Framgang i utvinning av uran fra sjøvann

Kjernekraft gir energi fra brensler som uran, med lave utslipp gjennom livsløpet. Historien omfatter alvorlige ulykker. Moderne sikkerhetssystemer reduserer risiko, men tilsyn, avfallshåndtering og miljøvern er fortsatt nødvendig.

«Kjerneenergi er en energikilde med lave karbonutslipp som kan erstatte fossile brensler og gir en viktig garanti for grønn utvikling av økonomien og miljøet.»

I 2023 presenterte forskere en elektrokjemisk metode for å hente uran fra sjøvann. Om den kan bli bærekraftig i stor skala, avhenger fortsatt av kostnader, energiforbruk og miljøvirkninger.

Et forskningsfremskritt

Studien i ACS Central Science hadde tittelen «Selvbærende elektroder med porøst aromatisk rammeverk for effektiv elektrokjemisk uranutvinning». Den handlet om å fange oppløste uranylioner, ikke å produsere ferdig kjernebrensel eller strøm direkte fra vann.

Den samlede mengden uran oppløst i verdenshavene anslås til rundt 4,5 milliarder tonn. Publikasjonen sammenlignet dette med mer enn tusen ganger reservene på land. Den totale oppløste mengden er likevel ikke det samme som økonomisk utvinnbare reserver. Konsentrasjonen i sjøvann er svært lav.

Forskerne belagte karbonfiberstoff med en porøs polymer og amidoksimgrupper som binder uranylioner. Stoffet fungerte som katode sammen med en grafittanode og elektrisk strøm. Uranholdige utfellinger samlet seg på overflaten. I et forsøk med naturlig vann fra Bohaihavet ble det hentet ut 12,6 milligram uran per gram aktivt belagt materiale over 24 dager, ikke per gram vann. Den elektrokjemiske prosessen var omtrent tre ganger raskere enn passiv oppsamling på stoffet.

Ifølge forskerne gir metoden en effektiv tilnærming til elektrokjemisk utvinning av uran fra sjøvann. Resultatet viser ennå ikke at kommersiell utvinning er billigere eller bedre for miljøet enn gruvedrift.

Hva er uran?

Fisjonsreaksjon, kjedereaksjon og radioaktivt henfall

Når en uran-235-kjerne tar opp et nøytron, kan den spaltes i lettere kjerner og frigjøre energi samt flere nøytroner. Denne induserte fisjonen skiller seg fra uranets naturlige radioaktive henfallskjede.

Kilde: https://pubs.usgs.gov/of/2004/1050/uranium.htm — en radioaktiv henfallskjede, ikke en kjedereaksjon av fisjoner.

I reaktoren styres kjedereaksjonen. Nøytroner fra én fisjon kan utløse flere fisjoner. Varmen brukes vanligvis til å lage damp som driver turbiner koblet til elektriske generatorer.

Strømproduksjonen bygger dermed på kontrollert fisjon. Energien skal ikke forklares bare med den naturlige henfallskjeden i diagrammet.

Kjernefusjon: en annen tilnærming

Fisjonen skaper fisjonsprodukter og andre radioaktive materialer som trenger egnet skjerming og håndtering. Fisjonsproduktene kommer fra oppsplitting av kjerner, ikke bare fra uranets vanlige naturlige henfall.

Fusjon forener lette kjerner. En sentral reaksjon som undersøkes, kombinerer deuterium og tritium til helium, et nøytron og energi. Fusjon driver også solen, men der dominerer andre reaksjonskjeder enn deuterium-tritium-reaksjonen som studeres på jorden. Mulige fordeler omfatter:

Mye energi per kilogram brensel: Fusjon kan gi omtrent fire ganger mer energi per kilogram brensel enn fisjon og nesten fire millioner ganger mer enn forbrenning av olje eller kull. Sammenligningen gjelder brenselmasse, ikke én enkelt reaksjon eller hele kraftverkets netto energiutbytte.

Tilgang på brensel: Deuterium kan hentes fra vann. Tritium finnes ikke i store naturlige mengder og må for eksempel produseres fra litium ved hjelp av fusjonsnøytroner. Tilstrekkelig produksjon og gjenvinning av tritium er fortsatt tekniske utfordringer.

