Kuulakekoreaktori

Tässä blogissa on aiemmin esitelty olemassa olevia ydinvoimatekniikoita, jotka ovat jääneet käytössä olevan kevytvesireaktoritekniikan varjoon. Näitä ovat sulasuorareaktori ja hyötöreaktori.

On vielä yksi tekniikka, jota ei toistaiseksi ole blogissa ollut esillä. Tekniikka on siitä mielenkiintoinen, että ensimmäinen kaupallisen kokoluokan laitos on valmistumassa mahdollisesti vielä tämän vuoden aikana. Kyseessä on Bebble Bed Reactor, josta suomeksi käytetään nimeä kuulakekoreaktori. Omasta mielestäni kuulapetireaktori olisi luontevampi nimi, koska bed = peti. Samoin kuin fluidized bed boiler on leijupetikattila eikä leijukekokattila.

Kuulakekoreaktorin rakenne

Alla oleva kuva esittää reaktorilaitoksen pääosat; itse reaktorin ja lämmönsiirtimen.

Kuva 1. Kuulakekoreaktori ja höytystin.

Polttoaine on grafiittipalloissa (pebble) reaktorin sisällä. Fissio tapahtuu palloissa ja pallot kuumenevat. Jäähdytteenä käytetään heliumia, joka virtaa ”kuulakeon” läpi. Sieltä kuumennut helium virtaa lämmönsiirtimeen, josta lämpö otetaan talteen. Käytännössä, jos tarkoituksena on tuottaa sähköä, lämmönsiirrin on höyrystin, josta saadaan höyryä turbiinille. Loppuosa prosessista on samanlainen kuin vaikkapa hiilivoimalassa.

Reaktorissa on kuulakeon ulkopuolella neutroniheijastin, jonka tehtävä on palauttaa osa neutroneista takaisin kekoon, jotta se pysyy kriittisenä. Tässä rakenteessa säätösauvat voidaan sijoittaa heijastimeen, varsinaisen sydämen ulkopuolelle.

Polttoainepalloja voidaan käytön aikana poistaa keon alaosasta ja lisätä yläosaan. Polttoaineen latausseisokkia ei näin ollen tarvita.

Polttoaine

Kuulakekoreaktori käyttää ns. TRISO-polttoainetta (Tristructural-isotropic). Alla olevassa kuvassa nähdään 6 cm kokoisen polttoainepallon rakenne.

Kuva 2. TRISO-pottoaine.

Uraanioksidi on palloissa pieninä, puolen millimetrin kokoisina hiukkasina. Jokainen hiukkanen on päällystetty neljällä suojakerroksella. Näitä päällystettyjä uraanihiukkasia on sitten tuhansia grafiittipallon sisällä. Pallot kestävät vähintään 1600 astetta vaurioitumatta. Uraanihiukkasten päällysteenä käytetyn piikarbidin sulamispiste on 2730 °C.

Kuva 2. TRISO-polttoainetta Kiinassa. Yksi pallo sisältää energiaa yhtä paljon kuin 8½ tonnia hiiltä.

Pallojen grafiitti toimii myös hidastimena.

Uraanin seassa palloissa voidaan käyttää toriumia ja aikaansaada tällä tavalla osittainen hyötöreaktori. Neutronisäteilyssä torium muuttuu parin välivaiheen kautta uraani 233 –isotoopiksi, joka on fissiili ja toimii siten polttoaineena.

Toiminta

Reaktori toimii samalla periaatteella kuin mikä tahansa fissio-reaktori. Kuulakeossa, eli sydämessä, on kriittinen massa fissiiliä U-235 –isotooppia ja fissio käynnistyy kun säätösauvoja vedetään reaktorista ulos. Toimintalämpötila on 600…800 astetta, eli huomattavasti korkeampi kuin nykyisin käytössä olevien kevytvesireaktoreiden 300 astetta. Tästä on useita etuja: Sähköntuotannossa saadaan parempi hyötysuhde ja kaukolämmön yhteistuotanto on edullisempaa. Lisäksi korkea lämpötila on käyttökelpoista muissakin teollisissa prosesseissa kuin sähköntuotannossa, esimerkiksi vedyn valmistuksessa.

Turvallisuusnäkökohdat

Koska reaktorissa tai missään siihen liittyvässä putkistossa ei ole vettä, siinä ei voi tapahtua höyryräjähdystä. Reaktori ei sen vuoksi tarvitse massiivista paineenkestävää suojarakennusta. Helium on paineistettu n. 70 bar paineeseen, mikä on alle puolet PWR:n paineesta.

Polttoainepallot kestävät vaurioitumatta vähintään 1600 astetta, mikä on kaksi kertaa reaktorin normaalia toimintalämpötilaa enemmän. Kuten kaikissa siviilireaktoreissa, kuulakeossakin on liiallisen lämpötilan nousun estäviä negatiivisia tehokertoimia. Fissioreaktio pysähtyy itsestään, ilman säätösauvoja, jos lämpötila syystä tai toisesta nousee yli toimintalämpötilan. Kun fissio pysähtyy, lämpötila pyrkii edelleen nousemaan ns. jälkilämpötehon johdosta. Tämä ilmiö, englanniksi Decay Heat, johtuu polttoaineen seassa olevien fissiotuotteiden radioaktiivisen hajoamisen tuottamasta lämmöstä. Jälkilämpöä ei voida estää, joten se on kyettävä siirtämään sydämestä ulos, muuten se ylikuumenee ja vaurioituu. Tämän jälkilämpötehon hallinta on vesijäähdytteisten reaktoreiden suurin tekninen haaste. Moninkertaiset vara- ja hätäjäähdytysjärjestelmät ovat olemassa juuri tämän takia. Fukushimassa ei olisi tapahtunut mitään, ellei nimenomaan jälkilämpöteho olisi päässyt ylikuumentamaan ja vaurioittamaan polttoainetta.

Reaktorin sydämen tehotiheys ilmaisee tehoa sydämen tilavuuden kuutiometriä kohti. Kuulakekoreaktorissa sydämen tehotiheys on varsin pieni, luokkaa 3 MW/m3 kun se PWR:ssä on 100 MW/m3. Tämä on jo lähtötilanteena huomattavasti helpompi jälkilämmön poistamista ajatellen, koska myös jälkilämmön tehotiheys on samassa suhteessa pienempi. Kuukakeko voidaankin suunnitella siten, että jälkilämpö poistuu reaktorista itsestään, ilman aktiivisia hätäjärjestelmiä. Mikäli heliumin kierto reaktorissa lakkaa, tai helium vuotaa systeemistä ulos, lämpö siirtyy polttoainepalloista toiseen säteilemällä, palloista edelleen reaktorin seinämiin, johtumalla seinämän sisäpinnasta ulkopintaan, poistuu ulkopinnasta säteilyn ja konvektion avulla lopulta ulkoilmaan. Tämä on myös käytännössä kokeiltu. Jäähdytyksen menetyksen jälkeen sydämen lämpötila nousee ensin hitaasti 1500 asteeseen ja alkaa sen jälkeen jälkilämpötehon nopeasti vähentyessä putoamaan. Alla oleva kuva esittää kuulakeon lämpötilan nousua jäähdytyksen menetyksessä.

