Kan kjernekraft med thorium og saltsmeltereaktor ha en fremtid i Norge? Foto:GettyImages
– Thorium og saltsmeltereaktorer kan gjøre kjernekraft sikker, og generere mengder av energi som vi trenger i fremtiden. Derfor bør Norge satse på denne teknologien. Det sier professor Jan Emblemsvåg ved NTNU, Ålesund.
At Norge sitter på noen av de største thoriumforekomstene i verden er også et poeng. At kjernekraft må inn i energimiksen for å gjøre et grønt skifte mulig blir diskutert med jevne mellomrom. I Norge dør diskusjonene raskt ut, men nå ønsker professor Jan Emblemsvåg ved institutt for havromsoperasjoner og byggteknikk, NTNU i Ålesund, å reinvaske kjernekrafta med thorium og saltsmeltereaktor. (Se faktaramme)
– Bruk av thorium som råstoff og saltsmeltereaktor som medium er en helt annen teknologi enn den dagens konvensjonelle kjernekraftverk driftes på. Norge har flere muligheter til å bidra. Men det må forskes mer på løsningene om dette skal være en løsning for framtida, for den kommersielle kjernekraften har stagnert i teknologiutviklingen, sier han.
Dagens kjernekraftindustri kjører fremdeles med andre og tredjegenerasjons teknologi i kraftverkene sine. Til sammenligning er telecom-gigantene i ferd med å rulle ut 5G, og det på ekstremt kort tid.
– Dette burde selvsagt også ha skjedd innen kjernekraftteknologien, men det mangler intensiver, sier Emblemsvåg.
Årsaken til at han ble opptatt av kjernekraft er at dagens situasjon viser at det er ingen andre realistiske løsninger til nullutslippsteknologier på stor skala.
Den første saltsmelteraktoren ble bygd for over 50 år siden, i 1965 av Oak Ridge National Laboratory i USA som er en ledende part innen forskning og utvikling av kjernekraftteknologi. Den var i drift frem til 1969 med en oppetid på 80%.
– Da hadde de nådd alle forskningsmålene sine, og forskningen de gjorde ga stor innsikt i saltsmelte. Da de ikke fikk midler til videreføring, ble all utvikling satt på vent, og lettvannsreaktoren som vi kjenner i dag, ble den foretrukne teknologien. Den hadde kommet lengst i teknologiutviklingen og de strategiske ubåtene i USA trengte en løsning fort, forklarer han.
Jan Emblemsvåg er opptatt av at både avfall, faren for ulykker og mulighetene for å lage atomvåpen av avfallet er så å si ikke-eksisterende med moderne kjernekraft og spesielt saltsmeltereaktorer. Er det mulig å utvikle kjernekraft som ikke har noen form for nedside?
Her siterer Jan Emblemsvåg fysikeren Hyman Rickover som hadde ansvaret for USAs strategiske ubåter: «Kjernekraft er 5% kjernefysikk og 95% ingeniørvitenskap».
– Det er hvordan du finner de praktiske løsningene rundt de kjernefysiske realitetene det handler om, og da blir de negative faktorene redusert betraktelig, sier han og ramser opp:
Et av argumentene for å fase ut kjernekrafta er at avfallet kan brukes til å bygge atomvåpen.
– Dette blir ikke noe problem med de nye reaktorteknologiene, påpeker Emblemsvåg.
Han forklarer at kjemien og kjernefysikken blir annerledes fordi man prosesserer råmaterialet mange ganger på langt høyere temperatur. Det er også svært liten sjanse for at det skjer ulykker som i Tsjernobyl, fordi prosessene og saltsmelten gjør det så å si fysisk og teknisk umulig. Det motsatte skjer i en saltsmelteraktor, den visner hen og brenner ut når temperaturen går opp.
Viktig teknologiutviklingen
I følge Emblemsvåg skjer det mye i verden på denne typen reaktorteknologi og andre former nå. Det tok av i 2008, da Oak Ridge National Laboratory tillot at all forskningen fra 60-tallet ble lagt åpent ut.
