”Ydinvoimassa vielä paljon kehitettävää”

Ydinvoima on vielä kehityksensä alussa. Nykyinen reaktoritekniikka on osoittautunut toimivaksi, eikä ratkaisevasti uusia tekniikoita ole 1970-luvun jälkeen otettu käyttöön. Niitä kuitenkin on olemassa.

IFR, Integral Fast Reactor, kehitettiin Yhdysvalloissa lähes valmiiksi vuosina 1984–1994. Suunnitelmat kattoivat reaktorin lisäksi suljetun polttoainekierron samassa laitoskompleksissa. Kokeissa käytettiin pientä 60 megawatin koereaktoria. Seuraava vaihe olisi ollut rakentaa täysimittainen demonstraatiolaitos, mutta Bill Clintonin hallinto keskeytti projektin vuonna 1994. Koelaitteisto määrättiin purettavaksi.

Nykyiset ydinvoimalat hyödyntävät louhitusta uraanista alle prosentin ja tuottavat pitkäikäistä ydinjätettä. IFR hyödyntää kaiken uraanin, ja sen tuottama jäte muuttuu vaarattomaksi muutamassa sadassa vuodessa.

Tuhannen megawatin IFR-laitos tarvitsee vuodessa yhden tonnin uraania. Luonnonuraani kelpaa, sitä ei tarvitse rikastaa. Suomen vuotuinen sähkönkulutus ja suurimpien kaupunkien lämmitys voitaisiin tuottaa kymmenellä uraanitonnilla.

IFR voisi olla ratkaisu ydinjäteongelmaan, koska nykyisten voimaloiden jäte kelpaa polttoaineeksi. IFR polttaa jäljellä olevan uraanin ja plutoniumin, eikä pitkäaikaista loppusijoitusta tarvita.

Uraanikaivokset käyvät tarpeettomiksi, koska varastoitua jätettä ja köyhdytettyä uraania riittää polttoaineeksi pitkäksi aikaa.

Polttoaineprosessissa ei synny pommikelpoista materiaalia. Päinvastoin, purettujen ydinaseiden plutonium voidaan käyttää polttoaineena.

Korkean toimintalämpötilansa takia IFR voi korvata hiilivoimalan kattilan. Turbiinilaitos ja sähköverkko voidaan hyödyntää. Maailman suurimpien hiilivoimaloiden muuttaminen IFR-laitoksiksi olisi tehokas keino vähentää päästöjä nopeasti.

IFR-koereaktorin todettiin vaurioitumatta kestävän jäähdytyskierron pysähtyminen, mitä nykyiset ydinvoimalat eivät kestä. Reaktori pysähtyi itsestään lämpötilan noustessa, niin kuin oli suunniteltu.

IFR on tulevaisuuden tekniikoista vain yksi, mutta riittää osoittamaan, että ydinvoima on kaikkea muuta kuin vanhanaikaista.

Uraanin lisäksi polttoaineeksi kelpaa torium, jota on maankuoressa kolme kertaa enemmän kuin uraania. Uudet tekniikat tuhatkertaistavat ydinpolttoaineen riittävyyden tehden siitä ehtymättömän energianlähteen. Fuusiovoimaa ei tähän tarvita.

Kaj Luukko
energiatekniikan insinööri
Helsinki

Julkaistu Helsingin Sanomissa 23.4.2010


Lähdeluettelo professori Barry Brookin blogissa BraveNewClimate:

Artikkelin linkkuluettelo kohdassa For further reading

Barry Brook on Adelaiden yliopiston ilmastonmuutoksen professori.


15 thoughts on “”Ydinvoimassa vielä paljon kehitettävää”

  1. Voisiko tähän netin puolella julkaistuun kirjoitukseen saada myös linkki/lähdelistan IFR-tekniikasta? Mielellään sellaisia missä tekniikan sekä mahdollisuuksia että rajoituksia on pohdittu.

    Tällaisenaan herää ajatus, että näyttää liian hyvältä ollakseen totta. Ainakin minun on vaikea uskoa, että lupaavan tekniikan kehittelystä olisi luovuttu vain poliittisista syistä – joku sen kehittelyä olisi muuten jatkanut.

