211service.com
En ny vision för kärnavfall
När American Airlines Flight 11 flög på låg höjd nerför Hudson River-dalen på morgonen den 11 september 2001, var dess mål det norra tornet på World Trade Center. Men dess påverkan märks fortfarande vid ett kluster av byggnader som det passerade cirka fem minuter innan det nådde nedre Manhattan, vid ett kärnreaktorkomplex som heter Indian Point i Buchanan, NY. Intill platsens två reaktorer i drift finns två byggnader packade med högradioaktiva stavar av använt bränsle, i vattenpölar på 12 meter djupa och färgade Ty-D-Bol blå av bor som tillsatts för att motverka kärnkedjereaktioner. Det lugnande brummandet från pumparna som cirkulerar byggnadens varma, fuktiga luft – och, framför allt, håller vattnet svalt – ger en atmosfär av industriellt lugn.
Utan det kylvattnet kan bränslekapslingen överhettas, smälta, fatta eld och släppa ut strålning. Huruvida effekten av en Boeing 767 som Flight 11 skulle kunna tömma en av poolerna och inaktivera reservvattenpumpar, starta en sådan brand, är långt ifrån klart. Icke desto mindre har hotet om terrorism i allmänhet och överflygningen av Flight 11 i synnerhet återuppstått debatten om varför allt detta farliga bränsle fortfarande finns här – ja, varför allt använt bränsle som producerats vid Indian Point under tre decennier fortfarande är här – och inte vid Yucca Mountain, den federala regeringens begravningsplats nära Las Vegas, dit det var tänkt att den skulle skickas för sex år sedan.
Sent i somras började ett byggprojekt vid Indian Point som kommer att tillåta bränslet att dras ut ur bassängerna. Men det kommer inte till Yucca. Regeringen säger att Yucca inte kommer att vara redo förrän 2010. Chefer inom kärnkraftsindustrin säger att ett mer troligt datum är mellan 2015 och aldrig. Så istället för att resa till Nevada, färdas Indian Points bränsle cirka 100 meter, till en bluff med utsikt över Hudsonfloden. En sensommardag i år slet en grävskopa ut lönn- och svartvalnötsträd för att ge plats åt en betongplatta. Från och med nästa år kommer det första av planerade 72 sex meter höga betong- och stålfat att placeras där, en konfiguration som lägger till lagringskapacitet och därmed gör att de dubbla kraftverken kan fortsätta att fungera. Även om de ger en skydd mot en värsta fall av bränslepoolssmälta, är dessa fat bara ytterligare en tillfällig lösning. Det faktum att de överhuvudtaget behövs representerar det kolossala misslyckandet i det amerikanska energidepartementets Yucca-planer och -teknik.
Men när ingenjörs- och policymisslyckanden går, har den här ett guldkant. Konventionellt tänkande menar att Yuccas problem måste lösas snabbt så att kärnavfall kan avlägsnas säkert och permanent, djupt inne i ett avlägset berg. Men här är twisten: med kärnkraftsavfall kan det faktiskt löna sig att förhala. Konstruktionen av fatfält ger en chans att tänka om det konventionella. Att passera flera decennier medan avfallet ligger i fat kan vara oerhört hjälpsamt. Ett sekel skulle ge USA tid att observera framstegen när det gäller avfallslagring i andra länder. Under tiden skulle naturligt radioaktivt sönderfall göra avfallet svalare och därmed lättare att hantera. Dessutom kan tekniska framsteg under nästa århundrade ge bättre långsiktiga lagringsmetoder. Om det fortsätter i 50 år till spelar det ingen roll. Det kan fortsätta i 100 eller 200 år, och det är förmodligen till det bättre, säger Allison Macfarlane, geolog vid MIT och medredaktör för en kommande bok om Yucca. Vi har gott om tid att leka med det.
Regeringen måste nu acceptera att dess Yucca-plan är ett misslyckande och att fat är de facto-lösningen. Indian Points fatdyna kommer inte att vara den första; cirka två dussin driftreaktorer har dem redan. Andra kommer sannolikt snart att ansluta sig till listan. Och några fat – i Rowe, MA, Wiscasset, ME, Charlevoix, MI och en plats nära Sacramento, CA – är kärnkraftsföräldralösa barn som har överlevt sina reaktorer. Varje fatdyna är ungefär lika stor som en fotbollsplan, upplyst, bevakad av rörelsesensorer och sluten TV och omgiven av raktråd och beväpnade vakter. Med tanke på den oro för hemlandets säkerhet som kärnavfallsanläggningar utgör, och behovet av att skydda dem individuellt, vill vi verkligen att 60 av dem – som betjänar alla 125 kommersiella reaktorer som någonsin har varit i drift – ska resa sig runt om i landet, många nära befolkningscentra? Om fat är lösningen för nästa generation eller två bör de placeras på ett ställe.
