Ydinenergiakeskustelu: tulevaisuuden energiaratkaisu vai riskialtis valinta?

Uusiutuvan energian ja sähköautojen yleistyminen kertoo kasvavasta ympäristötietoisuudesta. Vihreämpi tulevaisuus tuntuu aiempaa läheisemmältä. Yksi pitkään käytetty energialähde herättää silti ristiriitaisia tunteita: ydinenergia. Osa pitää sitä ratkaisuna vähäpäästöisen sähkön tarpeeseen, osa korostaa sen riskejä. Millainen rooli sillä voi olla?

Miten ydinenergia toimii?

Ydinvoimalat hyödyntävät atomiytimien energiaa fissiossa eli ydinten halkeamisessa. Reaktorissa neutroni voi halkaista raskaan ytimen, esimerkiksi uraanin tai plutoniumin ytimen. Tällöin vapautuu energiaa ja uusia neutroneja, jotka voivat ylläpitää hallittua ketjureaktiota. Lämpöä käytetään yleensä höyryn tuottamiseen, ja höyry pyörittää turbiinia ja sähkögeneraattoria.

Itse fissioreaktiossa ei synny hiilidioksidia. Polttoaineen hankinta, rakentaminen ja käytöstäpoisto aiheuttavat kuitenkin elinkaaripäästöjä, jotka ovat pieniä fossiiliseen sähköntuotantoon verrattuna. Radioaktiivinen jäte edellyttää huolellista ympäristö- ja turvallisuusriskien hallintaa.

Ydinenergian kaksi puolta

Nämä ominaisuudet ovat ylläpitäneet keskustelua vuosikymmeniä. Ydinenergia voi tuottaa suuria määriä vähähiilistä sähköä ja tukea ilmastotavoitteita. Samalla syntyy vaarallista radioaktiivista jätettä, joka vaatii turvallista käsittelyä sekä pitkäaikaista varastointia tai loppusijoitusta. Tšernobylin ja Fukushiman onnettomuudet osoittavat, miten vakavia puutteellisen suunnittelun, suojauksen tai turvallisuuskäytäntöjen seuraukset voivat olla.

Voimaloiden suuret rakennuskustannukset ja pitkät toteutusajat ovat myös haasteita. Yhdessä kansalaisten huolten ja lupavaatimusten kanssa ne vaikuttavat ydinvoiman kilpailukykyyn samalla, kun tuuli- ja aurinkoenergia ovat halventuneet ja tehostuneet.

Laajennussuunnitelmia vuonna 2023: Ontario, Kanada

Kiistoista huolimatta eri alueet selvittivät ydinvoiman lisäämistä. Ontario ilmoitti heinäkuussa 2023 suunnitelmista kasvattaa kapasiteettia puhtaan sähkön kysynnän vuoksi. Kyse oli muun muassa provinssin ensimmäisen uuden suuren ydinvoimalan valmistelusta sitten vuoden 1993, ei jo toteutuneesta laajennuksesta.   Laajennussuunnitelmiin kuuluivat:

• Bruce-alueelle suunnitellun, enintään 4 800 megawatin lisäkapasiteetin valmistelu ja arviointi; alue oli provinssin suunnitelman mukaan jo maailman suurin toiminnassa oleva ydinvoimalaitosalue;
• kolmen uuden pienen modulaarisen reaktorin suunnittelu ja luvitus Darlingtoniin jo suunnitellun ensimmäisen reaktorin lisäksi: yhteensä neljä reaktoria.

Tämä oli merkittävä linjaus alalla, jonka kehitykseen turvallisuushuolet, kustannukset ja aiemmat onnettomuudet ovat pitkään vaikuttaneet. Hankkeet edellyttivät vielä arviointeja ja hyväksyntöjä.

Vuonna 2023 käytettyjen IESO:n ennusteiden mukaan Ontario saattaisi tarvita vuoteen 2050 mennessä yli kaksinkertaisen määrän sähköntuotantokapasiteettia: noin 42 gigawatista 88 gigawattiin. Taustalla olivat liikenteen ja teollisuuden sähköistyminen sekä väestönkasvu. Suunnitelmaan sisältyivät myös vesivoima, tuulivoima ja muut puhtaat energialähteet.

Ontario suunnitteli samalla energian varastoinnin lisäämistä uusiutuvan tuotannon vaihtelun tasaamiseksi. Alkuperäisessä analyysissa mainittiin akkukapasiteetin suunniteltu 24-kertaistuminen kolmessa vuodessa; kyse oli odotuksesta, ei jo saavutetusta tuloksesta. Vuoden 2023 provinssisuunnitelman varastointitavoite oli 2 500 megawattia. Ensimmäisessä hankintakierroksessa oli valittu seitsemän akkuhanketta, yhteensä 739 megawattia. Myös pidempään varastointiin soveltuvia pumppuvoimalahankkeita arvioitiin.

Ydinvoimasta luopuminen vuonna 2023: Saksa

Saksa valitsi toisen suunnan. Sen viimeiset kolme ydinvoimalaa, Emsland, Isar 2 ja Neckarwestheim 2, suljettiin 15. huhtikuuta 2023. Näin päättyi yli kuuden vuosikymmenen kaupallinen ydinvoimatuotanto maassa.