    Tykkää

  2. Voisi saada. Lähteitä on hyvin paljon, ja tarkoitus on koostaa niistä joku tietopaketti myöhemmin.

    Niillä joilla on aikaa eikä englannin kieli tuota vaikeuksia, voivat aloittaa lukemalla tämän,

    http://bravenewclimate.com/2009/10/16/ifr-spm/

    ja kaikki linkit jotka sieltä löytyvät kohdasta ”For further reading”.

    Projektin keskeytyksestä liikkuu erilaisia näkemyksiä. Bill Clinton, John Kerry ja Al Gore mainitaan usein niissä yhteyksissä, samoin kuin luonnonsuojelujärjestöt ja maakaasuteollisuus. Jonkinlaisesta sylttytehtaasta voi ainakin osittain olla kysymys. Ei olisi ensimmäinen kerta, kun fossiiliteollisuus olisi jollain suhmuroinilla torpannut kilpailevan tekniikan.

    Se on totta, että kuulostaa liian hyvältä ollakseen totta. En ole löytänyt mistään lähteestä mitään sellaista, joka antaisi aihetta epäillä, etteikö tekniikka voisi toimia. Nopea reaktori kyllä toimii, mm. 30 vuotta Venäjällä toiminnassa ollut Beloyarsk. IFR:n verrattuna erona, Beloyarsk käyttää oksidipolttoainetta ja siitä puuttuu keskeinen osa, pyroprocess-menetelmä polttoaineen käsittelyä varten.

    Miksi kukaan ei ole jatkanut projektia? Homma on kallista, luvanvaraista, fosiiliset ovat olleet halpoja yms. yms. Sitä paitsi jossain määrin on jatkettu. GE-Hitachi on tehnyt tällaisen konseptin IFR:n pohjalta:

    http://www.nrc.gov/reactors/advanced/prism.html

    Jos ongelmia on, ne ovat materiaalitekniikassa, ja pyroprocess-menetelmässä, jota on testattu vasta pilottimittakaavassa. Materiaaliongelmat olisivat oletettavasti näyttäytyneet Belojarskissa, jos niitä on. Kysymysmerkiksi jää siis pyroprocess.

    Tykkää

  3. Hyvä kirjoitus vaikeasta aiheesta.
    Kemistinä mietin tässä miten se uraani oikein palaa?🙂

    Kuulostaa tosiaan vähän liian hyvältä ollakseen totta. Eikö siis mitään mainitsemisen arvoisia ongelmi ole noussut esiin?

    Syynä tekniikan tyssäämiseen on varmaan rahoitus ja huono hintakilpailuky perinteisiin energiantuotantomenetelmiin nähden.
    IFR-laitos on siis kallis rakentaa, mikä viittaa siihen, että se on teknisesti vaativa rakennettava. Myös laitoksen ajanminen ei ilman mutkikkaita ja toimivia prosessinohjausjärjestelmiä taida olla helppoa.

    Niin ja ydintekniika ei vieläkään ole kovin pop vaikka voimalaoita Suomeen tuleekin. Mielestänin liikaa koska yksi lisää olisi riittänyt.

    Tykkää

  4. Kemistinä mietin tässä miten se uraani oikein palaa?

    Joo🙂. Keksi parempi termi.

    Eikö siis mitään mainitsemisen arvoisia ongelmi ole noussut esiin?

    Käsittääkseni ei ylitsepääsmättömiä teknisiä ongelmia, tosin kaikkia ei varmuudella löydetä ennen täyden mittakaavan demonstrointia, mikä on tekemättä. Vaativaa tekniikkaahan ydinvoima aina on, se on selvä. Sitä on perinteisesti ollut kehittämässä lajimme terävin kärki.

    IFR-rakentuu metallijäähdytteisen nopean reaktorin ympärille. Niistä on maailmalla käyttökokemusta yli 200 reaktorivuotta. Esim. mainitsemani Balojarskin voimala Venäjällä on ollut toiminnassa 30 vuotta, ja sen käyttökerroin on venäläisistä ydinvoimaloista korkein, mikä kertoo jotain toimivuudesta. IFR:llä ei tee mitään ilman toimivaa polttoaineen käsittelyprosessia, ja siitä puolesta on vain vähän kokemuksia.

