Lausn á orkuvandanum í sjónmáli

Það er kunnara en frá þurfi að segja, að jarðarbúa skortir ekki orkulindir.  Þá hefur hins vegar um allnokkurt skeið skort nothæfar orkulindir, sem ekki valda slæmum umhverfisáhrifum við nýtingu.  Þetta er eitt mest knýjandi viðfangsefni nútímans.  

Kolabirgðir jarðarinnar gætu endst í a.m.k. 300 ár enn m.v. núverandi notkun, en áhrif kolabruna á nærumhverfið eru geigvænleg, eins og hryllileg loftmengun í Kína er dæmi um, og hnattræn áhrif með hlýnun jarðar verða afdrifarík, ef ekki verður þegar í stað gripið til róttækra mótvægisaðgerða. 

Þekktar olíubirgðir jarðarinnar munu endast í u.þ.b. öld enn að óbreyttri notkun, og afleiðingar olíubrennslu á loftslagið eru einnig mjög slæm. 

Jarðgasbrennsla í orkuverum er ekki endanleg lausn, en getur hjálpað dálítið til við lausn vandans, því að það mun endast í yfir 300 ár m.v. núverandi notkun og þekktar birgðir, og jarðgas veldur minnstri mengun við bruna alls kolefniseldsneytis.  Eins og kunnugt er, hefur framboð á jarðgasi aukizt með nýrri vinnslutækni, setlagasundrun (e. shale fracking), sem reist er á lóðréttri og láréttri borun og þrýstingi á miklu magni af vatnsblöndu eftir láréttu göngunum. 

Kjarnorkan átti að leysa úr vanda mannkyns við rafmagnsvinnsluna, en úraníum-eldsneytið hefur reynzt vera stórvarasamt, eins og nokkur kjarnorkuslys, þó að sjaldgæf séu, hafa varpað ljósi á.  Úrgangur úraníumeldsneytisins og afleitt efni, plútoníum, er mjög geislavirkur með langan helmingunartíma geislavirkni og er þannig stórhættulegur öllu lífi í tugþúsundir ára.  Það er hægt að eyða þessari hættu, en flutningar úrgangsins eru hættum bundnir, og eyðingin er bundin áhættu og er rándýr.  Þessum vanda hefur að miklu leyti verið sópað undir teppið með því að steypa úrganginn inn og sökkva klumpunum í vötn eða að koma þeim fyrir í saltnámum eða í manngerðum hvelfingum í fjöllum.  Þetta eru heldur óvandaðar aðferðir m.t.t. komandi kynslóða og í raun óviðunandi. 

Af þessum sökum hafa þjóðir á borð við Svía og Þjóðverja ákveðið að leggja kjarnorkuver sín niður, hinir síðarnefndu eigi síðar en árið 2022.  Þetta er gríðarlega róttæk ákvörðun, sem virðist hafa notið stuðnings meirihluta viðkomandi þjóða, en nú eru að renna tvær grímur á marga vegna kostnaðar og hækkunar raforkuverðs, sem lokun kjarnorkuveranna óhjákvæmilega hefur í för með sér.  

Hvað tekur við, er ekki almennilega ljóst.  Tiltækir endurnýjanlegir orkugjafar eru dýrari en svo, að einstakar þjóðir, t.d. Þjóðverjar, hafi efni á að taka þá upp og geti um leið haldið samkeppnihæfni sinni við aðrar þjóðir.  Undantekning frá þessu er e.t.v. lífmassi, sem aðallega samanstendur af viðarleifum og tilreiddu viðareldsneyti á formi viðarmola (e. pellets), en getur ekki staðið undir allri raforkuþörf ásamt vindorku, sólarorku, vatnsorku og jarðgufu með núverandi tækni.  Evrópusambandið, ESB, hefur ekki tekið upp þessa stefnu Þjóðverja, Orkuvendipunktinn (þ. die Energiewende), enda mundi þá samkeppnistaða ESB við umheiminn verða vonlaus.