Mulige miljøfordeler: Som ved fisjon slipper selve fusjonsreaksjonen ikke ut CO₂. Deuterium-tritium-reaksjonen lager helium og nøytroner som kan gjøre reaktormaterialer radioaktive. Strålevern og materialhåndtering er derfor fortsatt nødvendig. Gjenbruk etter omtrent hundre år avhenger av materialer og utforming og er ingen generell garanti.

Sikkerhet: Fusjon krever strenge betingelser og opprettholder ingen fisjonskjedereaksjon. Hvis betingelsene forsvinner, slutter plasmaet raskt å fusjonere. Risikoen for kjernesmelting er annerledes enn i fisjonsreaktorer, men tritium, nøytroner, varme og anleggssikkerhet må håndteres. Fravær av uran- eller plutoniumbrensel fjerner ikke automatisk enhver spredningsrisiko.

I 2022 og 2023 oppnådde NIF energigevinst ved målet. I desember 2022 ga for eksempel 2,05 MJ laserenergi 3,15 MJ fusjonsenergi. Dette var ikke netto strømproduksjon eller positiv energibalanse for hele anlegget, som brukte mer energi.

Anslagene fra 2023 om et demonstrasjonskraftverk innen ti til tjue år var prognoser, ikke faste frister. Framdriften avhenger av plasmafysikk, materialer, brenselproduksjon, bygging og økonomisk drift.

Stabil og praktisk strømproduksjon med fusjon krever fortsatt forskning og teknisk utvikling. Et vellykket antenningsforsøk gir ikke automatisk et fungerende kraftverk eller en garantert tidsplan.

Bedrifter innen energi og kjerneteknologi

Offentlige forskningsinstitusjoner og private bedrifter bidrar til energi- og kjerneteknologi. Selskapene nedenfor har ulike roller; ikke alle utvikler uranutvinning fra sjøvann eller fusjon.

Tabelltallene er et historisk øyeblikksbilde fra artikkelen i 2023, ikke oppdaterte børsdata. Dagens nøkkeltall må kontrolleres separat.

1. Exelon Corporation

EXC Prisdiagram

Exelon Corporation (EXC ), med hovedkontor i Chicago, skilte ut strømproduksjonen til Constellation i februar 2022. Exelon konsentrerte seg om overføring og distribusjon. Den gamle beskrivelsen av 23 reaktorer og 14 kjernekraftverk gjelder derfor ikke dagens Exelon. Tabellen og EXC-diagrammet gjelder Exelon, ikke Constellation.

2. NextEra Energy, Inc.

NEE Prisdiagram

NextEra Energy (NEE ) hadde ifølge årsrapporten for 2023 kjernekraftverk i Florida, New Hampshire og Wisconsin. Selve fisjonen slipper ikke ut CO₂, men anleggene har livsløpsvirkninger. Originalens 24 millioner tonn unngåtte utslipp i året var et sammenlignende anslag, ikke en måling av null samlede utslipp.

3. BWX Technologies, Inc.

BWXT Prisdiagram

BWX Technologies (BWXT ) leverer kjernefysiske komponenter, teknologi og brensel. Virksomheten omfatter kjernefysisk framdrift av skip, nukleærmedisin og forskningsreaktorer. I 2023 kunngjorde selskapet en ingeniørkontrakt fra GE Hitachi for reaktortrykkbeholderen til den lille modulære BWRX-300-reaktoren. Utviklingsplaner i Europa, blant annet Polen, er ikke det samme som kraftverk som allerede er i drift.

Konklusjon

Elektrokjemisk uranutvinning fra sjøvann og kjernefusjon er forskjellige forskningsområder. Den første kan utvide brenselkildene til fisjon dersom storskala utvinning viser seg økonomisk og miljømessig egnet. Den andre søker en annen energikilde med betydelige tekniske utfordringer. Resultatene fra 2023 er forskningsframgang, ikke bevis for allerede tilgjengelig, ubegrenset strøm uten virkninger.