarkan pada PLTN yang beroperasi sekarang ini bisa dihemat.
Karena menggunakan Uranium deplesi, dan tidak menggunakan proses-ulang BBB, PLTN jenis TWR tahan proliferasi, sehingga material untuk senjata nuklir tidak mungkin diperoleh. Oleh karena itu, pemasaran PLTN TWR tidak akan dipengaruhi secara politis oleh negara maju.
PLTN jenis TWR hanya bergantung pada hukum alam fisika guna mempertahankan keselamatan PLTN tanpa intervensi operator.
Terrapower menandatangani NDA (Non-disclosure Agreement) dengan fihak Toshiba (pengembang ultracompact reactor 10 MW, 4S, yang beroperasi terus menerus selama 30th tanpa penanganan BB). Beberapa teknologi yang digunakan dalam 4S dipertimbangkan untuk dialihkan ke TWR.

Manajemen dalam teras dimulai dari reaksi fissi di bagian tengah teras reaktor, di tempat pembiakan itu terjadi, sementara BB segar dari sisi luar teras bergerak ke tengah secara progresif, dan BBB bergerak dari tengah ke bagian luar. In-core management itu dilakukan setiap dua tahun sekali (Hal ini bertentangan dengan konsep traveling wave, TWR. Oleh karena itu, konsep TWR kemudian akan berubah menjadi Standing Wave Reactor, SWR). Resuffle itu menggunakan peralatan robot, dan bejana kungkung tetap tertutup selama proses resuffle berlangsung.
Sebagai SWR, teknologi thorium dan MSR juga dilirik oleh perancang TWR.

Ciri Desain PLTN TWR adalah:

Pendingin sodium (Na) pada tekanan atmosferik, kecelakaan LOCA tidak dimungkinkan (Perhatian: Na itu piroforik, terbakar bila berkontak dengan udara, dan meledak bila berkontak dengan air; ingat kasus Monju, Jepang th 1995 & th 2010; Superphoenix, Perancis 1996)
Reaktor kolam dengan inersia panas tinggi
Panas luruh memerlukan lebih dari 25 jam untuk mendidihkan pendingin pada 1 atm
Cukup menggunakan sirkulasi udara untuk membuang panas bahang. Suhu teras sekitar 550oC dengan daya berkisar antara 100-1000 MW. Ukuran teras silinder berdiameter 3m dan tinggi 4 m.
Reaksi kimia dengan paduan logam U (bukan oksida) tidak menghasilkan gas hidrogen
Fitur keselamatan melekat dapat mematikan reaktor tanpa menggunakan batang kendali dan tanpa pompa sirkulasi pendingin
Didesain untuk mengatasi bencana alam seperti gempa bumi, tsunami, banjir, dll.
Tidak ada isi-ulang BB selama 40-60 tahun
Desain ini juga dipelajari di Univ. Xiamen dan CGNPC, Tiongkok
BB utama TWR adalah U-deplesi; jadi tidak memerlukan pengayaan dan proses-ulang BB. Delapan ton DU diharapkan menghasilkan 25 miliar kWh dengan derajad bakar lebih dari 25%. Di AS (Paducah) saja tersedia sekitar 750 ribu ton U-deplesi yang cukup sebagai BB PLTN TWR (SWR) untuk menerangi seluruh rumah di AS selama 700 tahun.

Purwarupa TWR-P

B&W meneken MoU dengan TerraPower dalam sistem energi nuklir. Fase desain awal skala komersial akan berdaya besar 1.150 MW, berpendingin Na cair, berBB U-deplesi atau U-alam. Kolaborasi itu melibatkan fasilitas B&W di Lynchburg dan beberapa tempat lainnya yang berupa desain dan fabrikasi komponen, fabrikasi purwarupa & layanan BB, pengembangan proses fabrikasi BB, desain reaktor, uji untai alir, uji material, dan dukungan lisensi. Sementara, TerraPower akan mengurusi sisi komersialnya ke seluruh penjuru dunia.

Reaktor demonstrasi, TWR-P, sedang dikembangkan (1475 MWth; paduan logam U-10%Zr; U-diperkaya awal 15,75%; kelongsong SS ferritik-martensitik HT-9; silinder teras diam. 4 m, tinggi 5,5 m; duduk dalam bejana reaktor setinggi 17,65m). Sementara, TP-1, 500 MWe (`1200 MWth, waktu konstruksi 4 th) selesai dirancang dengan isi-ulang BB setiap 40 tahun dan upaya lisensinya masih terus berlangsung.
Sebelumnya, TerraPower juga meneken MoU dengan KAERI (2012) untuk membuat purwarupa 150MWe PGSFR th 2028. KAERI saat ini mengembangkan teknologi pembakaran limbah beracun umur panjang dalam BBB dari reaktor PWR yang saat ini sudah dioperasikan.
PLTN TWR diharapkan dapat masuk skala komersial sekitar tahun 2022.

