พลังงานนิวเคลียร์ยุคใหม่ ‘Small Modular Reactors’ ทางรอดวิกฤตพลังงานที่อาเซียนต้องจับตามอง

ท่ามกลางกระแสการเปลี่ยนผ่านทางพลังงาน (Energy Transition) ทั่วโลก ภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้กำลังเผชิญโจทย์หิน ทั้งความต้องการพลังงานที่พุ่งสูงขึ้นและเป้าหมายการลดคาร์บอนที่ท้าทาย พลังงานหมุนเวียนอย่างแสงอาทิตย์หรือลมอาจไม่เพียงพอสำหรับการเป็นพลังงานพื้นฐานที่มั่นคง

คำถามสำคัญคือ "พลังงานนิวเคลียร์" จะเป็นคำตอบหรือไม่? และถ้าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเดิมใหญ่เกินไปสำหรับเมืองที่แออัดอย่างสิงคโปร์หรือกรุงเทพฯ SMRs หรือ Small Modular Reactors จะเข้ามาแก้เรื่องนี้ได้อย่างไร?

ผู้ที่จะมาไขคำตอบนี้คือ ศาสตราจารย์ Michael Short จากภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมนิวเคลียร์แห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ผู้ซึ่งดำรงตำแหน่งที่ปรึกษาทางเทคนิคให้กับ A*STAR ในสิงคโปร์ ทำให้เขามีความเข้าใจบริบทและความท้าทายเฉพาะตัวของภูมิภาคนี้อย่างลึกซึ้ง

เมื่อโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเดิม 'ไม่มีที่ยืน' ในอาเซียน

ศาสตราจารย์ Michael Short เริ่มต้นด้วยการชี้ให้เห็นถึงข้อจำกัดทางกายภาพที่เด่นชัดที่สุดของภูมิภาคนี้ โดยเฉพาะในประเทศที่มีความหนาแน่นของประชากรสูงอย่างสิงคโปร์ หากเราพิจารณาการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิมขนาดใหญ่ สิ่งที่ต้องคำนึงถึงคือ 'พื้นที่เขตวางแผนฉุกเฉิน' (Emergency Planning Zone หรือ EPZ) ซึ่งกินอาณาบริเวณกว้างขวาง หากลองวางผังโรงไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีประชากรน้อยที่สุดของสิงคโปร์อย่าง Lim Chu Kang รัศมีของเขตปลอดภัยนี้ก็จะพาดผ่านข้ามพรมแดนไปยังมาเลเซีย หรือหากเลือกวางที่เกาะจูร่ง (Jurong Island) ซึ่งเป็นศูนย์กลางปิโตรเคมี รัศมีดังกล่าวก็จะทับซ้อนกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยางและย่านที่พักอาศัย หรือแม้แต่บนเกาะ Tekong ก็จะไปกระทบกับสนามบินและพรมแดนระหว่างประเทศ ข้อเท็จจริงนี้สะท้อนปัญหาของหลายพื้นที่ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ที่มีความหนาแน่นสูงและพรมแดนที่ติดกัน ทำให้การหาพื้นที่สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ที่ต้องอาศัยพื้นที่กันชนมหาศาลเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ ต่างจากสหรัฐอเมริกาที่มีพื้นที่กว้างขวางและห่างไกลชุมชน

วิวัฒนาการสู่ SMR เล็กลง ปลอดภัยขึ้น และคุ้มค่ากว่า

เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมเทคโนโลยีใหม่ถึงอาจเป็นทางออก จำเป็นต้องมองย้อนกลับไปที่กลไกการทำงาน พื้นฐานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือการต้มน้ำให้เดือดเพื่อหมุนกังหันผลิตไฟฟ้า แต่สิ่งที่เปลี่ยนไปในเทคโนโลยียุคใหม่คือรูปแบบของเชื้อเพลิงและการระบายความร้อน ศาสตราจารย์ Michael Short อธิบายถึงนวัตกรรมเชื้อเพลิงแบบใหม่ที่ไม่ได้มาในรูปแบบแท่งยาวเหมือนในอดีต แต่มาในลักษณะ 'ก้อนกรวด' ที่ภายในบรรจุยูเรเนียมซึ่งถูกห่อหุ้มด้วยเซรามิกแยกย่อยในระดับอนุภาค การออกแบบเช่นนี้สร้างเกราะป้องกันความปลอดภัยในตัวเอง ทำให้ลดความจำเป็นของชิ้นส่วนที่เรียกว่า 'Safety Critical' หรือชิ้นส่วนที่ต้องตรวจสอบความปลอดภัยอย่างเข้มงวดลงได้มหาศาล เมื่อชิ้นส่วนเหล่านี้น้อยลง การบำรุงรักษาก็ง่ายขึ้น และโอกาสที่โรงไฟฟ้าจะต้องหยุดเดินเครื่องก็น้อยลงตามไปด้วย ซึ่งปัจจัยชี้ขาดความคุ้มทุนของโรงไฟฟ้าไม่ใช่แค่การสร้าง แต่คือ 'Uptime' หรือระยะเวลาที่สามารถเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง

