Energi

Den fjerde generasjonen av kjernekraft: Billigere, renere, tryggere

mm
Publisert
Oppdatert
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Fra science-fiction til stagnasjon

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.

Å si at kjernekraft er kontroversielt er en underdrivelse. Mange ser det som en ekstremt farlig idé, og peker på spøkelset av Tsjernobyl og Fukushima som bevis, samt problemet med atomavfall som noe uløselig. Andre ser det som en potensiell sivilisasjonsredder, takket være evnen til å generere baseload‑kraft med ekstremt lave karbonutslipp og lite arealbruk.

Denne splittelsen eksisterte tidlig, før klimaendringer engang var et tema.

Verden ble først klar over den ekstraordinære kraften i atomenergi med atombombingen av Hiroshima og Nagasaki, etterfulgt av oppfinnelsen av H-bomben og den kalde krigen. Fra disse opprinnelsene var det destruktive potensialet i vår nyervervede mestring av atomet tydelig.

Snart tok også ideen om å utnytte den til fredelige formål tak. Først var “Atom For Peace”-initiativet, deretter en massiv bølge av bygging av kjernekraftverk over hele verden. En periode syntes det klart at fremtiden var atomkraft, og at forbrenning av kull, olje og gass snart ville bli like foreldet som Nederlands pittoreske vindmøller.

I praksis stoppet veksten i produksjon av kjernekraft på slutten av 1990‑tallet etter Tsjernobyl, og har siden stagnert globalt, med Kinas økende produksjon som kompenserer for den europeiske kjernekraftindustriens nedgang.

I mange år var det hovedsakelig Kina og Russland som syntes villige til å utvikle kjernekraft.

Spesielt Kina, som The Economist beskriver som “bygger kjernekraftverk raskere enn noe annet land”.

I dag gjør kjernekraft et comeback globalt, i en skala som var utenkelig for noen år siden, med mange nyheter som peker på en endring i politikk i store deler av verden:

Den manglende dekarboniseringskoblingen?

Sikkerhetsbekymringer er fortsatt svært aktuelle, og de er begrunnelsen bak Tysklands beslutning om å stenge sine kjernekraftverk.

Imidlertid blir bekymringer om karbonutslipp og klimaendringer stadig mer presserende, og kjernekraft er faktisk den minste utslippskilden av alle energikilder, enda bedre enn vind og sol, som krever mye mer land og råmaterialer.

Selv om spektakulær og med varige konsekvenser, er atomkraft i praksis like trygt som fornybare energikilder når man måler antall dødsfall den har forårsaket, selv når man inkluderer store katastrofer.

Så, når man ser objektivt på det, bør atomkraft sannsynligvis være ett av verktøyene som brukes for å dekarbonisere strømnettet og økonomien generelt. Dette er spesielt sant ettersom vi trenger mer og mer kraft for elektrifisering av transport (EL‑biler) og oppvarming (varmepumper), samt nye behov som AI‑datasentre.

Mengden kull, olje og gass som må erstattes er enorm. Selv med fremgangen innen fornybar energi og EV‑adopsjon, utgjør de fortsatt den overveldende majoriteten av vårt energiforbruk i dag.

Hva med atomavfall?

Den reelle sikkerhetsprofilen til atomkraft etterlater imidlertid spørsmålet om atomavfall.

Ideen om å etterlate giftig avfall til fremtidige generasjoner, som vil være farlig i en mye lengre tid enn den store pyramiden har stått, er, for å si det mildt, urovekkende.

Skal vi forgifte fremtiden for å redde klimaet? Heldigvis dukker minst to sett med løsninger opp fra teknologisk fremgang for å svare på dette dilemmaet.

Det første alternativet er å resirkulere atomavfall, og det andre er å produsere nesten ingen atomavfall. Begge er en del av den såkalte 4.th generasjonen av kjernekraftverk.

For mer detaljer, se nedenfor raske reaktorer og thoriumreaktorer.

Selvfølgelig kan andre løsninger tas i bruk senere, som å frakte avfallet ut av jorden ved hjelp av ultra‑pålitelige raketter. Men foreløpig er det lite sannsynlig at risikoen for å spre atomavfall over et halvt kontinent ved en oppskytingsfeil vil bli ansett som akseptabel.

Generasjoner av kjernekraftverk

Den 1.st generasjonen av kjernekraftverk var i hovedsak prototyper uten kommersiell bruk.

Den 2.nd generasjonen av kjernekraftverk utgjør hoveddelen av dagens flåte. De ble bygget i perioden 1965–1996.