Yucca är redan på svag mark; i juli sa en federal appellationsdomstol att för att öppna bergsbegravningsplatsen måste regeringen visa att den kan innehålla avfall i hundratusentals år. Omfattande vetenskapliga analyser av energidepartementet visar att det inte kan. Domstolens beslut kastar hela frågan tillbaka till den amerikanska kongressen, som nu måste besluta om de ska fortsätta med Yucca överhuvudtaget. Detta ger en möjlighet att anpassa politiken till fysiken och överge Yucca-eller-byst-dogmen som har dominerat debatten i nästan 20 år. Fat, centralt belägna, skulle kunna göra problemet med högnivåavfall mycket lättare att lösa och öka den nationella säkerheten mycket tidigare också.
Tunnelvisionen
Den federala fixeringen på Yucca Mountain sträcker sig nu över två decennier. Från början av 1980-talet gick regeringen med på att ta avfall från alla kärnkraftverk som betalade en avgift på en tiondels cent per kilowattimme som genererades av dess reaktorer. Alla företag skrev snabbt upp sig. Men urvalet av Yucca, 150 kilometer nordväst om Las Vegas, drevs aldrig av vetenskap. Platsen valdes av den stolta gruppen av geologer och fysiker, den amerikanska kongressen. Hittills har energidepartementet spenderat cirka 6 miljarder dollar på utveckling, inklusive att bygga en åtta kilometer lång, U-formad tunnel genom berget, på vissa ställen nästan 300 meter under ytan. Man planerar att spendera minst 50 miljarder dollar mer för att bygga dussintals sidotunnlar, paketera avfallet i stålcontainrar som ser ut som tankbilsdelen av en bensinlastbil, placera avfallet i tunnlarna och driva platsen i 50 till 100 år innan. försegla den för evigt.
Problem har plågat Yucca sedan början. I senatens debatt betonade förespråkarna hur torrt det är. Yucca ligger faktiskt i det som nu är en öken. Men det visar sig att marken är fuktig. Även de 19 eller så centimeter regn som berget får varje år är ett stort problem. Med tiden kan fukt korrodera även de bästa legeringarna som människan känner till. Korrosion skulle innebära att regnvatten som sipprar genom marken kan bära radioaktiva material med sig och föra dem till bevattningssystem och dricksvattenbrunnar i regionen, och därmed leverera betydande doser av strålning till intet ont anande människor generationer.
Värme är ett annat problem. De kortlivade radioaktiva isotoperna i använt bränsle, huvudsakligen cesium-137 och strontium-90, ger en enda bränslepatron, färsk ut ur reaktorn, en värmeeffekt som är lika med den för cirka 20 handhållna hårtorkar. Det är därför varje kraftverk har en intilliggande lagringsbassäng som cirkulerar kylvatten. När bränslet väl låg under jorden vid Yucca skulle det vara tillräckligt varmt för att koka grundvattnet till ånga. Ånga kan korrodera behållarna eller bryta upp omgivande sten, vilket ökar osäkerheten om säker begravning. Att sprida ut avfallet skulle leda bort värmen, men det skulle också kraftigt minska Yuccas lagringskapacitet. Sedan finns det problemet med radioaktivt sönderfall. Högenergipartiklar kan interagera med omgivande material, bryta ner dem eller få dem att avge väte, en gas som kan explodera eller brinna.
Tidigt i år tog forskare vid Catholic University of America, anlitade av delstaten Nevada, prover på den typ av metall som energidepartementet vill använda på Yucca och lade dem i lite vatten blandat med mineralerna som finns i berget. När en serie talare föreläste reportrar om varför Yucca var en dålig idé, sauterade forskarna metallen över en brännare. När föreläsningarna var gjorda hade proverna korroderat, några av dem hela vägen igenom. Hur troget stuntet återgav Yucca Mountains kemi kan diskuteras. Men uppenbarligen är Yucca föremål för allvarliga tvivel. Man måste tänka någonstans tillbaka i premissstrukturen för det hela, något var fruktansvärt fel, säger Stewart Brand, en San Francisco-baserad konsult som en gång rådde den kanadensiska regeringen om vad man skulle göra med sitt eget avfall.
