Hur kontrollerar man en reaktor?
Jag misstänker att en vanlig uppfattning bland folk, iallafall bland de som överhuvudtaget någonsin fundera på det, är att en kärnreaktor är en fruktansvärt känslig och komplex apparat som måste kontrolleras delikat annars jävlar. Kliver man in i kontrollrummer till en reaktor så förbättras inte bilden direkt, miljörörelsens gamla påstående om att kärnkraft är ett ohyggligt invecklat och farligt sätt att koka vatten känns då nästan sant. Det är faktiskt sant att ett kärnkraftverk är en komplex maskin, men majoriteten av komplexiteten är inte på grund av att hålla styr på kärnreaktionen. Den beror snare på alla kringsystem som krävs för att omvandla värmeenergin från fissionen till användbar energi, kontrollrummet till ett kolkraftverk ser precis lika förjävligt ut :)
Att kontrollera själva kärnreaktionen är egentligen busenkel eftersom den för det mesta kontrollerar sig själv!
Fission, som alla förhoppningsvis vet, orsakas av att en klyvbar isotop(tex U233, U235. PU239) absorberar en neutron, efter absorbtionen så blir kärnan ostabila och klyvs.
Förutom att bara klyvas så skickas även ett antal nya neutroner ut, i genomsnitt runt 3 stycken. Dessa nya neutroner kan i sin tur klyva nya kärnor osv och man får en kedjereaktion. Allt det ger upphov till att man har ett kontinuerligt neutronflöde i reaktorn, neutronflödet styrs av antalet fissioner som sker per sekund och antalet fissioner per sekund styrs av neutronflödet. Vid drift av en reaktor har man ett konstant neutronflödet i reaktorn vilket uppstår då en neutron från varje fission ger upphov till en ny fission. De andra 2 neutronerna som skapas absorberas antingen av icke klyvbara isotoper eller läcker helt enkelt ut ur reaktorn.
Det är genom att manipulera neutronflödet som en reaktor styrs, vill man ha ut större effekt så höjder man flödet, vilket leder till fler fissioner vilket frigör mer energi. Men den viktigaste kontrollen sker genom alla naturliga processer som har ett starkt inflytande på neutronflödet, gör man någon slags förändring på reaktorn så kommer detta automatiskt påverka neutronflödet, förändringarna i flödet kan i sin tur jobba för att förstärka eller släcka ut den ursprungliga förändringen. Det kallas positiv och negativ återkoppling, återkoppling(feedback) beskrivs elegant av wikipedia som
"Feedback is a process whereby some proportion of the output signal of a system is passed (fed back) to the input. This is often used to control the dynamic behavior of the system. "
Eftersom reaktioner sker så pass fort i en reaktor så är det inte överhuvudtaget realistiskt att kunna kontrollera den manuellt utan man måste till stor del förlita sig på de naturliga återkopplingarna, just därför är det ett krav på reaktorer i väst att de negativa återkopplingarna ska dominera över de positiva i alla lägen. Dvs om reaktorns effekt börjar öka av någon anledning så ska den effektökningen leda till att neutronflödet minskar vilket i sin tur sänker effekten och den ursprungliga effekökningen elimineras.
Vilka återkopplingar som är mest dominanta beror på vilken sorts reaktor man har och vilket sorts bränsle man använder. Men ska försöka beskriva några återkopplingar iallafall.
Dopplereffekten
Kort sagt så innebär dopplereffekten att fler neutroner absorberas i icke klyvbara kärnor när temperaturen på bränslet ökar. Att fler neutroner absorberas innebär givetvis att neutronflödet sjunker, det sänker effekten vilket i sin tur sänker temperaturen. När temperaturen sjunker så absorberas återigen färre neutroner och systemet har blivit stabilt igen. Om man sänker temperature på reaktorn sker det motsatta, dvs en effektökning som höjer temperaturen tills man nått jämvikt igen. Ska försöka förklara hur dopplereffekten fungerar vilket kanske blir lättare sagt än gjort.
Värme är inget annat än rörelse, när man ökar temperaturen så börjar atomer röra sig allt snabbare. Nu råkar det även vara så att sannolikheten för att en kärnreaktion ska ske när en neutron växelverkar med en atomkärna helt och hållet beror på rörelseenergin hos neutronen och kärnan. Nedan är tex en bild på sannolikheten för att en uran-238 kärna ska absorbera en neutron beroende på neutronenergin.