Kuva 3. Kuulakeon lämpötila jäähdytyksen menetyksen jälkeen.

Koska polttoainepallot kestävät 1600 astetta, radioaktiiviseen vuotoon johtavaa vauriota ei pääse kehittymään. Vaikka pallojen grafiitti hajoaisikin, polttoaineen suojana on edelleen keraaminen suojakuori, joka estää radioaktiivisten aineiden vapautumisen. Kuulakekoreaktorin lämpötila ei voi nousta sulamispisteen yläpuolelle, vaikka kaikki jäähdytys menetettäisiin.

Kuulakekoreaktori on ns. ”walk away safe”, eli ongelmien ilmaantuessa käyttöhenkilökunta voi vaikka lähteä kotiinsa, voimala ajaa itse itsensä turvalliseen tilaan. Tämä tapahtuu, vaikka kaikki omakäyttösähkö laitoksella olisi pimeänä. Reaktori ei edes vioitu tällaisen tilanteen seurauksena vaan voidaan ottaa uudelleen käyttöön, kun keskeytyksen aiheuttanut vika on korjattu.

Historia

Kuulakekoreaktori on keksintönä vanha. Idea on esitetty Yhdysvalloissa vuonna 1947. Saksassa sitä tutkittiin pitkään ja rakennettiin kaksi koelaitostakin, AVR reactor (1967-1988 ) sekä THTR-300 (1983-1989), mutta sittemmin maassa on luovuttu kaikesta ydinvoimatekniikasta ja tämäkin kehitystyö on lopetettu. Saksasta hanke siirtyi Etelä-Afrikkaan, jossa siitä luovuttiin myös. Työtä jatkettiin Kiinassa, jossa on vuodesta 2000 ollut toiminnassa 10 MWt HTR-10 -koereaktori.

Kiinan HTR-10 koelaitoksessa on testattu kaikki yllä kuvatut turvallisuusominaisuudet käytännössä. Tässä harvinaisessa videossa Tsinghuan yliopiston ydintutkimuslaitokselta nähdään mm. demonstroitu jäähdytyksen menetys –koe, Loss of coolant accident, LOCA. Vastaava tapahtuma tuhoaisi jokaisen kevytvesireaktorin.

Kiinan demonstraatiolaitos HTR-PM

Kehitystyön ja saatujen käyttökokemusten perustella suunniteltiin kaupallisen mittakaavan, 110 MWe:n kuulakekoreaktori. Ensimmäisen täyden mittakaavan demonstraatiolaitoksen rakentaminen aloitettiin joulukuussa 2012 ja se on nyt lähes valmis.

Se koostuu kahdesta reaktoriyksiköstä ja yhdestä höyryturbiinista. Sähköteho on 220 MW. Ihan tarkkoja tietoja Kiinasta ei tahdo löytyä, mutta tämän alkuvuoden uutisen mukaan laitos olisi tarkoitus ottaa käyttöön loppuvuoden 2017 aikana. Polttoaine on jo laitoksella ja se saattaa olla ladattukin.

Teoriassa höyryturbiinin tilalla voitaisiin käyttää hermeettistä kaasuturbiinia suoralla kytkennällä, mutta nämä turbiinit ovat vielä kaukana kaupallisesta tasosta, jos koskaan sen saavuttavatkaan.

Jos tekniikka toimii niin kuin on ajateltu, Kiinassa on tarkoitus käynnistää välittömästi seuraavan laitoksen rakentaminen. Siihen tulisi kuusi reaktoria, sähkötehoksi 1200 MW. Laitoksen hinta tähän mennessä kerätyn kokemuksen perusteella on 5000 $/kW, mutta tekniikkaa ja valmistusmenetelmiä edelleen kehittämällä suunnittelijat uskovat saavansa hinnan pudotettua välille 2000-2500 $/kW. Olkiluoto 3:n kokoinen laitos maksaisi silloin 2,7 – 3,5 miljardia euroa. Kiina aikoo tarjota tätä tekniikkaa myös vientiin.

Koska kuulakekoreaktorin toimintalämpötila ylittää ylikriittisen hiilikattilan höyryn lämpötilan, ja koska sitä ei turvallisuutensa takia tarvitse sijoittaa kauas asutuksesta, se soveltuu erinomaisesti suoraan hiilikattilan tilalle. Näin ollen on mahdollista korvata olemassa olevan hiilivoimalan kattila kuulakekoreaktoreilla ja hyödyntää laitoksen kaikki muu koneisto sellaisenaan. Tällä ratkaisulla on kaikki edellytykset olla nopein mahdollinen tapa korvata fossiilista sähköntuotantoa päästöttömällä vaihtoehdolla. Tekniikka kykenee vastaamaan samaan kysyntään ja tarpeeseen sähköjärjestelmässä kuin tasaiseen tehontuotantoon kykenevät, luonnonvoimista riippumattomat hiilivoimalat.

Toisin kuin länsimaissa, Kiinassa on ymmärretty, että ydinvoima ei ole vanhanaikaista.

Mainokset

Geoterminen lämpö pintaa syvemmältä

St1 lähti muutama vuosi sitten ennakkoluulottomasti tavoittelemaan geotermistä lämpöä Suomen kallioperästä. Se, että  maankuoressa on lämpöä, on tiedetty jo kauan. Periaatteessa sekin on tiedetty, miten sitä voidaan hyödyntää. Ei tarvitse kuin porata reikä riittävän syvälle, niin reikään pumpattu vesi saadaan sieltä lämmenneenä ylös. Mitä syvemmälle mennään, sen kuumempi maankuori on. Maan ydin on jokseenkin yhtä kuuma kuin Auringon pinta. Siellä, missä geotermistä lämpöä jo hyödynnetään, lämpö on selvästi lähempänä pintaa kuin Suomessa. Täällä on mentävät syvälle, todella syvälle.

ST1_a

St1 tavoittelee n. 7 km syvyyttä, jossa lämpötila on reilut sata astetta. Sähköä siitä ei vielä saa aikaiseksi, mutta kaukolämmitykseen se riittää hyvin. Sähkön tuottamiseen tarvittaisiin toiset sata astetta lisää.

Lämpö on osittain peräisin Maan syntyajoista, osittain maankuoressa olevien radioaktiivisten aineiden hajoamisesta. Lauri Muranen luonnehtiikin WEC Finlandin blogissa geotermistä lämpöä osuvasti luomu-ydinvoimaksi. Osa Maan sisäisestä lämmöstä syntyy vuorovesi-ilmiön seurauksena. Auringon ja Kuun painovoimat vääntelevät maankuorta, jolloin se lämpenee. Tämä lämpö on enimmäkseen Maan pyörimisliikkeen kineettistä energiaa, joka muuttuu lämmöksi.

Radioactive decay accounts for half of Earth’s heat

ST1_b

Poraustekniikkaa on käytetty öljyn- ja kaasuntuotannossa jo pitkään, mutta näin syvällä operointi ei ole aivan arkipäivää. St1 Deep Heat -projektin työmaa sijaitsee Otaniemessä Fortumin lämpökeskuksen tontilla. Työmaan aidassa on havainnollisesti selitetty hankkeen pääperiaatteet.