    Poliittisia ja imagollisia ongelmia tietysti on.

    Yksi hyvä artikkeli on ”Plentiful Energy and the IFR Story”, kirjoittaja Charles E. Till, joka oli itse mukana IFR-projektissa. Artikkeli löytyy tästä:

    http://www.sustainablenuclear.org/PADs/pad0509till.html

    Tykkää

  5. Todella mielenkiintoinen kirjoitus, tästä pitäisi saada lisää julkista keskustelua, jotta ydinvoimasta puhuminen siirtyisi tunnetasolta sille oikealle merkitystasolle. Voin hyvin kuvitella, miksi tällaisen kehitys on jäänyt kesken, aiheena se on ollut tabu. Mikäli ydinvoimaan tulisi noin helposti yksikertaisia kehitysmahdollisuuksia aiheuttaa se pelkoa siitä, että totutut ajattelut ja elinkeinot eivät olisikaan mahdollisia, oikeita, hyväkstyttyjä ja tai elinkelpoisia.

    Tykkää

  6. tästä pitäisi saada lisää julkista keskustelua, jotta ydinvoimasta puhuminen siirtyisi tunnetasolta sille oikealle merkitystasolle.

    Juuri näin. Kirjoitusta oli Hesarissa vähän lyhennetty, seuraava loppukaneetti oli jätetty pois:

    Kun ydinvoimasta ahkerasti keskustellaan, tulisi keskustelua painottaa tässä esitettyjen tulevaisuudennäkymien suuntaan, ja jättää Suomeen rakennettavien ydinvoimaloiden lukumäärän arpominen vähemmälle huomiolle.

    Kuten sanoin, IFR on vain yksi tekniikka muutaman muun, yhtä lupaavan joukossa. Eivät ne ole helppoja, eivätkä yksinkertaisia, alkuvaiheessa eivät varmaan kustannustehokkaitakaan, mutta energia- ja ilmasto-ongelmat ovat niin suuria kysymyksiä, että tällaista näin merkittävää mahdollisuutta ei mielestäni saa jättää käyttämättä. Muutama IFR-laitos ei riitä mihinkään, niitä tarvitaan maailmaan tuhansia. Tekniikka soveltuu sarjatuotantoon, joten teknistä estettä tälle ei ole. Poliittiset ja muut mielipidekysymykset sen sijaan voivat olla esteenä.

    Tykkää

  7. Näyttää siltä, että IFR olisi kaivettu naftaliinista ydinjätteen käsittelyä ajatellen: http://www.world-nuclear.org/info/inf98.html
    Tosin näin nopeasti ajatellen vaikuttaisi fiksummalta minimoida ydinjätekuljetusten määrä, eikä siirtää aineita vielä jonnekin ennen loppusijoitusta.

    Wikipediassa näyttäisi olevan ihan mukavasti tietoa IFR:stä (hakusanalla Integral Fast Reactor), ja lähdeviitteitäkin on. Reaktoriin liittyviksi ongelmiksi mainittiin kaliumin reaktiivisuus sekä mahdollisuus tuottaa ydinaseisiin sopivaa plutoniumia.

    Tykkää

  8. Näyttää siltä, että IFR olisi kaivettu naftaliinista ydinjätteen käsittelyä ajatellen

    Kyllä monenlaisia suunnitelmia on ollut. Barak Obama pisti Yucca-vuoreen suunnitteilla olevan ydinjätehaudan rakentamisen jäihin ja tammikuussa hän antoi energiaministeri Steven Chun tehtäväksi perustaa komitea miettimään ratkaisua ydinjätteelle. Ihme on, jos komitea ei päädy ainakin yhtenä ratkaisuna ehdottamaan IFR:n käyttämistä. Aiheesta lisää:

    https://planeetta.wordpress.com/2010/01/30/obama-tarttui-ydinvoimaan/

    Reaktoriin liittyviksi ongelmiksi mainittiin kaliumin reaktiivisuus…

    Tarkoitat natriumia. Lyijyn ja vismutin seosta voidaan myös käyttää, molemmilla on omat ongelmansa. Se on tekninen ongelma, ei sellainen fundamentaalinen ongelma, joka estäisi koko suunnitelman toteuttamisen.