PLTN APUNG (OSMR)

Bila PLTN darat dianggap kurang aman, mengapa anda tidak memilih PLTN apung yang agak jauh dari bibir pantai?
PLTN apung (FNPPs) semula diusulkan oleh Rosatom (Kementerian Tenaga Atom Federasi Rusia), Rusia yang dikenal dengan Akademik Lomonosov (bekas kapal pemecah es).
Sejak kejadian kecelakaan di Fukushima, ide PLTN Apung versi lain (versi MIT, daya: 50-1000 MW yang disebut Floating Offshore NPP, OSMR, Offshore Small Modular Reactor) mengemuka di AS bila di lihat dari sisi ekonomi dan keselamatan guna mengantisipasi kecelakaan nuklir akibat gempa sekaligus tsunami. Ide itu dimungkinkan dengan mengkombinasikan teknologi PLTN (PWR/BWR, dll) dan teknologi offshore platform untuk eksplorasi & eksploitasi migas lepas pantai yang telah mapan / dikuasai dengan baik.

Kelebihan PLTN Apung versi MIT adalah :

Lokasinya sekitar 10 km dari bibir pantai yang jauh dari pemukiman penduduk guna mengantisipasi kecelakaan nuklir (bila ada) dilengkapi dengan transmissi listrik bawah laut
Bila terjadi kecelakaan, penduduk di bibir pantai tidak perlu dievakuasi, karena lepasan (venting) gas radioaktif berada di bawah permukaan laut
Gempa bumi dan dan tsunami tidak akan berefek kepada struktur PLTN karena gelombang air laut lebih kecil bila dibandingkan dengan gelombang yang menerpa bibir pantai.
Dekomisioningnya juga mudah, ia tinggal ditarik ke fasilitas dekomisioning di darat seperti prosedur tarik yang biasa dilaksanakan oleh kapal laut dan kapal selam nuklir.
Air-laut berfungsi sebagai pendingin alami tak terbatas (versi MIT: reaktor nuklir tercelup dalam air-laut) setelah reaktor dipadamkan.

PLTN apung, Lomonosov

Rusia dan Tiongkok meneken MoU untuk membangun 6 PLTN apung (Versi Rusia: Akademik Lomonosov) mulai tahun 2019 senilai USD 400miliar. Sebelumnya, Rosatom akan membangun PLTN apung di lepas pantai Chukotka / Rusia tahun 2016 (direncanakan beroperasi tahun 2018) guna memasok listrik bagi platform minyak lepas pantai.

PLTN apung buatan Tiongkok

Tiongkok memiliki rencana rinci untuk membuat program PLTN apung juga yang akan diselesaikannya th 2020. Hal itu dimaksudkan untuk memperkuat posisi di bidang maritim, agar dapat mengeksploitasi sumber alam samuderanya. PLTN lepas pantainya juga akan memberikan energi terhadap industri migas lepas pantai dan proyek pengembangan kepulauan. Dua PLTN apung akan dibangun oleh CGN dan CNNC.

J. Buongiorno dari MIT/AS mengusulkan konsep PLTN apung (OSMR) yang berbeda dengan desain Rusia) yang berjangkar mirip platform seperti anjungan minyak lepas pantai dengan reaktor nuklir tercelup ke dalam air-laut. Sementara, PLTN apung Rusia ( KLT-40C, 35 MW) mengapung di laut dan PLTN-nya berada di dalam tongkang/kapal. Model tongkang ini pernah disinggung akan dimiliki oleh Gubernur Gorontalo, Indonesia yang kemudian batal.

PLTN KECIL & MENENGAH

PLTN berdaya Kecil & Menengah di dunia (SMR Maju, status: Sep 2014) banyak sekali ragamnya yang dapat dipertimbangkan untuk diadopsi di masa depan, sementara BATAN (Indonesia) merancang reaktor nuklir sendiri yang disebut RGTT200 (200 MWe).
Pada tahun 2014 ada 4 reaktor kategori SMR yang sedang dibangun, yaitu CAREM 25 (purwarupa industri, Argentina), KLT-40S PLTN Apung, RITM-200 untuk kapal pemecah es (Federasi Rusia), dan HTR-PM (demonstrasi pembangkit untuk industri, China/Tiongkok).