Ensin porataan yksi reikä n. 7 kilometriin, tai missä nyt haluttu lämpötila tulee vastaan. Sen jälkeen kalliota reiän pohjalla säröytetään suuren paineen avulla. Seismisillä antureilla ”kuunnellaan” mihin suuntaan säröt lähtevät avautumaan. Toinen reikä porataan sinne. Poraa voidaan ohjata sivusuunnassa, joten toisen reiän alapää voi sijaita kilometrin päässä ensimmäisestä, vaikka reikien yläpäät ovat samalla tontilla.

ST1_c

Reikien seinämät vuorataan teräksellä yläosastaataan, jotta vesi ei karkaa matkalla. Toisesta reiästä pumpataan vettä sisään ja otetaan se takaisin toista reikää myöten. Matkalla se lämpenee reiluun sataan asteeseen. Tästä kiertovedestä lämpö siirretään lämmönsiirtimellä kaukolämpöveteen. Tehoksi tälle laitokselle on suunniteltu 40 MW. Pumppaus kuluttaa sähkötehoa parisen megawattia.

Kuulostaa helpolta, mutta mahdollisia ongelmia on runsaasti.

  • Taloudellinen kannattavuus. Menestyäkseen minkä tahansa toiminnan tulee olla kannattavaa ja kilpailukykyistä.
  • Saadaanko reiästä suunniteltu määrä tehoa, vai jäädäänkö tavoitteen alle, jolloin palataan kohtaan 1.
  • Pysyvätkö reiät auki, vai tukkeutuvatko ne?
  • Pysyvätkö kallioon avatut säröt auki?
  • Mitä kaikkea veden mukana tulee reiästä ylös? Aiheutuuko putkistoon korroosiota, tai kerrostumia, jotka voivat tukkia laitteet tai itse reiät? Voidaanko vettä käyttää uudelleen, joudutaanko sitä vaihtamaan, mitä jätevesille tehdään?
  • Kuinka suuresta kalliotilavuudesta lämpöä onnistutaan keräämään, eli kuinka nopeasti lämpötila putoaa? Se tiedetään, että lämpöä otetaan kalliosta nopeammin kuin sitä muodostuu ja/tai johtuu ympäröivästä kalliosta tilalle, mutta kuinka kauan lämpötila pysyy riittävän korkeana? Jos se jäähtyy oletettua nopeammin, palataan pian kohtaan 1, ja tarvitaan uusi reikä uuteen paikkaan.
  • Miten maankuori käyttäytyy jäähtyessään? Kaikissa aineissa tapahtuu lämpöliikettä. Jäähtyessään maankuori supistuu. Siitä aiheutuu vetojännitystä, jota graniitti kestää todella huonosti, eli teoriassa jännityksen purkautuessa voi syntyä jonkinlainen maanjäristys.

Tätä lämmöntuotantomenetelmää ei ole onnistuneesti aiemmin käytetty missään. Pariisissa on geotermistä kaukolämpöä käytössä, mutta siellä tilanne on täsmälleen päinvastainen. Huokoisessa maaperässä on kuumaa vettä, joka vain tarvitsee pumpata ylös, ja palauttaa sinne jäähdytettynä takaisin.

Yhdysvalloissa on rakennettu yli 3000 MW geotermistä sähköntuotantoa, yli 80 % siitä Kaliforniassa. Sielläkin maassa on valmiiksi kuumaa vettä, joka ylös noustessaan höyrystyy.

Sveitsissä oli tarkoitus tuottaa sähköä ja kaukolämpöä samalla menetelmällä kuin nyt Espoossa. Reikä oli porattu 4450 metriin, säröjä oltiin avaamassa korkeapaineisella vedellä, kun toiminnan seurauksena laukesi 3,5 magnitudin maanjäristys. Paine reiästä purettiin, mutta pienemmät järistykset jatkuivat alueella vielä seuraavan vuoden ajan. Projekti keskeytettiin. Henkilövahingoilta vältyttiin, mutta järistysten aiheuttamia omaisuusvahinkoja korvattiin kahdeksalla miljoonalla eurolla. Tapahtumasta löytyy runsaasti tietoa.

Deep in Bedrock, Clean Energy and Quake Fears

All seemed to be going well — until Dec. 8, 2006, when the project set off an earthquake, shaking and damaging buildings and terrifying many in a city that, as every schoolchild here learns, had been devastated exactly 650 years before by a quake that sent two steeples of the Münster Cathedral tumbling into the Rhine.

Swiss geothermal power plan abandoned after quakes hit Basel

It was supposed to be an environmentally friendly way of generating electricity. When geologists in Switzerland drilled deep into the ground, they planned to pump water into the shaft and use the steam generated by hot rocks to power 10,000 homes.

But the geothermal power plant had to be abandoned after a series of earthquakes, one registering magnitude 3.4, damaged properties in the city of Basel, a court heard today.

Baselin kaupunki on siirroslinjan päällä. Maankuoren säröytys laukaisi jo olemassa olevia jännityksiä. Suomessa ei tällaisia siirroslinjoja ole, joten riski on ehkä pienempi, mutta viimeistään kallioperän jäähtyminen aiheuttaa jännityksiä, jotka voivat laueta aiheuttaen järistyksiä.

Seismisen aktiivisuuden lisääntymistä on havaittu muuallakin geotermisten reikien yhteydessä, eli kyse lienee enemmänkin säännöstä kuin poikkeuksesta. Tämä artikkeli mainitsee havainnoista Saksassa.

Geothermal plans halted after earthquake

Seismic activity due to Geothermal drilling has been frequently reported elsewhere in the world, as can be see from cracks in the ground that appeared in the German town of Staufen. This seems to be one of the unavoidable disadvantage of obtaining renewable energy from the ground.

Lisää tietoa:
Geothermal power facility induces earthquakes, study finds
How Does Geothermal Drilling Trigger Earthquakes?
Induced seismicity in Base
Google-haku

Kuinka kauan reiästä sitten lämpöä riittää? St1 on tätä varmasti arvioinut. Yritetään nyt hahmottaa asiaa itse. Emme tiedä, miten suuresta graniittitilavuudesta lämpöä onnistutaan tuottamaan. Oletetaan tilavuudeksi yksi kuutiokilometri. Se voi olla suurempi tai pienempi, riippuen siitä, miten paljon säröjä kallioon onnistutaan avaamaan, ja miten ne pysyvät auki.

Granitin tiheys on 2650 kg/m3. Kuutiokilometrin massa on näin ollen 2650 miljoonaa tonnia. Graniitin ominaislämpö on 0,75 kJ/(K·kg). Tästä voidaan laskea, että jäähdytettäessä kuutiokilometriä graniittia 40 megawatin teholla, sen lämpötila laskee 0,6 astetta vuodessa, kuusi astetta kymmenessä vuodessa. Jos lähtölämpötila on sata astetta, 30 vuoden kuluttua jäljellä on 82 stetta. Jos vesikierto onnistuukin saavuttamaan vain puoli kuutiokilometriä kalliota, jäähtyminen on tuplasti nopeampaa.