Den 3.rd generasjonen av kjernekraftverk ble bygget etter lærdommen fra den 2.nd generasjonen og forsøkte å rette opp feilene som førte til sjeldne men katastrofale atomkatastrofer. De ble bygget i perioden 1996–2016. Noen ganger beskrives en 3+ generasjon som generatorene bygget i perioden 2017–2021, med fokus på økt sikkerhet.

Den 4.th generasjonen av kjernekraft er bare i startfasen og representerer et avvik fra de tidligere, med mål om ny design, konsept, og kanskje endring av atombrensel i stedet for inkrementelle forbedringer.

Det finnes også en 5.th-generasjon kjernekraftverk i diskusjon. Disse designene er teoretisk mulige, men har ikke blitt aktivt forsket på. Dette skyldes vanligvis økonomisk levedyktighet, manglende teknologi eller sikkerhetsbekymringer.

4.th generasjon av kjernekraftverk

Hva som gjør et kjernekraftverk til en del av 4.th generasjonen er hett diskutert blant eksperter i bransjen.

I denne artikkelen vil vi for det meste diskutere anleggsdesign som radikalt avviker fra 3.rd generasjonsdesign.

Og vi vil forsøke å holde forklaringen så enkel som mulig, og hoppe over noen detaljer når det er nødvendig.

Veldig høytemperaturreaktor (VHTR)

Dette designet er preget av svært høye temperaturer, i området 1 000 °C. Dette er det eneste 4.th generasjons kjernekraftverket som allerede er i drift, med kommersiell oppstart i 2023 av Huaneng Shandong Shidao Bay kjernekraftverk i Øst‑Kina.

Designet baserer seg ofte på en «pebble‑bed», hvor keramiske kuler små nok til å holdes i hånden beskytter en kjerne av uran, med titusenvis av disse kulene i én reaktor.

Kilde: CGTN

X-Energy er også i ferd med å utvikle en lignende teknologi i USA.

Fordi reaksjonen krever høy temperatur og er passivt kjølt, er dette et design som er iboende tryggere enn 3.rd generasjons kjernekraftverk.

Fordelen med pebble‑designen er at den tillater utskifting uten å avbryte reaktorproduksjonen, og den keramiske strukturen unngår også risikoen for lekkasje av radioaktivt materiale.

Smeltet saltsreaktor (MSR)

I disse reaktorene er kjølevæsken en smeltet saltsblanding i stedet for vann eller gass. I noen tilfeller er også brenselet inneholdt i den smeltede salten.

Smeltet saltsreaktorer har en tendens til å ha høyere virkningsgrad, forbrenner brensel mer effektivt, og skaper mindre atomavfall. På grunn av deres høyere temperatur blir de noen ganger samlet med VHTR under kategorien «termisk reaktor».

Et problem med smeltet salt er at det er korroderende, et problem som forverres av den potensielle svekkelsen av strukturen på grunn av radioaktivitet. Dette innebærer behov for ekstremt forsiktig vedlikehold og inspeksjon av systemets rørledninger, pumper osv.

Thorium

Siden 1950‑tallet har nesten alle reaktorer brukt uran som brensel. Dette får folk til å anta at det er den eneste løsningen.

Men dette var egentlig et stort sett politisk valg, da uranreaktorer produserer plutonium. På den tiden ble dette sett på som positivt, da det hjalp atommakter med å lage materialet til atomvåpen.

Et alternativ med en ressurs som er 3 ganger mer enn uran er elementet thorium. Biproductene fra en thoriumreaktor er også svært lite sannsynlig å kunne omdannes til materiale for atomvåpen.

Kilde: ACS

En annen viktig fordel med thorium er muligheten til å produsere opptil 100 ganger mindre avfall, i hvert fall når man bruker a liquid fluoride thorium reactor design (en smeltet salts thoriumreaktor).

Her er Kina også i front med a thorium reactor that can run waterless, making it a good fit for desert regions. Og med container ships to be powered by a thorium reactor revealed by China State Shipbuilding Corporation (CSSC).

Raske / oppdretts- / brennerreaktorer

Raske reaktorer baserer seg på «raske nøytroner» som ikke blir sakte ned av moderatorer som i klassiske kjernekraftverk. Dette gjør det mulig å designe reaktoren slik at den kan bruke de raske nøytronene til å forbruke elementer som er en del av actinidfamilien (som inkluderer uran og plutonium).

Fordi klassisk reaktorbrensel blir til en kompleks blanding av langlivede actinider, er denne elementklassen hovedproblemet i atomavfall.

Brennerreaktorer transmuterer de fleste problematiske actinider i brukt atombrensel, noe som gjør det bearbeidede avfallet mindre aktivt, 90–98 % mindre voluminøst, og problematisk kun i tiår eller århundrer i stedet for årtusener.

