Kraft er sagens kerne

Når jeg leger med ordene i titlen er det ikke kun for sjov. Motivationen for menneskets udforskning af forskellige energikilder er ønsket om kraft. Billig og rigelig kraft. Kraft til at drive vores maskiner. Kraft til bygge vores byer. Kraft til at dyrke afgrøder. Kraft til lys og varme. 

Fra naturens side er der allerede et etableret system til dette. 150 mio. km ude i rummet hænger en gigantisk fusionsreaktor som udstråler enorme mængder af energi. Det har den nu gjort i en håndfuld mia. år, og er vist nok kun halvvejs i sin driftsperiode. De fotoner som rammer jorden derudefra har gennem tiderne udløst kemiske reaktioner i atomer og molekyler her på jorden, som resulterer i alt det vi ser i dag. Inkl. fossile brændsler, som i sin hovedbestanddel blot er oplagret solenergi.

Alting finder sin balance, og på jorden har der altid indfundet sig balancer i samspillet mellem de kemiske forhold og det liv der myldrer. Men på et tidspunkt skete der noget særligt. Mennesket fik fra naturen en mental opgradering og vi begyndte at finde på. Vi har de seneste tusinde år fået så mange livsforlængende idéer, at vi er nu så talrige, at den almindelige naturlige omsætning af solens lys til biologisk materiale, slet ikke er nok. Mens vi prøver at finde på den helt rigtige måde at skaffe energi til at skabe kraft, så brænder vi enorme mængder oplagret solenergi af i form af fossile brændsler. Men vi bruger også kernekraft. Er det en god idé? Det kommer an på hvad du sammenligner med, og hvilken type kernekraft du taler om.

Ifølge Einstein er E = mc^2 den formel der fortæller at masse kan omsættes til energi, meget energi. Ifølge formlens rene logik så vil energien fra at omsætte et kilo materiale kunne dække Danmarks forbrug af elektricitet i et år. Dette har man faktisk testet, men ikke på en særlig brugbar måde. Fx blev der i 1961 i Sovjetunionens sidste brintbombetest omsat ca. 1,5 kg lithium ved fusion på 39 nanosekunder (En tændsats udløser fission af uran, som skaber stråling af neutroner, som omsætter litium til tritium, som derefter fusionerer). Det skabte en ildkugle på 8 km i diameter. Hvis man kunne udløse en sådan proces langsomt og kontrolleret, ville det kunne dække Danmarks samlede elforbrug i ca. 600 dage (Lithium koster få hundrede kr kiloet). En almindelig kemisk reaktion ved afbrænding ville fx kræve flere mio. ton kul for at skabe samme mængde energi. Ved afbrænding omdannes masse nemlig ikke til energi. Forbrænding er blot kemiske bindinger der ændres. Selve atomerne er uændrede og vejer det samme.

Brintbomben er et vanvittigt våben, men også beviset på at Einstein havde ret, da omkring 97% af massen omsættes til ren energi, uden ret meget radioaktivt affald. Fascinationen af kernekraft er berrettiget, hvis bare man kan styre det... I kommerciel udnyttelse af kernekraft er dagligdagen langt mere kompliceret end i militæret. Før brintbomben kom atombomben, som viste at fission var langt nemmere at styre, men desværre også langt mindre effektivt (omkring 5% udnyttelsesgrad) og med stærkt radioaktivt affald, som gør frygten berrettiget.

Hvordan undgår man at disse kernereaktioner løber løbsk? Der er grundlæggende to knapper man kan skrue på: tilførsel af brændsel og køling. Det brændsel man bruger i dag er beriget uran (U-235), og man bruger det kun til fission, altså spaltning af atomer. Fusion, sammensmeltning af atomer, kræver så store energimængder for overhovedet at sætte gang i processen, at det her på jorden kun er lykkedes i brintbomber og forsøgsanlæg i få sekunder. Omdannelse af thorium til U-233 som kan bruges til fission forskes der også i, da thorium i sig selv ikke er farligt, og U-233 kan omsættes fuldstændigt.