Geotermisen lämmön sanotaan olevan uusiutuvaa. Kestää kuitenkin aikansa, ennen kuin jäähdytetty graniittikuutio lämpenee uudestaan lähtölämpötilaansa. Se tapahtuu sekä johtumalla, että radioaktiivisen hajoamisen seurauksena.

Graniitissa on keskimäärin 3 miljoonasosaa uraania ja 17 miljoonasosaa toriumia, jotka tuottavat lämpöä hajotessaan. Muutama miljoonasosa kuulostaa pieneltä, mutta graniittiahan on paljon. Kuutiokilometrissä graniittia on 7950 tonnia uraania ja 45050 tonnia toriumia. Uraanin puoliintumisaika on 4,5 miljardia vuotta, toriumin 14,05 miljardia vuotta. Hajoamisketjujen energiat ovat: uraani 51,7 MeV, torium 42,6 MeV. Nyt lasketaan ensin näiden aineiden aktiivisuus kuutiokilometrissä graniittia, saadaan: uraani 98 TBq, torium 183 TBq. Näistä saadaan edelleen lämmöntuotoksi: uraani 814 W, torium 1248 W. Yhteensä uraanin ja toriumin lämmöntuotto kuutiokilometrissä graniittia on siis 2 kW. Jos kalliosta otetaan 40 MW, se on 20000 kertaa enemmän kuin sitä uraanin ja toriumin radioaktiivisuuden johdosta muodostuu. Jos laitosta käytetään 30 vuotta, kestää lämmön palautuminen pelkästään uraanin ja toriumin hajoamisen avulla kuusisataatuhatta vuotta, olettaen, että sitä ei tänä aikana poistu mihinkään.

Kaikki laskut lähdeviitteineen löytyvät tästä taulukosta.

Graniitissa on jonkin verran muitakin radioaktiivisia aineita kuin uraani ja torium, mm kaliumia. Lisäksi jäähtyneeseen tilavuuteen siirtyy johtumalla lämpöä ympäristöstä.

Wikipedian mukaan maankuoren lämpövuo alhaalta ylöspäin on mantereiden alueilla keskimäärin 65 mW/m2. Jos tämä teho saadaan graniittikuutiomme lämmittämiseen, ja lämmön ajatellaan siirtyvän kuutioon pohjan kautta, sen lämmitysteho on 65 kW. Mikäli otetaan huomioon myös sivuilta siirtyvä lämpö, ollaan lukemassa 325 kW. Todellisuudessa lämpöä johtuu jäähtyneeseen kohtaan varmasti reilusti enemmän, koska syntyy normaalia selvästi jyrkempi lämpötilagradientti. Hetkellisesti, koska se loivenee sitä mukaa kuin lämpöä siirtyy. Lopulta saavutettaisiin sama gradientti kuin maankuoressa pystysuunnassa normaalisti vallitsee, eli pitkällä aikavalillä jäähdytetty kilometrin graniittikuutio saa uutta lämpöä radioaktiivisen hajoamisen tuloksena 2 kW sekä lämpöä johtumalla alapuolelta 65 kW, noin suunnilleen, tämähän on pelkkä suurrusluokka-arvio. Toimiessaan 40 MW:n teholla laitos jäähdyttää graniittikuutiota 600 kertaa nopeammin kuin siihen lämpöä palautuu. Uusiutuvaa, kyllä, mutta äärimmäisen hitaasti. Geotermisen ”lämpökaivon” palautuminen uudelleen käytettäväksi kestää niin kauan, että käytännöllisesti katsoen sitä voi pitää uusiutumattomana. Kun se ehtyy, pitää porata uudet reiät toiseen paikkaan, kilometrin päähän edellisistä.

Nyt voidaan hahmottaa myös toiminnan aiheuttamaa lämpöliikettä graniitissa. Graniitin lämpöpitenemiskerroin on 8,3 x 10^-6/aste C. Kun kuutiokilometrin graniittikuutiota jäähdytetään 18 astetta (30 vuoden käyttöaika), kuutio supistuu joka suunnassa 15 senttimetriä. Graniitti kestää vetojännitystä hyvin huonosti. Jäähtyminen aiheuttaa vetojännitystä graniittiin. Jos jännitys ylittää vetomurtolujuuden, tapahtuu murtuminen, joka havaitaan maanjäristyksenä.

Mielipiteeni asiasta on, että tätä kannattaa ehdottomasti kokeilla, ja toivoa hankkeen onnistumista. Toimiessaan sillä voi olla paikallista merkitystä, mutta ihmeitä, edes ratkaisua päästöongelmaan siitä ei pidä odottaa.

Fysiikan dosentti Tom Murphy Kalifornian yliopistosta on päätynyt samankaltaiseen johtopäätökseen:

Do the Math: Warm and Fuzzy on Geothermal?

Kaksi uutta ydinvoimaratkaisua lähellä kaupallistamista

Ydinvoimasta kannattaa puhua, koska sen pontentiaali päästöjen vähentämisessä on aivan liian suuri, jotta se voitaisiin jättää huomioon ottamatta energia- ja ilmastokriisin ratkaisemisessa. Ydinvoimaa on opittu pitämään liian kalliina, vaarallisena, ja hitaana rakentaa, jotta siitä olisi mitään hyötyä. Osittain väitteet pitävät paikansa, osittain eivät. Ydinvoima on väärin käytettynä vaarallista, oikein käytettynä ei. Tämä pätee moneen muuhunkin teolliseen toimintaan. Ydinvoima on kallista rakentaa, mutta halpa käyttää. Investoinnit ovat kalliita, ja alkavat tuottaa selvästi hitaammin kuin useimmat uusiutuvan energian investoinnit. Siksi vapaa raha hakeutuu helpommin uusiutuvaan energiaan, vaikka ydinvoiman potentiaali on käytännössä niitä suurempi monistakin syistä.

kuva

Kuva 1. ThorCon reaktorilaitos on kokonaan maanpinnan alapuolella.

Nykyisin eniten käytetty ydinvoimalatyyppi perustuu painevesireaktoriin (PWR=Pressurized Water Reactor), joka alun perin kehitettiin sukellusveneen voimanlähteeksi. Se toimii hyvin, sen käytöstä on pitkä kokemus, ja se tuottaa tällä hetkellä vesivoiman jälkeen eniten päästötöntä sähköä maailmassa, ja neljä kertaa enemmän kuin tuuli- ja aurinkovoima yhteensä. Koska ydinvoiman turvallisuutta on haluttu parantaa, muodostuu suurin osa uuden PWR-voimalan kustannuksista erilaisista suojarakenteista ja – järjestelmistä, joilla on kaksi tarkoitusta: estää sydämen ylikuumeneminen ja sulaminen, sekä estää radioaktiivisten aineiden päästy ympäristöön, mikäli sydän kaikesta huolimatta sulaisi. PWR ei kuitenkaan ole ainoa vaihtoehto ydinenergian hyödyntämiseksi. Muista vaihtoehdoista on blogissa kirjoitettu ennenkin, esim. seuraavissa artikkeleissa:

Sulasuolareaktori – energiaa toriumista

IFR – menetetty mahdollisuus, vai tulevaisuuden pelastaja?