Sólarhlöðurnar eru langóhagkvæmastar allra orkugjafanna, sem framleiða rafmagn án gróðurhúsaáhrifa.  Það kostar 189 kUSD/MW á ári að leysa kolaorkuver af hólmi með sólarhlöðum.  Næstóhagkvæmastar eru vindmyllurnar.  Vatnsorkuver geta leyst kolakynt orkuver af hólmi með hagkvæmum hætti, en langhagkvæmasti kosturinn í þessum efnum er kjarnorkan.  Viðfangsefnið er þá að þróa kjarnorkuver, sem algerlega eða að mestu eru laus við galla núverandi kjarnorkuvera.  Hugmynd að slíkri þróun er fyrir hendi, og þróun hennar mun að líkindum marka þáttaskil. 

Gaskynt orkuver eru hagkvæmust, en valda gróðurhúsaáhrifum.  Þetta er niðurstaða  útreikninga Charles Frank hjá rannsóknarsetrinu (Think-Tank) Brookings Institution, sem hefur lagt koltvíildisverðið 50 USD/t til grundvallar, en það er sjöfalt núverandi verð á koltvíildiskvóta í Evrópu.  Frank hefur reiknað út, að þessi kvóti þurfi að kosta 185 USD/t til að sólarhlöðurnar fari að skila arði.  Slíkt  verður aldrei, nema almenn samstaða náist um slíkt í heiminum.  Hagkerfi landa með slíkt verð á koltvíildiskvóta standast ekki samkeppni við hagkerfi landa með lágt verð á koltvíildiskvótanum.  Sólarhlöðurnar eru sem sagt meiri fjárhagslegur baggi á samfélögunum en virðist við fyrstu sýn, og það er þess vegna spurning, hvað um þær verður, ef nýr, skaðlítill og hagkvæmur orkugjafi kemur til skjalanna.  Þess ber að geta, að nýtni sólarhlaða batnar stöðugt, og verðið hefur lækkað hratt.  

Kostir Þóríums til raforkuvinnslu umfram úraníum hafa lengi verið þekktir.  Ástæða þess, að hætt var að þróa kjarnorkuver á kaldastríðsárunum, sem nota Þóríum eldsneyti, var, að ekki var unnt að nota úrganginn í kjarnorkusprengjur.  Plútoníum, sem myndast úr óbættu úraníum, er mjög geislavirkt og notað í kjarnorkusprengjur, en Þóríum er mjög erfitt, þó að ekki sé það útilokað, að nota í kjarnorkusprengjur. 

Það er til þrefalt til fjórfalt magn á jörðunni af Þóríum á við úraníum, svo að það mun endast a.m.k. í 200 ár, og þá munu aðrir orkugjafar hafa tekið við, e.t.v. samrunatæknin, þar sem 2 vetnisatóm mynda helíumatóm og mikla orku án geislavirkni.  Snemma á 3. áratugi þessarar aldar verða líklega tilbúin þungavatns-Þóríumver, t.d. í Kína og á Indlandi, þar sem mikill raforkuskortur stendur hagkerfunum og íbúunum fyrir þrifum og gríðarleg aukning er og verður á næstu áratugum á rafmagnsþörfinni.  Enn frekari þróun mun verða á Þóríum-kjarnorkuverunum í átt til ódýrari vera og öruggari.

Kínverjar standa nú frammi fyrir geigvænlegu mengunarvandamáli á láði, legi og í lofti.  Þeir eygja hér lausn, sem leyst geti kolakyntu orkuverin þeirra af hólmi, og fullyrða, að átak þeirra í rannsóknum á nýtingu Þóríums sé hið mesta í heimi á sínu sviði.  Samkvæmt Vísindaráði þeirra, "The Chinese Academy of Sciences", eru á vegum þess starfandi 430 vísindamenn og verkfræðingar og á að fjölga í 750 árið 2015, en þá er ráðgert að kynda upp frumgerð Þóríum- kjarnorkuofns.  Sá á að nota Þóríum á föstu formi, en árið 2017 ætlar Stofnun fyrir hagnýta eðlisfræði í Shanghai að prófa vandasamara, en þó heppilegra (öruggara) eldsneyti, sem er bráðið Þóríum-flúoríð. 

