Flytende atomkraft legger til kai i byen

Nye atomreaktorer som er basert på flytende salt, er så små at de kan installeres på prammer. De flytende atomkraftverkene skal legge til kai i verdens storbyer og forsyne dem med den energien sol- og vindkraft ikke kan dekke.

Nye atomreaktorer som er basert på flytende salt, er så små at de kan installeres på prammer. De flytende atomkraftverkene skal legge til kai i verdens storbyer og forsyne dem med den energien sol- og vindkraft ikke kan dekke.

Shutterstock & Seaborg

En dag i begynnelsen av 2030-tallet bukseres en 285 meter lang pram til kai i storbyens gamle kullhavn. Her har fraktskip gjennom generasjoner lesset av fjell av kull som har blitt brent av i kraftverket like ved.

Hver eneste dag veltet den mørkegrå røyken opp fra de høye skorsteinene, og den helseskadelige luftforurensningen plaget befolkningen, mens sur nedbør forgiftet det vakre området.

Heldigvis har røyken for lengst blitt renset for svovel og nitrogenfiltre, men til gjengjeld har byens CO2-utslipp vokst dramatisk etter hvert som stadig flere innbyggere bruker stadig mer strøm.

Nå er det slutt. Prammen inneholder åtte små atomreaktorer som nå skal sikre den blomstrende millionbyens strømforsyning sammen med vindturbinparken utenfor kysten og solcellepanelene på de sørvendte takene.

Kjernekraft kan gjøre storbyenes strømforsyning helt CO2-fri.

Strømmen i stikkontaktene blir klimanøytral i det øyeblikket atomkraftverkene på prammen er koblet til strømnettet fra det pensjonerte kullkraftverket. I løpet av de neste tolv årene vil de åtte reaktorene befri byen for et CO2-utslipp på 67,2 millioner tonn og levere strøm til 1,6 millioner husstander.

Dermed vil det flytende atomkraftverket bli den avgjørende brikken som fra den ene dagen til den andre gjør storbyens strømforsyning helt CO2-fri. Og det vil skje uten store anleggsutgifter og uten problemer med å finne tomter til et nytt kraftverk.

Dansk firma kjemper for atomkraft

Flytende atomkraftverk vil innta storbyer overalt i verden – i hvert fall hvis det er opp til den danske bedriften Seaborg Technologies. Firmaet har planer om å bygge tusenvis av minireaktorer som kan oppbevares i en container og transporteres på lastebiler eller med tog og skip.

Et skipsverft i Sør-Korea skal fylle reaktorene med uranbrensel og bygge dem inn i flytende prammer som er utstyrt med turbiner og generatorer til strømproduksjon. Deretter vil slepebåter trekke prammene ut til alle energisultne storbyer, som ofte ligger ved kyster eller elvebredder.

A-kraft pramme

Prammene skal bygges i flere utgaver, med to, fire, seks og åtte reaktorer, slik at behovet for strøm i byer av enhver størrelse kan dekkes.

© Seaborg

Det er naturligvis kommersielle interesser involvert, men Seaborg har som mål å sørge for oppnå raske og kraftige reduksjoner i verdens utslipp av drivhusgasser med en ny type kjernekraft som både er mer fleksibel og sikrere enn den tradisjonelle. I første omgang satser firmaet særlig på å erstatte kullkraftverk i Asia.

Saltoppløsning utnytter uran bedre

Dagens reaktorer brenner fast atombrensel og utnytter bare omkring seks prosent av drivstoffet – uran-235. Når det er brukt opp, må uranet byttes ut for at det skal være brukbart.

Dessuten oppstår det med tiden revner i brenselsstavene på grunn av det kraftige bombardementet med nøytroner som sendes ut ved kjernereaksjonen, og det begrenser levetiden.

Begge problemer elimineres i Seaborgs minireaktorer, der brenselet består av flytende uran som er oppløst i smeltede fluoridsalter. Saltblandingen tar ikke skade av nøytronbestråling, og man trenger ikke fjerne uranet fra reaktoren før stort sett alt materialet er brukt opp. Derfor er mengden brenselsavfall liten, og det er helt ubrukelig i atombomber.

Uran

Minireaktorene går på uran blandet ut i fluoridsalter. Under driften er saltet flytende og holder en temperatur på 700 grader.