เทคโนโลยี SMR ไม่ใช่เรื่องใหม่เสียทีเดียว เพราะต้นกำเนิดของมันคือเตาปฏิกรณ์ในเรือดำน้ำนิวเคลียร์ลำแรกของโลกอย่าง Nautilus ในปี 1954 ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็กสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในพื้นที่จำกัด การหวนกลับมาสู่แนวคิด 'เล็กแต่ทรงประสิทธิภาพ' ในปัจจุบัน จึงเป็นการแก้ปัญหาความคุ้มทุนแบบกลับทิศทาง จากเดิมที่เชื่อว่ายิ่งสร้างใหญ่ยิ่งต้นทุนต่อหน่วยถูก (Economy of Scale) แต่โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่มาพร้อมกับปัญหาสังคม การเวนคืนที่ดิน และความหวาดกลัวของชุมชน ในทางตรงกันข้าม SMR นำเสนอสิ่งที่เรียกว่า 'Super-linear scaling' ในด้านความปลอดภัย กล่าวคือเมื่อลดขนาดเตาปฏิกรณ์ลงเพียงเล็กน้อย รัศมีของเขตวางแผนฉุกเฉิน (EPZ) กลับลดลงฮวบฮาบจนเหลือเพียงระดับรั้วโรงงาน

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดคือเตาปฏิกรณ์วิจัยขนาด 6 เมกะวัตต์กลางสถาบัน MIT ซึ่งมีเขตปลอดภัยครอบคลุมพื้นที่ไม่ถึงหนึ่งบล็อกถนน และที่น่าทึ่งคือมีหอพักนักศึกษาตั้งอยู่ตรงมุมของเขตรั้วนั้นพอดี ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่าเทคโนโลยีขนาดเล็กสามารถอยู่ร่วมกับชุมชนเมืองได้อย่างปลอดภัยหากมีการจัดการที่ถูกต้อง

การปฏิวัติอุตสาหกรรมด้วยความร้อนและไฮโดรเจน

จุดเด่นที่สำคัญของ SMR นอกเหนือจากการผลิตไฟฟ้า คือศักยภาพในการผลิต 'Process Heat' หรือความร้อนสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรม โดยเฉพาะในพื้นที่นิคมอุตสาหกรรมอย่างเกาะจูร่ง การใช้ SMR หลายยูนิตกระจายตัวอยู่สามารถจ่ายไอน้ำและความร้อนให้กับโรงกลั่นและโรงงานปิโตรเคมีได้โดยตรง ซึ่งช่วยลดการปลดปล่อยคาร์บอนจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อสร้างความร้อนลงได้ ปัจจุบันเราสูญเสียปิโตรเคมีไปถึง 20% เพียงเพื่อเผามันมากลั่นตัวมันเอง การใช้ความร้อนจากนิวเคลียร์จึงเป็นการแก้สมการที่ยั่งยืนกว่า

นอกจากนี้ ในบริบทของแผนพลังงานปี 2050 ของสิงคโปร์ที่พึ่งพาไฮโดรเจนเป็นหลัก ปัญหาใหญ่คือจะเอาพลังงานจากไหนมาผลิตไฮโดรเจน เตานิวเคลียร์ SMR แบบอุณหภูมิสูง (High Temperature Reactors) สามารถทำความร้อนได้สูงกว่า 800 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นระดับที่ทำให้กระบวนการแยกไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) มีประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างมาก อีกทั้งความร้อนทิ้งจากกระบวนการยังสามารถนำไปใช้กลั่นน้ำทะเล (Desalination) ซึ่งเป็นทรัพยากรสำคัญของภูมิภาคได้อีกด้วย