Þá er búið til efnasamband Þóríum-flúoríðs, því blandað í flúoríðsambönd berylliums og lithiums til að lækka bræðslumark Þóríums úr 1100°C niður í 360°C og þessi blanda brædd.  Henni er síðan dælt inn í sérhannaðan sundrunarkjarna, "reactor core", þar sem kjarnaklofnun hækkar hitastig blöndunnar upp í 700°C.  Þaðan er efnið leitt inn í varmaskipti til að flytja þennan nýja hita yfir í gas, venjulega koltvíildi eða helíum, sem síðan er látið knýja hverfla, sem snúa rafölum og framleiða rafmagn.  Frá varmaskiptinum er kældri flúoríðbráðinni snúið aftur til sundrunarkjarnans. Þóríum-flúoríð blanda er líklega framtíðar eldsneyti heimsins næstu tvær aldirnar.    

Þetta er í grófum dráttum virkni bandaríska tilraunakjarnakljúfsins á Oak Ridge National Laboratory, sem starfaði á 7. áratuginum.  Í nútímabúningi er hann kallaður LFTR - Liquid-Fluoride Thorium Reactor eða Flúoríðvökva Þóríum kjarnakljúfur, FVÞK.

Einn mesti kosturinn við LFTR er, að hann vinnur við einnar loftþyngdar þrýsting.  Þetta hefur áhrif á hagkvæmni kjarnorkunnar.  Í léttvatnskjarnakljúfi, en slíkir eru mest notaðir núna, er kælivatnið undir óhemju háum þrýstingi.  Þar af leiðandi verður að hýsa léttvatnskjarnkljúfa í stálþrýstigeymum inni í gríðarsterkum steyptum hvelfingum, sem standast áraunina, ef kælikerfið bilar og geislavirk gufa losnar úr læðingi.  LFTR þarf hvorki stálþrýstigeymi né steypta hvelfingu utan um kjarnakljúfinn.

Aðeins 0,7 % af úrani í náttúrunni er af samsætunni U235, sem er kjarnakljúfanlegt.  Það er dýrt að vinna hana, en allt Þóríum, sem finnst, er nýtanlegt í kjarnakljúf.  Af þessu öllu má ráða, að Þórium-kjarnorkuver er mun hagkvæmara en úraníum-kjarnorkuver.  Þóríum-úrgangurinn er miklu hagstæðari en úraníum-úrgangurinn.  Það er innan við 1 % af úrgangs-Þóríum m.v. úrgangs-úran, og geislavirknin fellur niður fyrir öryggismörk á fáeinum öldum í stað tuga árþúsunda, þ.e. helmingunartíminn er u.þ.b. 1 % af helmingunartíma úrans.  Geislunin verður því aðeins 100 ppm af Þóríumúrgangi m.v. úranúrgang og þess vegna viðunandi. 

Þóríum-kjarnorkan veitir kost á mjög samkeppnihæfri raforkuvinnslu með lítilli áhættu jafnvel öldum saman, og getur bjargað jörðinni frá þeirri hættu, að meðalhitastig í neðstu lögum lofthjúpsins hækki um meira en 2°C, en þar fyrir ofan telja allmargir vísindamenn, að ekki fáist við síhækkun ráðizt, og þá væri úti um allt líf í núverandi mynd á þessari jörðu. 

Á Íslandi þyrfti aðeins eitt Þóríum kjarnorkuver til að framleiða allt það rafmagn, sem nú kemur frá virkjunum landsins og tvö slík til að framleiða á við alla virkjanlega jarðgufu og vatnsföll landsins.  Slíkt hentar hins vegar ekki núverandi flutningskerfi raforkunnar.  Þessi stærð hentar hins vegar vel í fjölmennari og þéttbýlli löndum, eins og Englandi, en Skotar hafa varla þörf fyrir slíkt. Með því að setja kraft í þróun Þóríum-kjarnorkuversins mundu Bretar og Þjóðverjar skjóta Frökkum ref fyrir rass í orkumálum, en Frakkar framleiða meira en helming sinnar raforku með úraníum-kjarnorkuverum og eru fyrir vikið eins konar raforkustórveldi.    

