Vad har vätgas, rymdfarkoster, industriell processvärme och kryptovalutor gemensamt? De är alla exempel på verksamheter som kan drivas med kärnenergi, ett område som på engelska ofta kommit att kallas ”nuclear beyond electricity”.
Att kärnenergi är mer än bara kärnkraft har varit känt sedan länge. I Sverige drevs kärnkraftvärmeverket Ågesta på 60- och 70-talet. Ågesta var utrustad med så kallad kondenssvans, mottrycksturbiner med möjlighet att använda kyltorn när värmebehovet i fjärrvärmenätet understeg kondensoreffekten och kunde alltså producera både elektricitet och fjärrvärme till Farsta.
Tidigare fanns planer på omfattande fjärrvärmenät från samtliga svenska reaktorer, något som dock aldrig realiserades. I andra länder finns däremot flera exempel där kärnkraftvärmeverk producerar både elektricitet och värme för fjärrvärme och industriell processvärme.
I Schweiz har landets samtliga fyra kärnkraftverk, varav tre är i drift idag, förutom el även producerat värme från 30 °C upp till 125 °C för en rad tillämpningar. Beroende på temperatur används värmen för allt från industriell processvärme i pappersindustrin till fjärrvärme för uppvärmning av hus samt, vid lägre temperaturer, för uppvärmning av växthus. Beroende på temperatur tappar man samtidigt en del elproduktion, vilket utgör en alternativkostnad i form av den el man annars kunnat sälja. Vid de schweiziska verken produceras ungefär en kilowattimme mindre elektricitet för varje tre till åtta kilowattimmar värme som produceras, beroende på vilket kärnkraftverk det handlar om.
Omkring 60 reaktorer runtom i världen producerar eller har producerat värme till fjärrvärmenätverk, varav de flesta ligger i Ryssland. Majoriteten är lättvattenreaktorer, men det finns även snabbreaktorer och kanadensiska Candu-reaktorer.
Ny kärnkraftvärme på gång
Det finns ett antal nya initiativ till att kombinera produktion av värme och elektricitet. Det senaste att realiseras är det kinesiska Haiyang-projektet i provinsen Shandong. De två amerikanska AP1000-reaktorerna vid Haiyang började testleverans av ånga till fjärrvärmenätverket under 2019. I november 2020 övergick man till kommersiell drift för att värma motsvarande 700 000 kvadratmeter bostäder. Från och med 2021 ska hela staden Haiyang, med ungefär 650 000 invånare, värmas av de båda reaktorerna.
Med mindre modifieringar ska de båda reaktorerna kunna producera värme till 30 miljoner kvadratmeter. Ytterligare sex stycken CAP1000-reaktorer planeras vid Haiyang och fullt utbyggt ska verket då kunna värma mer än 200 miljoner kvadratmeter inom 100 km avstånd.
Förutom Haiyang ska kärnkraftverket Qinshan i provinsen Zhejiang också börja producera fjärrvärme. Med sju reaktorer i drift på totalt 4 110 MW var Qinshan tidigare Kinas största kärnkraftverk, en titel som sedan 2019 istället innehas av kärnkraftverket Yangjiang med dess 6 000 MW.
Högre temperaturer ger högre potential
Under slutet av juli 2021 återstartades den japanska högtemperaturreaktorn HTTR (High Temperature Test Reactor). Reaktorn, som ligger i prefekturen Ibaraki, nådde första kriticitet redan 1998 men stoppades i februari 2011 för planerade arbeten. Efter jordbävningen och tsunamin i mars förlängdes stoppet och 2013 kom nya krav från den japanska tillsynsmyndigheten. De sista uppgraderingarna slutfördes under 2020 och reaktorn har nu startat igen.
Den grafitmodererade reaktorn har en termisk effekt på 30 MW och kyls med heliumgas. Det möjliggör mycket höga arbetstemperaturer och 2010 demonstrerades stabil drift vid 950 °C under 50 dagar.
Termokemisk vätgasproduktion
Det japanska atomenergiorganet JAEA har sedan flera år experimenterat med vätgasproduktion baserat på den termokemiska svavel-jod-cykeln. Vid ren termolys krävs temperaturer på uppemot 4 000 °C för att spjälka syre och väte från vatten men genom svavel-jod-processen krävs istället betydligt lägre temperaturer på omkring 900 °C. De material som används kan dock orsaka problem med korrosion, särskilt vid höga temperaturer, vilket utgör ett problem. År 2019 uppnådde de japanska forskarna 150 timmar kontinuerlig vätgasproduktion och nu diskuteras en större demonstrationsanläggning vid HTTR-reaktorn.
Företaget Penultimate Power har nu gått ihop med JAEA med målet att bygga en gaskyld högtemperaturreaktor i Storbritannien innan 2029. Utannonseringen av samarbetet kommer efter att den brittiska myndigheten BEIS öppnade upp möjligheten för även avancerade reaktorer att ansöka om en designutvärdering, GDA (Generic Design Assessment), i maj 2021.
Flera vätgassamarbeten tar form
Flera samarbeten kring produktion av vätgas håller på att ta form runt om i världen. I det sydkoreanska fallet handlar det om i första hand om vätgasproduktion från Snezhinka-projektet (snöflinga) i Jamalo-Nentsien, en autonom okrug vid norra Uralbergen i Ryssland. Projektet ska vara en forskningsstation för energilösningar utan koldioxidutsläpp.
