Den såkalte fjerde generasjonen av kjernekraftverk skal kunne løse en del av utfordringene kjernekraft tradisjonelt har slitt med. Men ikke vent å se veldig mange av dem i virksomhet på et par tiår. Mye av teknologien er uprøvd, og selv om noen enkeltreaktorer allerede finnes, blir det neste tiåret avgjørende for hvilke av teknologiene som vinner frem. NTNU-kjernekraftforskere Martin Hjelmeland og Jonas Kristiansen Nøland forklarer.

Vi snakker med

Martin Hjelmeland er postdoktor ved Institutt for elektrisk energi, NTNU.
Jonas Kristiansen Nøland er førsteamanuensis ved Institutt for elektrisk energi, NTNU.

<2°C: – Helt kort: Hva ligger i begrepet «Generasjon IV-kjernekraftverk»?

Martin Hjelmeland: – Når vi snakker om kjernekraft, tenker mange kanskje først og fremst på lettvannsreaktorer, som stammer fra USAs ubåtprogram på 1950-tallet. Bortsett fra den canadiske CANDU-reaktoren, og våre norske forskningsreaktorer som brukte tungtvann, har de fleste kommersielle kjernekraftverk fra generasjon I og opp til generasjon III vært slike. Men det finnes et stort utvalg av andre kjernekraftteknologier også. En rekke land gikk i 2000 sammen og ble enige om å jobbe for å videreutvikle seks såkalte fjerdegenerasjons reaktorteknologier, ofte kalt bare «Gen IV».

Jonas Kristiansen Nøland: – Gen IV-teknologi handler ikke om mindre forbedringer, men om radikale fremskritt i reaktorteknologien. For eksempel innenfor sikkerhet, energi- og varmetilgang, avfallshåndtering og fleksibilitet. Teknologiene innenfor fjerde generasjon kjernekraft gir høyere temperaturer, opp til 1000 °C, og dermed mer varme som kan brukes i industrielle prosesser.

På verdensbasis er det over 40 ulike konsepter som er i ulike stadier av utvikling. Generelt sett kan vi si at generasjon IV løser vanlige innvendinger mot kjernekraft enda bedre, som nye sikkerhetsløsninger og færre sikkerhetsutfordringer, bedre gjenbruk av radioaktivt avfall, mindre begrensninger i tilgjengelighet på brensel og alternative brensler, og en mer effektiv brenselsyklus.

<2°C: – Kan dere trekke frem noen spesielt viktige teknologier – og si noe kort om fortrinnene deres?

Hjelmeland: – De kanskje mest lovende er saltsmeltereaktorer, blykjølte reaktorer og gasskjølte høytemperaturreaktorer. For å ta den som kanskje har størst potensial først, så er saltsmelteteknologiene veldig spennende. Ifølge Det internasjonale atomenergibyrået, IAEA, er 14 slike under utvikling.

Her er reaktoren allerede smeltet ned, så videre nedsmelting – det man er redd for at skal skje i konvensjonelle reaktorer – er fysisk umulig. Og mens de fleste tradisjonelle reaktorer er satt under trykk, drives saltsmeltereaktorer nær vanlig atmosfæretrykk. Det reduserer kompleksiteten og sikkerhetsutfordringene. De har også såkalt negativ reaktivitet, som kort fortalt gjør dem ekstra stabile og fleksible.

Nøland: – Se for deg at vi har et økende kraftbehov i strømnettet. Vi drar da mer energi ut av saltsmelten og temperaturen inne i reaktoren synker. Det gjør at atomene i saltsmelten kommer tettere sammen, noe som gjør at energiproduksjonen øker.

Hjelmeland: – Denne mekanismen fungerer begge veier, så du kan også skru ned produksjonen når etterspørselen går ned. Det er denne teknologien de to danske selskapene Copenhagen Atomics og Seaborg utvikler.

