Den 4. generation af atomkraft: billigere, renere, sikrere

Fra science‑fiction til stagnation

Saying that nuclear energy is controversial is an understatement. Many see it as an extremely dangerous idea, bringing up the specter of Chernobyl and Fukushima as proof, and the problem of nuclear waste as something unsolvable. Others see it as a potential civilization-saving technology, thanks to its ability to generate baseload power with extremely low carbon emissions and land footprint.

Denne splittelse eksisterede tidligt, før klimaforandringer overhovedet var et emne.

Verden blev først opmærksom på den ekstraordinære kraft af atomenergi med atombombningen af Hiroshima og Nagasaki, snart efterfulgt af opfindelsen af H‑bomben og den kolde krig. Fra disse oprindelser var det destruktive potentiale af vores nyerhvervede mestring af atomet tydeligt.

Snart greb idéen om at udnytte den til fredelige formål også fat. Først var “Atom For Peace”-initiativet, derefter en massiv bølge af konstruktion af atomkraftværker verden over. I en periode syntes det klart, at fremtiden var atomkraft, og at forbrænding af kul, olie og gas snart ville blive så forældet som Holland’s pittoreske vindmøller.

I praksis stoppede produktionen af atomkraft med at vokse i slutningen af 1990’erne efter Tjernobyl og har siden stagnere globalt, med Kinas voksende produktion, der kompenserer for den faldende europæiske atomindustri.

Kilde: Nuclear Energy – Our World in Data

I mange år var det primært Kina og Rusland, der syntes villige til at udvikle atomenergi.

Især Kina, som The Economist formulerer det, “bygger atomreaktorer hurtigere end noget andet land”.

Kilde: The Economist

I dag gør atomenergi et comeback globalt, i en skala, der var ubegribelig for få år siden, med mange nyheder der peger på en ændring i politikker i størstedelen af verden:

• Japan intensiverer indsatsen for at genstarte verdens største atomkraftværk
• USA’s energiminister Jennifer Granholm opfordrer til tredobling af den amerikanske atomflåde
• Ny atomkraft medtaget i udkast til koreansk energiplan
• Frankrig dropper vedvarende energimål, prioriterer atomkraft i ny energilov
• Storbritannien planlægger at bygge ny atomreaktor i Skotland
• Indien vil bygge 18 atomreaktorer med 13,8 GW kapacitet inden 2032

Det manglende dekarboniseringslink?

Sikkerhedsbekymringer er stadig meget til stede, og de er begrundelsen bag Tysklands beslutning om at lukke sine atomkraftværker.

Men bekymringer om CO₂‑udledning og klimaforandringer bliver mere presserende, og atomenergi er faktisk den mindst udledende af alle energikilder, endda bedre end vind og sol, som kræver langt mere jord og råmaterialer.

Kilde: Our World In Data

Selvom spektakulær og med varige konsekvenser er atomenergi i praksis lige så sikker som vedvarende energikilder, når man måler antallet af dødsfald, den har forårsaget, selv når man inkluderer store katastrofer.

Så, set objektivt, bør atomenergi sandsynligvis være et af de værktøjer, der bruges til at dekarbonisere elnettet og økonomien generelt. Dette er især sandt, da vi har brug for mere og mere strøm til elektrificering af transport (elbiler) og opvarmning (varmepumper), samt nye behov som AI‑datacentre.

Mængden af kul, olie og gas, der skal erstattes, er svimlende. Selv når man tager højde for fremskridtene inden for vedvarende energi og elbiladoption, udgør de stadig den enorme majoritet af vores energiforbrug i dag.

Kilde: Our World In Data

Hvad med atomaffald?

Den reelle sikkerhedsprofil for atomenergi efterlader dog spørgsmålet om atomaffald.

Ideen om at efterlade giftigt affald til kommende generationer, som vil være farligt i meget længere tid end Den Store Pyramide har stået, er, for at sige det mildt, foruroligende.

Skal vi forgifte fremtiden for at redde klimaet? Heldigvis dukker mindst to sæt løsninger op fra teknologisk fremgang for at besvare dette dilemma.

Den første mulighed er at genanvende atomaffald, og den anden er at producere næsten intet atomaffald. Begge er en del af den såkaldte 4^th generation af atomkraftværker.

For flere detaljer, se nedenfor hurtige reaktorer og thoriumreaktorer.

Selvfølgelig kan andre løsninger vedtages senere, som at transportere affaldet ud i rummet med ultrapålidelige raketter. Men for nu er det usandsynligt, at risikoen for at sprede atomaffald over et halvt kontinent i tilfælde af en opsendelsesfejl vil blive anset som acceptabel.

