Svenskt genombrott i energiforskningen kan gynna klimatet!

Här på bloggenn har publicerats ganska många artiklar om klimatsituationen och olika sätt att producera energi. I vissa artiklar har jag kopplat detta till en diskussion om vårt ekonomiska system, kapitalismen. Igår morse publicerade jag en artikel med anledning av COP21- klimatförhandlingarna i Marrakesch.Hur går klimatet Dagens artikel visar på en möjlig lösning. Den enda lösningen inom ramen för dagens ekonomiska system?

I en artikel för 2 år sedan skrev jag
”Den teoretiskt mest tilltalande lösningen är fusionsenergi, dvs. att kunna initiera, vidmakthålla och med tillfredsställande säkerhet kunna efterapa den process som vidmakthåller energi i stjärnor och sol, och indirekt ger värme och liv på jorden. Men man har inte kommit nära lösning trots flera decennier av forskning. Den erforderliga temperaturen lär vara 100 000 000 grader Celsius”.
iter

I den viktiga frågan om utvecklandet av energiteknik med små koldioxidemissioner för produktion av el pekas i denna artikel på den 4:e generationens kärnkraft (bridreaktorer) som en potentiellt viktig möjlighet. Användandet av bridtekniken för kommersiell elproduktion har hittills hämmats av korrosionsproblem men lovande ny teknik utvecklas
för närvarande vid KTH i Stockholm.

Jag har åter förmånen att få publicera en artikel av Per-Olov Käll. Han är Professor emeritus i oorganisk kemi vid Linköpings universitet, på senare år alltmer intresserad av resurs- och energifrågor. Han försöker kombinera det yrkesmässiga naturvetenskapliga intresset med intresset för kultur och historia. Han har tidigare skrivit en viktig analys av Macchiarini-affären, en av de största skandalerna i landet under senare år, där han diskuterar den senare rapporten. Kommentar till KI-rapporten om Macchiarini
Artikeln.
Den som läser debattsidan i SvD Näringsliv kunde häromdagen (2016-11-03) ta del av en mycket intressant artikel med rubriken ”Kärnavfall en möjlig guldgruva”. SvDDet är inte av större betydelse om rubriken var artikelförfattarnas egen eller inte, (rubriken
ändrades hur som helst i nätupplagan till ”Svensk teknik ger ny kärnkraft med miljövinster”). En av de fyra författarna var Janne Wallenius, mångårig professor i reaktorteknik vid KTH. Han
uppträdde i artikeln dock som ”vd Leadcold”, alltså som vd för företaget ”Blykyla”.

Jag känner inte personligen Wallenius men har länge funnits hans forskning intressant och vill gärna tro på det han säger. Om det han och hans kolleger nu påstår visar sig riktigt kan det betyda att världens energiförsörjning går in i en ny lovande fas. Att det såvitt jag förstår sker med teknik utvecklad i vårt eget land är knappast fel.

Låt oss ta det från början. Kärnenergi kan i princip utvinnas på två olika sätt. Antingen genom att man klyver tunga grundämnen, t.ex. uran med masstalet 235 (235-U), eller plutonium med masstalet 239 (239-Pu), med hjälp av neutroner. Då den sammanlagda massan hos klyvningsprodukterna är något mindre än hos den ursprungliga atomen
kommer mellanskillnaden i massa att omvandlas till energi i enlighet med Einsteins berömda ekvation

E = mc^2


I denna ekvation är E = energin (mätt i joule, J), m = massan (mätt i kg) och c = ljusets hastighet (i meter per sekund, m/s). Einstein ekvation är i sin tur ett uttryck för Termodynamikens 1:a huvudsats, som säger att energi varken kan skapas eller förstöras, endast omvandlas från en form till en annan. Om massa således ”försvinner” vid kärnklyvning måste den förlorade massan uppträda som energi, då massa kan ses som ”frusen” energi.

Alla kommersiella atomreaktorer som byggts efter Andra världskriget baserar sig på kärnklyvning (fission).

Det andra sättet att utvinna kärnenergi är genom att slå samman lätta atomer som väte till tyngre. Väte (H) är det vanligaste grundämnet i universum och om man slår samman två väteatomer bildas en heliumatom (He). Denna väger dock något mindre än vad de två väteatomerna gjorde tillsammans och masskillnaden omvandlas till
energi. Processen att slå samman lättare atomer till tyngre kallas för fusion och är det sätt på vilket solen och alla andra stjärnor alstrar sin energi. [Se FOTNOT nedan för fler detaljer.] Hur hindra klimatkatastrofen
KÄRNKRAFTVERK
Forskningen har länge försökt efterlikna solens sätt att producera energi men ännu inte lyckats. Ett jättelikt projekt, benämnt ITER, med många deltagande nationer pågår sedan ett decennium i Cadarache
norr om Marseilles i södra Frankrike. Projektets budget lär vara i storleksordningen 15 miljarder euro och det man hoppas uppnå med denna forskningsreaktor är energimässigt break-even och bortom det.
Med det menas att reaktorn ska kunna producera mer energi än man behöver stoppa in i den för att starta fusionsreaktionen, vilket ingen fusionsreaktor hittills klarat av.

