Flydende a-kraft lægger til kaj i byen

Nye atomreaktorer, som er baseret på flydende salt, er så små, at de kan installeres på pramme. De flydende atomkraftværker skal lægge til kaj i verdens storbyer og forsyne dem med den energi, som sol- og vindkraft ikke kan dække.

Nye atomreaktorer, som er baseret på flydende salt, er så små, at de kan installeres på pramme. De flydende atomkraftværker skal lægge til kaj i verdens storbyer og forsyne dem med den energi, som sol- og vindkraft ikke kan dække.

Shutterstock & Seaborg

En dag i begyndelsen af 2030’erne bugseres en 285 meter lang pram til kaj i storbyens gamle kulhavn. Her har fragtskibe gennem generationer aflæsset enorme bjerge af kul, som er blevet brændt af i det nærliggende kraftværk.

Hver eneste dag væltede den mørkegrå røg op fra de høje skorstene, og for årtier siden plagede den sundhedsskadelige luftforurening befolkningen, mens syreregn forgiftede den smukke omegn.

Heldigvis er røgen for længst blevet renset for svovl og kvælstofilter, men til gengæld er byens CO2-udslip vokset dramatisk i takt med indbyggernes stigende antal og deres øgede elforbrug.

Nu er det slut. Prammen indeholder otte små atomreaktorer, som fremover skal sikre den driftige millionbys elforsyning sammen med vindmølleparken ud for kysten og solcellepanelerne på de sydvendte bakker.

Atomkraft kan gøre storbyernes elforsyning helt CO2-fri.

Strømmen i stikkontakterne bliver klimaneutral, i det øjeblik atomkraftværkerne på prammen er koblet til elnettet fra det pensionerede kulkraftværk. I løbet af de næste 12 år vil de otte reaktorer befri byen for et CO2-udslip på 67,2 millioner tons og levere strøm til 1,6 millioner husstande.

På den måde vil det flydende atomkraftværk blive den afgørende brik, som fra den ene dag til den anden gør storbyens elforsyning helt CO2-fri. Og det vil ske uden store anlægsudgifter og uden problemer med at finde byggegrunde til et nyt kraftværk.

Dansk firma kæmper for a-kraft

Flydende atomkraftværker vil indtage storbyer overalt i verden – i hvert fald hvis det står til den danske virksomhed Seaborg Technologies. Firmaet har planer om at bygge tusindvis af minireaktorer, som kan være i en container og transporteres på lastbiler eller med tog og skib.

Et skibsværft i Sydkorea skal tanke reaktorerne op med uranbrændsel og indbygge dem i flydende pramme, der er udstyret med turbiner og generatorer til elproduktion. Herefter vil slæbebåde trække prammene ud til de mange energihungrende storbyer, som typisk ligger ved kyster eller flodbredder.

A-kraft pramme

Prammene skal bygges i flere udgaver med to, fire, seks og otte reaktorer, så behovet for strøm i enhver størrelse by kan dækkes.

© Seaborg

Der er naturligvis kommercielle interesser i spil, men Seaborgs erklærede mission er at opnå hurtige og kraftige reduktioner i verdens udslip af drivhusgasser med en ny type atomkraft, som både er mere fleksibel og sikrere end den traditionelle. I første omgang satser firmaet især på at erstatte kulkraftværker i Asien.

Saltopløsning udnytter uran bedre

Nutidens reaktorer afbrænder fast atombrændsel og udnytter kun omkring seks procent af den spaltelige uran-235 i brændselsstavene. Derefter indeholder stavene ikke længere spaltelig uran nok til, at yderligere udnyttelse kan betale sig.

Desuden opstår der med tiden revner i stavene som følge af det heftige bombardement med neutroner, der udsendes ved kernespaltningerne, og det begrænser også deres levetid.

Begge problemer elimineres i Seaborgs minireaktorer, hvor brændslet består af flydende uran, som er opløst i smeltede fluoridsalte. Saltblandingen tager ikke skade af neutronbestråling, og man behøver ikke at fjerne uranen fra reaktoren, før stort set alt det spaltelige materiale er opbrugt. Derfor er mængden af brændselsaffald lille, og det er helt ubrugeligt i atombomber.

