Daya nuklir
nuklir. Keamanan pasif untuk reaktor nuklir (seperti ESBWR) sudah siap untuk dibuat. Desain-desain reaktor ini juga dibuat agar semakin tahan terhadap kesalahan-kesalahan pengoperasian yang dilakukan manusia. Sekarang ini para ilmuwan berusaha untuk mengembangkan reaktor fusi, yang nantinya diharapkan dapat mengurangi atau malah menghilangkan bahaya dari reaktor fusi sekarang ini. Reaktor fusi ini mungkin akan beroperasi pada masa depan.
Sistem pendingin akan mengeluarkan panas dari inti reaktor dan memindahkannya ke tempat lain, dimana panasnya ini dapat digunakan lagi untuk memproduksi listrik. Biasanya, cairan panas ini akan digunakan sebagai sumber panas untuk pendidih, dan panas bertekanan dari pendidih dapat digunakan untuk memberi tenaga pada turbin uap untuk menggerakkan generator elektrik.
Sering disebutkan bahwa pembangkit nuklir tidak fleksibel, dibutuhkan sumber tenaga lain untuk memenuhi kebutuhan pada saat beban puncak. Saat ini, reaktor-reaktor modern sudah dapat mengatasi masalah tersebut.
Pembangkit nuklir yang ada di Perancis dapat dioperasikan di beberapa mode. Unit A di Pembangkit listrik nuklir Biblis di Jerman didesain agar dapat meningkatkan atau mengurangi keluaran listriknya sebesar 15 % per menit, dengan besarannya berkisar antara 40-100% dari keluaran aslinya. Reaktor uap air ("Boiling water reactors") dapat diubah-ubah sesuai tingkat kebutuhan, dengan cara memvariasikan aliran air.
Sebuah reaktor nuklir hanya merupakan bagian dari siklus-hidup untuk energi nuklir. Proses awalnya sendiri dimulai dari penambangan. Penambangan uranium biasanya dilakukan secara terbuka. Di kasus lain, logam uranium ini akan diekstrak dan diubah menjadi logam stabil dengan bentuk kompak bernama yellowcake, kemudian setelah itu diantar menuju tempat pemrosesan. Di tempat pemrosesan, yellowcake diubah menjadi
uranium heksafluorida, dan kemudian akan diperkaya dengan beberapa macam teknik. Uranium yang diperkaya ini (biasanya mengandung lebih dari 0.7% U-235) kemudian dijadikan bahan bakar sesuai dengan kebutuhan reaktor tersebut. Bahan bakar nuklir ini akan mengalami 3 siklus operasi di dalam reaktor (kira-kira butuh waktu 6 tahun), secara umum sampai 3% dari uraniumnya sudah
difisi. Setelah itu, sisanya akan diletakkan ke kolam pembuangan nuklir. Setelah 5 tahun berada di kolam pembuangan nuklir, sisa nuklir tadi sudah bisa dikendalikan lagi dan bisa dipindahkan lagi ke tempat penyimpanan kering atau diproses ulang.
Uranium merupakan elemen kimia yang cukup banyak ditemukan di kerak bumi. Cadangan uranium kira-kira sama banyaknya dengan cadangan timah dan germanium, dan masih 40 kali lebih banyak daripada cadangan perak. Uranium merupakan komponen yang terdapat di kebanyakan bebatuan, tanah, dan air laut. Masalahnya adalah uranium ini begitu tersebar sehingga hanya penambangan
uraniumlah yang bernilai ekonomis karena tersedia dalam konsentrasi yang besar. Sekarang ini harga pasaran uranium di dunia adalah sekitar 130 dolar AS per kilogram (Rp 1.12 juta, kurs Rp8600.00) dan cadangan yang ada setidaknya masih cukup untuk kebutuhan satu abad ke depan (sesuai dengan pemakaian saat ini) Tingginya persediaan nuklir ini menunjukkan bahwa sumber bahan bakar ini masih terjamin.
Harga yang mahal dari sebuah pembangkit listrik nuklir adalah membangun pembangkitnya. Pengaruh harga bahan bakarnya sendiri terhadap biaya produksi listriknya sebenarnya kecil, jadi jikalaupun terjadi kenaikan harga bahan bakar, pengaruhnya tidak besar. Contohnya, saat harga uranium menjadi 2 kali lipat dari harga semula, maka ongkos bahan
bakar untuk reaktornya naik 26% dan biaya produksi listrik akan naik 7% saja. Sedangkan, bila harga gas naik 2 kali lipat dari harga semula, maka biaya produksi listrik dari gas akan naik 70%. Bahkan, saat harganya memang benar-benar tinggi, ekstraksi dari sumber lain seperti granit dan air laut dapat menjadi bernilai ekonomis.