Vaikka ydinvoimaa sanotaan vanhanaikaiseksi, se on käyttämistämme energiamuodoista uusin, ja ainoa, joka keksittiin 1900-luvulla. Kaikki muut on keksitty 1800-luvulla tai paljon ennen sitä. Alalla on kaikessa hiljaisuudessa tapahtumassa lähivuosina paljon. Kiina on päättänyt kaupallistaa sulasuolareaktorin (MSR=Molten Salt Reactor) kymmenessä vuodessa, koska hiilivoiman aiheuttamat ilmasaasteet ovat toden teolla alkaneet riivaamaan kansalaisia. Seuraavassa esittelemme kaksi hanketta Kiinan ulkopuolelta, joissa tavoitteena on tuoda MSR markkinoille lähimmän kymmenen vuoden kuluessa. Kanadalaiset Terrestrial Energyn suunnitelman nimi on Integral Molten Salt Reactor (IMSR). Se on kuvan mukainen, vähän kuplavolkkaria isompi moduuli, joka pitää sisällään kaikki aktiiviset osat.

teksti

Kuva 2. Terrestial Energy, Integtal Molten Salt Reactor (IMSR), vasemmalla 25 MWe ja 300 MWe mallit.

Kuvassa vasemmalla on pienin lämpöteholtaan 60 MW, toisena 650 MW malli. Kaiksi oikeanpuoleista ovat saman teholuokan painevesireaktoreita. Terrestial Energy tekee yhteistyötä Oak Ride Laboratoryn kanssa. Toinen yrittäjä on yhdysvaltalainen Martingale Inc, jonka suunnitelma kantaa nimeä ThorCon Power. Ratkaisuna on samankaltainen moduulirakenne kuin kilpailijalla. Teknisesti nämä ovat hyvin lähellä toisiaan, joten niiden erillinen esittely ei ole tarpeen. Molemmat perustuvat nestemäisen polttoaineen käyttöön. Tämä tekniikka kehitettiin ja testattiin Oak Ride Laboratoryssä kahdella toimivalla reaktorilla vuodesta 1946 vuoteen 1973, jolloin projekti keskeytettiin poliittisin perustein. Tästä enemmän artikkelissa Sulasuolareaktori – katsaus historiaan Nesteenä on suola, johon polttoaineena käytetty uraani on liuotettu. Neste toimii paitsi polttoaineena, myös jäähdytteenä, jolla reaktorin tuottama lämpö siirretään ja otetaan talteen. Tällä ratkaisulla on useita etuja. Itse asiassa kevytvesireaktorin ”isänä” tunnettu fyysikko Alwin Weinberg piti MSR:ää siviilikäyttöön PWR:ää parempana vaihtoehtona, mutta tämä kannanotto jäi aikanaan vaille sitä huomiota, minkä se olisi ansainnut. Tekniikan edut ovat huomattavat: Suurin kevytvesireaktorin riski, sydämen sulaminen, on eliminoitu täysin, koska polttoaine on jo sulassa muodossa. Nestemäinen polttoaine myös eliminoi tarpeen valmistaa polttoainesauvoja, mikä alentaa kustannuksia. Suolan sulamislämpötila on useita satoja asteita, ja kiehumispiste vielä huomattavasti tätäkin korkeampi. Reaktoria ei sen takia tarvitse paineistaa, se voi toimia ilmakehän paineessa. Reaktoria ei tarvitse rakentaa paineastiaksi, jonka seinämän vahvuus PWR:ssä voi olla parikymmentä senttimetriä. Tällainen paineastia on vaikea, hidas ja kallis valmistaa. MSR:n astia voidaan valmistaa parin sentin vahvuisesta teräksestä. Tällä hetkellä maailmassa on vain muutamia terästehtaita, jotka ylipäätään kykenevät valmistamaan PWR:n paineastian. MSR eliminoi tämän ongelman kokonaan. Koska rakenteissa ei ole paksuseinämäisiä teräsosia, MSR on tunteeton nopeille tehonmuutoksille. Sen tehoa voidaan säätää nopeasti, yhtä nopeasti kuin kaasuturbiinia, jollaiseen yhdistettynä se olisi käyttökelpoinen esim. tuuli- ja aurinkovoiman säädössä. Yksi kevytvesireaktorin tehonmuutosnopeutta rajoittava tekijä on ksenonin muodostuminen polttoainsauvoihin. Ksenon absorboi neutroneja, joten se voi tietyissä tilanteissa pysäyttää reaktorin kokonaan. Koska ksenon on kaasu, se poistuu helposti suolaliuoksesta, eikä käyttöä estävää ksenon-myrkytystä voi tapahtua. Koska reaktorissa ei ole painetta, eikä vettä, höyryräjähdys ei ole mahdollinen. Tämä eliminoi massiivisen, paineenkestävän suojarakennuksen tarpeen. PWR:ssä voi tietyissä onnettomuustilanteissa muodostua tulenarkaa vetyä. Näin kävi Fukushimassa, jonka seurauksena reaktorihallin yläosat räjähtivät. MSR:ssä ei voi muodostua vetyä, eli tämä riski eliminoituu kokonaan. MSR on passiivisesti turvallinen. Itse fissioreaktio voi tapahtua vain grafiittisydämen sisällä tietyssä lämpötilassa. Jos sydän lämpenee liiaksi, suolan lämpölaajeneminen ajaa osan suolasta ja polttoaineesta sydämen ulkopuolelle, jolloin jäljelle jäävä fissiilin polttoaineen määrä ei enää kykene ylläpitämään fissiota, vaan reaktio hidastuu itsestään. Säätösauvoja MSR:ssa on vain muutama, eikä niitä normaalisti tarvita tehon säätämiseen. Reaktorin pohjassa on kiinteästä suolasta muodostettu tulppa (alla olevassa kuvassa harmaalla). Se pidetään kiinteänä jäähdyttämällä sitä. Jos omakäyttösähkö laitokselta häviää, pysähtyy myös suolatulpan jäähdytys, jolloin se sulaa, ja reaktorissa oleva suola valuu alla olevaan varastosäiliöön. Se on rakennettu niin, että radioaktiivisen hajoamisen muodostama ns. jälkilämpö poistuu ympäristöön itsestään, ilman mitään aktiivisia jäähdytysjärjestelmiä, jotka tarvitsisivat sähköä tai muuta ulkopuolista toimenpidettä. Tämä ominaisuus eliminoi täysin PWR:n moninkertaisten ja kalliiden hätäjäähdytysjärjestelmien tarpeen.

loop_fdt_20141207

Kuva 3. Martingale Inc (ThorCon Power). Itse reaktori on kuvassa oranssi. Alhaalla vihreällä on säilö, johon polttoainesuola häiriötilanteessa tyhjennetään.