© Depositphotos

Smeltet salt-reaktorer ble utviklet allerede på 1960-tallet, men tapte den gangen konkurransen med lettvannsreaktorer, som i tillegg til å produsere strøm kunne levere plutonium til supermaktenes raskt voksende lagre av atomvåpen under den kalde krigen.

Reaktoren skrumper inn

Seaborgs reaktorer er imidlertid ikke bare et gammelt konsept fra skrivebordsskuffen. De inneholder en viktig teknologisk nyvinning som legger til rette for en ekstremt liten reaktor.

Når uran-235 spaltes i brenselssaltet, sendes det ut to-tre nøytroner som kan starte nye kjernereaksjoner og holde hele prosessen i gang. Men nøytronene sendes ut med så stor hastighet at de vanligvis spretter tilbake fra urankjernene som hagl som treffer en metallkule.

For å trenge inn i urankjernene må nøytronene bremses ned. I smeltet salt-reaktorer har man tradisjonelt brukt grafitt som såkalt moderator – altså bremsekloss. Men nøytronene må fly gjennom et par meter grafitt før de blir langsomme nok, og derfor er det grenser for hvor små reaktorene kan bli.

I Seaborgs reaktor flyter brenselssaltet gjennom et kretsløp av rør i reaktortanken, og rørene er omgitt av et ytre rør med et annet flytende salt, nartriumhydroksid, som bremser ned nøytronene.

Den effektive utnyttelsen av uran i brenselssaltet betyr at brenselet tar mindre plass enn i andre reaktorer. Samtidig sørger et annet salt for at kjedereaksjonen i reaktoren kan foregå på veldig lite plass.

Salt i reaktor
© Ken Ikeda Madsen

1. Salt sirkulerer rundt i reaktoren

Reaktorens brenselssalt (grønt) er omgitt av moderatorsalt (gult). Det oppvarmede reaktorsaltet pumpes gjennom varmevekslere (t.h.) der det avgir varmen til vann. Vanndampen driver en turbin og en generator som skaper strøm.

Uran-kaedereaktion
© Ken Ikeda Madsen

2. Kjedereaksjonen starter i brenselssaltet

Atomreaktoren skaper energi ved spalting av uran-235. Spontane spaltinger i saltet frigir nøytroner som treffer andre atomkjerner. Når kjernen i et uran-235-atom tar opp et nøytron, blir det til uran-236, som er veldig ustabilt.

Uran-spaltning
© Ken Ikeda Madsen

3. Spalting av uran utløser energi

Den ustabile uran-236-kjernen splittes i to, og kjernekreftene frigis. Ved spaltingen frigjøres også to-tre nøytroner som beveger seg med høy fart ut i moderatorsaltet. Nøytronene er altfor raske til å spalte nye atomkjerner.

Moderatorsaltet
© Ken Ikeda Madsen

4. Moderatorsaltet gjør klar til nye spaltinger

I moderatorsaltet bremses nøytronene ned slik at de kan skape nye spaltinger når de igjen kommer inn i brenselssaltet. Nedbremsingen skjer på noen få centimeter. I andre reaktorer, som har grafitt som moderator, kreves flere meter.

Bremsesaltet har nylig blitt testet på nøytronakseleratoren Isis i nærheten av Oxford i England, og forsøkene viste at saltet bremser nøytronene effektivt innen avstander på få centimeter. Nettopp derfor kan reaktoren bli så liten at den får plass i en container.

Teknologiens ømme punkt er at smeltet salt er ekstremt korrosivt og får metallene i reaktortanken og rørsystemet til å ruste. Derfor duger ikke vanlig rustfritt stål, og det er behov for å utvikle metallegeringer som kan brukes over lang tid.

Dessuten vil Seaborg takle problemet ved å modifisere brenselssaltet kjemisk, slik at det blir mindre korrosivt. Ifølge firmaet vil reaktorene få en levetid på tolv år.

Minireaktorene er supersikre

Risikoen for ulykker er ekstremt lav i smeltet salt-reaktorer. Saltet kan verken brenne eller eksplodere, og reaktoren kan rett og slett ikke smelte ned fordi brenselet allerede er smeltet under vanlig drift.

Dessuten finnes det en ekstra og veldig effektiv sikkerhetsforanstaltning. I rørsystemet under reaktortanken sitter det en bunnpropp av frosset salt som holdes nedkjølt av en elektrisk fryser.