Uran

Minireaktorerne kører på uran blandet op med fluoridsalte. Under driften er saltet flydende og 700 grader varmt.

© Depositphotos

Smeltet salt-reaktorer blev udviklet allerede i 1960’erne, men tabte dengang konkurrencen med letvandsreaktorer, som ud over at producere strøm kunne levere plutonium til supermagternes hastigt voksende lagre af atomvåben under den kolde krig.

Reaktoren skrumper ind

Seaborgs reaktorer er dog ikke bare et gammelt koncept fra skuffen. De rummer en markant teknologisk nyskabelse, som muliggør en ekstremt lille reaktor.

Når uran-235 spaltes i brændselssaltet, udsendes der to-tre neutroner, som kan starte nye kernespaltninger og holde en kædereaktion kørende. Men neutronerne udsendes med så stor hastighed, at de typisk rekylerer fra urankernerne som hagl, der rammer en metalkugle.

For at trænge ind i urankernerne skal neutronerne derfor bremses ned. I smeltet salt-reaktorer har man traditionelt brugt grafit som såkaldt moderator – dvs. bremseklods. Men neutronerne skal flyve gennem et par meter grafit, før de bliver langsomme nok, og derfor er der grænser for, hvor små reaktorerne kan blive.

I Seaborgs reaktor flyder brændselssaltet gennem et kredsløb af rør i reaktortanken, og rørene er omgivet af et ydre rør med et andet flydende salt, natriumhydroxid, som nedbremser neutronerne.

Den effektive udnyttelse af uran i brændselssaltet betyder, at brændslet fylder mindre end i andre reaktorer. Samtidig sørger et andet salt for, at kædereaktionen i reaktoren kan ske på meget lidt plads.

Salt i reaktor
© Ken Ikeda Madsen

1. Salt cirkulerer rundt i reaktoren

Reaktorens brændselssalt (grønt) er omgivet af moderatorsalt (gult). Det opvarmede reaktorsalt pumpes gennem varmevekslere (th.), hvor det afgiver varmen til vand. Vanddampen driver en turbine og en generator, som skaber strøm.

Uran-kaedereaktion
© Ken Ikeda Madsen

2. Kædereaktionen starter i brændselssaltet

Atomreaktoren skaber energi ved spaltning af uran-235. Spontane spaltninger i saltet frigiver neutroner, som rammer andre atomkerner. Når kernen i et uran-235-atom tilføres en neutron, bliver det til uran-236, som er meget ustabilt.

Uran-spaltning
© Ken Ikeda Madsen

3. Spaltning af uran udløser energi

Den ustabile uran-236-kerne splittes i to, og kernekræfterne frigives. Ved spaltningen frigøres også to-tre neutroner, som bevæger sig med høj fart ud i moderatorsaltet. Neutronerne er alt for hurtige til at spalte nye atomkerner.

Moderatorsaltet
© Ken Ikeda Madsen

4. Moderatorsaltet gør klar til nye spaltninger

I moderatorsaltet bremses neutronerne ned, så de kan skabe nye spaltninger, når de igen kommer ind i brændselssaltet. Nedbremsningen sker på få centimeter. I andre reaktorer, som har grafit som moderator, skal der flere meter til.

Bremsesaltet er for nylig blevet testet på neutronacceleratoren Isis nær Oxford i England, og forsøgene viste, at saltet nedbremser neutronerne effektivt inden for afstande på få centimeter. Netop derfor kan reaktoren blive så lille, at den kan være i en container.

Teknologiens ømme punkt er, at smeltet salt er ekstremt korrosivt og får metallerne i reaktortanken og rørsystemet til at ruste. Derfor dur almindeligt rustfrit stål ikke, og der er behov for at udvikle metallegeringer, som bedre tåler mosten gennem lang tid.

Desuden vil Seaborg tackle problemet ved at modificere brændselssaltet kemisk, så det bliver mindre korrosivt. Ifølge firmaet vil reaktorerne få en levetid på 12 år.

Minireaktorerne er supersikre

Risikoen for ulykker er ekstremt lav i smeltet salt-reaktorer. Saltet kan hverken brænde eller eksplodere, og reaktoren kan simpelthen ikke smelte ned, fordi brændslet allerede er smeltet under almindelig drift.