Näiden kahden ominaisuuden takia MSR on passiivisesti turvallinen. Käyttöhenkilökunnan ei tarvitse tehdään mitään, eikä mitään aktiivisia, sähkönsyötöstä riippuvaisia järjestelmiä tarvita. Turvajärjestelmää ei voi edes kytkeä pois päältä, koska turvallisuus perustuu suolatulpan sulamiseen ja painovoimaan, joka on aina ”päällä”. Käyttöhenkilökunta voi lähteä vaikka kotiinsa, ja laitos ajaa häiriön sattuessa itsensä turvalliseen tilaan ja jää siihen. Maanjäristyksen kestävä suolasuolareaktori olisi Fukushimassa ainoastaan pysähtynyt. Se olisi voitu käynnistää uudelleen heti kun tsunamin aiheuttamat muut sotkut olisi siivottu pois tieltä. Nämä molemmat reaktorimoduulit voidaan rakentaa tehtaassa sarjatuotantona. Martingale Inc:n strategiana on suunnitella, tuotteistaa ja tyyppihyväksyttää yksi ainoa 250 MWe:n kokoinen moduuli. Erikokoisia voimaloita voidaan rakentaa yhdistämällä näitä moduuleita. Esim. tuhannen megawatin laitokseen asennetaan neljä moduulia. Terrestrial Energyn suunnitelmissa on kehittää useampia kokovaihtoehtoja, joista pienin olisi lämpöteholtaan 80 MW. Sähköä siitä saisi n. 30 MW. Martingale Inc käyttää esimerkkinä Korealaista telakkaa, joka rakentaa sata laivaa vuodessa. Reaktorimoduulin materiaalit ja rakenne ovat sellaisia, että telakka voisi valmistaa niitä siinä missä laivamoduulejakin. Yksi suuri telakka kykenisi vuodessa valmistamaan reaktorimoduulit sataan tuhannen megawatin voimalaan. Voimala on täysin moduulirakenteinen. Moduulit rakennetaan sarjatuotantona ja kootaan paikan päällä. Alla oleva animaatio havainnostaa moduulirakentamisen.

shall_demo_20141113

Kuva 4. ThorCon moduulirakentaminen.

Yhteen tuhannen megawatin PowerCon Energy voimalan reaktorilaitokseen tarvitaan 17000 tonnia terästä. Vastaavan tehoisen tuulivoima-installaatioon (kapasiteettikertoimella 33 %) terästä tarvitaan 24-kertainen määrä, n. 400.000 tonnia. MSR voi toimia hyvin korkeassa lämpötilassa, selvästi korkeammassa kuin vesijäähdytteiset reaktorit. Niiden yhteydessä voidaan käyttää samoja höyryturbiinikoneistoja kuin hiilivoimaloissa. Niitä maailmassa on paljon jo valmiina. MSR voisi suoraan korvata hiilivoimalan kattilan ja muuttaa laitoksen nollapäästöiseksi voimalaksi. Molemmat yritykset ovat laskeneet, että tällä teknologialla sähköä voidaan tuottaa halvemmalla kuin tällä hetkellä halvimmalla, eli kivihiilellä. ThorCon Powerin sivuilta löytyvät tarkat kustannuslaskelmat, joiden mukaan reaktorilaitos olisi halvempi rakentaa kuin hiilivoimalan kattila. Tämä yhdessä hiiltä halvemman polttoaineen kanssa, tekisi sähkön hinnaksi 27,50 €/MWh, verrattuna hiilen hintaan 50 €/MWh. Hinnassa on otettu huomioon laitosten rakentaminen, käyttö, polttoaineet oletetulla 32 vuoden eliniällä ja 10 % diskonttauskorolla. Jos tässä esitetyt suunnitelmat hyödynnetään maailman päästöjen vähennyksessä ja rakennettaisiin 39 kpl tuhannen megawatin MSR-voimalaa vuodessa, ne voisivat korvata hiilivoimalat 40 vuodessa.

kuva

Kuva 3. Rakentamalla kolme ThorCon 250 MWe moduulia viikossa, hiilivoimalat voidaan korvata 40 vuodessa.

Kivihiili sähkön tuotannossa aiheuttaa yli 25 % kaikista energian tuotannon CO2-päästöistä. Hiilen voi syrjäyttää markkinoilta tehokkaimmin tuomalla tilalle vielä halvemman vaihtoehdon, jota toistaiseksi ei ole. MSR:n hyvä säädettävyys tekee siitä vaihtoehdon myös maakaasulle. MSR:n korkeaa lämpötilaa voidaan hyödyntää myös muuhun kuin sähkön tuotantoon. Sillä voidaan esimerkiksi valmistaa vedestä vetyä, joka voidaan edelleen muuntaa hiilivedyksi, ja näin korvata öljyä polttoaineena tai kemian teollisuuden raaka-aineena. Riittävän edullista lämmönlähdettä tähän tarkoitukseen ei kemian teollisuudella toistaiseksi ole käytettävissä. MSR:n polttoainetalous on vähän parempi kuin PWR:n. Martingale Inc ilmoittaa, että yksi 1000 MW:n laitos tarvitsee 208 tonnia luonnonuraania vuodessa, kun vastaavan tehoinen PWR tarvitsee 250 tonnia. Suolaan liuotetun polttoaineen jälleenkäsittely on helpompaa kuin PWR:n oksidipolttoaineen. Jälleenkäsittelyllä MSR:n uraaninkulutus voidaan puolittaa. Martingale Inc:n suunnitelmissa on käyttää toriumia uraanin seassa, joka vähentää uraanin kulutusta. MSR voi teoriassa hyötää kaiken käyttämänsä polttoaineen toriumista, mutta näissä molemmissa suunnitelmissa se mahdollisuus on jätetty pois, koska tekniikka siihen ei ole valmis. Näissä kummassakaan ei ole mitään sellaista uutta tekniikkaa, mitä ei olisi jo testattu. Siksi ne voivat olla valmiita ja kaupallisessa käytössä lähimmän kymmenen vuoden kuluessa. Tämä tekniikka on lupaava, että se tulee jossain muodossa käyttöön ennemmin tai myöhemmin. Kun se on käytössä, voidaan sitovia ja merkittäviä ilmastosopimuksiakin saada aikaiseksi, koska hiilelle on realistinen vaihtoehto tarjolla. Vielä toistaiseksi hiilen käyttö kasvaa joka vuosi enemmän kuin tuuli- ja aurinkosähköä tuotetaan.

  1. Molten Salt Reactors: The Future of Green Energy?
  2. Terrestrial Energy
  3. ThorCon Power
  4. Integral Molten Salt Reactor targeting blueprint stage in late 2016
  5. Eri energiamuotojen toteutuneita päästövähennyksiä
  6. Terrestrial Energy Announces Strategic Collaboration with University of Tennessee

Ydinjäteongelman ratkaisu, sekä 1600 vuotta ydinsähköä ilman uraanikaivoksia


nuclear-power-smileUutisen mukaan
Namibiassa avataan uusi uraanikaivos. Sen on tarkoitus tuottaa 5770 tonnia uraania vuodesta 2017 alkaen. Kaivoksen kokonaisvarannon arvioidaan olevan 140000 tonnia, ja toiminta-ajan vähintään 20 vuotta.