Generationer af atomkraftværker

Den 1^st generation af atomkraftværker var i bund og grund prototyper uden kommerciel anvendelse.

Den 2^nd generation af atomkraftværker udgør størstedelen af den nuværende flåde. De blev bygget i perioden 1965‑1996.

Den 3^rd generation af atomkraftværker blev bygget efter de erfaringer, der blev gjort med den 2^nd generation, og forsøgte at afhjælpe de fejl, der førte til sjældne men katastrofale atomkatastrofer. De blev bygget i perioden 1996‑2016. Nogle gange beskrives en 3+ generation som de reaktorer, der blev bygget i perioden 2017‑2021, med fokus på øget sikkerhed.

Den 4. generation af atomkraft er kun i begyndelsen og repræsenterer en afvigelse fra de foregående, med et mål om nyt design, koncept og måske endda ændring af brændstoffet i stedet for inkrementelle forbedringer.

Der er også en 5^th generation af atomkraftværker i diskussion. Disse design er teoretisk mulige, men er ikke blevet aktivt undersøgt. Dette skyldes typisk økonomisk levedygtighed, manglende teknologier eller sikkerhedsbekymringer.

4^th generation af atomkraftværker

Hvad der gør et atomkraftværk til en del af den 4^th generation, er hedt debatteret blandt eksperter i branchen.

I denne artikel vil vi primært diskutere anlægsdesign, der radikalt afviger fra 3^rd generations design.

Og vi vil forsøge at holde forklaringen så enkel som muligt, ved at skumme over nogle detaljer, når det er nødvendigt.

Meget højtemperaturreaktor (VHTR)

Dette design er karakteriseret ved meget høje temperaturer, i området omkring 1.000°C. Dette er det eneste 4^th generation atomkraftværk, der allerede er i drift, med den kommercielle lancering i 2023 af Huaneng Shandong Shidao Bay atomkraftværk i det østlige Kina.

Designet bygger ofte på en “pebble‑bed”, hvor keramiske kugler, små nok til at holde i hånden, beskytter en kerne af uran, med titusinder af disse kugler i én reaktor.

Kilde: CGTN

X-Energy (XE ) er også i gang med at udvikle en lignende teknologi i USA.

Fordi reaktionen kræver høj temperatur og er passivt kølet, er dette design iboende sikrere end 3^rd generationens atomkraftværker.

Fordelen ved pebble‑design er, at det tillader udskiftning uden at afbryde reaktorens drift, hvor keramikken også undgår risiko for lækage af radioaktivt materiale.

Smeltet‑salt reaktor (MSR)

I disse reaktorer er kølemidlet en smeltet saltsammensætning i stedet for vand eller gas. I nogle tilfælde er brændstoffet også indeholdt i den smeltede salt.

Smeltet‑salt reaktorer har tendens til at have højere udbytteeffektivitet, forbrænde brændstof mere effektivt og skabe mindre atomaffald. Fordi de er varmere, samles de nogle gange med VHTR i kategorien “termisk reaktor”.

Et problem med smeltet salt er, at det er korroderende, et problem der forværres af den potentielle svækkelse af strukturen på grund af radioaktivitet. Dette indebærer behov for ekstremt omhyggelig vedligeholdelse og kontrol af systemets rørledninger, pumper osv.

Thorium

Siden 1950’erne har næsten alle reaktorer brugt uran som brændstof. Dette får folk til at antage, at det er den eneste løsning.

Men dette var faktisk et hovedsageligt politisk valg, da uranbaserede anlæg skaber plutonium. Det blev på den tid set som en fordel, da det hjalp atommagter med at fremstille materiale til atomvåben.

Et alternativ med en ressource, der er 3 gange mere end uran, er grundstoffet thorium. Biprodukterne fra en thoriumreaktor er også meget usandsynlige at blive omdannet til materiale til atomvåben.

Kilde: ACS

En anden vigtig fordel ved thorium er muligheden for at producere op til 100 gange mindre affald, i det mindste når man bruger et flydende fluorid thorium reaktordesign (en smeltet‑salt thorium reaktor).

Her er Kina også førende med en thoriumreaktor, der kan køre uden vand, hvilket gør den velegnet til ørkenområder. Og med containerships, der skal drives af en thoriumreaktor, afsløret af China State Shipbuilding Corporation (CSSC).

Hurtige / Brænder / Forbrændingsreaktorer

Hurtige reaktorer er afhængige af “hurtige neutroner”, som ikke bremses af moderatorer som i klassiske atomreaktorer. Dette gør det muligt at designe reaktoren, så den kan bruge de hurtige neutroner til at forbruge elementer fra actinidfamilien (som omfatter uran og plutonium).