Selvom udnyttelsesgraden af den uran man bruger i dag er relativt lille, så er gevinsten altså stor nok til at det, indtil nu, har kunne betale sig. For hvad koster det egentlig? Og er det farligt? OK, nu kunne det gå hen og blive lidt for subjektivt, så lad os få nogle tal på bordet.

Jordens befolkning bruger på ethvert givet tidspunkt 16 TW (1 terawatt = 1 mia. kilowatt) energi til elektricitet, varme og transport.
Solen leverer 23.000 TW energi på ethvert givet tidspunkt til jordens overflade.
De godt 400 fissionsreaktorer der er i drift i verden leverer ca. 0,5 TW (500 GW) elektrisk energi på ethvert givet tidspunkt.
Et moderne kernekraftværk koster ca. 37 mia. kr pr. GW kapacitet at opføre og ca. 15 mia. kr pr. GW at nedbryde efter drift i 50 år. Og prisen stiger (undtagen i Kina...).
Antallet af dødfald pr. produceret TWh elektricitet ved kernekraft er ca. 0,1. For kul er det ca. 100 (forurening medregnet).

Et kulkraftværk koster ca. 22 mia. kr pr. GW kapacitet at opføre.
Vindenergi til lands koster ca. 12 mia. kr pr. GW kapacitet at opføre.
Vindenergi til havs koster ca. 31 mia. kr pr. GW kapacitet at opføre. Og prisen falder. 
Solenergi med solceller koster ca. 17 mia. kr pr. GW kapacitet at opføre. Og prisen falder. Hurtigt...

Der er mange flere tal, og jeg kan kun opfordre til at dykke ned i dem i linkene herunder, men allerede nu er der to afgørende spørgsmål der melder sig: Hvorfor synes vi kernekraft er farligt? Og hvis det virkelig ikke er så farligt, hvorfor er der så ikke mere kernekraft i verden i dag?

Man deler kernekraftreaktorer ind i generationer, og vi taler her kun om fission med uran.

De første typer var generation 1, som ikke have tykke betonkapper til at forhindre forurening ved nedsmeltning. Tjernobyl der nedsmeltede i 1986 var en G1.
De fleste reaktorer i drift i dag er generation 2. Skaderne ved Tre-mile katastrofen i 1979 var begrænsede, fordi den delvise nedsmeltning foregik bag tykke betonmure i et G2 anlæg.
I Frankrig er man næsten på generation 3 niveau. G3 handler mest om at bruge det primære affaldsprodukt, plutonium, som yderligere brændsel. Man kalder det også Breeder-anlæg, og den endelige mængde radioaktivt affald fra disse G3 reaktorer er meget mindre end fra G2. G3 er i sagens natur meget dyrere i drift.
Nye og spændende reaktortyper er også under udvikling, som udfra deres design beskytter sig selv mod ulykker og stråling. Fx typen med smeltet salt som temperaturkontrol. Disse koncepter kaldes generation 4. Prisen på G4 er svær at sige noget om, men hvis det var billigt og simpelt, havde vi nok haft dem allerede. Westinghouse havde, sammen med Toshiba, planer om at sætte G4 reaktorer i drift i USA i 2030, men de har netop begæret konkurs.

I 60'erne og 70'erne gik der desværre så meget købmand i det, at amerikanerne og russerne skyndte sig at sælge en masse G2 anlæg til resten af verden, selvom G3, som funktionelt var mulige sidst i 60'erne, faktisk havde været en meget bedre idé. Affaldsproblemet ville i hvert fald være mindre. Og nu vi er ved affaldet. Sellafield anlægget i UK er et godt eksempel på hvor dyrt det er at håndtere radioaktivt affald. Selvom Sellafield primært, og i en meget kort periode, skulle bruges til at producere materialle til militære formål, og sidenhen har behandlet andres affald, så kan omkostningerne ved sjusket design indenfor atomindustrien være ubegribelige. Man er nu, efter mange årtiers lappeløsninger, blevet enige om en oprydningsplan der vil strække sig over 100 år og koste 1600 mia. kr. Sellafield, som jo altså ikke producerer en eneste kWh energi, koster i forvejen 20 mia. kr om året i drift.

