Energiatekniikka, Ydinvoima, Innovaatio
Julkaistu: 2022-10-03 Päivitetty: 2023-01-23 kl. 07:13
Ydinpolttoaineen energiasisällöstä olisi uuden teknologian ansiosta mahdollista hyödyntää yli puolet sen sijaan että siitä saadaan käyttöön vain kolme prosenttia. Neljännen sukupolven ydinvoimaloita kehitetään, jotta suurin osa ydinjätteestä voitaisiin käyttää uudelleen.
Nykyiset reaktorit vaativat tietyntyyppistä polttoainetta, eivätkä ne pysty hyödyntämään suurinta osaa käytön jälkeen jääneestä polttoaineesta.
Maailmalla olevista reaktoreista kertyy tänä päivänä satoja tuhansia tonneja käytettyä ydinpolttoainetta. Suurin osa polttoaineesta varastoidaan täysin käsittelemättömänä ja se säilyttää enimmän osan energia-arvostaan.
Jälleenkäsittely, eli ydinjätteen käsittely niin, että sitä voidaan käyttää uudelleen polttoaineena, tarkoittaa, että energiasisällöstä voidaan tällä hetkellä hyödyntää vain pieni osa. Osittain tähän on syynä ydinjätteen jälleenkäsittelyn monimutkaisuus mutta myös se, että nykyiset reaktorit vaativat tietyntyyppistä polttoainetta eivätkä ne pysty hyödyntämään suurinta osaa siitä käytön jälkeen. Lyhyesti sanottuna uraanista on olemassa erilaisia polttoaineena toimivia variantteja, isotooppeja, ja näistä uraani-235 on helpoin halkaista ja käyttää.
Tutkimus ja käytännön testaus täysin uudella reaktoritekniikalla on kuitenkin täydessä vauhdissa. Neljännen sukupolven ydinvoimalla tarkoitetaan useita eri tekniikoita, joissa voidaan hyödyntää suurempaa osuutta ydinpolttoaineen energia-arvosta ja joissa ydinjätteen puoliintumisaika on huomattavasti lyhyempi - tosin kestää noin tuhat vuotta, ennen kuin ydinjätteen lähettämä säteily on vähentynyt vaarattomalle tasolle.
Ruotsalainen ydinjätehuoltoyhtiö SKB varastoi käytetyn ydinpolttoaineen eri tavoin riippuen siitä, kuinka kauan sitten se on poistettu reaktorista. Kuvassa on ydinjätteen Clab-välivarasto Oskarshamnissa.
Neljännen sukupolven ydinvoimalat voivat käyttää polttoaineena esimerkiksi plutoniumia. Kaiken kaikkiaan yli 60 prosenttia muun muassa plutoniumiksi hajoavan uraanin energia-arvosta on mahdollista hyödyntää.
Jos tämä hyötämiseksi kutsuttu teknologia korvaa nykyisen ydinvoimateknologian, uutta uraania ei ole tarpeen louhia lähitulevaisuudessa.
Ydinpolttoainetta käytetään tällä hetkellä Ruotsissa olevissa 2. ja 3. sukupolven ydinvoimaloissa viiden vuoden ajan. Sen jälkeen fissioprosessia, hajoamista, ei voida jatkaa. Neljännen sukupolven reaktorit voivat sen sijaan tuottaa enemmän halkeamiskelpoista materiaalia sinä aikana, kun ne tuottavat energiaa. Jos tämä hyötämiseksi kutsuttu teknologia korvaa nykyisen ydinvoimateknologian, uutta uraania ei ole tarpeen louhia lähitulevaisuudessa.
Hyötämistä on käytetty useissa toimivissa reaktoreissa, mutta muun muassa Ruotsissa ja Yhdysvalloissa se kiellettiin jo varhaisessa vaiheessa, koska siitä saatavasta polttoaineesta voidaan teoriassa valmistaa ydinaseita. Hyötöreaktorit on jäähdytettävä nestemäisillä metalleilla, kuten natriumilla, lyijyllä tai kaasulla veden sijasta.
Ruotsissa uutta ydinvoimatekniikkaa tutkitaan muassa Chalmersin teknillisessä korkeakoulussa ja Kuninkaallisessa teknillisessä korkeakoulussa. Blykalla/Leadcold -yritys aikoo rakentaa lyijyjäähdytteisen testireaktorin ilman ydinpolttoainetta Oskarshamniin muun muassa jäähdytysjärjestelmän arviointia varten.
Useat neljännen sukupolven ydinvoimaloiden tutkimushankkeet tähtäävät hyötämisteknologian käyttöön pienissä modulaarisissa reaktoreissa.
Useat neljännen sukupolven ydinvoimaloiden tutkimushankkeet tähtäävät hyötämisteknologian käyttöön pienissä modulaarisissa SMR-reaktoreissa, joiden toiminta-aika voi muun muassa olla pidempi ilman polttoaineen uudelleentäyttöä.
Vaikka hyötöreaktorissa käytetyn ydinpolttoaineen puoliintumisaika on lyhyempi ja siten vaarallinen säteily vähenee nopeammin, polttoaineen ja muun jätteen käsittely on turvattava huolellisesti. SKB:n suunnittelemaa ruotsalaista loppusijoitusmenetelmää ydinpolttoaineen hyvin pitkäkestoiseen varastointiin voidaan käyttää myös neljännen sukupolven ydinvoimalaitosten polttoainejätteeseen.
