Fyra brittiska universitet har fått betydande forskningsmedel för att utveckla ny teknik kring kärngrafit – ett material som är avgörande för framtidens reaktorer men också en växande avfallsfråga.
Kärngrafit används i flera reaktortyper som moderator, det vill säga för att bromsa neutronerna i klyvningsprocessen så att kedjereaktionen kan upprätthållas. I de flesta av världens kommersiella reaktorer används vatten som moderator, men vissa avancerade reaktordesigner – däribland högtemperaturreaktorer och smältsaltreaktorer – bygger på grafit.
Nu lanseras det femåriga forskningsprogrammet ENLIGHT (Enabling a Lifecycle Approach to Graphite for Advanced Modular Reactors), lett av University of Manchester tillsammans med universiteten i Oxford, Plymouth och Loughborough. Programmet ska både stärka en inhemsk försörjningskedja av kärngrafit och utveckla metoder för att hantera landets växande mängd bestrålat grafitavfall.
Grafitbrist och växande avfall
Storbritannien har i dag ingen egen produktion av kärngrafit utan är helt beroende av import. Det är problematiskt eftersom materialet står för ungefär en tredjedel av byggkostnaderna för nya reaktorer. Samtidigt väntar en annan utmaning: de brittiska avancerade gaskylda reaktorerna (AGR), som använt grafitblock i sina reaktorkärnor, ska tas ur drift senast 2028. Redan nu finns över etthundratusen ton bestrålat grafitavfall i lagring.
ENLIGHT ska ta fram lösningar för att decontaminera, återvinna och återanvända det gamla materialet. Samtidigt utvecklas nya typer av grafit som kan tåla de extrema förhållandena i framtida avancerade modulära reaktorer (AMR). Genom att förstå hur materialen beter sig under hög värme och strålning hoppas forskarna kunna förlänga livslängden på framtidens grafitkomponenter.
– Kärngrafit spelar en avgörande roll för säkerheten och effektiviteten i avancerade reaktorer, men Storbritannien är i dag beroende av utländska leverantörer. ENLIGHT kommer att lägga grunden för att återetablera en inhemsk försörjningskedja och samtidigt utveckla hållbara lösningar för att återvinna och återanvända bestrålad grafit – och därmed förvandla ett växande avfallsproblem till en värdefull resurs, säger Abbie Jones, professor i kärngrafit vid University of Manchester och huvudansvarig för projektet.
Finansiering och förväntade resultat
Projektet får motsvarande elva miljoner amerikanska dollar i bidrag från UK Research and Innovation genom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), samt ytterligare finansiering från universiteten och omkring fem miljoner pund från industripartners.
Enligt projektdeltagarna kan framstegen i ENLIGHT på sikt spara Storbritannien upp till två miljarder pund i framtida avfallshanteringskostnader. Dessutom kan landet befästa sin roll som globalt centrum för grafitforskning och innovation inom reaktorteknologi.
– Forskningsprogrammet, samarbetet och satsningen på kompetensförsörjning syftar till att säkra Storbritanniens position i framkant av kärnteknisk innovation och som global ledare inom avancerad reaktorteknik och ren energi, säger projektparterna i ett gemensamt uttalande.
Kompetens och klimatmål
Utöver teknikutvecklingen lägger ENLIGHT stor vikt vid utbildning. Satsningen ska bygga upp en nationell forskningsmiljö för kärngrafit och utbilda nästa generation forskare och ingenjörer.
Frågan om kärngrafit har direkt koppling till klimatpolitiken. Genom att utveckla inhemsk produktion och återvinning kan Storbritannien minska sitt avfallsproblem, stärka energisäkerheten och bidra till målet om nettonollutsläpp.
– Det här programmet kommer att minska avfall, stärka energisäkerheten och stödja landets nettonoll-ambitioner, sammanfattar Abbie Jones.
Fakta: Kärngrafit
• Används som moderator i vissa reaktortyper, bromsar neutroner så kedjereaktionen kan upprätthållas
• Storbritannien har använt grafit i sina avancerade gaskylda reaktorer (AGR), som ska avvecklas till 2028
• Bestrålad grafit är ett växande avfallsproblem, över 100 000 ton finns redan i lagring
• Ny forskning ska göra det möjligt att återvinna materialet och utveckla hållbar grafit för framtidens AMR-reaktorer
Källor: UK Research and Innovation / University of Manchester