Så svarene ligger egentlig i det jeg lige har sagt. Kernekraft bliver kun farligt når man sjusker, og hvis man ikke sjusker bliver det for dyrt. Listen over sjusk er lang, men de mest kendte eksempler er selvfølgelig Tjernobyl og Fukushima. Selvom direkte dødsfald fra ulykker som disse er begrænsede ift. fx kul, så skal man huske, at de mennesker som berøres af radioaktivt nedfald, kan blive meget syge, og konsekvenserne af selv små doser strålepåvirkning kan kræve behandling resten af livet. Men for at sætte risikoen ved kernekraft lidt i perspektiv er her en opgørelse over antal dødsfald ved ulykker i perioden 1979 - 2002:

Hydroelektriske anlæg: 3776

Kulmineulykker: 2746 (luftforurening ikke medregnet)

Ulykker med olie: 2355

Ulykker med gas/LPG: 1674

Kernekraft: 56 (Tjernobyl 1986)

Tjernobyl var i sit grunddesign noget sjusk, simpelthen fordi det var et G1 anlæg. Det burde aldrig have været lovligt at bruge den slags anlæg kommercielt, overhovedet. Nu er der endelig kommet en ny betonsarkofag til 12 mia. kr på Tjernobyl, som holder i 100 år, hvorefter man skal finde på noget nyt, fordi den nedsmeltede kerne vil være farlig i 100.000 år.

Fukushima var noget sjusk fordi de interne sikkerhedssystemer var for rigide og gammeldags, og selvfølgelig fordi det ikke kunne modstå en stor tsunami, som det burde kunne, i landets med de fleste og værste jordskælv. Oprydningen ventes at vare mindst 40 år og koste 1200 mia. kr. Og selv om langt de fleste omkom som direkte følge af tsunamien, så er hundrede tusinder blevet evakueret. Omkostningerne, både materielt og menneskeligt, er uoverskuelige.

Det er jo nogle absurde beløb vi taler om her. For de penge der skal bruges på oprydningen af bare Sellafield og Fukushima, kunne man bygge, og nedbryde, 40 sikre og gode G3 reaktorer. Eller enormt meget mere sol og vind. Så der er virkelig tale om dårlig planlægning. Rent logisk så giver kernekraft kun mening, hvis det kan bygges 100% sikkert, hvilket faktisk er muligt.

Nå, men ok, hvis vi så for en stund lader som om at vi har råd til at bygge en masse fuldstændig sikre G3 anlæg, ville det så i praksis være muligt? Hvis vi siger at verdens energiforsyning skal komme fra kernekraft, skal vi altså op på 16 TW, eller 32 gange det vi har nu, altså over 10.000 reaktorer. Hvis man begynder at se på hvor meget plads det ville kræve (reaktorer skal helst ligge ved kyster så de kan køles med havvand, samt have meget store sikkerhedszoner), og hvor meget logistik der skal til (med minedrift af uran og opbevaring af affald), så ville man faktisk give op før man kom igang. Så er det bedre at satse på G4 (eller måske endda gå all-in på fusion). For så kunne energiforsyningen faktisk blive meget ren, billig og sikker. Spørgsmålet er bare, om det når at blive billigt nok, før sol og vind, med lagring, er blevet så latterligt billigt, at ingen gider arbejde med kernekraft mere. Hvis vi bare fortsætter med de G2 reaktorer vi bruger nu, så har vi uran til mindst 50 år, men før eller siden er det under alle omstændigheder slut med den traditionelle kernekraft.