Denne kategorien av reaktorer klassifiseres vanligvis etter kjølesystemet, som kan bruke gas, sodium, eller lead.

Selv om den klassifiseres som 4.th generasjon, er dette ikke egentlig en ny eller uprøvd teknologi. Merkverdig nok brant Frankrikes Phénix og Superphénix atomavfall gjennom 1970‑1990‑tallet, før de til slutt ble stengt på grunn av driftskostnader og politisk press fra Miljøpartiet.

Moderne versjoner av raske oppdrettsreaktorer inkluderer for eksempel den designede, men ikke bygde PRISM by GE‑Hitachi.

Små modulære reaktorer (SMR-er) & mikroreaktorer

De fleste atomreaktorer er tenkt som de typiske store kraftverkene vi forbinder med kjernekraft.

En ny type design ser på å nedskalere kjernekraftverk til en størrelse som kan transporteres på en lastebil (SMR) eller til og med i en standard container (mikroreaktorer).

Kilde: Nuscale

Generelt forventes SMR‑er å bli brukt til å forsyne strømnettet eller store industrielle prosesser, mens mikroreaktorer sannsynligvis vil bli brukt i avsidesliggende områder, militære fasiliteter og romforskning.

Den mindre størrelsen og standardiserte designen bør også gjøre adopsjonen av SMR‑er enklere for mindre land.

En annen fordel med SMR‑er er at de kan produseres i serie, som lastebiler eller skip, i stedet for den unike skreddersydde designen som vanligvis foretrekkes i bransjen. I teorien bør dette gi stordriftsfordeler og kostnadsreduksjon.

I praksis kan kostnadene være høyere enn forventet, i hvert fall for prototypene. Dette førte til en viss nedgang i entusiasmen for SMR‑er etter at de kanskje ble litt overhypet.

Likevel vil SMR‑er sannsynligvis vokse raskt, med for eksempel prosjekter som går frem i Finland, Norge, Polen, USA, Canada, og Argentina.

Du kan lese mer om statusen til SMR‑teknologien i vår artikkel «Update on SMRs (Small Modular Reactor) – Still The Future of Nuclear Power»

Flytende kjernekraftstasjon

Selv om de kanskje ikke teknisk sett er 4.th generasjon, er flytende kraftstasjoner et nytt konsept som gir et radikalt avvik fra det vanlige kjernekraftverk‑konseptet.

Stort sett fremmet av Russlands Rosatom, er dette konseptet forskjellig fra atomdrevne skip, som for eksempel noen hangarskip.

Her er hele formålet med skipet å være en kraftstasjon, selv om den er mobil og flytende. På grunn av størrelsesbegrensninger kan dette også beskrives som en SMR, om enn en veldig stor.

Bruken av disse konseptene var i den russiske Arktis, der de forsynt byer langs kysten, hovedsakelig fokusert på gruvedrift og olje‑ og gassutvinning. I dette miljøet blir «avfallsvarmen» fra stasjonen ikke bortkastet, men kan brukes til fjernvarme.

En bredere anvendelse kan være å bringe kjernekraft til utviklingsland uten erfaring med å drive atomteknologi. Stasjonen kan driftes av sin produsent, og kraften selges til fastlandet ved å «plugge» den inn i strømnettet.

Konseptet kan også levere strøm til øyer og avsidesliggende regioner, samt fungere som et raskt mobilisert katastrofehjelpssystem.

For eksempel Guinea allerede ser på å samarbeide med Russland om et slikt prosjekt.

Westinghouse og Prodigy undersøker også idéen, samt Koreas KSOE & Kepco, eller Danmarks Seaborg som kombinerer smeltet salts‑teknologi med sjøbaserte kraftverk.

Kostnader

En siste kritikk som brukes mot kjernekraft er kostnad.

Dette skyldes i stor grad at de siste kjernekraftprosjektene i USA og Europa har lidd under massive kostnadsoverskridelser. For eksempel endte Vogtle‑kraftverket i Georgia med å koste $37 milliarder, hvorav $20 milliarder er kostnadsoverskridelser. Eller €11 milliarder Olkiluoto‑3‑anlegget i Finland, i stedet for de opprinnelig forventede €3 milliarder.

Faktumet at Vogtle tok 14 år å bygge og Olkiluoto kom i drift 12 år etter den opprinnelige estimaten er i stor grad ansvarlig for de oppblåste kostnadene.

Men dette er ikke en dødsdom. I samme periode avdekket Bloomberg at Kina bygde 6 kjernekraftverk for kun $17 milliarder.