Nykyään energiantuotantoon käytettävät ydinvoimalat käyttävät polttoaineena uraanin isotooppia U-235, jota luonnon uraanissa on vain 0,7 % lopun 99,3 %:n ollessa isotooppia U-238.

Hyötöreaktori pystyy jalostamaan energiaksi myös isotoopin U-238. Sen takia ne pystyvät hyödyntämään maasta louhitun uraanin n. 200 kertaa tehokkaammin kuin nykyiset voimalat.

1000 MWe:n hyötöreaktori toimii vuoden yhdellä tonnilla uraania. Sinä aikana sen tuottaa 8 TWh sähköä. Maailman sähkönkulutus vuodessa on 22 000 TWh.

Kun jaamme tämän luvun kahdeksalla, saamme tulokseksi 2750. Toisin sanoen, kaiken maailmassa kulutetun sähkön tuottamiseen tarvitaan 2750 kpl 1000 MWe:n hyötöreaktoria, ja niille tarvitaan yhteensä 2750 tonnia uraania polttoaineeksi.

Namibiaan avattavan kaivoksen vuosituotto 5770 tonnia riittäisi tuottamaan kaiken sähkön koko maailmassa kahden vuoden ajan. Kaivoksen arvioitu varanto 140000 tonnia riittäisi nykyisellä sähkönkulutuksella viideksikymmeneksi vuodeksi.

Uraaniin tuotanto maailmassa on n. 60000 tonnia vuodessa. Yhden vuoden tuotannolla voitaisiin sähköistää koko maailma kahdenkymmenen vuoden ajan hyötöreaktoreilla.

Maailmassa on valmiiksi olemassa 1,5 miljoonaa tonnia köyhdytettyä uraania, josta on jo erotettu isotooppi U-235 energiantuotantoa varten. Jäljelle jääneelle köyhdytetylle uraanille ei ole mitään käyttöä. 1,5 miljoonaa tonnia voisi sähköistää maailman yli viiden sadan vuoden ajaksi. Tämä siis, vaikka uutta uraania ei louhittaisi lainkaan.

Maailmassa on korkea-aktiivista ydinjätettä, eli kertaalleen käytettyä ydinpolttoainetta 270000 tonnia. Jäte soveltuu hyötöreaktorin polttoaineeksi, koska siitä on käytetty vasta isotooppi U-235 ja tallella on lähes kaikki U-238. Tällä jätemäärällä voitaisiin sähköistää koko maailma sadan vuoden ajan.

Uraani ei ole loppumassa, mutta nykyisin käytössä oleva reaktoritekniikka on vanhanaikainen. Se oli alunperinkin suunniteltu sukellusveneiden voimanlähteeksi, ei siviilikäyttöön sähköntuotantoa varten. Tähän tarkoitukseen on olemassa tehokkaampia menetelmiä.

Nykyiset ydinjätteet on loppusijoitettava kymmeniksi tuhansiksi vuosiksi niissä olevan plutoniumin takia. Hyötöreaktorin jäte ei sisällä plutoniumia. Se sisältää vain fissiotuotteita, joiden puoliintumisaika on noin 30 vuotta. Fissiotuotteet muuttuvat näin ollen vaarattomiksi kolmessa sadassa vuodessa. Tuhansien vuosien loppusijoitusaikaa ei tarvita, joten ydinjäteongelma lakkaa olemasta.

Hyötöreaktoritekniikka on yhtä vanha kuin ydinvoimakin. Hyötöreaktoria kehitettiin samaan aikaan kevytvesireaktorin kanssa, mutta siviilikäyttöön valituksi tuli kevytvesitekniikka, koska siitä oli jo valmis sukellusvenesovellus olemassa, josta se kopioitiin ja skaalattiin suuremmaksi.

Menestyksekkäitä hyötöreaktorin kehitysprojekteja on ollut useampia, joista tunnetuin lienee Integral Fast Reactor (IFR). Uraanin lisäksi alkuaine torium soveltuu hyötöreaktorin polttoaineeksi. Toriumia syntyy monien kaivosten sivutuotteena, eikä sille ole mitään käyttöä, vaan se tyypillisesti haudataan kaivoksen maastoon. Tällaisia valmiita varastoja arvioidaan maailmassa olevan lähes 2,8 miljoonaa tonnia. Sillä määrällä voisi sähköistää koko maailman 1000 vuoden ajan.

Paras tekniikka toriumin käyttämäseksi on sulasuolareaktori, jota jo kevytvesireaktorin kehityksestä Yhdysvalloissa vastannut fyysikko Alvin Weinberg piti parempana tekniikkana siviilipuolen sähköntuotantoon. Tekniikka eliminoi kaikki keskeiset ydinvoiman ongelmat, kuten uraanin riittävyyden, sydämen ylikuumenemisen ja sulamisen mahdollisuuden sekä jätteen loppusijoituksen. Samalla loppuisi merkittävä osa ilmastonmuutosta aiheuttavista hiilidioksidipäästöistä, koska hiiltä ja kaasua ei enää tarvittaisi sähköntuotantoon.

Yhteenvetona, hyötöreaktoreilla voidaan ratkaista ydinjäteongelma, ja sen lisäksi tuottaa kaikki maailman sähkö ilman uuden uraanin tai toriumin louhimista seuraavasti:

  • Valmiiksi louhittu uraani: 500 vuotta
  • Valmiiksi louhittu torium: 1000 vuotta
  • Ydinjätteet: 100 vuotta
  • Yhteensä: 1600 vuotta

Aiheeseen liittyviä kirjoituksia:

  1. IFR – menetetty mahdollisuus, vai tulevaisuuden pelastaja?
  2. Kuuluuko ydinvoima historiaan?
  3. ”Ydinvoimassa vielä paljon kehitettävää”
  4. Sulasuolareaktori – energiaa toriumista
  5. Sulasuolareaktori – katsaus historiaan
  6. Kiina panostaa torium-voimalaan

 

Kiina panostaa torium-voimalaan

Energiaa elinäksi

Energiaa elinäksi

Kiina on aikaistanut viidellätoista vuodella toriumia polttoaineena käytävän sulasuolareaktorin kaupallistamiseen tähtäävää kehitystyötään. Tämä ehtymättömän ja saasteettoman energialähteen ilman jäteongelmaa tarjoava reaktoritekniikka on määrä olla käytössä kymmenen vuoden kuluttua.

Lähihistoria tuntee kaksi tiede- ja teknologiaprojektia, joille ei löydy vertaista: Manhattan-projekti ja Apollo-ohjelma. Yhteistä niille on mm. seuraavat asiat:

  • Lähtökohtana ”pakottava” tarve tehdä jotain, mitä ei ole aikaisemmin tehty, mutta jonka tiedettiin olevan mahdollista.
  • Kansakunnan parhaat voimavarat käytettävissä.
  • ”Rajattomasti” rahaa käytettävissä.
  • Määrätietoisesti johdettu ja aikataulutettu projekti.