    …sekä mahdollisuus tuottaa ydinaseisiin sopivaa plutoniumia.

    Wikipediassa sanotaan:

    IFRs and LWRs both produce plutonium, which can be used for weapons production, but the IFR fuel cycle has some design features that make proliferation more difficult. Unlike PUREX reprocessing, the IFR’s electrolytic reprocessing, at least of spent fuel itself, need not separate out pure plutonium.

    Eli jos IFR ladataan uraanilla, siitä syntyy plutoniumia, joka sitten halkeaa kevyemmiksi alkuaineiksi. Mutta plutonium pysyy koko ajan uraanin, pluotoniumin ja tsirkoniumin seoksena, josta ei voi valmistaa pommeja. Nykyisin ydinpolttoaineen jälleenkäsittelyssä käytetty PUREX-prosessi erottelee plutoniumin, mutta IFR:n elektrolyysiin perustuva PYROPROCESS-menetelmä ei erottelle eri metalleja toisistaan. Tämä on se oleellinen ero, joka estää IFR:n käyttämisen pommien raaka-aineen valmistamiseen.

    Tykkää

  9. Aiheesta lisää:

    Tänks, on jäänyt blogien lukeminen viime aikoina vähemmälle.

    Tarkoitat natriumia.

    Niinpä tosiaan tarkoitan🙂

    Eli jos IFR ladataan uraanilla…

    Itse asiassa enemmän huolettaa tämä lainaus hiukan edempänä samassa kappaleessa:

    If, instead of processing spent fuel, the ALMR system were used to reprocess irradiated fertile (breeding) material in the electrorefiner, the resulting plutonium would be a superior material, with a nearly ideal isotope composition for nuclear weapons manufacture.

    Tykkää

  10. Historiasta, ilmeisesti vaihtoehtoisten reaktorityyppien ”hylkäämiseen” 1970-luvun alussa vaikutti mm. se, että Yhdysvallat oli asevarustelukilvassa Neuvostoliiton kanssa (ydinasemateriaalin tuotanto), ja myös se, että uraaniteollisuus oli jo ”valmiiksi” olemassa. Öljykriisin jälkeen öljyn hinta romahti, ja sitten tapahtui Three Mile Islandin (ympäristövaikutuksiltaan olematon) onnettomuus.

    Mukana oli todennäköisesti myös taloudellisia intressejä olemassa olevan teollisuuden taholta.

    Kirk Sorensenin torium-blogissa on mielenkiintoinen timeline:
    http://energyfromthorium.com/timeline/

    Sieltä erityisesti tähän liittyen, vuodet 1960-

    Tykkää

  11. Itse asiassa enemmän huolettaa tämä lainaus hiukan edempänä samassa kappaleessa

    Oikeastaan vastasin tähän jo:

    Eli jos IFR ladataan uraanilla, siitä syntyy plutoniumia, joka sitten halkeaa kevyemmiksi alkuaineiksi. Mutta plutonium pysyy koko ajan uraanin, pluotoniumin ja tsirkoniumin seoksena, josta ei voi valmistaa pommeja.

    Puhtaan plutoniumin valmistamiseen tarvitaan PUREX-prosessi, jota myös käytetään nykyisin käytetyn ydinpolttoaineen jälleenkäsittelyssä. IFR:n PYROPROCESS-prosessi ei yksinään riitä pommimateriaalin valmistukseen.

    Pommin valmistamiseen ei tarvita mitään edellämainituista, ei reaktoriakaan. Se on pelottavan helppoa: Kaivetaan maasta uraania, jota on kaikkialla. Rikastetaan siitä yli 90 prosenttista U-235 isotooppia ja rakennetaan se pommi. Hiroshimassa räjäytetty pommi oli tätä tyyppiä. Sellaisen valmistaminen ei valitettavasti ole
    ylivoimaista yhdellekään valtiolle, jolla on alan osaamista ja riittävästi rahaa. Suomestakin käsittääkseni löytyisi tarvittava osaaminen, ja uraania meillä on riittämiin. Ihan missään autotallissa tämä ei sentään onnistu.