Nøland: – Den største utfordringen med saltsmeltereaktorer er bruken av flytende salt som sliter på komponenter inne i reaktoren. Høye temperaturer skaper også utfordringer, samtidig som det gir muligheter. I dag er mange industrielle prosesser avhengige av bruk av koks eller gass for å oppnå høy nok temperatur.

Dette ekspertintervjuet er gjort i forbindelse med vårt nye temanotat om kjernekraft.

Les notatet her

Last ned PDF

Mer effektiv brenselbruk

<2°C: – Kan dere si mer om blykjølte reaktorer og høytemperaturreaktorer?

Hjelmeland: – Blykjølte reaktorer er spesielt kompakte. Som er ideelt i for eksempel skipsfart eller ubåtbruk, der denne teknologien tidligere har blitt brukt. Bly er utmerket til å lede varme, og skaper også et reflekterende skjold rundt reaktorkjernen. Dermed kommer færrest mulig nøytroner på avveie. Den blykjølte teknologien deler også noen egenskaper med saltsmelteteknologien. Den har en såkalt lukket brenselsyklus, som betyr at den kan utnytte en mye større del av brenselet. I konvensjonelle lettvannsreaktorer blir bare 5 prosent av den potensielle energien i brenselet utnyttet.  

Nøland: – Det er vanskelig å få ut all energien i brenselet i én omgang. Men i flere omganger vil man kunne utnytte mye av den tilgjengelige energien. Det tilsynelatende avfallet fungerer altså som brensel. Og dette brenselet kommer i større mengder enn det som forbrukes, så man går lenge i overskudd. Se for deg en bensinbil som produserer mer bensin ut av eksosen enn det den bruker.

Nøland: – LeadCold, eller på svensk Blykalla, er et svensk firma som jobber med å utvikle den blykjølte typen reaktor. De hevder å ha utviklet et aluminiumlegert stål som skal løse utfordringene med korrosjon.

Hjelmeland: – Høytemperaturreaktorer kan brukes på enda høyere temperaturer enn de blykjølte. De er spesielt interessante fordi de kan generere damp ved temperaturer opp til 1000 grader. Det er nyttig for avkarbonisering av tunge industrielle prosesser som krever varme ved svært høy temperatur. I denne reaktortypen er brenselet innkapslet i keramiske kuler med heliumgass som brukes til å transportere varme ut fra reaktorkjernen. Kina har faktisk allerede bygget en slik reaktor, og Japan og Polen har inngått et samarbeid for å videreutvikle et japansk design.

Hva kommer først?

<2°C: – Hvilken av disse teknologiene er mest modne? Dere nevnte at noen enkeltreaktorer finnes allerede, men når kommer de trillende av samlebåndet?

Nøland: – Den kinesiske vi nevnte, er en høytemperatur gasskjølt generasjon IV-reaktor som begynte å levere strøm til det kinesiske kraftnettet i desember 2021. Den er laget som to små modulære reaktorer (SMR) på 210 MW hver. Kina har nemlig kommet veldig langt med saltsmelteteknologien og har en testreaktor i drift, tre år før planlagt. Blir det vellykket, er planen deres å bygge en større innen 2030.

Det er likevel en del arbeid som gjenstår for å få en forskningsreaktor til å bli hyllevare kommersielt. Det er imidlertid flere andre konsepter som er under bygging. Ifølge IAEA er det 20 gasskjølte reaktorer under utvikling. 

Hjelmeland: – Når det kommer til Vesten, er det veldig mange spennende selskaper. Et eksempel er Terrapower, med Bill Gates som investor. De lanserte nylig at de vil bygge sitt Natrium-konsept i USA. En interessant detalj med det prosjektet er at reaktoren inkluderer et termisk batteri. Med det kan man lagre energi når det ikke er behov, typisk midt på dagen når det er mye solkraft, og deretter tømme det på morgen og ettermiddag når etterspørselen er stor.

Nøland: – Det er som sagt mye spennende å følge med på på denne fronten. Det er få energikilder hvor det investeres like store pengesummer i håp om radikale forbedringer, som kjernekraften. Men det er viktig at man ikke velger bort de kjernekraftløsningene som er modne i dag mens vi venter på utviklingen av potensielt bedre teknologier i fremtiden.