När man höjer temperaturen på uranet så kommer urankärnorna börja vibrera med större energin. Det innebär att ibland så rör sig kärnan i riktning mot neutronen när de växelverkar, vilket är samma sak som om neutronen hade haft högre energi och ibland så rör sig kärnan i motsatt riktning vilket sänker energin. Reaktionen sprids alltså över ett energiintervall. Om man skulle rita en graf likadan som ovan, fast med uran-238 atomerna vid högre temperatur så hade man sett att alla toppar i grafen blir bredare och flatare. Varje topp symboliserar en reaktionsenergi där sannolikheten för absorbtion är väldigt stor, om topparna breddas kommer fler neutroner ha en chans att absorberas.
I pebble bed reaktorer är dopplereffekten den primära kontrollen. Den är faktiskt så stark i de reaktorerna att man till fullo kan utnyttja dopplern för att kontrollera effekten. Vill man ha ut högre effekt av reaktor så ökar man flödet av kylmedel(helium), det extra kylmedelsflödet kommer sänka temperaturen på reaktorn vilket ökar effekten tills temperaturen stigit igen. Om något händer med kylningen så kommer reaktorn automatiskt slå av sig själv eftersom temperaturen blir för hög för att kedjereaktionen ska kunnas hållas igång. Väldigt elegant och man behöver inte besvära sig med kontrollstavar eller liknande!
Moderator void
En moderator är ett material som sänker energin på neutronerna i reaktorn, när neutroner frigörs vid fission så har de väldigt hög energi. Vid höga energier så är sannolikheten låg för att neutronen ska orsaka en fission och därmed behövs betydligt mer bränsle ifall man vill ha en reaktor som utnyttjar de neutronerna. Om man istället saktar ner neutronerna så ökar sannolikheten för fission dramatiskt och man kan använda betydligt mindre bränsle. Neutronerna saktas ner genom att kollidera med lätta atomkärnor, vid varje kollision förlorar de en viss energi tills energin blivit så låg att den motsvarar den termiska(värme)energin hos moderatoratomerna.
Void betyder tomrum och när man skriver moderator void så menar man kort och gott att bubblor bildas i moderatorn, tex genom att moderatorn börjar koka om temperaturen i reaktorn stiger för högt. Detta är bara relevant för reaktorer med flytande moderatorer som tung och lättvattenreaktorer. När det bildas bubblor i moderatorn så sjunker medeldensiteten på vattnet i reaktorn, lägre densitet innebär att färre neutroner kommer kollidera i moderatorn och saktas ner. Eftersom de söliga neutronerna behövs för att hålla igång kärnreaktionen så kommer neutronflödet sjunka och temperaturen sjunker tills moderatorn slutar koka. Den här effekten är den ultimata garantin för att kedjereaktionen aldrig kan skena iväg i lättvattenreaktorer, men det är en relativt långsam effekt i jämförelse med dopplereffekten eftersom en stor mängd vatten måste värmas upp till sin kokpunkt. Dopplern är alltså den viktigaste återkopplingen även i lättvattenreaktorer.
Moderator temperatur
Som jag skrev ovan så kommer neutronerna saktas ner i moderatorn tills dess att de har samma energi som termiska rörelseenergin hos moderatoratomerna. Rörelseenergin hos atomerna beroende på temperatur fördelas på det sätt som man ser på bilden nedan.
När man höjer energin kommer alltså allt fler modererade atomer ha högre energin(fler neutroner hamnar i "svansen" på fördelningarna ovan), det kan ha olika effekter beroende på vilket sorts bränsle man använder. I vissa bränslen kommer det innebär att fler neutroner fångas av fissionstoppar och i andra så innebär det att fler fångas i absorbtionstoppar. Om återkopplingen är negativ eller positiv från denna effekten beror alltså på valet av bränsle.
Bränsleexpansion
När man värmer bränslet så kommer det expandera, om expansionen ger en positiv eller negativ återkoppling är återigen beroende på bränsle och reaktortyp. I min favoritreaktortyp, molten salt reaktorer, så är bränsleexpansionen ett bekymmer eftersom bränslet är ett flytande salt som expanderar rätt rejält. När saltet expanderar kommer fler neutroner lyckas ta sig ut till moderatorn, efter att ha blivit modererade återvänder de sen till bränslet och skapar fler fissioner vilket ger en positiv återkoppling. I andra reaktorer så kan bränsleexpansion leda till att fler neutroner går förlorat från rektorn vilket leder till negativ återkoppling. Jag har för mig, men är inte helt säker, på att bränsleexpansion är en väldigt viktig kontrollmekanism för vissa snabba reaktorer. Dvs reaktorer utan moderator.
De som orkat läsa så här långt har jag nog tråkat ut redan så det får räcka med det! En stor del av en reaktorfysikers jobb är att undersöka alla återkopplingar och se till att summan av alla negativa återkopplingar är större än summan av de positiva. Om de är det så är reaktorn säker och kan aldrig skena iväg så som tex tjernobyl gjorde.
