De nya, säkrare kärnreaktorerna som kan hjälpa till att stoppa klimatförändringarna

Julian Berman

BP kanske inte är den första källan du går till för miljönyheter, men dess årliga energiöversyn är mycket uppskattad av klimatbevakare. Och dess budskap från 2018 var skarpt: trots ångesten över den globala uppvärmningen var kol ansvarig för 38 % av världens kraft 2017 – exakt samma nivå som när det första globala klimatavtalet undertecknades för 20 år sedan. Ännu värre är att utsläppen av växthusgaser ökade med 2,7 % förra året, den största ökningen på sju år.

En sådan stagnation har fått många beslutsfattare och miljögrupper att dra slutsatsen att vi behöver mer kärnenergi. Till och med FN-forskare, som inte var entusiastiska i det förflutna, säger nu att varje plan för att hålla planetens temperaturökning under 1,5 °C kommer att förlita sig på ett betydande hopp i kärnenergin.

Den här historien var en del av vårt marsnummer 2019

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Men vi är på väg åt andra hållet. Tyskland är planerat att stänga alla sina kärnkraftverk till 2022; Italien röstade genom folkomröstning för att blockera eventuella framtida projekt redan 2011. Och även om kärnkraft hade ett brett offentligt stöd (vilket det inte har), är det dyrt: flera kärnkraftverk i USA stängde nyligen eftersom de inte kan konkurrera med billig skiffergas .

Om den nuvarande situationen fortsätter kommer sannolikt fler kärnkraftverk att stängas och i första hand ersättas av naturgas, vilket får utsläppen att öka, hävdade Union of Concerned Scientists – historiskt kärnkraftsskeptiker – 2018. Om alla dessa anläggningar läggs ner, föreslår beräkningar, koldioxidutsläppen skulle öka med 6 %.

Vid det här laget är den kritiska debatten inte om man ska stödja befintliga system, säger Edwin Lyman, tillförordnad chef för UCS:s kärnsäkerhetsprojekt. En mer praktisk fråga är om det är realistiskt att nya kärnkraftverk kan sättas in under de kommande decennierna i den takt som behövs.

I början av 2018 fanns det 75 separata avancerade fissionsprojekt försöker svara på den frågan enbart i Nordamerika, enligt tankesmedjan Third Way. Dessa projekt använder samma typ av reaktion som används i de konventionella kärnreaktorerna som har använts i årtionden - klyvning eller splittring av atomer.

En av de ledande teknologierna är den lilla modulära reaktorn, eller SMR: en slimmad version av konventionella fissionssystem som lovar att bli billigare och säkrare. NuScale Power, baserat i Portland, Oregon, har en design på 60 megawatt som är nära att implementeras. (En typisk högkostnads ​​konventionell klyvningsanläggning kan producera cirka 1 000 MW effekt.)

NuScale har ett avtal om att installera 12 små reaktorer för att leverera energi till en koalition av 46 kraftverk i västra USA, men projektet kan bara fortsätta om gruppens medlemmar går med på att finansiera det i slutet av detta år. Historien tyder på att det inte kommer att bli lätt. År 2011 hade Generation mPower, en annan SMR-utvecklare, ett avtal om att bygga upp till sex reaktorer liknande NuScales. Det hade stöd av företagsägarna Babcock & Wilcox, en av världens största energibyggare, men pakten lades på hyllan efter mindre än tre år eftersom inga nya kunder hade dykt upp. Inga beställningar innebar att priserna inte skulle sjunka, vilket gjorde affären ohållbar.

Medan NuScales tillvägagångssätt tar traditionella lättvattenkylda kärnreaktorer och krymper dem, använder så kallade generation IV-system alternativa kylmedel. Kina bygger en storskalig natriumkyld reaktor i Fujian-provinsen som förväntas starta 2023, och Washington-baserade TerraPower har utvecklat ett natriumkylt system som kan drivas med använt bränsle, utarmat uran eller uran direkt ur marken. TerraPower—Bill Gates är en investerare—smidde ett avtal med Peking om att bygga en demonstrationsanläggning till 2022, men Trump-administrationens restriktioner för kinesisk handel gör dess framtid tveksam.

En annan generation IV-variant, smältsaltreaktorn, är säkrare än tidigare konstruktioner eftersom den kan kyla sig själv även om systemet tappar ström helt. Det kanadensiska företaget Terrestrial Energy planerar att bygga en 190 MW-anläggning i Ontario, med sina första reaktorer som producerar kraft före 2030 till en kostnad som den säger kan konkurrera med naturgas.

En generation IV-reaktor kan snart tas i drift. Heliumkylda reaktorer med mycket hög temperatur kan köras i upp till 1 000 °C, och det statligt ägda China National Nuclear Corporation har en prototyp på 210 MW i östra Shandong-provinsen som ska anslutas till nätet i år.