Desuden er der en ekstra og meget effektiv sikkerhedsforanstaltning. I rørsystemet under reaktortanken sidder der en bundprop af frosset salt, som holdes nedkølet af en elektrisk fryser.

Hvis strømmen til atomkraftværket afbrydes, fx ved en naturkatastrofe, får det 700 grader varme salt i reaktoren bundproppen til at smelte, hvorefter det glider ned i en lagertank. På den måde spredes det flydende uranbrændsel så meget, at kædereaktionerne standser af sig selv.

Den værst tænkelige situation er bombning som følge af krig eller terror, hvor det flydende brændselssalt kan blive slynget ud i luften eller i vandet. Men selv her har saltet en indbygget sikkerhed.

Så snart saltet er afkølet til under 490 grader, størkner det og bliver til sten. Derfor er der ingen risiko for, at en radioaktiv sky blæser ind over byen og forurener store områder i baglandet.

“Forureningen sker kun lige omkring reaktorerne, og de radioaktive sten kan fjernes af eksperter med det rigtige beskyttelsesudstyr. Selvfølgelig bliver det dyrt og besværligt. Men opgaven kan løses”, siger Troels Schönfeldt, som er direktør i Seaborg og medstifter af firmaet.

Atomprammene holder i 24 år

I 2026 er Seaborg efter planen klar med den første demonstrationsreaktor, som skal levere strøm til elnettet, og firmaet satser på industriel serieproduktion fra starten af 2030’erne.

De mindste atompramme vil få plads til fire reaktorer i fire lastrum midtskibs. Hver reaktor yder 100 megawatt, der kan dække strømforbruget i 200.000 husstande. Ved leveringen sættes to reaktorer i drift, og når de kommer til slutningen af deres levetid, indsættes to nye reaktorer i de to ubrugte lastrum.

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

Efter 24 år bugseres prammen væk og erstattes med en ny. Den gamle pram ender på et center, hvor det radioaktive affald behandles. Men det er der heldigvis ikke ret meget af.

Under driften er reaktoren pakket godt ind i en afskærmning af stål og tanke med vand, som tilbageholder strålingen fra selve reaktoren. Når den er udtjent, er der derfor kun få radioaktive komponenter, som skal 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 volumen svarende til to 40-fods (12 meter lange) skibscontainere, mens brændselssaltet kan være i en 10-fods container. Saltet indeholder to typer radioaktive stoffer, som kan trækkes ud og adskilles ved centrifugering.

Den ene type er højradioaktive spaltningsprodukter, som skal deponeres i 300 år. Til sammenligning skal det højradioaktive affald fra nutidens reaktorer deponeres i 100.000 år. Den anden type er en lille rest af spaltelige stoffer, som kan overføres til nye brændselsblandinger i det næste hold reaktorer og blive forbrændt der.

Reaktorerne kan køre på affald

Sagen er nemlig, at Seaborgs reaktorer kan fungere som nukleare affaldskværne. I princippet kan de fra starten køre på brugt atombrændsel fra traditionelle atomkraftværker, hvor kun en lille del af den spaltelige uran-235 i brændselsstavene er opbrugt.

Der er rigeligt at tage af. På verdensplan opbevares 400.000 tons brugt atombrændsel i mellemlagre, som typisk er vandbassiner, hvor vandet nedkøler de brugte brændselsstave og beskytter mod stråling.

Det brugte atombrændsel er dog behæftet med strenge restriktioner, fordi det kan indeholde plutonium, som kan bruges til fremstilling af atomvåben. Derfor har Seaborg i første omgang valgt at bruge kommercielt lavberiget uran i minireaktorerne.

“Sol og vind er ikke nok. Vores minireaktorer kan yde et væsentligt bidrag til den grønne omstilling.” Troels Schönfeldt, direktør i Seaborg

Set med Troels Schönfeldts øjne er det ikke afgørende. Det helt centrale for ham er, at verden hurtigt kommer i gang med at nedbringe CO2 -udslippene og reducere mængden af drivhusgasser i atmosfæren, så den globale opvarmning minimeres.

“Det er ikke nok at udbygge energikilder som sol og vind. Atomkraft er en helt nødvendig del af løsningen, og vores minireaktorer kan yde et væsentligt bidrag til den grønne omstilling,” mener Troels Schönfeldt.