Emblemsvåg forteller at både Trump og Biden-administrasjonen gir støtte til selskaper i USA som forsker på dette. Bill Gates TerraPower som forsker på kjernekraft, har fått over 100 millioner dollar til å gå videre. De bygger en stor saltsmelteraktor som går på uran, og da bruker de vanlig bordsalt, natriumklorid.
Frem til 2030 vil det skje mye innen denne teknologien verden over.
– I Norge debatterer vi på gammelt grunnlag. En reaktor er ikke en reaktor. Det er store forskjeller alt etter hvordan de blir designet. Mangel på kunnskap og interesse er et stort problem, mener Emblemsvåg, og den største utfordringen i Norge er mangelfull politisk vilje og forståelsen av det vi snakker om.
Jan Emblemsvåg mener at mangel på infrastruktur og kompetanse er reelt, men han ser på det som muligheter for Norge til å bygge seg opp.
– Det gjorde vi innen olje og gass, det kan vi gjøre her. Også avfallsproblematikken må håndteres like strengt, da dette er radioaktivt, og 300 år er fortsatt lang tid, men på den positive siden blir det langt mindre av det. Med dagens reaktorer har USA gjennom 60 års drift av nesten 100 anlegg, produsert avfall tilsvarende en fotballbane, 17 meter høyt. Hadde den samme mengden energi vært produsert med en saltsmeltereaktor ville mengde blitt mer som et stort bolighus.
Han er klar på at i Norge bør NTNU og IFE være på ballen. - Vi må utvikle egen kompetanse, men vi trenger ikke sitte i førersetet, men gå sammen med andre land om dette. Både Sverige og Danmark er det ledende miljøer.
Selv om ikke alle deler entusiasmen til Emblemsvåg så er han optimistisk.
– I tillegg til de store landene som allerede har mye kjernekraft, er det mange andre som forsker på saltsmelte og andre typer reaktorer. Lille Luxembourg blant andre, Sverige, Argentina og Sør-Afrika.
En av dem som ikke deler Jan Emblemsvåg entusiasme er Ole Christian Reistad, avdelingsleder for Miljøsikkerhet og strålevern ved IFE.
– Men jeg oppfatter oss ikke så veldig ulike heller, sier Reistad.
– I Norge har vi gjennom mange år brukt kraft produsert av kjernekraftanlegg. Vi har importert den, og har sånn sett hatt alle fordelene, men ingen av ulempene.
Ulikheten mellom Emblemsvåg og Reistad handler mer om en konsepttilnærming og en praktisk tilnærming.
– Og vi på IFE har en praktisk tilnærming til dette.
Reistad har flere innvendinger mot hvorfor vi ikke bør slå inn på denne veien.
– For Norges del vil det bety at om vi gjør det, så binder vi opp kraftproduksjonen vår i kjernekraft. Da sementerer vi også strukturene vi har i dag. Vi binder også opp forskningsressurser i lang tid fremover på en ting, nemlig å bli god på kjernekraft.
For det andre, så opplever han at de som snakker om dette ikke har øye for at kravene til kjernekraft i dag er helt annerledes enn hva de har vært, f.eks. opp mot hva som skjer med avfallet.
– Ingen vil få etablere noe som helst uten at alle sider ved for eksempel avfallshåndtering er klart, slik var det ikke tidligere. I tillegg er det også sånn at ingen vil ha et slikt anlegg i sin nærhet. Enten det gjelder for 300, 3000 eller 300 000 år, slår Reistad fast.
Han påpeker at de samfunnsmessige problemene knyttet til lagring fremdeles er store og usikre.
– Og som jeg tenker er en god grunn for ikke å gå inn i kjernekraft. Mange av de landene som produserer kjernekraft har også en annen begrunnelse enn kraftbehov for å holde på med kjernekraft, og dermed aksept for håndtering av avfall og ulykker, for eksempel militære programmer slik det er i USA, Kina, India, Frankrike og Russland.
Han pirker også litt i Emblemsvåg sikkerhetslovnad.