Reaktor air ringan ("light water reactor") yang sekarang ini digunakan masih relatif tidak efisien dalam penggunaan bahan bakar nuklir, reaktor ini hanya mem-fisikan isotop uranium-235 yang sangat jarang. Dalam proses ulang nuklir, sisa bahan bakar dari reaktor ini dapat membuat sisa ini menjadi dapat digunakan kembali. Sekarang ini, reaktor didesain agar semakin efisien dalam pemakaian bahan bakar.
Lawan dari reaktor air ringan ("light water reactor"), yang menggunakan uranium-235 (0.7% dari uranium asli), adalah sebuah reaktor peranakan cepat yang dapat menggunakan uranium-238 (99.3% dari uranium asli). Telah diestimasikan bahwa penggunaan uranium-238 dapat bernilai hingga kira-kira 5 miliar tahun.
Teknologi peranakan telah digunakan di beberapa reaktor, tetapi karena biaya pengolahan kembali bahan bakar yang tinggi membutuhkan harga uranium lebih dari 200 dolar AS per kg untuk mencapai titik ekonomis. Sampai bulan Desember 2005, satu-satunya reaktor peranakan yang dibuat adalah BN-600 di Beloyarsk, Rusia. Reaktor ini dapat menghasilkan listrik sampai 600 MW dan Rusia berencana
untuk membangun unit yang lain, BN-800, di tempat itu juga. Di Jepang, mereka berencana untuk mengaktifkan kembali reaktor Monju yang sebelumnya sudah dimatikan sejak tahun 1995. China dan India juga berencana untuk membangun reaktor jenis ini.
Alternatif lainnya adalah uranium-233 yang dikembangbiakkan dari thorium sebagai bahan bakar fisi di siklus bahan bakar thorium. Cadangan Thorium sekitar 3.5 kali lebih banyak daripada cadangan uranium di kerak bumi. Persediaan yang banyak ini menjadikan sumber bahan bakar yang bisa digunakan untuk fisi meningkat sampai 450%. Tidak seperti peranakan U-238 menjadi plutonium, reaktor peranakan cepat
tidak diperlukan disini. India tertarik untuk menggunakan teknologi ini, dikarenakan persediaan thorium mereka yang berlimpah tetapi terabaikan, ditambag lagi negara itu hanya memiliki sedikit uranium.
Energi fusi mengutamakan penggunaan dari deuterium, atau tritium, dua-duanya isotop dari hidrogen, sebagai bahan bakar. Bisa juga menggunakan litium dan boron di desain-desain belakangan ini. Jika diasumsikan keluaran listrik energi fusi sama dengan keluaran listrik global sekarang ini (dan tidak bertambah), maka cadangan litium yang sekarang ini cukup sampai 3000 tahun ke depan, cadangan litium dari air laut
cukup sampai 60 juta tahun. Untuk proses fusi yang lebih rumit lagi menggunakan deuterium dari air laut yang cadangan mungkin cukup untuk 150 miliar tahun lagi. Meskipun proses fusi ini masih butuh untuk diteliti lebih lanjut, banyak para ahli percaya kalau fusi ini dapat menjadi sumber energi pada masa depan. Keuntungan dari fusi ini di antaranya tingkat radioaktivitas yang singkat pada limbahnya, emisi karbonnya yang rendah, dan keluaran tenaganya yang menjanjikan.
Sampah utama yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir adalah bahan bakar nuklir terpakai. Bahan ini terutama terdiri dari uranium tak terubah dan juga aktinida transuranik, seperti plutonium dan curium. Sekitar 3% dari sisa bahan tadi merupakan hasil dari reaksi fisi nuklir. Aktinidanya (uranium, plutonium, dan curium) berpengaruh pada radioaktivitas jangka panjang, sedangkan hasil reaksi fisi berpengaruh pada radioaktivitas jangka pendek.
Sekitar 5% dari bahan bakar nuklir direaksikan di dalam reaktor nuklir sampai bahan bakar tersebut tidak dapat digunakan lagi. Sekarang ini, para peneliti sedang melakukan percobaan bagaimana untuk mendaur ulang bahan bakar ini sehingga bisa mengurangi banyaknya limbah, dan juga menggunakan aktinida yang tersisa sebagai bahan bakar lagi (pemrosesan ulang ini telah dilakukan di beberapa negara).
Sebuah reaktor nuklir berkapasitas 1000-MWe akan menghasilkan sekitar 27 ton bahan bakar nuklir terpakai setiap tahunnya. Tapi, volume padatnya sendiri hanya sekitar 3 meter kubik jika diproses ulang. Bahan bakar nuklir terpakai yang sekarang dihasilkan oleh semua pembangkit nuklir komersial di Amerika Serikat dapat menutupi sebuah lapangan sepak bola setinggi satu meter.