Kilde: Sciences Notes

Fordi klassisk reaktorbrygning omdanner brændstoffet til en kompleks blanding af langtidsholdbare actinider, er denne klasse af elementer hovedproblemet i atomaffald.

Forbrændingsreaktorer transmuterer de fleste af de problematiske actinider i brugt atombrændstof, hvilket gør det behandlede affald mindre aktivt, 90‑98 % mindre i volumen, og problematisk kun i årtier eller århundreder i stedet for årtusinder.

Denne kategori af reaktorer klassificeres normalt efter deres kølesystem, som kan bruge gas, sodium, eller bly.

Selvom den klassificeres som 4^th generation, er dette ikke egentlig en ny eller uprøvet teknologi. Bemærkelsesværdigt har Frankrigs Phénix og Superphénix brændt atomaffald gennem 1970’erne‑1990’erne, før de til sidst blev lukket på grund af driftsomkostninger og politisk pres fra de grønne.

Moderne versioner af hurtige brænderreaktorer inkluderer for eksempel den designede, men ikke byggede PRISM fra GE‑Hitachi.

Små modulære reaktorer (SMR’er) & mikroreaktorer

De fleste atomreaktorer er tænkt som de typiske store kraftværker, vi tænker på som atomkraftværker.

En ny type design søger at nedskalere atomkraftværker til en størrelse, der kan transporteres på en lastbil (SMR) eller endda i en standardcontainer (mikroreaktorer).

Kilde: Nuscale

Generelt forventes SMR’er at blive brugt til at forsyne elnettet eller store industrielle processer, mens mikroreaktorer sandsynligvis vil blive brugt til fjerntliggende områder, militære faciliteter og rumforskning.

Den mindre størrelse og standardiserede design bør også gøre adoptionen af SMR’er lettere for mindre lande.

En anden fordel ved SMR’er er, at de kan produceres i serie, som lastbiler eller skibe, i stedet for det unikke specialdesign, som industrien normalt foretrækker. I teorien bør dette give stordriftsfordele og omkostningsreduktion.

I praksis kan omkostningerne være højere end forventet, i det mindste for prototyperne. Dette førte til et fald i entusiasmen omkring SMR’er, efter at de måske var blevet lidt overhypede.

Alligevel vil SMR’er sandsynligvis udvide hurtigt, med for eksempel projekter i Finland, Norge, Polen, USA, Canada, og Argentina.

Du kan læse mere om status for SMR-teknologi i vores artikel “Opdatering om SMR’er (Small Modular Reactor) – Stadig fremtiden for atomkraft”

Flydende atomstation

Selvom de måske ikke teknisk set er 4^th generation, er flydende kraftstationer et nyt koncept, der giver en radikal afvigelse fra det sædvanlige atomkraftværkskoncept.

Stort set fremmet af Ruslands Rosatom, er dette koncept anderledes end atomdrevne skibe, som for eksempel nogle hangarskibe.

Her er hele formålet med skibet at være en kraftstation, dog en mobil flydende en. På grund af størrelsesbegrænsninger kan dette også beskrives som en SMR, dog en meget stor.

Kilde: Power Technology

Anvendelsen af disse koncepter var i den russiske Arktis, hvor de leverede strøm til kystbyer, primært fokuseret på minedrift og olie‑ og gasudvinding. I dette miljø bliver “affaldsvarmen” fra stationen ikke spildt, men kan bruges til fjernvarme.

En bredere anvendelse kunne være at bringe atomkraft til udviklingslande uden erfaring med at drive atomteknologi. Stationen kan drives af sin producent, og strømmen sælges til fastlandet simpelthen ved at “tilslutte” den til elnettet.

Konceptet kunne også levere strøm til øer og fjerntliggende regioner samt et hurtigt mobiliseret katastrofehjælpssystem.

For eksempel Guinea allerede ser på at samarbejde med Rusland om et sådant projekt.

Westinghouse og Prodigy undersøger også idéen, ligesom Koreas KSOE & Kepco, eller Danmarks Seaborg, der kombinerer smeltet‑salt teknologi med sødrevne kraftværker.

Omkostninger

Den sidste kritik, der rejses mod atomkraft, er omkostninger.

Dette skyldes i høj grad, at de seneste atomprojekter i USA og Europa har lidt under massive omkostningsoverskridelser. For eksempel endte Vogtle‑kraftværket i Georgia med at koste $37 mia., hvoraf $20 mia. er omkostningsoverskridelser. Eller den €11 mia. Olkiluoto‑3‑anlæg i Finland, i stedet for de oprindeligt forventede €3 mia..

Det faktum, at Vogtle tog 14 år at bygge, og at Olkiluoto gik i drift 12 år efter den oprindelige tidsramme, er i høj grad ansvarligt for de opspringende omkostninger.