– Et anlegg som baserer seg på saltsmeltereaktor og thorium er i utgangspunktet et sikrere anlegg, men veien dit går via konvensjonelle anlegg og kan involvere materialer som benyttes i kjernevåpen. I tillegg må man altså lære seg alle fysiske prosesser som ligger til grunn for kjernekraft, det gjelder fusjon og fisjon. Kunnskap som kan benyttes til noe helt annet enn kraftproduksjon.
Reistad er tvilsom til den praktiske gjennomførbarheten.
– Jeg ser først og fremst på kjernekraft som en overgangsordning, som så fases ut. Det er mange sider ved denne som er krevende. Mitt håp er at vi ikke trenger å bygge kjernekraft der det ikke eksisterer i dag, men at en trygg håndtering der den allerede er, kan ivareta akseptabel drift i den tiden vi trenger den.
Men Ole Christian Reistad skulle gjerne sett at eksisterende anlegg og kjernekraftnasjoner går i bresjen for innovasjon, teknologiutvikling og forbedringer som Emblemsvåg snakker om. Men de som bygger kjernekraft i dag er fornøyde med sikkerheten og standarden som den er. Verken Russland, India eller Kina som bygger, gjør det på annet vis, selv om de kan!
– I utgangspunktet arbeider disse etter andre standarder enn de vi i Norge skulle ønske. Det ligger ingen intensiver for dem i å gjøre det, sier Reistad. Men selv om vi skulle hatt et sikkert konsept, er jeg likevel usikker på om samfunnet – og da tenker jeg globalt – er sikkert nok for kjernekraften.
Karakteristisk for saltsmeltereaktorer er at kjernebrenslet, som kan være basert på uran, thorium eller radioaktivt avfall, oppløses i selve kjølemiddelet. Smelten oppnår kritisk tilstand ved å la den flyte gjennom kanaler i en grafittkjerne, som tjener som moderator. Under drift blir fisjonsproduktene fjernet kontinuerlig, mens actinoidene (ustabile grunnstoffer) blir resirkulert. Nytt kjernebrensel som plutonium og annet avfall, sammen med uranisotopen ²³⁸U, kan også tilføres. Mengden radioaktivt avfall som må lagres blir minimal.
Sikkerheten til reaktoren ivaretas ved at brenselet har en negativ temperaturkoeffisient for reaktivitet, som innebærer at reaktorens ytelse dempes når temperaturen øker. I tillegg er voidkoeffisienten negativ. Disse egenskapene representerer en form for innebygd passiv sikkerhet. Ytterligere sikkerhet oppnås ved at tanken som rommer saltblandingen kan utstyres med en plugg i bunnen som smelter ved å kutte strømmen som holder den kald. Da vil saltblandingen i en nødsituasjon dreneres ut av tanken hvorved kjernereaksjonene stopper opp umiddelbart.
Thoriumreaktor
Bruk av thorium i saltsmeltereaktor innebærer flere fordeler. Når alt thorium kan brukes som brensel og brenselet opptrer i form av en saltsmelte, blir kostbare tiltak som anrikning og produksjon av brenselstaver unødvendig. At det potensielle brenselet kan brukes opp i sin helhet medfører også at avfallet i hovedsak begrenses til fisjonsprodukter som har en mye kortere halveringstid enn langlivede actinoider. Dette medfører en vesentlig reduksjon av lagringstiden som er nødvendig for håndteringen av avfallet. Etter 300 år er radioaktiviteten 10 000 ganger mindre enn ved bruk av uran/plutonium-brensel.
Arbeid med å utvikle og kommersialisere denne teknologien foregår nå i en rekke land, blant annet i USA, Storbritannia, Canada, Russland og Kina. Kina satte i drift en forsøksreaktor nå i september.
Kilde: Store norske leksikon
Tips til mer lesing:
IAEA: Advances in Small Modular Reactor Technology Developments
A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS) 2020 Edition
Emblemsvåg, J. (2021) Safe, clean, proliferation resistant and cost-effective Thorium-based Molten Salt Reactors for sustainable development, International Journal of Sustainable Energy, DOI: 10.1080/14786451.2021.1928130
Er du interessert i dette temaet skal Jan Emblemsvåg holde foredrag i Trondheim 20. oktober.