Det store kostnadsspørsmålet

<2°C: – Hva med kostnader? De nyeste konvensjonelle reaktorene som er bygget i Vesten har jo fått rykte på seg for å være skikkelige pengesluk …

Nøland: – Det er usikre kostnadsestimater for fjerde generasjons kjernekraft. Men det er likevel flere drivere som gjør at kostnadene kan gå ned samtidig som nytteverdien går opp. Høyere temperaturer gjør kombinert varme- og strømforbruk mer lukrativt. De høyere temperaturene gjør at den elektriske virkningsgraden kan øke med opp til 50 prosent. Færre sikkerhetsutfordringer kan også drive ned kostnader. Det som driver opp kostnadene på kort sikt, er manglende standardisering, uetablerte forsyningskjeder og manglende regulatorisk arbeid.

Hjelmeland: – Det er utfordrende å si hva kostnadene ender på. En ting er utviklings- og produksjonskostnadene, men det er også regulatoriske hindre som er fordyrende. Kjernekraft er en av de sikreste og mest miljøvennlige energikildene vi har, men det er også en av de mest regulerte.

For eksempel har reguleringer i USA gjort det utfordrende for nye aktører å komme på banen. Selskapet NuScale måtte levere rundt 160 tusen sider med dokumentasjon for å få sitt SMR-design godkjent, og andre har møtt lignende utfordringer. Dette skaper et vanskelig miljø for oppstartsselskaper og nye idéer. Dermed er det ikke nødvendigvis en stor ulempe å starte med blanke ark for land uten kommersiell kjernekraftindustri.

Utfordringene vi ikke kan forutse

<2°C: – Alt dette høres lovende ut, men jeg hører jo at det er skeptiske stemmer. Kan vi stole på at vi ikke bare konstruerer oss til et nytt problem hver gang vi løser et gammelt?

Hjelmeland: – Det er naturlig at nye teknologier presenterer utfordringer vi ikke kan forutse. Likevel må vi sette ting i perspektiv: EU sitt vitenskapspanel har indikert at om hele Norges energibehov ble dekket av kjernekraft med dagens teknologi, ville vi oppleve ett dødsfall hvert 9200 år. Dette setter risiko- og sikkerhetsaspektet i kontekst. De nye teknologiene kan på sikt vise seg å bli helt avgjørende på reisen til en helt fossilfri verden. Å si nei til slike jokere i klimakampen kan få alvorlige og uante konsekvenser.

<2°C: – Burde vi ikke heller bare gjøre reaktorene vi har, enda sikrere?

Nøland: – Ifølge EUs vitenskapspanel er moderne kjernekraft allerede den tryggeste energiformen vi kjenner til. Det er en bedre investering å bruke penger på neste generasjons kjernekraft enn å sløse bort unødig mye penger på å gjøre verdens sikreste energiform enda sikrere. Vi har ikke ubegrenset med ressurser. Om vi hadde ført en slik linje, ville vi bremset all innovasjon innenfor en av verdens mest innovative sektorer og lagt grunnlaget for å forbli i fortiden.

<2°C: – Når kan vi vente å se disse? Jeg hører det amerikanske energidepartementet har satt i gang en prosess for å bygge to pilotkraftverk, som selv etter planen de selv karakteriserer som aggressiv, neppe er i drift før 2030. Og så skal det kommersialiseres og bygges. Utover en pilot hist og her, vil gen IV-kraftverk bidra noe vesentlig til å dekke verdens energibehov før 2050?

Hjelmeland: – Tidshorisontene for utrulling av slike teknologier kan være utfordrende å forutsi nøyaktig. Selv om selskapene rapporterer mål om første utplassering fra 2028 og utover, er det usikkert når vi faktisk vil se noe konkret i vestlige land. Med dette i bakhodet, antar jeg at vi kan forvente at denne generasjonen begynner å gjøre en merkbar forskjell i avkarboniseringen rundt 2040.