I det franska fallet rör det sig om de två kärnkraftsjättarna EdF och Rosatom som har tecknat ett partnerskap för att utveckla elektrolys och ångreformering av metangas med koldioxidinfångning. EdF startade år 2019 en särskild grupp, kallad Hynamics, för utveckling av vätgasprojekt.
Flera projekt i USA, där demonstrationsanläggningar för vätgasproduktion byggs ut vid flera befintliga kärnkraftverk.
Kärnkraftsdrivna kryptovalutor
En ny tillämpning som väckt stort intresse är kryptovalutor. De digitala valutorna kräver oerhörda mängder energi, ofta i samma storleksordning som mindre länder, och har kritiserats för att serverhallarna för att utvinna eller bryta kryptovalutorna har placerats i länder med mycket fossiltung elproduktion.
Flera vänder sig nu till den fossilfria kärnkraften och efter en rad utannonserade samarbeten, framförallt i USA, har kryptovalutor snabbt seglat upp som ett av de större tillämpningsområdena. Ett par projekt har redan börjat byggas men i andra fall återstår dock en hel del arbete innan projekten blir verklighet.
Bland annat rör det sig om kärnkraftverket Susquehanna i Pennsylvania kraftbolaget Talen Energy presenterat planer på ett datacenter på 300 MW för att producera kryptovalutor. Talen äger redan idag två dotterbolag som inriktat sig på att bygga serverhallar. Den första etappen av projektet med 165 MW serverhallar har redan börjat byggas.
På andra platser med bristande tillgång på elektricitet, bland annat New York där kärnkraftverket Indian Point nyligen lades ned i förtid, har man istället diskuterat förbud på utvinning av kryptovalutor. Det har lett till att andra områden istället lockar kryptointresserade investerare med fossilfri energi till låga priser. Ett exempel är Francis Suarez, borgmästare i Miami, som vill locka kinesiska Bitcoin-investerare med fossilfri och billig kärnkraft från kärnkraftverket Turkey Point. Elektriciteten i Miami kostar 20 procent mindre än i USA som genomsnitt.
Utanför USA har den ukrainska regeringen tillkännagivit planer på att bygga en stor serverhall på mellan 250 och 500 MW för att utvinna kryptovalutan Bitcoin.
Till de projekt som ligger längre fram i tiden hör samarbetet mellan kryptovaluteföretaget Compass och reaktortillverkaren Oklo. Företagen har ingått ett kommersiellt partneravtal som sträcker sig 20 år för att driva Bitcoin-utvinning med avancerade reaktorer från och med sent 2020-tal. Oklo utvecklar en liten metallkyld snabbreaktor med endast 1,5 MW elektrisk effekt och är den första avancerade reaktor som ansökt om licensiering i USA.
Med sikte på stjärnorna
Kärnenergi kan också driva olika typer av farkoster. Ett hundratal militära fartyg använder reaktorer för framdrivningen och men ett växande antal civila fartyg vänder sig också till kärnenergi för uthållig, tillförlitlig och koldioxidfri framdrivning.
Historiskt finns exempel på civila fraktfartyg som N/S Savannah, numera avvecklad, och ryska Sevmorput som numera är världens enda atomdrivna civila fraktfartyg. Ryssland har även ett antal civila atomdrivna isbrytare och konstruktion av flera nya och större isbrytare pågår för fullt. Sju små modulära reaktorer av typen RITM-200 har byggts för de nya isbrytarna och beslut har tagits för ett flertal reaktorer för att driva nya gruvprojekt i Ryssland.
I ett nytt projekt ska sydkoreanska forskningsinstitutet KAERI tillsammans med Samsung Heavy Industries, SHI, samarbeta för att utveckla kärnkraftsdrivna fartyg. Enligt SHI ska reaktorerna vara av typen saltsmältereaktorer (MSR) eftersom dessa är mycket säkra och kan drivas i 20 år utan att laddas med nytt bränsle.
Det finns även projekt som siktar högre. Med start från de amerikanska SNAP-projekten (Systems Nuclear Auxiliary POWER) på 1960-talet har intresset för kärnenergi både för framdrivning av rymdfarkoster och som energikälla i rymden på senare tid vuxit kraftigt.
Amerikanska Darpa har gett kontrakt på motsvarande omkring 200 miljoner kronor till General Atomics, Blue Origin och USNC (Ultra Safe Nuclear Corporation) i det så kallade Draco-programmet (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations). I programmet ska företagen utveckla en termisk kärnkraftsdrivet framdrivningssystem med fullskalig demonstration i omloppsbana år 2025. Företaget X-Energy har samtidigt fått kontrakt för att leverera bränsle till projektet.
I Europa har belgiska Tractebel fått i uppdrag av Europeiska rymdbyrån ESA att undersöka produktion av plutonium-238, ett kärnbränsle som används för rymdfarkoster, för framtida europeiska rymduppdrag. Genom värmeutveckling kan radioisotopen Pu-238 användas i termoelektriska generatorer (RTG) och värmare (RHU) för att alstra både el och värme.
Det finns många tillämpningar för kärnenergi bortom storskalig kraftproduktion. Flera projekt har tagit sikte på stjärnorna, både bildligt och bokstavligt talat.
Källa: Energiforsk