De tekniska svårigheterna att åstadkomma detta är formidabla. Reaktorn behöver arbeta vid en temperatur av 100 miljoner grader Celsius, vilket anses hetare än någon annanstans i universum. Solen klarar i sin kärna av samma process vid ”endast” 15 miljoner grader.
Det beror på att solen genom sin väldiga gravitation förmår hålla ihop materien även vid så extrema temperaturer. I ITER tänker man sig att hålla plasmat på plats genom ett starkt magnetfält. En bit in på 2020-talet ska, sägs det, reaktorn vara färdig att börja provköras. ITER Man kan vara
förvissad om att världens forskare och regeringar med spänning följer den dramatiska utvecklingen. Nu ska den gamla devisen äntligen besannas:
solen
-⁠Hic Rhodus, hic salta! Här är Rhodos, hoppa här!

De kärnkraftverk som idag är i bruk i vårt land går under namnet 3:e generationens kärnkraftverk. Dessa reaktorer använder lättvatten, H2O (inte tungt vatten, D2O), som kylmedel och moderator. Moderatorns uppgift i en reaktor är att bromsa de neutroner, som bildas och förbrukas i kärnklyvningsprocessen, till en lagom hastighet. Generellt sett har denna typ av reaktorer numera en mycket hög grad av driftsäkerhet. Normalt svarar kärnkraften för omkring 40 procent av Sveriges elproduktion, vattenkraften för ungefär lika mycket. När det gäller elproduktion är vårt land i den lyckliga situationen att användningen av fossila bränslen är nära noll. (När det gäller transporter är dock vårt fossilberoende lika stort som andra länders)

Den 3:e generationens kärnkraft lider av kärnkraftens två klassiska
svagheter:

1) Endast en liten andel, några få procent, av kärnbränslets energiinnehåll kan utnyttjas.

2) Det förbrukade bränslet är starkt radioaktivt och måste lagras på säkert sätt i omkring 100 000 år innan det blir ofarligt.

Den 4:e generationens kärnkraftverk, som även kallas bridreaktorer (eng. Fast Breeder Reactor), löser i princip båda dessa problem.
Istället för att endast utnyttja några få procent av kärnbränslets energiinnehåll närmar man sig en 100-procentig nyttjandegrad. Det i sin tur leder till att det kvarvarande avfallet minskar drastiskt i volym och att lagringstiden begränsas till omkring tusen år – ungefär lika lång tid som Sverige har existerat.
Artikelförfattarna i SvD sammanfattar dessa punkter på följande sätt:

”Miljövinsterna är stora genom att redan så kallat utbränt kärnbränsle från dagens reaktorer kan återanvändas om och om igen i en generation 4-reaktor i så hög grad att ingen ny uranbrytning kommer behövas inom loppet av några tusen år!”

Är detta för bra för att vara sant? Nja, bridreaktorer har existerat i flera decennier och används tekniskt bland annat för att driva atomubåtar. Det som hittills förhindrat ett utnyttjande av denna typ av reaktorer för kommersiell elproduktion är de besvärliga korrosionsproblem, som är en följd av att man i dessa reaktorer inte kan använda vatten som kylmedel. Skälet är att bridreaktorer – i motsats till konventionella lättvattenreaktorer – arbetar med snabba neutroner, som kan omvandla 238-U till 239-Pu.
Istället används i dessa reaktorer flytande metall som kylmedel, t.ex. natrium eller bly.

Den reaktor som utvecklats på KTH arbetar med flytande bly, vilket jag för min del tycker låter betydligt säkrare än flytande
natrium.
(Om natrium kommer i kontakt med vatten uppstår, som vi kanske minns från skolans kemilaborationer, en vätgasexplosion.) De korrosionsproblem som hittills hämmat utvecklingen sägs nu vara lösta genom utvecklandet av en ny typ av stål, en paradgren inom
svensk metallurgi.

För den som intresserar sig för energifrågan har det plötsligt blivit spännande! Särskilt om man hör till dem som tvivlar på att
sol, vind och vågkraft kan bli mer än ett komplement i produktionen av elektrisk ström. Någon lösning på mänsklighetens totala
energiproblem utgör de sannolikt inte.