Kylare bränsle
Argumentet mot fat är att de bara är tillfälliga, inte avsedda att tjäna längre än kanske 100 år, och att de är ett slags överlämnande som lämnar denna generations avfallsproblem till en framtida generation att lösa. Ändå är deras förgänglighet exakt det som är bra med dem. Ett sekel senare kommer använt reaktorbränsle att bli svalare och mer mottagligt för permanent slutförvaring. Faktum är att inom några decennier kommer det genomsnittliga bränsleknippets värmeeffekt att vara nere på två eller tre hårtorkar. Efter 150 år kommer bara en-trettiosekunder av cesium och strontium att finnas kvar. Det återstående materialet kan begravas närmare varandra utan att koka underjordiskt vatten. Minskad värme innebär minskad osäkerhet.
Visst, använt bränsle kommer att vara långt ifrån säkert efter en så relativt kort period. Även efter 100 år kommer det fortfarande att vara så radioaktivt att några minuters direkt exponering kommer att vara dödligt. Det är många, många, många tusen år innan det är ett no nevermind, säger Geoffrey Schwartz, fatförvaltaren för Indian Point, som ägs av Entergy Nuclear. Men det använda bränslet blir mer benignt med tiden.
Bränslet kan också vara mer värdefullt. I decennier har industri och regeringstjänstemän insett att använt reaktorbränsle innehåller en stor mängd oanvänt uran, såväl som ett annat mycket bra reaktorbränsle, plutonium, som produceras som en biprodukt av att driva reaktorn. Båda kan lätt utvinnas, även om priset på nytt uran just nu är så lågt och kostnaden för utvinning så hög att det inte är praktiskt att upparbeta använt bränsle. Och det politiska klimatet gynnar inte en teknik som gör potentiellt bombbränsle – plutonium – till ett föremål för internationell handel. Men saker och ting kan bli annorlunda om 100 år. Till att börja med skulle samma bränsle kunna upparbetas mycket lättare, eftersom de potentiellt värdefulla komponenterna kommer att finnas i en matris av material som inte är så intensivt radioaktivt.
Och om 100 år kan framsteg inom upparbetningsteknik göra ekonomin övertygande. Den befintliga amerikanska teknologin härstammar från det kalla kriget och involverar utarbetade kemiska steg som skapar stora mängder flytande avfall. Men ett alternativ finns: elektrometallurgisk upparbetning. Även om forskningen om tekniken har släpat efter på senare tid på grund av det ekonomiska klimatet, kan konceptet tas på större allvar i framtiden. Elektroder skulle kunna sortera ut skräpet (atomerna som bildas när uran spjälkas) från det användbara uranet (uran-235 som fortfarande finns tillgänglig för klyvning och uran-238 som kan omvandlas till plutonium i en reaktor), på ungefär samma sätt som juvelerare använd elektrometallurgi för att applicera silverplåt. De resulterande avfallsvolymerna skulle bli mycket mindre.
Kanske viktigast av allt, om 100 år kan tillgången och efterfrågan på energi vara väldigt olika. Upparbetat kärnbränsle kan mycket väl bli en kritisk del av energiförsörjningen, om världen har slut på billig olja och vi beslutar att förbränning av kol är för skadligt för vår atmosfär. Om det händer kan vi ha 1 000 kärnreaktorer. Å andra sidan kanske vi inte har några reaktorer, beroende på utvecklingen av alternativa energikällor som sol och vind. Vid det här laget är det svårt att säga, men vi är inte skyldiga att fatta beslutet nu; vi kan lägga det använda bränslet på fat i 50 år och sedan avgöra om det är vete eller agnar.
Det finns ett sista, mer praktiskt skäl till att vi kan välja att ta ut plutonium ur använt bränsle för reaktoranvändning: det gör resten lättare att lagra. För det mesta kommer det som finns kvar inte att vara radioaktivt på nästan lika länge, och den stora mängden material kommer att vara lägre. Mark Deinert, fysiker vid Cornell University, säger att upparbetning, liksom återvinning, tar bort ungefär hälften av materialet från avfallet, vilket dramatiskt minskar lagringskostnaderna och fördubblar effektivt kapaciteten hos en anläggning som Yucca.