โมเดลเศรษฐศาสตร์ใหม่ จากการก่อสร้างสู่การผลิตแบบโรงงาน

อุปสรรคดั้งเดิมของนิวเคลียร์คือต้นทุนการก่อสร้างที่บานปลาย เพราะโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ต้องสร้างชิ้นส่วนขึ้นรูปหน้างานแบบ 'Custom build' ทั้งหมด ยกตัวอย่างเช่นกังหันไอน้ำขนาดมหึมาที่ต้องสั่งทำพิเศษ แต่สำหรับ SMR ที่มีขนาดราว 10-100 เมกะวัตต์ อุปกรณ์ต่างๆ สามารถหาซื้อได้จากแคตตาล็อกมาตรฐาน เหมือนการเลือกซื้ออะไหล่รถยนต์ การเปลี่ยนจากการก่อสร้างหน้างานมาเป็นการประกอบจากโรงงานช่วยลดความเสี่ยงเรื่องความล่าช้าและต้นทุนดอกเบี้ยเงินกู้ได้อย่างมหาศาล

ศาสตราจารย์ Michael Short ยังชี้ให้เห็นถึงความยืดหยุ่นในการขยายกำลังการผลิต หากต้องการพลังงานเพิ่ม ก็เพียงแค่นำโมดูลเตาปฏิกรณ์มาวางเพิ่มในช่องที่เตรียมไว้ คล้ายกับการเติมแบตเตอรี่ โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการขอใบอนุญาตที่ยุ่งยากซับซ้อนใหม่ทั้งหมดเหมือนโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ การเรียนรู้จากบทเรียนในอดีตและการผลิตซ้ำจะช่วยกดดันให้ราคาต่อหน่วยลดลงตามหลักการ 'Learning Curve' โดยคาดการณ์ว่าเมื่อเทคโนโลยีนี้เข้าที่ ราคาอาจลงมาแตะที่ระดับ 4,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ ซึ่งจะทำให้ SMR กลายเป็นคู่แข่งที่น่ากลัวในสนามพลังงานสะอาด

ความท้าทายทางวัสดุศาสตร์และบทสรุป

แน่นอนว่าทุกเทคโนโลยีใหม่ย่อมมีความท้าทาย ศาสตราจารย์ Michael Short ทิ้งท้ายในประเด็นทางเทคนิคเกี่ยวกับการกัดกร่อนและรังสี (Radiation and Corrosion) เมื่อชิ้นส่วนใหม่ๆ ถูกนำไปวางในสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูงใน SMR ทีมวิจัยของ MIT ได้ค้นพบสิ่งที่น่าประหลาดใจจากการทดลองยิงลำอนุภาคโปรตอนใส่โลหะในเกลือหลอมเหลว ผลปรากฏว่ารังสีกลับช่วยยับยั้งการกัดกร่อนในบางกรณี ซึ่งขัดกับสัญชาตญาณเดิม การค้นพบเหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญที่จะทำให้มั่นใจว่า SMR จะปลอดภัยและทนทานในระยะยาว

ในท้ายที่สุด คำถามเรื่องความปลอดภัยมักจะเป็นสิ่งที่สาธารณชนกังวลมากที่สุด แต่ศาสตราจารย์ Michael Short เตือนสติด้วยแนวคิดเรื่อง 'Inaction Bias' หรืออคติของการไม่ทำอะไรเลย การกลัวความเสี่ยงจากนิวเคลียร์จนไม่กล้าลงมือทำ เท่ากับเรากำลังยอมรับความเสี่ยงที่แน่นอนและรุนแรงกว่าจากวิกฤตภูมิอากาศ แม้ประวัติศาสตร์จะมีอุบัติเหตุอย่างเชอร์โนบิลหรือฟุกุชิมะ แต่ด้วยเทคโนโลยี SMR ที่ออกแบบให้เขตอันตรายจำกัดอยู่ในวงแคบ เรากำลังก้าวเข้าสู่ยุคที่พลังงานนิวเคลียร์สามารถอยู่ร่วมกับชุมชนและอุตสาหกรรมได้อย่างปลอดภัย และอาจเป็นจิ๊กซอว์ชิ้นสำคัญที่ขาดหายไปของความมั่นคงทางพลังงานในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้

อ้างอิง: Keynote: Building Energy Resilience: Lessons from Nuclear Science and Engineering - Are Small Modular Reactors (SMRs) the Right Answer for Southeast Asia? จากงาน Powering Southeast Asia through 2050 Conference