Það er útilokað, að sæstrengur frá Íslandi til Bretlandseyja eða norðurstrandar meginlands Evrópu geti nokkurn tíma keppt við Þóríum-kjarnorkuver í þessum löndum.  Þess vegna væri Landsvirkjun og Iðnaðarráðuneytinu nær að skrínleggja strax allar hugmyndir um útflutning og innflutning rafmagns, sem hvort eð er eru algerlega fótalausar og reistar á barnalegri óskhyggju, en einbeita sér hins vegar að virkjunum og línubyggingum/strenglögnum fyrir innanlandsmarkaðinn.  Hann er miklu víðtækari en álver, járnblendi og kísilver.  Hann er ylræktun, fartæki og skip og á að verða hryggjarstykkið í samkeppnihæfni atvinnulífs, sem stendur undir lífskjörum á Íslandi, er standast þeim beztu snúning.      

  

 

 

          

 

 

 

 

 

 

 

Athugasemdir

[Ágúst H Bjarnason, 27.8.2014 kl. 20:14]

Sæll Bjarni

Hér eru stuttar greinar um THTR-300 þóríum orkuverið sem starfrækt var í Þýskalandi 1985-1989. Það var 760MW(t) og 307MW(e):  
http://paksnuclearpowerplant.com/download/1229/Thorium%20high%20temperature%20reactor%20%28THTR%29.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/THTR-300

Og aðeins lengri grein á þýsku:
http://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_THTR-300

(Og svo pistill skrifaður í hálfkæringi hér).

[Bjarni Jónsson, 27.8.2014 kl. 21:28]

Sæll, Ágúst, og takk fyrir upplýsingarnar;

[Bjarni Jónsson, 27.8.2014 kl. 21:33]

Ég ræð af pistli þínum, Ágúst, að þú teljir framtíð Þóríum- vera allglæsta.  Þú notar Ísland sem svið, en ég hef enga trú á, að hér verði reist kjarnorkuver.  Hvers vegna ættu Evrópumenn að vilja orku frá Íslandi, ef þeir geta framleitt hana með ódýrari hætti og flutt hana með öruggari hætti sjálfir ?

Með góðri kveðju /

[Jósef Smári Ásmundsson, 28.8.2014 kl. 10:33]

Athyglisvert. En hvort er ódyrara að framleiða rafmagn með þessum hætti eða með vatnsaflsvirkjunum? Hafið þið einhverja hugmynd um það?

[Ágúst H Bjarnason, 28.8.2014 kl. 12:24]

Bjarni. Þessi pistill var nú bara skrifaður í hálfkæringi "Hugsað út fyrir litla ferkantaða boxið í laufléttum dúr og kannski smá hálfkæringi..." stendur þar í fyrstu línu. Öllu gamni fylgir þó nokkur alvara.

Tkk fyrir góðan og fræðandi pistil

[Bjarni Jónsson, 28.8.2014 kl. 18:17]

Sæll, Jósef Smári;

Ef við berum saman jaðarkostnað í íslenzka kerfinu, þ.e. einingarkostnað í næstu vatnsaflsvirkjun, við kostnað í næsta Þóríum-kjarnorkuveri Evrópu, þá tel ég tvímælalaust, að fallvötnin íslenzku hafi vinninginn, þó að ég hafi ekki í handraðanum áætlaðan kostnað fyrir Þóríum-ver.  Hins vegar mun þessi munur fara minnkandi, af því að óvirkjaðir kostir á Íslandi verða sífellt dýrari, og fljótlega mun framleiðsla á Þóríum-verum aukast, og þá fer hagkvæmni fjölda og stærðar að vigta.  Muninn núna tel ég þó vera minni en nemur flutningskostnaði rafmagns um sæstreng til Skotlands, og þess vegna mun þessi tækni gera sæstreng alveg vonlausan, hafi hann ekki verið það áður. 

[Bjarni Jónsson, 28.8.2014 kl. 18:27]

Sæll, Ágúst;

Já, ég áttaði mig á því, að sviðsmyndin var óraunveruleg, eins konar hugarflug um, hvað mundi breytast við undirbúning og við rekstur orkuvera á Íslandi, ef einhverjum dytti í hug að reisa hér Þóríum-kjarnorkuver.  Pistillinn var skemmtilestur.  Orkuver á Íslandi verða að vera minni en nemur kjörstærð Þóríum-kjarnorkuvera m.t.t. vinnslukostnaðar.  Ef við kærum okkur um, getum við í framtíðinni sett upp slík ver af svipaðri stærð og Kárahnjúkavirkjun.  Það verður vísast talinn betri kostur en að kaupa orku að utan um sæstreng.