Manhattan-projektin ajavana voimana toimi sota. Yhdysvallat halusi atomipommin ensimmäisenä, ja Manhattan-projekti tuotti sellaisen kuudessa ja puolessa vuodessa. Pommin mielekkyydestä voidaan olla monta mieltä, mutta sen voidaan myös katsoa lopettaneen toisen maailmansodan. Joku muu olisi sellaisen tehnyt joskus joka tapauksessa.

Apollo-ohjelma vei ihmisen Kuuhun kahdeksassa vuodessa. Kilpajuoksu Kuuhun oli yksi osa kylmän sodan asetelmaa. Yhdysvallat oli nolosti hävinnyt Neuvostoliitolle kilpajuoksun avaruuteen, joten se päätti mennä ensimmäisenä Kuuhun, ja onnistui siinä.

Olen monesti ajatellut, että ilmasto-, ja siihen läheisesti liittyvä energia-ongelma voisi olla sellainen, jossa ennen pitkää joudutaan samanlaiseen pakkotilanteeseen, että em. projektien kaltainen, ihmiskunnan parhaan osaamisen hyödyntävä, rajattomat resurssit omaava projekti voi olla lopulta ainoa ratkaisu.

Fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen ei tällä hetkellä ole olemassa valmiiksi tuotteistettua teknologiaa. Uusiutuvan energian alueella ei sellaista ole, eikä todennäköisesti tulekaan. Potentiaalia teoriassa on, mutta käytännössä EROEI uusiutuvien hyödyntämisessä lähestyy nollaa kauan ennen riittävän volyymin saavuttamista.

Nykyisenkaltainen ydinvoimakaan ei ole lopullinen ratkaisu. Fuusio saattaa joskus onnistua, mutta se on auttamatta liian kaukana tulevaisuudessa. Näyttää myös siltä, että vaikka fuusion polttoaine olisikin halpaa, teknologia sen hyödyntämiseen tulee olemaan hyvin kallista.

Fission potentiaalista ei ole vielä hyödynnetty kuin puolisen prosenttia. Erittäin lupaavia teknologiahankkeita lähimenneisyydessä on ollut, mutta ne on keskeytetty milloin mistäkin syystä. Näistä voi lukea lisää aikaisemmista kirjoituksista:

Kiinassa ollaan vihdoin herätty saasteongelmaan. Kiinan suurkaupunkien ilma on toisinaan niin paksua, ettei siellä tahdo eteensä nähdä. Syynä on mm. tehtaiden, liikenteen ja hiilivoimaloiden päästöt. Vaikka Kiinassa on enemmän tuulivoimaa kuin missään muualla, siitä ei ole päästöongelman ratkaisuksi.

Kiinassa on jo pitkään ollut kiinnostusta ydinenergian kehittämiseen. Maassa on 21 tavallista reaktoria toiminnassa ja 28 uutta rakenteilla. Tavoite on 60 GW ydinvoimaa vuoteen 2020 ja 150 GW vuoteen 2030 mennessä.  Kiina on ostanut Venäjältä kaksi BN-800 -hyötöreaktoria. Myös sulasuolareaktoria Kiinassa on tutkittu. Käynnissä on ollut projekti, jonka tarkoituksena on tuotteistaa toriumia polttoaineena käyttävä sulasuolareaktori seuraavan 25 vuoden aikana. Nyt, lähinnä saasteongelman takia, Kiinan hallinto on siirtänyt määräaikaa 15 vuodella taaksepäin. Teknologian halutaan olevan valmista 10 vuoden kuluttua.

Tämä alkaa muistuttaa läheisesti edellä mainittuja suuria projekteja. Kiinalla on osaamista ja resursseja. Kiinan hallintojärjestelmä ei kaikilta osin ole yksittäisen ihmisen kannalta paras mahdollinen, mutta toisaalta se kykenee tekemään suuria muutoksia nopeasti, johon länsimainen demokratia ei pysty. Jos Kiina onnistuu torium-reaktorin rakentamisessa ja tuotteistuksessa, tulee sillä olemaan paitsi puhdas ja ehtymätön energianlähde, myös ratkaiseva taloudellinen etulyöntiasema muuhun maailmaan verrattuna. Halpa, ulkomaailmasta riippumaton ja ehtymätön energianlähde on ja tulee olemaan sellainen valttikortti, jolla maailman markkinoilla pärjääminen on varmistettu.

Mielenkiintoista nähdä, aikooko sulasuolareaktorin kotimaa Yhdysvallat katsella vierestä mitä Kiina tekee, vai herätäänkö siellä ajoissa tajuamaan, että onnistuessaan Kiina jättää yhdysvallat taakseen kaikilla talouden mittareilla. Nähdäänkö eräänlainen Kuu-kilpailun toisinto? Vielä toistaiseksi Yhdysvallat on tarjonnut Kiinalle apuaan torium-voimalan kehittämisessä, mutta voiko se olla lähtemättä mukaan tähän kilpailuun? Liuskekaasu on yhdysvalloissa nyt niin halpaa, että siellä ei oikein kannata investoida mihinkään muuhun energiaan, mutta kaasua ei riitä loputtomiin, sen ymmärtävät kaikki.

Tyypillinen suuri lentokonetehdas kykenee valmistamaan yhden 200 miljoonaan euroa maksavan lentokoneen päivässä. Sulasuolareaktori on niin yksinkertainen laite, että sellaisen valmistaminen sarjatuotantona lentokoneiden tapaan on mahdollista. Jos esimerkiksi joka päivä valmistuisi yksi 100 MW:n torium-voimala, koko maailman kivihiilen käytöstä päästäisiin eroon seuraavan 40 vuoden kuluessa. Reaktori on toisaalta mahdollista rakentaa hyvin suureksi, suurammaksi kuin nykyiset ydinvoimalat, joten tämä aika voisi mahdollisesti olla lyhyempikin. Ongelmaksi muodostuu uraani-233 –isotoopin saatavuus, joka rajoittaa näiden, suhteellisen pienellä hyötösuhteella toimivien voimaloiden määrän kasvattamista. Tähänkin on ratkaisuvaihtoehtoja olemassa.

Koska länsimaat keskittyvät ydinvoimaloiden korvaamiseen näennäisesti uusiutuvilla, käytännössä hiilellä ja kaasulla, voimme ainakin toivottaa onnea kiinalaisten projektille. Sulasuolareaktoria on kokeiltu jo 50-luvulla hyvällä menestyksellä, joten jos projekti saa rauhassa jatkua ilman keskeytyksiä, onnistuminen on vain ajan kysymys.

Kuvassa oleva torium-pallo voi tuottaa yhden ihmisen koko elinaikanaan käyttämän kaiken energia, ilman päästöjä. Syntynyt korkea-aktiivinen jäte muuttuu vaarattomaksi kolmessa sadassa vuodessa.

  1. Chinese scientists urged to develop new thorium nuclear reactors by 2024
  2. China working on uranium-free nuclear plants in attempt to combat smog
  3. The Molten Salt Reactor Race: Will America Join the Race?
  4. IAEA: Ydinvoima Kiinassa
  5. Wikipedia: Nuclear power in China
  6. Thorium: a safer nuclear power
  7. Stronger case now for thorium as a cleaner, safer nuclear fuel