Tre skäl till förnyat hopp om kärnkraft

	Små modulära reaktorer	Avancerad fission	Fusion
	SMR är en slimmad version av konventionella fissionsreaktorer. Även om de producerar mycket mindre ström, bidrar deras mindre storlek och användningen av hyllsystem till att minska kostnaderna.	Dessa reaktorer är designade för att vara säkrare än traditionella vattenkylda reaktorer, med kylmedel som flytande natrium eller smälta salter istället. Mest avancerad är stenbäddsreaktorn, kyld av en gas som helium; Kina är redo att ansluta den första sådana reaktorn till nätet i år.	Den tekniska utvecklingen går fortfarande långsamt efter decennier av investeringar, men fusionsföretag är fokuserade på hur de ska innehålla plasman som krävs för att replikera solens termonukleära förhållanden. Tekniker inkluderar magnetisk inneslutning, som fångar plasma kontinuerligt vid lågt tryck; tröghetsinneslutning, med användning av lasrar och pulserande plasma i nanosekunder åt gången; och magnetiserad målfusion, som kombinerar de två med plasmapulser som kontrolleras av magneter.
Företag	NuScale Power	China National Nuclear Corporation, TerraPower, Terrestrial Energy	ITER, TAE Technologies, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems
Uteffekt	50-200 megawatt	190-600 megawatt	100-500 megawatt
Förväntad livslängd	60 år	40-60 år	35 år
Kosta	100 miljoner dollar prototyp, 2 miljarder dollar att utveckla	Pebble beds: $400 miljoner till $1,2 miljarder Natriumkylt och smält salt: 1 miljard dollar prototyp	ITER: för närvarande 22 miljarder dollar Kostnaden för en kommersiell version är okänd
Tillgängligt	2026	Pebble bed 2019; natriumkyld 2025; smält salt 2030	Inte tidigare än 2035

Men för många är det stora energihoppet fortfarande kärnfusion. Fusionsreaktorer efterliknar kärnkraftsprocessen inuti solen, krossar lättare atomer för att förvandla dem till tyngre och frigör enorma mängder energi längs vägen. I solen drivs den processen av gravitationen. På jorden strävar ingenjörer efter att replikera fusionsförhållanden med ofattbart höga temperaturer - i storleksordningen 150 miljoner °C - men de har funnit det svårt att begränsa plasman som krävs för att smälta atomer.

En lösning byggs av ITER, tidigare känd som International Thermonuclear Experimental Reactor, under uppbyggnad sedan 2010 i Cadarache, Frankrike. Dess magnetiska inneslutningssystem har globalt stöd, men kostnaderna har exploderat till 22 miljarder dollar under förseningar och politiska gräl. De första experimenten, som ursprungligen var planerade till 2018, har skjutits tillbaka till 2025.

Vancouvers General Fusion använder en kombination av fysiskt tryck och magnetfält för att skapa plasmapulser som varar miljondelar av en sekund. Detta är ett mindre komplicerat tillvägagångssätt än ITERs, vilket gör det mycket billigare – men tekniska utmaningar kvarstår, inklusive att tillverka titankomponenter som kan hantera arbetsbördan. Ändå förväntar sig General Fusion att dess reaktorer är utplacerbara inom 10 till 15 år.

Kalifornien-baserade TAE Technologies har under tiden ägnat 20 år åt att utveckla en fusionsreaktor som omvandlar energi direkt till elektricitet. Företaget, som har fått 500 miljoner dollar från investerare, förutspådde i januari att det skulle vara kommersiellt inom fem år.

Många väljare tror helt enkelt inte på företagens löften om att ny teknik kan undvika gamla misstag.

Så kommer någon av dessa tekniker att lyckas? Avancerad klyvning minskar kärnavfallet – även att använda det som bränsle – och drastiskt krymper risken för tragedier som Fukushima eller Tjernobyl. Ändå har inga sådana reaktorer licensierats eller utplacerats utanför Kina eller Ryssland. Många väljare tror helt enkelt inte på företag när de lovar att ny teknik kan undvika gamla misstag.

Det är dock inte bara politik: kostnaden är också en faktor. Avancerad fission lovar att minska de löjligt dyra initiala kostnaderna för kärnenergi genom att skapa reaktorer som kan fabriksbyggas, snarare än specialtillverkade. Detta skulle få priserna att rasa, precis som de har gjort för vind och sol. Men privata företag har sällan visat sig framgångsrika när det gäller att slutföra dessa projekt: de största framstegen har kommit från mycket centraliserade, statligt styrda system som lättare kan absorbera risker.

General Fusion VD Chris Mowry hävdar att fission helt enkelt står inför för många hinder för att vara framgångsrik. Han har erfarenhet: han var en grundare av mPower, SMR-företaget som hamnade i malpåse 2014. Fusionsreaktorer kan vara svårare att bygga, menar han, men de är mer socialt acceptabla. Det är därför det har funnits en ström av riskkapital till fusion, säger han – investerare är övertygade om att det kommer att finnas ett hav av ivriga köpare som väntar på den som kan få det att fungera först.

Men har fusion verkligen så mycket mer utrymme att manövrera? Det är sant att det lågaktiva, kortlivade radioaktiva tritiumavfallet det producerar inte utgör någon allvarlig fara, och tekniken gör att härdsmältningar är omöjliga. Men kostnaderna är fortfarande höga och tidslinjerna är fortfarande långa - ITERs fusionsreaktor är mycket dyrare än vad som ursprungligen planerats och kommer inte att fungera på minst 15 år. Samtidigt vill gröna politiker i Europa redan att ITER ska stängas, och många anti-kärnkraftsaktivister skiljer inte mellan fission och fusion.

Experter kanske ställer upp bakom kärnkraft, men att övertyga skeptiska väljare är något annat.

Dölj