Desain SMR maju lainnya (yang akan siap sekitar 2025-2030) di antaranya adalah:

Reaktor berpendingin Air (Status: Sept 2014)

CAREM-25 (27 MWe, PWR integral, pelet UO2/heksagonal, 3,1%) (CNEA, Argentina)
ACP-100 (100 MWe, PWR integral, UO2/17x17, 2,4-3,0%) (CNNC, China/Tiongkok)
Flexblue (160 MWe, di dasar laut, PWR, UO2/17x17, 4,5%) (DCNS, Perancis)
AHWR300-LEU (304 MWe, AHWR, UO2/D2O, Th-LEU/MOX 19,75%) (BARC, India)
IRIS (335 MWe, PWR integral, UO2/MOX/17x17, 4,95%) (IRIS, International Consortium)
DMS (300 MWe, ABWR, 4,3%) (Hitachi-GE Nuclear Energy, Jepang)
IMR (350 MWe, PWR integral, pelet UO2/21x21, 4,8%) (Mitsubishi HI, Jepang)
SMART (100 MWe, PWR integral, pelet UO2/17x17, <5%) (KAERI, Korea Selatan)
KLT-40S (35 MWe, PWR Apung, pelet UO2/heksagonal, <20%) (OKBM Afrikantov, Federasi Rusia)
VBER-300 (325 MWe, PWR, Lahan/Apung, pelet UO2/heksagonal, 4,95%) (OKBM Afrikantov, Federasi Rusia)
ABV-6M (6 MWe, PWR, Lahan/Apung, pelet UO2/heksagonal, 19,7%) (OKBM Afrikantov, Federasi Rusia)
RITM-200 (50 MWe, PWR, Lahan/Apung, pelet UO2/heksagonal, <20%) (OKBM Afrikantov, Federasi Rusia)
VVER-300 (300 MWe, PWR, pelet UO2/heksagonal/U-Pu, 3,3-4,79%) (OKB Gidropress, Federasi Rusia)
VK-300 (250 MWe, BWR, pelet UO2/heksahedron, 4%) (RDIPE, Federasi Rusia)
UNITHERM (6,6 MWe, PWR, partikel UO2 matriks Silumin/Zr, <20%) (RDIPE, Fed. Rusia)
RUTA-70 (70 MWth, tipe kolam, cermet 0,6 UO2 + 0,4 Al, 3%) (RDIPE, IPPE, Fed. Rusia)
SHELF (6 MWe, PWR, tenggelam dalam air/air-laut, UO2 dalam matriks Al) (RDIPE, Federasi Rusia)
ELENA (0,068 MWe, PWR integral, pelet UO2 / MOX, 15,2%) (Research Russian Centre "Kurchatov Institute", Federasi Rusia)
mPower (180 MWe, PWR, pelet UO2/17x17, <5%) (Babcock & Wilcock Gen. mPower., AS)
NuScale (>45 MWe, PWR integral, pelet UO2/17x17, <5%) (NuScale Power Inc., AS)
Westinghouse SMR (>225 MWe, PWR integral, pelet UO2/17x17, <5%) (Westinghouse Electric Co.LLC, AS)
SMR-160 (160 MWe, PWR, pelet UO2, 4,95%) (Holtec International, AS)

Reaktor Temperatur Tinggi Berpendingin Gas (Status: Sept 2014)

HTR-PM (210 MWe, Pebble, He/C, UC, 8,5%) (Tsinghua University, China / Tiongkok)
GT-HTR300 (100-300 MWe, Prismatik, He/C, UO2, TRISO, 14%) (JAEA, Jepang)
GT-MHR (285 MWe, Prismatik, He/He, LEU or WPu) (OKBM Afrikantov, Federasi Rusia)
MHR-T RP (4x205,5 MWe, Prismatik, He/C, TRISO, <20%, produksi H2) (OKBM Afrikantov, Federasi Rusia)
MHR-100 (25-87 MWe, Prismatik, He/C, TRISO, <20%) (OKBM Afrikantov, Fed. Rusia)
PBMR-400 (165 MWe, Pebble, He/C, TRISO, 9,6%) (PBMR SOC Ltd., Afrika Selatan)
HTMR-100 (4x35 MWe, Pebble, He/C, TRISO, LEU, LEU/Th or Th/Pu) (STL, Afrika Selatan)
SC-HTGR (272 MWe, Prismatik, He/C, TRISO, <20%) (AREVA, AS)
Xe-100 (35 MWe, Pebble, He/C, TRISO, 10,61%) (X-energy, AS)

Reaktor Cepat Berpendingin Natrium (status: Okt 2013)

4S (Super Safe, Small & Simple) (10 MWe, LMR, U-Zr alloy, <20%) (Toshiba, Jepang)
CEFR (20 MWe, (Pu,U)-O2, 19,6%) (CNEIC, China / Tiongkok)
PRISM (311 MWe, U-Pu-Zr, 26%Pu, 10%Zr) (GE-Hitachi, AS)
FBR-1 & 2 (500 MWe, tipe kolam, MOX) (IGCAR, India)