Atomkraft/kärnkraft - kortfattat
Atomkraft eller kärnkraft (nuclear power) framhålls som ett billigt “grönt” sätt att producera el. Billigt och grönt kan diskuteras men ingen påstår att kärnkraft är enkelt. Denna post är medvetet kortfattad. Det finns massor mer att lära, men detta är ett minimum enligt min åsikt. Antagligen vet du mer än vår energiminister om kärnkraft när du läst detta.
Min egen åsikt är att man ska satsa på Thorium-reaktorer, kanske SMR’er.
Uran
I stort sett alla kommersiella kärnkraftverk använder 235U som bränsle.
Uran finns i jordskorpan som 238U och 235U med
halveringstid 4,51 miljarder respektive 710 miljoner år. Endast
235U är klyvbart (fissile) och kan användas som
kärnbränsle. Pga den kortare halveringstiden utgörs endast 0,72% av
det naturliga uranet av 235U. För att kunna användas som
kärnbränsle måste uranet anrikas, dvs man måste få upp
koncentrationen av 235U till ca 3-5%. Detta görs med
centrifugering och är komplicerat och kostsamt, dessutom reglerat och
begränsat för att förhindra kärnvapenspridning (nuclear
proliferation).
Uranproducenter (ej anrikat):
(källa https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/mining-of-uranium/world-uranium-mining-production)
Som du kan se överskrider behovet (requirements) produktionen. Glappet fylls genom att man utarmar (deplete) kärnstridsspetsar, som har upp emot 90% koncentration av 235U, till civilt kärnbränsle.
235U är en ändlig resurs. Kända reserver beräknas räcka ca 90 år med nuvarande förbrukning. Med breed-reaktorer kan man dock tex använda Thorium som beräknas räcka väl över 10000 år.
Sverige köper uran från tex Kanada, Kazakstan och Australien. Anrikning sker i Europa, tex Frankrike. Sverige har egna stora uranfyndigheter i form av skiffer. Men dessa är inte lönsamma att bryta, och kanske aldrig blir det.
Konventionella kärnreaktorer
Majoriteten av existerande, och nya, reaktorer är lättvatten reaktorer (lättvatten=vanligt vatten). Bränslet är anrikat uran. De finns i två typer, kokvattenreaktorer (BWR) och tryckvattenreaktor (PWR). Nybyggda reaktorer är nästan alltid tryckvattenreaktor. I Sverige är Ringhals (2st) av PWR typ, övriga (4st) är BWR.
De flesta producerar runt 1GW el (GWe). Men med en verkningsgrad på ca 35% är den totala effekten (termisk effekt) ca 3 ggr större. Överskottet måste kylas bort av vatten eller kyltorn.
Nya kärnreaktorer
Man hoppas jätte-jätte-mycket på 4’de generationens (generation IV) reaktorer och Small Modular Reactors (SMR) men dom finns endast på experiment/prototyp-stadiet. Vägen till storskalig (och lönsam) drift är troligen mycket längre än “kärnkraftsindustin” påstår.
Breed-reaktorer
Breed-reaktorer (breeder-reaktor) kallas även “snabbreaktorer” för att neutronerna i kedjereaktionen rör sig snabbt. I konventionella kärnreaktorer bromsas neutronerna av en moderator (tex vatten).
I en reaktor skapas andra klyvbara isotoper än 235U under processen. Tex, i en vanlig reaktor skapas klyvbart Plutonium från 238U. En breed-reaktor är gjord så att det skapas mer klyvbart bränsle (plutonium) än som förbrukas (så länge tillräckligt med 238U finns). Så en breed-reaktor behöver inte laddas om, och man kan använda 238U. Kanon!
Tyvärr är breed-reaktorer mycket mer komplicerade än “vanliga” reaktorer.
Thorium-reaktorer
En Thorium-reaktor är en sorts breed-reaktor som skapar klyvbart 233U från Thorium, istället för Plutonium från 238U. En stor fördel är att det inte går (åtminstonne är extremt svårt) att bygga atombomber av bränslet. Med Plutonium är det lättare. 6 kilo plutonium räckte för att förinta Nagasaki.
IMHO är Thorium-reaktorer vad världen borde satsa på istället för militär upprustning och AI. Kina leder utvecklingen och har tom annonserat ett atomdrivet containerfartyg med Thorium-reaktor. Indien, som har världens största Thorium reserver, är också i experimenttagen.