    Plutoniumista saadaan pienempiä ja voimakkaampia pommeja, mutta osaamista ja resursseja tarvitaan enemmän.

    Tykkää

  12. Kiitoksia erinomaisesta artikkelista Kaj. Vaikka sinua aina kovistelen ilmastoasioista ja emme jaakaan samaa näkemysta niin pidän kovasti energia puolen kirjoituksistasi.

    Ovat asiaa ja vieläpä hyvin koottuja, joten mukava niitä on lukea.

    Tykkää

  13. Ilmeisesti yksi ongelma näissä reaktorityypeissä on juuri tuo jäähdytyksessä käytetty natrium.

    Tästä seuraa ihan peruskemian tiedoilla ymmärrettävä riski: natriumhan reagoi veden ja ilmakehän hapen kanssa laitosturvallisuuden näkökulmasta aika häijysti. Ei tarvitse olla insinööri ymmärtääkseen asiaa (DI- tutkintotodistus löytyy kyllä laatikosta). Hyötöreaktori on myös liikkeissään nopeampi; kun jotain menee pieleen, reagointiaikaa ei ole sitäkään mitä nykyisissä. Jotainhan aina menee pieleen, ennemmin tai myöhemmin. Kokonaan oma lukunsa ovat sitten kaikki potentiaaliset seurannaisvaikutukset ja uudenlaiset tavat joilla asiat voivat mennä pieleen. Niitä ei kokonaisuudessaan edes kunnolla vielä ymmärretä – miten voitaisiinkaan?

    Voisiko olla niin yksinkertaisesti, että tämä olisi ollut syy siihen, että kehitystyö ja suunnitelmat ovat jäissä- riskit ja ongelmat ovat erilaiset kuin nykyisin käytössä olevissa reaktorityypeissä, eikä niitä ole käytännössä kyetty ratkaisemaan tyydyttävästi. Ehkä on nähty että sellaista ei ole näköpiirissä, tai arveltu ettei se ole edes mahdollista?

    Risto Isomäki on muuten kirjoittanut aihepiiristä kirjan nimeltä ”Litium 6” joka, vaikka onkin romaani, valottaa joitain asiaan liittyviä faktuaalisia riskejä ja riskiskenarioita. Hän on varsin ansiokkaasti tuonut kirjoissaan ajankohtaisten ilmastoon ja energiaan liittyvien haasteiden koko kontekstia ymmärrettäväksi viihteen keinoin, faktoista tinkimättä.

    Tykkää

  14. Syyt IFR-projektin keskeyttämiseen olivat puhtaasti poliittisia. Teknisesti se eteni suunnitelmien mukaisesti eikä näköpiirissä ollut teknisiä esteitä hankkeen loppuun saattamiseksi. Koereaktori toimi ongelmitta 30 vuotta.

    IFR-projektiin osallistuneiden tutkijoiden, Charles Tillin ja George Stanfordin haastattelut ovat lukemisen arvoisia:

    http://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/reaction/interviews/till.html

    http://www.nationalcenter.org/NPA378.html

    Nopean reaktorin stabiilisuutta on käsitelty CO2-raportin puolella

    http://co2-raportti.fi/index.php?page=blogi&news_id=2206

    jossa professori Pekka Pirilä vastaa nopean reaktorin stabiilisuutta koskeviin kysymyksiin.

    Ja tässä paperissa käydään läpi mm. jäähdytyksen menetyksen vaikutuksia IFR:ssä:

    http://www.osti.gov/energycitations/servlets/purl/6572843-omsqRo/6572843.pdf

    Risto Isomäen tekstistä olen lukenut, että hyötöreaktori voi räjähtää atomipommin tavoin. Tästä faktavirheestä olen päätellyt, että Isomäen tekstejä tästä aiheesta ei kannata lukea. Arvostan kyllä Isomäen muita saavutuksia ja saatan olla väärässä Litium 6:n suhteen. Eikös sen aihepiirinä ole fuusiovoimalat?

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s