FOTNOT: De väteatomer som slås samman i en fusionsreaktor av ITER-typ (en s.k. tokamak) utgörs av tungt väte med masstalen 2 och 3, betecknade 2-H (eller D för deuterium) och 3-H (eller T för tritium). Masstalen 2 och 3 för D respektive T uppkommer genom att
atomkärnan i dessa väteisotoper förutom protonen också innehåller en respektive två neutroner. Till skillnad från 1-H, som utgör
99.98% av allt väte, och D, 0.02%, är T en radioaktiv isotop med en halveringstid på drygt 12 år. Tritium förekommer alltså inte
naturligt utan måste framställas på konstgjord väg i en kärnreaktion. Vid fusion i en tokamakreaktor slår man samman en
deuteriumkärna med en tritiumkärna varvid en stabil heliumatom med masstalet 4 bildas. Dessutom frigörs en neutron med hög
rörelseenergi enligt reaktionen
D + T –_ 4-He + n , där n är en neutron.

Efterskrift.
Bridtekniken, liksom konventionell kärn- och vattenkraft, är påtagligt små CO2-utsläppare. (De är dock inte, lika litet som sol- och vindkraft, ”koldioxidfria” – någon sådan teknik existerar knappast. Materialen måste ju extraheras ur jordskorpan, processas och transporteras. Elnätet och anläggningarna måste underhållas osv., alltsammans sådant som idag
inte kan ske utan tillgång till fossila bränslen.)

Apropå COP21 – såg klimatminister Lövin i Aktuellt med anledning av den stora stygga vargen Trumps inställning till klimatfrågan. Man visade bilder hur han vill öka kolbrytningen i USA m.m. Mot detta ställdes COP21:s uttalade ambitioner att begränsa temperaturhöjningen till max 1.5-2 grader Celsius.

Trots att Lövin hade gott om tid att förklara sig nämner hon inte med ett ord att COP21 inte alls avser att upphöra med fossila bränslen, vilket folk nog tror. Tvärtom tänker man sig beträffande kolet att användningen t.o.m. ska fördubblas fram till år 2100, (enligt scenariot RCP2.6). CO2-problemet ska istället lösas, säger man, med CCS-teknik
(Carbon Capture and Storage).

i Andra om: , ,, kapitalism, , ,
, , , ,

  4 comments for “Svenskt genombrott i energiforskningen kan gynna klimatet!

  1. 14 november, 2016 at 11:29

    Manifestera för klimatet!
    november 12 15:00 – 16:00

    Information om vad Du och jag kunde ha gjort i lördags.

    Världens länder är samlade i Marrakesh för ett toppmöte om hur de globala klimatmålen ska förverkligas [ http://www.cop22.ma/en ] Vi samlas för att visa att vi bryr oss om vad som händer under mötet och att det behövs radikala åtgärder för att klimatmålen ska nås. Vi samlades efter nätverket KlimatSveriges möte i ABF-Huset, Sveavägen 41 Stockholm, kl 15 och tog oss till Hötorget. Du är välkommen direkt till Hötorget kl 15.15. Ta gärna med dig en ljuslykta.
    Är du på annan plats i landet – dra gärna ihop en egen ljusmanifestation samma tid!

    Se och sprid också evenemanget på Facebook * också! (https://www.facebook.com/klimatsverige/?fref=ts)

  2. Joe
    7 december, 2016 at 16:16

    Mycket spännande läsning!

  3. Martin Kullberg
    7 december, 2016 at 18:42

    Kärnkraftens vara eller icke-vara är närmast en icke-fråga numera. När man kollar på WorldNuclear.org ser man att det är en bransch som formligen exploderar.

    Det är väl enligt denna mest glorifierade ånglok man bygger, men Kina och Indien har ett par intressanta reaktorer på gång.
    http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/plans-for-new-reactors-worldwide.aspx

    Jag vill dock modulera entusiasmen en smula. För vi har lärt oss en sak på senaste tiden och det har med katastrofer att göra. Det står klart efter Fukushima att tekniken att handskas med en kärnkraftskatastrof inte existerar, det har ”läckt” ut så mycket att man nästan kan tro de försöker smita ned tre härdsmältor i havet, men det beror på att de inte har tekniken och förmågan att hantera de enorma vattenmängder som krävs för att kyla tre härdsmältor. Förutom att teknologin inte finns, så finns det inte en aktionsgrupp vid någon myndighet eller verksamhet i världen som kan rycka ut och effektivt bekämpa katastrofer som de i Fukushima och Tjernobyl.

    Innan man löst de två frågorna så bör man vara försiktig i sin optimism och ställa intelligenta krav för verksamheten.

    För gör vi om sannolikhetskalkylerna som vi fick oss till livs på 70-talet, men startar med minst två katastrofer, då kommer man fram till att framtida katastrofer är i princip garanterat. Man måste agera på den vetskapen.

Comments are closed.