Försäkringsfrågan
Ett argument som man inte sett så mycket av i svenska debatten nu på sista tiden, men som alltid dyker upp då och då, är att kärnkraften skulle vara oekonomisk ifall industrin hade varit tvungen att försäkra sig för de värsta tänkbara olyckorna, oavsett hur osannolika. Det är ett rätt tröttsamt argument, men jag har aldrig skrivit något om det på min blogg så det kanske är dags.
Egentligen är själva huvudargumenten otroligt skevt. Man måste fråga sig, är det överhuvudtaget rimligt att kräva av någon industri att de ska vara försäkrad mot värsta tänkbara olyckan oavsett hur osannolik? Jag antar att det i grund och botten är en åsiktsfråga, men notera att miljörörelsen kräver endast detta från kärnkraft. Inte från någon annan industri överhuvudtaget. Hur ser det ut i andra industrier? Den första industrin som direkt står ut som katastrofbenägen är vattenkraft, vattenkraftsolyckor är oerhört destruktiva. En olycka jag ständigt drar upp är Banqiao katastrofen. En olycka som ingen miljövänn så vitt jag vet någonsin nämnt, för vem bryr sig om folk drunknar, speciellt om det är asiater, det finns ju ändå så många av dom(för att inte bli påhoppad av nåon väldigt pk så är jag sarkastisk), om nu inte vattnet råkar vara radioaktivt då är det kärnkraftens fel!
Dammar är intressanta eftersom deras hållbarhet bygger på samma sannolikhetsargument som dagens kärnkraft. Det går inte garantera 100% att en damm inte kommer haverera, jag tror det är standard(korrigera mig någon ifall jag har fel, jag kan inte hitta någon bra litteratur om det) att bygga dammar så att de kan klara ett tusenårsregn. Dvs ett så stor regnoväder som man enbart statistiskt förvänta sig en gång per tusen år. Det betyder i princip att en dammbrott har en sannolikhet som är ungefär en på tusen år. Sannolikheten för härdsmälta i kärnreaktorer däremot ligger runt en på en miljon år och som vi vet så är inte ens en härdsmälta särskilt farlig, risken för en kärnkraftsolycka med konsekvenser utanför reaktorbyggnaden är kanske en på tio miljoner. Vattenkraft är alltså en riskablare energikälla om man nu är rädd för osannolika saker.
Det är väldigt okonsekvent att miljövänner inte accepterar statistiska argument för kärnkraftens säkerhet, men de har inga problem med statistiska argument för vattenkraftens säkerhet! När ska vi se greenpeace tåga mot vattenkraft med plakat över Banqiao's offer. Eller är det kanske så att de aldrig någonsin stannat upp och börjat fundra över dammsäkerhet? De brukar ha väldiga problem med att tillämpa sin logik på något annat än kärnkraft.
För att tita närmare på Banqiao, Banqiao var designad för att klara just ett tusenårsreng. Detta är taget från Banqiao artikeln på wikipedia.
The resulting flood waters caused a large wave, which was 10 kilometers (6.2 mi) wide, 3-7 meters (9.8-23 ft) high in Suiping (遂平), to rush downwards into the plains below at nearly 50 kilometers per hour (31 mph), almost wiped out an area 55 kilometers (34 mi) long, 15 kilometers (9.3 mi) wide, and created temporary lakes as large as 12,000 square kilometers (4,600 sq mi). Seven county seats, namely Suiping, Xiping(西平), Ru'nan (汝南), Pingyu (平舆), Xincai (新蔡), Luohe (漯河), Linquan (临泉), were inundated, as were thousands of square kilometers of countryside and countless communities. Evacuation orders had not been fully delivered because of weather conditions and poor communications. Telegraphs failed, signal flares fired by Unit 34450 were misunderstood, telephones were rare, and some messengers were caught by the flood. While only 827 out of 6,000 people died in the evacuated community of Shahedian just below Banqiao Dam, half of a total of 36,000 people died in the unevacuated Wencheng commune of Suipin County next to Shahedian, and the Daowencheng Commune was wiped from the map, killing all 9,600 citizens[1]. Although a large number of people were reported lost at first, many of them returned home later. Tens of thousands of them were carried by the water to downriver provinces and many others fled from their homes.
According to the Hydrology Department of Henan Province[8], in the province, approximately 26,000 people died from flooding and another 145,000 died during subsequent epidemics and famine. In addition, about 5,960,000 buildings collapsed, and 11 million residents were affected.
The death toll of this disaster was declassified in 2005.[1]
170 000 människor strök med! 170 000, det är en ofattbar siffra. Lika många som bor i Linköping och Lund tillsammans. Det är fler än dödsfallen i Hiroshima! 6 miljoner byggnader förstördes, har vi ens så många kåkar totalt i Sverige! Utan tvekan den värsta industriella katastrofen någonsin. Trots det ser jag inte mödrar mot vattenkraft tåga och kräva att sourvadammen ska stängas, ingen minnesstund från miljöpartiets sida till Banqiaos offer.