Hvis strømmen til atomkraftverket avbrytes, for eksempel ved en naturkatastrofe, får det varme saltet i reaktoren bunnproppen til å smelte, slik at det glir ned i en lagertank. Dermed spres det flytende uranbrenselet så mye at kjedereaksjonene stanser av seg selv.

Den verst tenkelige situasjonen er bombing på grunn av krig eller terror, der det flytende brenselssaltet kan bli slynget ut i luften eller i vannet. Men selv her har saltet en innebygget sikkerhet.

Så snart saltet er avkjølt til under 490 grader, størkner det og blir til stein. Derfor er det ingen risiko for at en radioaktiv sky blåser inn over byen og forurenser store områder.

«Forurensningen skjer bare rundt reaktorene, og de radioaktive steinene kan fjernes av eksperter med det riktige verneutstyret. Selvfølgelig blir det dyrt og vanskelig. Men det lar seg gjøre», sier Troels Schönfeldt, som er direktør i Seaborg og medstifter av firmaet.

Atomprammene holder i 24 år

I 2026 er Seaborg etter planen klar med den første demonstrasjonsreaktoren, som skal levere strøm til nettet, og firmaet satser på industriell serieproduksjon fra begynnelsen av 2030-tallet.

De minste atomprammene vil få plass til fire reaktorer i fire lasterom midtskips. Hver reaktor yter 100 megawatt som kan dekke strømforbruket i 200 000 husstander. Ved leveringen settes to reaktorer i drift, og når de kommer til slutten av levetiden sin, settes to nye reaktorer i de to ubrukte lasterommene.

Seaborgs minsta pråmar levereras med två reaktorer (1), som producerar el i tolv år. Därefter sätts två nya reaktorer in i de tomma lastutrymmena (2), så att pråmens totala livslängd blir 24 år.

© Seaborg

Etter 24 år slepes prammen vekk og erstattes med et ny. Den gamle prammen ender på et senter der det radioaktive avfallet behandles. Men det er det heldigvis ikke særlig mye av.

Under driften er reaktoren pakket godt inn i en skjerming av stål og tanker med vann som stanser strålingen fra selve reaktoren. Når den er utrangert, er det derfor bare noen få radioaktive komponenter som må håndteres.

Reaktorerna omges av en skyddande sköld som består av tre lager, som håller tillbaka neutroner och joniserande strålning från kärnklyvningarna. Två av lagren består av vatten (1 och 2), medan det tredje är av stål (3).

© Seaborg

Reaktortanken og rørsystemet kan pakkes sammen i et volum som svarer til to vanlige skipscontainere (som er tolv meter lange), mens brenselssaltet kan være i en mindre container. Saltet inneholder to typer radioaktive stoffer som kan trekkes ut og skilles ved sentrifugering.

Den ene typen er høyradioaktive spaltningsprodukter som må deponeres i 300 år. Til sammenligning må det høyradioaktive avfallet fra dagens reaktorer deponeres i 100 000 år. Den andre typen er en liten rest av spaltbare stoffer som kan overføres til nye brenselsblandinger i neste reaktor og bli forbrent der.

Reaktorene kan gå på avfall

Saken er nemlig at Seaborgs reaktorer kan fungere som avfallskverner. I prinsippet kan de fra begynnelsen gå på brukt atombrensel fra tradisjonelle atomkraftverk, der bare en liten del av det drivstoffet, uran-235, er brukt.

Det er nok å ta av. Rundt om i verden oppbevares 400 000 tonn brukt atombrensel i midlertidige lagre, vanligvis vannbassenger som kjøler ned de brukte brenselsstavene og beskytter mot stråling.

Det brukte atombrenselet har imidlertid strenge restriksjoner fordi det kan inneholde plutonium, som kan brukes til framstilling av atomvåpen. Derfor har Seaborg i første omgang valgt å bruke kommersielt lavanriket uran i minireaktorene.

«Sol og vind er ikke nok. Minireaktorene våre kan gi et viktig bidrag til den grønne omstillingen.» Troels Schönfeldt, direktør i Seaborg

Sett med Troels Schönfeldts øyne er det ikke avgjørende. Det helt sentrale for ham er at verden raskt kommer i gang med å redusere CO2-utslippene og redusere mengden drivhusgasser i atmosfæren, slik at den globale oppvarmingen minimeres.

«Det er ikke nok å bygge ut energikilder som sol og vind. Kjernekraft er en helt nødvendig del av løsningen, og minireaktorene våre kan gi et viktig bidrag til den grønne omstillingen», mener Schönfeldt.