Satsar på bättre lagring
Även om kärnavfall skulle vara lättare att hantera om 50 eller 100 år, skulle det fortfarande kräva isolering i flera hundra tusen år. Men det finns all anledning att förvänta sig att lagringstekniken kommer att förbättras under nästa århundrade. När vi bestämmer oss för att permanent kassera avfallet, antingen efter upparbetning eller utan upparbetning, kan vi vara smartare på metallurgi, geologi och geokemi än vad vi är nu.
Idag är grundtekniken på Yucca ett material av rostfritt stål som kallas legering 22, täckt med ett paraply av titan – en droppsköld mot vatten som tränger ner genom tunneltaket. Det kan se lika primitivt ut om 100 år som bröderna Wrights 1903 Flyer ser ut för oss 2004. Eller så kan det helt enkelt vara föråldrat. Rymduppskjutningsteknik kan bli lika tillförlitlig som jetflygplan är idag, vilket ger oss ett nästan idiotsäkert sätt att kasta avfall i solens omloppsbana. Geokemins mysterier kan vara lika genomskinliga som den mänskliga genetiska koden håller på att bli, vilket skulle innebära att vi med tillförsikt skulle kunna säga vilken typ av förpackning som skulle hålla avfallet inneslutet under de närmaste hundratusen åren.
Eller så kan det finnas enklare sätt att behandla avfallet. Till exempel kan partikelacceleratorer, som rutinmässigt används för att göra medicinska isotoper, vara ett sätt att göra avfallet mer benignt. Principen har redan demonstrerats experimentellt: att avfyra subatomära partiklar mot högaktivt radioaktivt avfall kan förändra långlivade radioaktiva material till kortlivade. Richard A. Meserve, en tidigare ordförande för U.S. Nuclear Regulatory Commission och nu ordförande för en National Academy of Sciences panel för kärnavfall, säger att denna teknik, känd som transmutation, kan bli mer praktisk om 100 år. Tekniken med acceleratorer har avancerat de senaste åren, säger han, och det är en bra satsning att den kommer att fortsätta att göra det.
Vissa alternativa lagringstekniker behöver bara några fler år av forskning och utveckling. Den ena är keramiska förpackningar. Keramik har bra motståndskraft mot strålning och värme, och de rostar inte. För tillfället gjuter ingen keramik som är tillräckligt stor för att rymma bränslepatroner, som vanligtvis är cirka fyra meter långa. Men det finns ingen teoretisk gräns för storlekarna på keramik; det har helt enkelt inte funnits några ekonomiska incitament att göra jättelika. Det kommer det inte heller att finnas, förrän den enda troliga kunden för dem, energidepartementet, beslutar att metallen den handlar efter nu inte klarar jobbet.
Ett annat alternativ kräver att avfall blandas med keramik eller mineraler för att bilda ett stenliknande material som omfattar cirka 20 procent avfall. Avfallet skulle vara kemiskt bundet i stabila material som inte är benägna att reagera med vatten. Med några decenniers anståndstid kunde ingenjörer bygga prover och testa dem i tuffa miljöer. Men även om idén har funnits i mer än 10 år, har ingen lagt seriösa forskningspengar på den, eftersom dess enda möjliga amerikanska kund, Energy Department, har engagerat sig i Yucca.
Den situationen visar inga tecken på förändring. Energidepartementet, efter kongressens order, har hittills avböjt att överväga alternativ. Man-Sung Yim, en kärnkraftsforskare vid North Carolina State University i Raleigh, hävdar att en del av dessa teknologier redan är mogna men har skjutits åt sidan i energidepartementets, möjligen meningslösa, brådska att öppna Yucca. Min läsning vid det här laget är att människor som arbetar på Yucca Mountains projektkontor inte riktigt vill ändra designen. Ju mer förändring du tar in, desto mer försenade processerna, säger Yim. Det är synd, för vi kan göra det bättre.