Amerikanska EPA har uppskattat att ett människoliv ekonomiskt sett är värt 6.9 miljoner dollar/1/. Det innebär att Banqiao katastrofens kostnad i människoliv är över 7000 miljarder kronor! Tre gånger mer än Sveriges BNP! Då ignorerar man totalt kostnaden för de sex miljoner förstörda byggnaderna. Ska företagen som äger dammar vara tvugna att försäkra sig mot värsta tänkbara dammkatastrofen som leder till värsta tänkbara förlusten av människoliv? Kan något försäkringsbolag ge en försäkring för en så stor potentiell kostnad? Svaret är givetvis nej, inget försäkringsbolag kan ge ut en sådan försäkring. Ska vi genast stänga all vattenkraft som potentiellt kan leda till stora kostnader?
Det finns många andra industrier som inte kan försäkra sig mot värsta tänkbara olyckorna. Flygindustrin tex, sannolikheten att två fulltankade jumbojets ska kollidera på låg höjd över en fullpackad sportarena är givetvis väldigt liten, men sannolikheten finns där! Konsekvenserna och kostnaderna för en sådan olycka vore enorma. Ska flygindustrin genast läggas ner?
Undra vad prislappen på värsta tänkbara olyckan i oljeraffinaderiet i göteborg är, förmodligen mer än någon kan försäkra. Ner med oljeindustrin genast! Eller vad sägs om vindkraft, ett olyckligt placerat vindkraftverk kan säkerligen under värsta tänkbara stormen haverera på ett sådant sätt att splitter av rotorbladen flyger rakt in i någons hus och dödar alla. Sannolikheten för det är förmodligen löjligt liten, men eftersom miljörörelsen inte acceptera någon olycksrisk oavsett hur liten så borde de kräva att varje vindkraftverk ska försäkras mot sådana olyckor.
Ni ser förstås att det hela blir jävligt absurt, som vanligt håller inte kärnkraftsmotståndarnas argument om man granskar dom logiskt. Men hur är det ifall vi antar att det existerar ett försäkringsbolag med oändlig plånbok som kan försäkra värsta tänkbara katastrofen, hade premien kostat så mycket att den dödar kärnkraften ekonomiskt, så som miljörörelsen påstår. Svaret är nej! En väldigt upplysande artikel om försäkringsfrågan är denna. Marcus Radetzki & Marian Radetzki Ansvar och ersättning för industriella katastrofer Kärnkraften och andra riskindustrier. Två klipp från den artikeln finns nedan.
En extrem högsta siffra på $ 100 miljarder har citerats, men sannolikheten för en katastrof av den digniteten
har bedömts som en per miljard reaktorår (en gång på 3 miljoner år om 350 reaktorer är i drift). Kärnkraftens totala riskkostnad per år utgör summan av de hypotetiska kostnaderna för olyckor i skilda storlekskategorier, justerad för sannolikheten att respektive olycka inträffar under det närmaste året. När denna totalkostnad, beräknad på bas av PSA, fördelas över all den el som produceras under året, visar den sig uppgå till US cents 0.01-0.1 per kWh, vilket motsvarar mellan 0.2 och 2.0 procent av totala produktionskostnader för att generera kärnkraft. En kostnad av denna storlek skulle utan större svårigheter kunna absorberas av kärnkraftsindustrin själv. Notera att en betydande del av den här angivna totala riskkostnaden uppstår vid olyckor av mindre dignitet än de katastrofer som diskuterats ovan, och att den redan hanteras av industrin själv.
Vår slutsats är att inte bara kärnkraftsindustrin utan också andra riskindustrier gynnas av en subvention genom att verksamhetens topprisk överförs på staten. Men dessa andra industrier har blivit mycket mindre analyserade än kärnkraften i vad avser katastrofrisk och den potentiella skadans storlek. Det är därför svårt att formulera ens en kvalificerad gissning om subventionens storlek.
Om man ska räkna denna försäkringssituation som en subvention så är alltså den subventionen för kärnkraftens del obetydligt, mycket mindre än tex effektskatten. Jag tycker man i princip kan isåfall hävda att kärnkraften betala in sin försäkringspremie plus en hel del extra till staten i form av effektskatten! Men för att ta död på detta skitsnacket så tycker jag kärnkraftsindustrin internationellt borde gå samma och bilda någon slags gemensan försäkring där de själva står för allt. Då kan inte miljörörelsen gnälla om just det längre!