SMR
Med Small Modular Reactor (SMR) menas en liten reaktor som kan installeras som moduler. “Liten” i det här fallet menas mindre än 300 MWe (elektrisk effekt). Storleksmässigt är dock en SMR inte precis liten:
En SMR behöver inte vara en breed-reaktor men kan vara det. SMR’er är ofta “high-temperature”, dvs har mycket högre arbetstemperatur än lättvatten-reaktorer. Detta kräver ett annat kylmedium än vatten, tex gas eller flytande metall. En (potentiell) fördel med det är att man kan använda dom i processer som kräver hög temperatur. Om det är värmen man vill åt (thermal effect) så rusar verkningsgraden upp, säkert en bit över 90%.
MOX-bränsle
Man kan vilja använda förbrukat kärnbränsle “ett varv till” och göra sig av med plutonium på något vettigt sätt. Svaret är MOX-bränsle (Mixed oxide fuel). Man blandar uran (naturligt eller upparbetat) med plutonium. MOX-bränsle kan användas både i lättvatten-reaktorer och breed-reaktorer.
Ett problem är att plutonium kan användas till bomber som nämnts tidigare. Det finns dock ganska mycket plutonium som man inte vill göra bomber av (men det kan ju ändras i “det nya geopolitiska läget”), tex i Sellafield.
Att bygga/köpa nya kärnkraftverk
Att bygga nya konventionella kärnkraftverk går inte fort!
Kina och Ryssland verkar bli klara med sina byggen ganska fort, ibland tom enligt plan. Kanske motiverar dom byggena Darth Vader style. I Europa går det inte så bra.
Finska Olkiluoto 3 påbörjades 2005 med planerad driftstart 2009 men kunde startas först 2023! Kostnaden beräknades till 3,2 miljarder EUR men notan hamnade på 11 miljarder EUR! En reaktor av samma typ (EPR) började byggas 2007 i Frankrike och blev klar 2024, men är inte i drift (April 2025). Den beräknades kosta 3,3 miljarder EUR, men notan är nu uppe i 13,2 miljarder EUR. Detta är de två nyaste reaktorerna i EU jag kunde hitta.
Hinkley Point C nuclear power station påbörjades 2017 och skulle vara klart 2025. Senaste bedömningen är att en reaktor (av två) blir klar 2029-2031. Kostnaden som beräknades till 18 miljarder pund väntas bli 31-35 miljarder, dvs “bara” en fördubbling (än så länge). Fortsättning följer…
Det finns inget som talar för att det skulle gå bättre för Sverige.
Ett alternativ Turkiet har valt är att beställa ett Build-Own-Operate (BOO) kraftverk från Ryssland. Kraftverket Akkuyu började byggas 2018 och första reaktorn (av fyra) skulle vara klar 2023 men beräknas tas i drift 2025.
En fördel med BOO är att förseningar och fördyringar är leverantörens bekymmer, inte skattebetalarnas. Om Sverige ska köpa nya konventionella kärnkraftverk bör det vara som BOO. Inte av Ryssland kanske, men kanske av ett konsortium.
Allmänt tycker jag dock att Sverige inte ska köpa konventionella kärnkraftverk utan satsa på SMR’er. Dom finns inte ännu men eftersom byggtiden för konventionella kärnkraftverk är så lång kan dom finnas när dom står klara. Villkoren ska vara betalning vid leverans.
Staten kan också investera i vårt inhemska SMR/breed-reaktor företag Blykalla (alltså inte skänka pengar till, utan investera i).
Övrigt
Här sammanfattas några aspekter summariskt. Anledningen kan vara att dom är ointressanta (fusionskraft) eller skulle kräva en egen post (tex olyckor/avfall), eller som bara inte passar in någon annanstans.
Allt kärnbränsle blir till slut radioaktivt avfall. Hur man ska ta hand om det har ingen något bra svar på. Finland har antagligen kommit längst tätt följt av Sverige.
Allvarliga olyckor har förekommit som alla vet. Dock har dom orsakat förvånansvärt få dödsfall. Jag tror terrorism och sabotage är större hot. Generation IV reaktorer skall vara “säkra”.
Fusionskraft är det som drivit solen i mer än 4 miljarder år. I solens kärna är trycket enormt och därför räcker 15 miljoner °C för fusion. På jorden krävs ca 150 miljoner °C och väteisotopen tritium som inte finns naturligt. Detta gör det extremt komplicerat (dyrt) och någon SMR är inte att tänka på. Nej, satsa pengarna på Thorium-reaktorer istället.
Det har spekulerats i att AI-företag skulle bygga egna kärnkraftverk, kanske SMR, för att driva sina data-center. Att bygga ett kärnkraftverk tar emellertid lång tid och SMR finns endast som prototyper. Jag tror man kommer bygga gaskraftverk istället.
Om man vill veta mer om fysiken rekommenderas kapitlet “Nuclear Energy” ur Energy and Human Ambitions on a Finite Planet av Tom Murphy. F.ö rekommenderar jag hela boken om man är naturvetenskapligt lagd.
tags: energi