Men dette er ikke en dødsdom. I samme periode afslørede Bloomberg, at Kina byggede 6 atomreaktorer for kun $17 mia.

Væksten i omkostninger i Vesten er primært knyttet til tre faktorer:

1. Stigende reguleringsbyrde.
   1. Selvom en del af dette skyldes øget kontrol af sikkerheden, har nogle kritiseret det som bureaukratisk rødpapir og politisk motiverede hindringer for branchen.
2. Stigende kapitalomkostninger.
   1. Da omkostningerne ved atomkraftværker primært er forudgående fra konstruktion, reducerer lave kapitalomkostninger den endelige pris drastisk. Typisk får kinesiske atomprojekter adgang til lavrentelån fra staten.
3. For få projekter.
   1. Hvis flere anlæg bygges i træk, kan producenter standardisere produktionen og fremstille udstyr i batch eller serie, i stedet for unikt specialdesign hver gang.
   2. En mere stabil strøm af projekter hjælper også med at uddanne og fastholde kvalificeret personale.

Hvert af disse problemer kan løses.

Den overdimensionerede reguleringsbyrde kan nedskaleres, kapital kan mobiliseres af regeringen. Og flere projekter samt en stabil energipolitik vil genopbygge forsyningskæden.

Atomenergi virksomheder

1. Cameco Corporation

Atomkraft afhænger af uranforsyningen. Uran er ikke en særlig sjælden ressource, selvom højkonsentrationsaflejringer ikke er lette at finde.

Markedet domineres af Kazatomprom i Kasakhstan og Cameco i Canada. Andre uranproducenter findes, men disse to er langt de største og de med lavere produktionsomkostninger. Som følge heraf vil Cameco være i centrum for at levere de råmaterialer, der kræves af eksisterende og fremtidige atomkraftværker.

Kilde: Cameco

Dog er Camecos minedel kun halvdelen af historien. Dette skyldes, at Cameco i 2022 tog beslutningen om at erhverve majoritetskontrol i Westinghouse, den førende bygger af atomkraftværker i USA, sammen med et gigantisk investeringsfirma, Brookfield.

Dette giver Cameco adgang til Westinghouses stabile indtægter fra service af eksisterende anlæg og kontrol over en stor del af atomforsyningskæden. På grund af strenge reguleringer vil sådanne dele og udstyr være påkrævet for ethvert nyt kraftværk, traditionelt eller SMR.

En god demonstration af Westinghouses innovationspotentiale er det nyligt afslørede AP300 SMR-design, som sandsynligvis vil blive implementeret i Slovakiet, Finland, og Sverige.

Så Cameco er både et væddemål på uranpriser og Westinghouse, der bevarer solid kontrol over markedet for bygning af atomkraftværker, som de tidligere dominerede. Det bør bemærkes, at medejet med Brookfield også kan hjælpe, da virksomheden har en massiv vedvarende/low‑carbon kraftgenerationsdivision i form af $19 mia. Brookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) (BEPC ) (BEP ) (BEP).

2. Mirion Technologies, Inc.

Ud over reaktorer og brændstofteknologier er atomkraftproduktion stærkt afhængig af mange fangere, dele og andre “mindre” udstyr, som dog skal kunne stole på at fungere perfekt.

En sådan kategori er strålingsdetektion, Mirions (USA) kerneforretning. Atomkraftregulering kræver meget strenge kontroller af strålingseksponering for personale, miljø og tidlig påvisning af eventuelle lækager eller forurening. Det samme gælder for medicinsk brug af radioaktive forbindelser, såsom kræftbehandling og billeddannelse.

Kilde: Mirion

Virksomheden er også aktiv inden for fysiske målinger til videnskabelige analyser og forskning, samt afmonterings‑ og dekontamineringsudstyr til forsvarsindustrien, cybersikkerhed og træningstjenester. Virksomheden gik på børs i 2020.

Mirions indtægter er vokset støt, lige så meget fra dens medicinske segment som fra dens industrielle kunder.

Mirion er en mindre “glamourøs” del af atomforsyningskæden, der overvåger og måler stråling i stedet for at skabe nye reaktordesigns, høj‑densitets brændstof eller militære anvendelser. Dette gør den ikke mindre interessant fra et finansielt synspunkt.

Så er Mirion mere en “pick and shovel” type aktie, der vil drage fordel af fornyet interesse og investeringer i atomkraft. Den vil også tjene på den fortsat høje offentlige skepsis over for atomkraft, hvilket styrker kravene til allestedsnærværende, effektive og pålidelige strålingssensorer og -monitorer leveret af gennemprøvede leverandører.