1. How to value life? EPA devalues its estimate
* En till intressant artikel om försäkringar är denna Analysgruppen- Försäkring mot kärnkraftsolyckor
Vars går gränsen för brytningsbara uranhalt?
En absolut nödvändig frågeställning när man pratar om kärnkraftens hållbarhet är hur låga uranhalter man kan bryta utan att det blir energimässigt meningslöst. Dvs när energiåtgången vid brytning och bränsletillverkning börjar bli lika stor som energin man sen producerar med kärnbränslet. Den lägsta brytbara halten bestämmer helt och hållet hur länge vi har kärnbränsle. Två andra lika viktiga aspekter är givetvis hur mycket malm som måste brytas totalt sett och prislappen på uranet.
Jag ska göra en enkel överskådlig analys av hur energiåtgång, kostnad och brytningsmängd hänger ihop med uranhalter. Siffrorna är dock endast approximativa, men de är nog bra för att man ska kunna dra slutsatser av dom. Eftersom resursåtgången för kärnkraft skiljer sig så radikalt mellan olika bränslecykler och reaktortyper så måste jag se till två olika fall, ena fallet är med dagens lättvattenreaktorer och en öppen bränslecykel. Dvs man anrikar uran, kör det en gång i reaktorn och slänger sen bort det. Endast någon enstaka procent av uranets energiinnehåll utnyttjas i den öppna bränslecykeln.
Det andra fallet är den slutna breeder bränslecykeln. I en sluten bränslecykel anrikas inget uran, istället använder man det plutonium man redan har i dagens avfall för att skapa mer plutonium i breeder reaktorer från uran-238. Breeder reaktorer producerar mer plutonium än de konsumerar och efter att bränslecykeln startats är det bara fylla på med naturligt uran. Genom att gång på gång upparbeta det använda bränslet så kan man då i princip utnyttja 100% av energin som finns i uran( och torium). Anledningen till att de flesta länder kör med den slösaktiga öppna bränslecykeln idag är för att breeder reaktorer är något dyrare(20%+) än lättvattenreaktorer, men det kommer förmodligen ändras inom de närmaste 20-30 åren.
Låt oss först titta på energiåtgången. Tabellen nedan visar hur mycket energi det går åt att bryta malm i några olika kanadensiska dagbrott /1.
Jag kan vara lite pessimistisk och använda den högsta energiåtången, ungefär 70 000 kWh energi för att bryta tusen ton malm, dvs 0.07 kWh/kg malm. Energimässigt är det ingen skillnad på att bryta ett ton kopparhaltig malm eller ett ton uranhaltig malm, malm som malm, så vi kan nog utan större felaktigheter anta att 0.07 kWh/kg är ungefär vad som krävs för uranbrytning.
Om man utifrån den siffran gör en graf över energiåtgången för att bryta ett kilo uran för olika uranhalter så ser det ut som nedan(klicka på bilden). Notera att axlarna är logaritmiska, dvs ett steg på axlarna motsvarar en tiopotens. Logaritmiska axlar är en nödvändighet eftersom skillanderna mellan breeder och lättvattenreaktorer är så stora. Jag har även lagt till energin som krävs för att anrika uran /2, det är därför kurvan planar ut mot högre halter. Där dominerar energiåtgången vid anrikning helt och åtgången vid själva brytningen är försumbar. I den delen av kurvan befinner sig alla urangruvor idag.
De två raka strecken visar hur mycket energi man kan utvinna ur ett kilo uran i lättvattenreaktor(LWR) respektive breeder reaktor, värdena är tagna från Nordling och Österman "physics handbook", standard fysikuppslagsverket på universitet.
Ett bättre sätt att representera energin är att visa en graf över EROEI, energy returned on energy invested. Dvs om du kan producera 10 kWh från ett kilo uran och det krävs 2 kWh att utvinna uranet så har du en EROEI=10/2=5. Energi in dividerat med energi ut helt enkelt. Nedan är EROEI grafen.
Jag har dragit ett rakt streck för EROEI=10, allt över det kan räknas som riktigt bra. Olja och kol ligger runt 10 ifall jag inte minns fel. Vid uranhalter runt 20ppm(parts per million vilket är lika med gram uran per ton malm) sjunker EROEI för lättvattenreaktorer under 10 och vid 3-4 ppm sjunker det under 1. EROEI under ett innebär att man slösar mer energi på att utvinna uranet än man får tillbaka när man använder det, vilket naturligtvis är meningslöst. I fallet med breederreaktorer är EROEI över hundra även vid halter så låga som 3ppm. 3ppm är genomsnittskoncentrationen av uran i berggrunden. Det betyder att vi med breeder reaktorer kan utvinna uran ur vanlig hederlig berggrund och ändå göra en enorm energimässig nettovinst. Vi kommer med andra ord aldrig, ur ett energiperspektiv, få slut på kärnbränsle om vi går över till slutna breeder bränslecykler. Jag har naturligtvis försummar energin som går åt till att bygga och riva själva kärnkraftverket. Men den energiåtgången är någon enstaka procent av energin som produceras i kraftverket så jag kan försumma det( se tex vattenfalls EDP) här utan att det påverkar slutsatserna nämnvärt. Ur en EROEI synvinkel så kan vi utvinna energi ur granit i en breeder bränslecykel och ner till under 100ppm i lättvattenreaktorer.