Kostnadsveksten i vesten er hovedsakelig knyttet til tre faktorer:

  1. Økende regulatorisk byrde.
    1. Selv om en del av dette skyldes økt gransking av sikkerhet, har noen kritisert det som byråkratisk røde tape og politisk motiverte hindringer for industrien.
  2. Økende kapitalkostnad.
    1. Ettersom kostnadene for kjernekraftverk hovedsakelig er forskuddsbetalinger for bygging, reduserer lave kapitalkostnader sluttprisen drastisk. Vanligvis får kinesiske kjernekraftprosjekter tilgang til lån med lav rente fra staten.
  3. For få prosjekter.
    1. Hvis flere kraftverk bygges på rad, kan produsenter standardisere produksjonen og lage utstyr i batch eller serie, i stedet for unike skreddersydde design hver gang.
    2. En jevnere strøm av prosjekter hjelper også med å trene og beholde kvalifisert personell.

Hvert av disse problemene kan løses.

Den overdimensjonerte regulatoriske byrden kan reduseres, kapital kan mobiliseres av myndighetene. Flere prosjekter og en stabil energipolitikk vil gjenoppbygge forsyningskjeden.

Selskaper innen kjernekraft

1. Cameco Corporation

(CCJ )

Kjernekraft avhenger av uranforsyningen. Uran er ikke en veldig sjelden ressurs, selv om høykonsentrasjonsforekomster ikke er lett å finne.

Markedet domineres av Kazatomprom i Kasakhstan og Cameco i Canada. Andre uranprodusenter finnes, men disse to er langt de største og har noen lavere produksjonskostnader. Som et resultat vil Cameco stå i sentrum for å levere råmaterialene som kreves av eksisterende og fremtidige kjernekraftverk.

Kilde: Cameco

Imidlertid er Camecos gruvevirksomhet bare halve historien. Dette skyldes at Cameco i 2022 gjorde beslutningen om å erverve majoritetskontroll i Westinghouse, den ledende byggeren av kjernekraftverk i USA, sammen med et stort investeringsselskap, Brookfield.

Dette gir Cameco tilgang til Westinghouses stabile inntekter fra service av eksisterende anlegg og kontroll over en stor del av kjederekken for kjernekraft. På grunn av strenge reguleringer vil slike deler og utstyr være påkrevd for ethvert nytt kraftverk, tradisjonelt eller SMR‑likt.

Et godt eksempel på Westinghouses innovasjonspotensial er det nylig avslørte AP300 SMR‑designet, som sannsynligvis vil bli implementert i Slovakia, Finland, og Sverige.

Så er Cameco både en innsats på uranpriser og Westinghouse som holder solid kontroll over markedet for bygging av kjernekraftverk som de tidligere dominerte. Det bør bemerkes at sameiet med Brookfield også kan hjelpe, ettersom selskapet har en massiv fornybar/karbonlav lav‑utslipps kraftgenerasjonsdivisjon i form av $19 milliarder Brookfield Renewable Partners (BEP).

2. Mirion Technologies, Inc.

(MIR )

Bortsett fra reaktorer og brenselteknologier, er kjernekraftproduksjon svært avhengig av mange sensorer, deler og annet «mindre» utstyr som likevel må fungere perfekt.

En slik kategori er strålingsdeteksjon, Mirions (USA) kjernevirksomhet. Kjernekraftregulering krever svært strenge kontroller av strålingseksponering for personell, miljø og tidlig oppdagelse av eventuelle lekkasjer eller forurensning. Det samme gjelder for medisinsk bruk av radioaktive forbindelser, som kreftbehandling og bildediagnostikk.

Kilde: Mirion

Selskapet er også aktivt innen fysiske målinger for vitenskapelige analyser og forskning, samt avrustnings‑ og dekontamineringsutstyr for forsvarsindustrien, cybersikkerhet og opplæringstjenester. Selskapet ble børsnotert i 2020.

Mirions inntekter har vokst jevnt, både fra medisinsk segment og industrielle kunder.

Mirion er en mindre «glamourøs» del av kjederekken for kjernekraft, som overvåker og måler stråling i stedet for å skape nye reaktordesign, høy‑densitets brensel eller militære anvendelser. Dette gjør den ikke mindre interessant fra et finansielt perspektiv.

Så er Mirion mer en «pick‑and‑shovel»‑type aksje som vil dra nytte av fornyet interesse og investeringer i kjernekraft. Den vil også tjene på fortsatt høy offentlig skepsis til kjernekraft, som styrker kravene til allestedsnærværende, effektive og pålitelige strålingssensorer og monitorer levert av prøvde og testede leverandører.

mm

Jonathan er en tidligere biochemistforsker som arbeidet med genetisk analyse og kliniske forsøk. Han er nå en aksjeanalytiker og finansforfatter med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon The Eurasian Century.