Og inden du nu når at tænke den klassiske tanke om at sol og vind jo ikke kan give os stabil energi, så skynder jeg mig lige at minde dig om, at man faktisk kan lave syntestiske brændstoffer ved hjælp af elektricitet, og at batterier er ved at vinde på lagring regnet i kr/kWh.

Her er en lille oversigt over hvor meget energi der kan udvindes af forskellige materialer med nuværende teknologi:

1 kg kul = 7 kWh (40-50 % udnyttelsesgrad i kraftværk til elektricitet)
1 liter benzin = 10 kWh
 (20-30 % udnyttelsesgrad i forbrændingsmotor)

1 kg chokolade = 7 kWh
 (25 % udnyttelsesgrad i kroppen)

1 kg beriget uran U-235 = 1 mio. kWh  (5 % udnyttelsesgrad i kraftværk)

Og så et par stykker vi ikke har teknologi til at styre endnu:
1 lyn = 30-300 kWh


1 kg fusion = 30 mia. kWh

Det kan være nyttigt at sammenligne priserne på hvad det alt i alt koster at producere en kilowatt-time. Nedenfor er en hurtig sammenligning af priserne ifølge Lazard 2016. Bemærk at den billigste med solenergi er baseret på solceller uden nogen form for lagring, hvorimod sol med lagring er samme pris for solceller med batterier og solopvarmet flydende salt til drift af dampturbine.

Når man tænker på at energi fra sol og vind bliver billigere hver dag, modsat kernekraft og fossilenergi som bliver dyrere, så fornemmer man at et voldsomt skifte er på vej. Med mindre der pludselig sker et gennembrud med fission eller måske endda fusion, så vil vi snart kunne se op på solen og erkende at al vores kraft kommer direkte fra den, uden besværlige mellemled.

Kilder:

https://da.wikipedia.org/wiki/Tsar_Bomba

https://www.forbes.com/sites/jamesconca/2012/06/10/energys-deathprint-a-price-always-paid/#539e7ab4709b

https://www.nextbigfuture.com/2016/06/update-of-death-per-terawatt-hour-by.html

https://www.nytimes.com/2017/03/29/business/westinghouse-toshiba-nuclear-bankruptcy.html

http://stanfordpress.typepad.com/blog/2016/03/a-man-made-disaster.html

https://cleantechnica.com/2017/02/15/fukushima-nuclear-disaster-update-cleanup-delays-continually-rising-costs-extremely-high-radiation-levels-destroying-cleanup-robots/

https://da.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island-ulykken

http://www.dr.dk/nyheder/udland/fukushima-ulykken-koster-over-1200-milliarder-kroner

http://www.greenpeace.org/denmark/da/nyheder/2016/Tjernobyl-30-ar-efter-en-ulykke-uden-ende-/

https://ing.dk/galleri/saadan-byggede-de-staal-sarkofagen-tjernobyl-188268

https://youtu.be/E5lg73SDYUw (Hinkly Point C deary me)

http://www.wired.co.uk/article/inside-sellafield-nuclear-waste-decommissioning

https://thinkprogress.org/fukushima-has-radioactive-boars-8a1583b21856#.pk93qxy5o

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/04/12/the-future-of-energy-isnt-fossil-fuels-or-renewables-its-nuclear-fusion/#183127223bee

https://www.lazard.com/media/438038/levelized-cost-of-energy-v100.pdf

http://www.akraft.dk/divtyper.htm

http://fortune.com/2016/06/06/lithium-price-tesla-metal-future/

https://ing.dk/fokus/fukushima-katastrofen

http://www.akraft.dk

https://www.eia.gov/analysis/studies/powerplants/capitalcost/pdf/capcost_assumption.pdf

https://www.theengineer.co.uk/thorium-nuclear-reactor/

https://cleantechnica.com/2017/08/28/nuclear-power-facilities-bleeding-cash-renewables-surpass-nuclear-capacity-year/
Særligt i dette opslag tager jeg forbehold for regnefejl, men kommenter gerne så jeg kan blive klogere :-)