Då kommer vi till ekonomiska perspektivet, detta är lite luddigare. Jag har använt kostnader som anges i min referens 1 som kostnad för malmbrytning men för att vara riktigt konservativ så multiplicerade jag kostnaden med 4 för att täcka driftskostnader etc. Sen har jag räknat om det i kostnad per kg uran, då får man grafen nedan.
Det röda strecket anger kostnad för att utvinna ett kilo uran vid olika uranhalter, det blå strecket anger värdet på energin man kan utvinna ur ett kilo uran i en lättvattenreaktor. Har då antagit att en kWh el är värd 1 krona, slutligen det gröna strecket anger värdet på energin man kan utvinna ur en breeder reaktor. Vid runt 10ppm kostar uran alltså runt 10 000 per kilo att utvinna, ett sanslöst pris kan man tro. Men om man ser på energivärdet i det kilot så blir det inte så farligt. Faktiskt blir urankostnaden enbart 0.3 öre per producerad kWh elektricitet i breeder reaktorer! I lättvattenreaktorer däremot så blir kostnaden 18 öre/kWh. Magstarkt och förmodligen för dyrt. Under 100 ppm kan vi nog inte gå med lättvattenreaktorer innan det blir ekonomiskt knepigt. De lägsta halterna som bryts idag är 300 ppm i Rossinggruvan.
Slutligen har vi då hur mycket malm som måste brytas, detta är högst väsentligt ur miljösynpunkt. I detta fallet har jag räknat fram hur många ton malm som måste brytas om uran ska täcka hela världens energikonsumption. Världen konsumerar 470 exajoule, 470 följt av 18 nollor, av dom 470 exajoulen så står kärnkraft för 30 exajoule. Jag räknar alltså med 15ggr så mycket kärnkraft som vi har idag. Resultatet ser man nedan, återigen för både lättvattenreaktorer och breederreaktorer.
Som jämförelse har jag inkluderat den mängd kol som nu bryts årligen. 6 miljarder ton, vilket producerar 170 exajoule per år. Hur mycket gruvbrytning man är beredd att leva med är givetvis en subjektiv fråga. Men att leva med hälften av den gruvbrytning som idag sker pga kolkraft verkar rimligt. Med den begränsningen kan vi inte bryta uran i halter lägre än runt 1000 ppm, om all världens energi ska komma enbart från lättvattenreaktorer dvs. Däremot kan vi gå till halter så låga som 10 ppm i fallet med breederreaktorer! Återigen ser vi alltså att vi kan utvinna uran direkt ur granit, utan att vi för den delen behöver bryta orimligt stora mängder i jämförelse med vad som bryts idag.
Här är samma graf som ovan fast brytningsmängderna är istället uttryckt som procent av den mängd kol som bryts. Notera att jag nu har zommat in och att y-axeln inte längre är logaritmerade så att man verkligen ska se skillanden mellan lättvattenreaktor och breeders.
Slutligen så vore det kanske intressant att veta hur mycket uran som finns. Det anger tabellen nedan /3.
Om vi ska förse hela världens energi med lättvattenreaktorer krävs det 2,7 miljoner ton uran per år, som jag skrev tidigare begränsar vi oss i fallet med lättvattenreaktorer till uranfyndigheter över 1000 ppm. Då har vi endast uran för 30 år, knappast hållbart! Begränsar vi oss enbart av ekonomiskt skäl till 100 ppm har vi uran för 700 år, det börjar närma sig hållbart! Men brytningsmängderna blir väldigt stora och att ta hand om 2.7 miljoner ton högaktivt avfall varje år hade inte varit lätt! Enbart den avfallsmängden utesluter det alternativen i mina ögon, men det är som sagt om lättvattenreaktorer ensam täcker hela världens behov av energi.
Om vi ser på breedercykeln så krävs det bara runt 35 000 ton uran per år för att förse hela världen med energi och då kan vi bryta halter så låga som 10ppm utan problem. Det räcker i 23 miljoner år, det vill iallafall jag påstå är hållbart! Hela mänsklighetens energibehov täcks, gruvbrytningen pga energiproduktion mer än halveras jämfört med idag och inget långlivat radioaktivt material måste slutförvaras. Ser vi till uran över 100ppm så räcker det i närmare 60 000 år och då är den totala mängden malm som bryts enbart några procent av den mängd kol som bryts idag.