Central Casking
Men strävan efter den perfekta lösningen (förutsatt att djup geologisk slutförvaring till och med skulle kunna fulländas) har ignorerat en realistisk lösning. Och när det perfekta misslyckas, som nu verkar troligt, kommer vi att sitta kvar med något som ingen rationell person skulle ha valt: avfallsplatser utspridda från kust till kust, på platser där reaktorer brukade vara, var och en med sin egen säkerhetsstyrka, underhållspersonal, och uteslutningszon. Vi är här för att driva ett företag så effektivt som möjligt, säger John Sanchez, projektledaren som övervakade planeringen av paden på Indian Point när han arbetade på Consolidated Edison, webbplatsens tidigare ägare. I en perfekt värld skulle du inte ha 60 av någonting, om du kunde ha en. Men efter 20 års strävan efter geologisk förvaring och 15 år av att jaga Yucca och undvika att nämna en plan B, dyker just en sådan ad hoc och suboptimal lösning fram.
Och det dyker upp utan stöd från energidepartementet. Kyle McSlarrow, energidepartementets biträdande sekreterare, vittnade inför senatens energikommitté under sommaren, att fortsatta framsteg mot att etablera ett högnivåavfallsförvar på Yucca Mountain-platsen är absolut nödvändigt. Han berättade för en annan kommitté samma dag att med framsteg mot Yuccas öppning såg industrin tydligt att kärnkraftsalternativet verkligen var tillbaka på bordet. (Avdelningen skulle inte göra McSlarrow eller andra tjänstemän tillgängliga för kommentarer för denna artikel.)
Fatförvaring är inte snyggt, men vad är det för fel med idén om ett industriförvar, några hektar avsatta för nästa århundrade eller så, en enda, bevakad plats i ett litet befolkat område, en plats som om tio år eller så kommer vara anmärkningsvärt bara för att det är en plats där snön inte fastnar? Macfarlane från MIT säger att göra en sådan webbplats säker och terroristsäker skulle kosta 6,5 miljarder dollar som mest. Är det inte värt det? Hur mycket har vi spenderat på Irak? Titta vad vi fick för de pengarna. Och det finns mer risk här, säger hon.
Att hitta en central plats innebär uppenbara utmaningar; ingen vill ha någon typ av radioaktivt avfall på sin bakgård. Men efter långa förhandlingar slutade en grupp allmännyttiga ingenjörer, inklusive Sanchez, ett avtal med Skull Valley-bandet från Goshute-indianstammen om ett långt hyresavtal på en del av dess reservat 80 kilometer väster om Salt Lake City. Området är redan värd för en flygvapnets bombområde, en nervgasdepå och förbränningsugn och en soptipp för lågaktivt radioaktivt avfall; Goshutes tror att de kan använda hyran för att köpa sig mark i ett trevligare område.
Vissa experter tror att den federala regeringen skulle kunna ta över Goshute-projektet och driva det till slut, men det finns en hake – en ironisk sådan, med tanke på farhågorna för en attack av den 11 september mot en kärnkraftsanläggning. Nuclear Regulatory Commission har fastställt att en F-16:s kraschar in i faten på väg till eller från testplatsen är en trovärdig olycka. Men även om en sådan krasch utan tvekan skulle vara katastrofal, ger faten vissa säkerhetsfördelar jämfört med dagens bränslepooler. Bränslet i fat är mycket mer utspritt och kräver inget flöde av kylvatten för att förhindra spontan spridande eld. Därmed är de värsta effekterna mer begränsade. I vilket fall som helst skulle en avlägsen central plats vara lättare att skydda med luftförsvar än många utspridda platser.
Dessa utspridda platser skapar redan lokala problem. Faten från den tidigare reaktorn i Wiscasset, ME, blockerar ombyggnaden av halvön där de förvaras, en värdefull industriplats. En fatplats nära Prairie Island Nuclear Generating Plant i Welch, MN, ligger i anslutning till ett stamdaghem och ett kasino, vilket är ingens idé om en långsiktig lösning. Oundvikligen, i kölvattnet av den 11 september, kommer Indian Point-faten att vara ett ställe för rädsla. Dessa resultat kommer att verka ännu dummare om 30 år, när många av de reaktorer som gjorde avfallet är borta.
Sanchez minns att han bar en picknicklunch till läktaren med lönnar och svarta valnötsträd som nu ersätts med en betongdyna för förvaring av kärnavfall. Allt eftersom åren går kommer färre och färre människor att veta att träden existerade. Flera decennier från nu, när dagens åldrande kärnkraftverk är avvecklade, kommer folk kanske inte ihåg att reaktorerna själva existerade. Om vi inte vidtar åtgärder snart kommer dock avfallsfat att stå ensamma på den där bluffen ovanför Hudsonfloden – och på dussintals andra platser över hela landet.