Kaikki eivät kannattaneet päätöstä. Ydinvoiman puolustajat pelkäsivät fossiilisten polttoaineiden käytön lisääntyvän, jos uusiutuvat energialähteet ja infrastruktuuri eivät kasvaisi riittävän nopeasti. Luopumisen kannattajat näkivät päätöksen vauhdittavan uusiutuvaan energiaan siirtymistä. Olemassa olevan radioaktiivisen jätteen hallinta oli kummassakin tapauksessa välttämätöntä.

Saksassa oli historian aikana käytetty yhteensä 36 sähköntuotantoon tarkoitettua ydinreaktoria prototyypit mukaan lukien. Kyse ei ollut 36 samanaikaisesti toimineesta voimalasta. Viimeisten sulkemisten jälkeen käytössä ei ollut enää kaupallisia ydinreaktoreita.

Taloudelliset haasteet: Yhdysvallat

Yhdysvallat tarjoaa toisen näkökulman. Stephanie Cooke esitti Fortunen mielipidekirjoituksessa, että alan elvyttämiseen oli käytetty vuosisadan alusta vähintään 50 miljardia dollaria suhteellisen vähäisin tuloksin. Kyse on hänen analyysistaan. Alkuperäisessä artikkelissa käsitellään myös korruptioskandaaleja, hankkeiden voimakkaasti nousseita kustannuksia ja käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen ongelmia.

Pieniä modulaarisia reaktoreita eli SMR-reaktoreita on esitetty mahdollisesti halvempina ja turvallisempina vaihtoehtoina. Etujen toteutuminen riippuu suunnittelusta, rakentamiskokemuksesta, sääntelystä ja sarjatuotannosta; vuonna 2023 lupaukset eivät vielä olleet yleisesti osoitettuja tuloksia.

Ydinfuusio: uusi mahdollisuus?

Ydinfission rinnalla tutkitaan ydinfuusiota mahdollisena tulevaisuuden energialähteenä. Prosessiin liittyy suuria teknisiä odotuksia, mutta se ei vielä ole vakiintunut kaupallisen sähköntuotannon muoto.

Kiinnostusta selittävät muun muassa seuraavat ominaisuudet:

1. Mahdollisesti runsaat polttoainevarat: Monissa fuusiosuunnitelmissa polttoaineina ovat vedyn isotoopit deuterium ja tritium. Deuteriumia voidaan erottaa merivedestä. Tritium sen sijaan on harvinaista ja radioaktiivista, ja tulevien voimaloiden olisi tuotettava sitä litiumista. Raaka-aineissa on suurta potentiaalia, mutta luotettava tritiumin tuotanto ja polttoainehuolto ovat yhä teknisiä haasteita.
2. Erilainen radioaktiivinen jäte: Fuusiossa ei synny käytettyä fissiopolttoainetta. Nopeat neutronit voivat kuitenkin tehdä reaktorimateriaaleista radioaktiivisia, ja tritium voi saastuttaa osia. ITERin mukaan tällöin syntyy erittäin matala-, matala- ja keskiaktiivista jätettä. Koostumus, materiaalivalinnat ja rakenne määräävät tarvittavan käsittely- ja varastointiajan; jätehuollon tarve ei siis katoa.
3. Turvallisuusominaisuudet: Fuusiossa ei ole itseään ylläpitävää fission ketjureaktiota. Reaktio lakkaa, jos tarvittavat plasmaolosuhteet häviävät, joten tavanomainen reaktorisydämen sulaminen tai hallitsematon fissioreaktio ei ole kyseessä. Tritium, säteily, lämpö ja tekniset laitteistot edellyttävät silti turvallisuustoimia.
4. Pienet suorat kasvihuonekaasupäästöt: Fuusioreaktiossa ei synny hiilidioksidia polttamisesta. Ilmastovaikutusten arvioinnissa on silti huomioitava rakentaminen, materiaalit, energiankulutus ja polttoaineketju, kuten muissakin energialähteissä.
5. Erilaiset ydinaseiden leviämiseen liittyvät riskit: Pelkkään fuusioon perustuva voimala ei tarvitse polttoaineekseen korkeasti rikastettua uraania tai plutoniumia. Tämä välttää yhden fission polttoainekiertoon liittyvän merkittävän leviämiskysymyksen. Se ei silti poista tritiumin, materiaalien ja arkaluonteisen teknologian valvonnan tarvetta.

Fissiossa raskaat atomiytimet halkeavat. Fuusiossa kevyet ytimet yhdistyvät raskaammiksi ytimiksi ja vapauttavat paljon energiaa.

Prosessin hallinta maapallolla on vaikeaa. Tarvittava lämpötila ja plasman koossapito asettavat suuria vaatimuksia. Eri ratkaisut käyttävät magneettista tai hyvin lyhytaikaista inertiaalista koossapitoa; äärimmäinen paine ei siten ole kaikissa menetelmissä samanlainen vaatimus.

Reaktion hallinnan lisäksi tarvitaan kestäviä materiaaleja, lämmönpoistoa, polttoaineen tuotantoa ja kannattavaa sähköntuotantoa. Tekniset näkymät ovat kiinnostavia, mutta vuonna 2023 kaupallinen soveltaminen oli yhä tutkimus- ja kehitystavoite.

Johtopäätös

Ydinenergiakeskustelussa punnitaan vähähiilisen energian tarvetta suhteessa teknologian kustannuksiin, riskeihin ja käytännön rajoituksiin. Mikään energialähde ei ole haitaton. Toimiva energiasiirtymä edellyttää siksi sopivaa energialähteiden yhdistelmää, ennakoivaa politiikkaa sekä turvallisuuden ja kestävyyden huomioimista.