Vad kan man då dra för slutsatser av min lilla enkla analys ovan?
1. Öppen bränslecykel och lättvattenreaktorer är inte långsiktig hållbart ifall kärnkraften ska spela en stor roll i ett längre perspektiv. Men om vi enbart ser till ekonomi och ignorerar hur stora mängder som måste brytas så kan vi bygga 20ggr så många reaktorer som vi har idag och ändå har uran för några hundra år utan att behöva breeders.
2. Slutna bränslecykler med breeder reaktorer är i princip oändligt hållbara, vi har bränsle till breeder så länge vi har granit att bryta! Graniten kommer naturligtvis aldrig ta slut! Dessutom blir miljöpåverkan från gruvbrytning pga energiproduktion betydligt mindre, faktiskt bara någon procent, av vad den är idag pga kolbrytning.
3. Uran är inte en begränsande faktor för kärnkraften, om man även tar hänsyn till torium som det finns 3ggr så mycket av så försvinner alla argument mot att vi kommer få slut på kärnbränsle. Det handlar enbart om att byta reaktorteknik och vi har gott om tid på oss att göra det!
1. " BENCHMARKING THE ENERGY ONSUMPTION OF CANADIAN OPEN-PIT MINES"
2. http://www.globalsecurity.org/wmd/intro/u-centrifuge.htm
3. Deffeyes & MacGregor, "World Uranium resources" Scientific American, Vol 242, No 1, January 1980, pp. 66-76
Kärnkraft och koldioxidutsläpp, sammanfattning.
Jag har märkt att jag ständigt måste försöka leta upp gamla inlägg jag skrivit när jag debatterar lite här och var på nätet. För att göra det enkelt för mig själv så ska jag starta en ny kategori av inlägg, sammanfattningar kort och gott. Jag ska försöka hålla den absolut högsta kvaliten på sammanfattningarna och inte skriva något jag inte har goda referenser för. Kommer även gå tillbaka och uppdatera dom regelbundet när jag stöter på ny forskning. Om någon har en invändning mot vad jag skriver så diskuterar jag det gärna, men presentera isåfall referenser! Enbart en åsikter bryr jag mig inte om eftersom de har noll värde.
Jag börjar verkligen bli trött på allt skriveri om kärnkraft och koldioxidutsläpp så det blir nog bra som första sammanfattning. 
För att beräkna koldioxidutsläppen, eller vilka andra utsläpp som helst, för olika energislag så måste man se på precis alla steg som krävs för att producera energin. För tex en solpanel så måste man se utsläppen som uppkommer när man bryter materialen som krävs, när brytningsmaterialen förädlas, materialproduktionen, transporter etc. Hela livscykeln, den mängden utsläpp dividerar man sen helt enkelt med mängden energi man förväntas få ut och då får man tex hur många gram koldioxid som frigörs per producerad kWh energi. Det är naturligtvis omöjligt att veta exakt alla utsläpp vid alla steg i en livscykelanalys och därför så måste antaganden göras. Olika forskare använder lite olika antaganden och därför ser man olika siffror i olika studier. Men oftast är siffrorna relativt konsekventa, dvs man ser inte att ett energislag ger upphov till 10 gram co2/kWh i en studie för att sen se 1000 g co2/kWh i en annan. För att vara på den säkra sidan borde man se till så många livscykelanalyser man kan innan man drar någon slutsats. Om någon enstaka livscykelanalys visar en abnormalt hög eller låg siffra så är det dags att bli skeptisk.
För kärnkraft så frigörs koldioxid när man bryter uranmalm, när malmen behandlas, när uranet anrikas, när man tillverkar bränsle av uranet, när bränslet transporteras, vid byggnation, drift och rivning av själva kraftverket och sen slutligen vid transport och förvaring av avfallet. Just uranbrytningen har kärnkraftsmotståndare hängt upp sig på, de hävdar att utsläppen vid uranbrytning är så pass stora att kärnkraft nästan är lika dålig som kolkraft. Som tur är så har det gjorts många livscykelanalyser för kärnkraft, både av fristående forskare vid universitet, av organ som IAEA och av industrin själv.
Jag startar med en sammanfattning som gjorts av Daniel Weisser i "A guide to life-cycle greenhouse gas (GHG) emissions from electric supply technologies" Energy 32 (2007) 1543-1559. Klicka på bilden för att se resultaten.
Weissers resultat för kärnkraft är en sammanfattat från 8 olika livscykelanalyser, en lista på dom kan ni se i botten på mitt blogginlägg. Resultaten för andra energislag är från andra livscykelanalyser. Weissers sammanfattning visar:
Kärnkrafts 2.8-24 g/kWh
Vattenkraft 1-34 g/kWh
Vindkraft(land) 8-30 g/kWh
Vindkraft(havs) 9-19 g/kWh
Solceller 43-73 g/kWh
Kolkraft 950-1250 g/kWh.
I Luc Gagnon, Camille Belanger, Yohji Uchiyama "Life-cycle assessment of electricity generation options: The status of
research in year 2001", Energy Policy 30 (2002) 1267-1278, ser man denna grafen(klicka för större bild).
Kärnkraft 15 g/kWh
Sol 13 g/kWh
Vindkraft 9 g/kWh
Vattenkraft 15g/kWh
Kol 960-1050 g/kWh
I Vasilis M. Fthenakisa, Hyung Chul Kima, "Greenhouse-gas emissions from solar electric- and nuclear power: A life-cycle study" Energy Policy 35 (2007) 2549-2557, ser man dessa resultar:
Kärnkraft 16-55 g/kWh
Solkraft 17-49 g/kWh.
S.M. Rashad, F.H. Hammad, " Nuclear power and the environment: comparative assessment of environmental and health impacts of electricity-generating systems", Applied Energy 65 (2000) 211±229
Kärnkraft 9-30 g/kWh
Solceller 30-279 g/kWh
Vattenkraft 16-410 g/kWh
Vindkraft 11-75 g/kWh
Kol 860-1298 g/kWh
Young Eal Lee, Kun Jai Lee, Byong Whi Lee, "Environmental assessment of nuclear power generation in korea",
Progress in Nuclenr Energy. Vol. 37, No. 1-4. Pp. 113-l l&2000
Kärnkraft 2.77 g/kWh
Tolv olika livscykelanalyser visar alltså ungefär samma sak. Vind, vatten och kärnkraft har mer eller mindre lika stora utsläpp och står för bara en bråkdel av kolkraftens utsläpp. Sol är lite sämre än de tre men ändå ofantligt mycket bättre än kolkraft. Genomgående så kommenterar författarna till studierna att det går att sänka utsläppen både från kärnkraften och de förnyelsebara energikällorna. De övre gränserna för kärnkraftens utsläpp tex beror på de anrikningsanläggningar som drivs i regioner där kol spelar en viktig roll i elnätet, i elnät som är nästan uteslutande kärnkraft som i frankrike så är utsläppen från anrikning betydligt lägre. Dessutom så vore det fördelaktigt ifall gasdiffusions anrikningsanläggningarna byts ut mot gascentrifug eftersom den sistnämnda är mycket energisnålare. I framtiden kommer nog laser isotop separation förmodligen vara nästa steg för att sänka energiåtgången vid anrikning ännu mer.
När jag känner för det ska jag skriva lite mer här om varför van Leeuwen och Smiths livscykelanalys, som bland annat Göran Bryntse ofta refererar till, är skräp. Förutom det enkla faktum att den aldrig lyckats bli publicerad i någon granskad forskningsjournal.
*Weissers referenser:
1. Spadaro V, Langlois L, Hamilton B. Greenhouse gas emissions of electricity generation chains: assessing the difference. IAEA Bull 2000;42(2)
Dones R, Heck T, Emmenegger MF, Jungbluth N. Life-cycle inventories for the nuclear and natural gas energy systems, and examples of uncertainty analysis. Int J Life Cycle Anal 2005;10(1): 10-23.
2. Dones R, Heck T, Hirschberg S. Greenhouse gas emissions from energy systems, comparison and overview. Encyclopaedia Energy 2004;3:77-95.
3. Dones R, Heck T, Bauer C, Hirschberg S, Bickel P, Preiss P, et al. New energy technologies. Final report on work package 6-Release 2, July 2005. See also: /http://www.externe.info/expolwp6.pdfS.
4. White SC, Kulcinski GL. Birth to death analysis of the energy payback ratio and CO2 gas emission rates from coal, fission, wind, and DT-fusion electrical power plants. Fusion Eng Des 2000;48(3-4): 473-81.
5. Hondo H. Life cycle GHG emission analysis of power generation systems: Japanese case. Energy 2005;30:2042-56.
6. EPD. Summary of Vattenfall AB's certified environmental product declaration of electricity from the nuclear power plant at Forsmark. Environmental product declaration S-P-00021, 2001. See also: /http://www.environdec.com/reg/021S.
7. EPD. Summary of Vattenfall AB's certified environmental product declaration of electricity from the nuclear power plant at Ringhals. Environmental product declaration S-P-00026, 2002. See also: /http://www.environdec.com/reg/026S.