Studie: Upp till 30 gånger mer avfall från SMR

2022-07-01 06:00  

Avfallsvolymerna från små och modulära kärnreaktorer, SMR, kan bli upp till 30 gånger större än från dagens stora kärnkraftverk, enligt en ny studie. Men forskningen kritiseras från flera håll.

Allt fler länder ser SMR som framtidens kärnkraft. Den svenska regeringen meddelade till exempel nyligen att Strålsäkerhetsmyndigheten ska få i uppdrag att ta fram nya föreskrifter för SMR. Det statliga energibolaget Vattenfall har också gått ut med att en förstudie ska dras igång för att undersöka möjligheterna att bygga minst två SMR på Ringhals kärnkraftsområde.

Kärnkraftsindustrins förhoppningar kring SMR är att reaktortypen ska bli billigare, säkrare och gå fortare att bygga än vanliga stora kärnkraftverk. Reaktordelarna tillverkas i fabrik och fraktas sedan till rätt plats, där de monteras ihop till valfri anläggningsstorlek.

Men i en ny studie kommer forskare från USA och Kanada fram till att avfallsvolymerna ökar från SMR jämfört med från befintliga kärnkraftverk. Forskarna har granskat tre SMR-koncept som är under utveckling: Nuscales tryckvattenreaktor, Terrestrial Energys smältsaltreaktor och Toshibas natriumkylda snabbreaktor.

Mindre reaktorer ger upphov till mer neutronläckage

Slutsatsen är att avfallsvolymerna per genererad energienhet ökar från SMR-reaktorer jämfört med en tryckvattenreaktor i gigawattskala. Det använda kärnbränslet ökar i volym med en faktor av 5,5, det långlivade låg- och medelaktiva avfallet med en faktor om 30 och det kortlivade låg- och medelaktiva avfallet med en faktor om 35.

– Dessa resultat står i skarp kontrast till kostnaden och avfallsminskningen som förespråkare har gjort gällande, säger huvudförfattaren Lindsay Krall i ett pressmeddelande.

Hon var tidigare anställd på Stanford-universitetet men är numera forskare på den svenska kärnkraftsindustrins avfallsbolag Svensk kärnbränslehantering, SKB. Forskargruppens resultat har publicerats i PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences.

Under Forsmark vid Upplandskusten vill SKB bygga ett slutförvar för använt kärnbränsle. Kapslar med radioaktivt bränsle ska förvaras i tunnlar 500 meter under jord i 100 000 år. Foto: Lasse Modin / SKB

Den ökade avfallsvolymen beror, enligt forskarna, främst på att SMR är mycket mindre än dagens kärnkraftverk och därför ger upphov till mer neutronläckage från härden. Enligt den vanligaste definitionen av SMR ska varje modul ha en elektrisk effekt om max 300 MW.

Det finns helt enkelt mindre utrymme för neutronerna att fara omkring när de ska klyva uranatomer i bränslet. Därför läcker fler neutroner ut utanför härden och slår emot omgivande strukturer, av till exempel stål och betong, som då blir radioaktiva.

– Det är något du ingenjörsmässigt måste ta dig förbi, säger Lindsay Krall till Wired.

”Exotiska bränslen kan behöva dyra kemiska behandlingar”

En åtgärd är att kapsla in materialet som reflekterar och saktar ner farten på neutronerna. Men över tid kommer kapslingsmaterialen att bli så bombarderade med neutroner att de själva blir radioaktiva och behöver ersättas.

Ett annat sätt att hindra neutronläckage är att använda bränsle som är mer anrikat, så att koncentrationen av uran-235 ökar. Uran-235 är den atom som klyvs i reaktorn.

Men forskarna bedömer att även med högre koncentrationer av atomer som ska träffas så kommer dessa reaktorer att skapa större volymer överblivet bränsle för att utbränningen är lägre.

Med en högre koncentration av klyvbara atomer kvar i det använda kärnbränslet minskar dess ”kritiska massa”, det vill säga mängden material som krävs för att upprätthålla en kedjereaktion. Resultatet är en större volym av material som måste delas upp i mindre partier för att förvaras säkert. Och med flera olika avfallsströmmar blir det mer komplicerat att beräkna och konstruera ett permanent slutförvar, enligt forskargruppen.

Grafik: jonas Askergren Fakta: Linda Nohrstedt

Bränslet kan också vara mer komplext efter användning än det som har suttit i existerande kärnkraftverk.

– En del SMR-koncept behöver kemiskt exotiska bränslen och kylmedel som kan skapa avfall som är svårt att hantera. Dessa exotiska bränslen och kylmedel kan behöva dyra kemiska behandlingar före avveckling, säger medförfattaren Allison Macfarlane vid universitetet i British Columbia i pressmeddelandet.

”Underminerar trovärdigheten i studien”

Ett av de granskade SMR-företagen, amerikanska Nuscale, har dock opponerat sig mot studien. Företaget anser att forskarna har använt utdaterad information om energikapaciteten i Nuscale-konceptet och gjort felaktiga antaganden om materialet i reaktorns reflektor samt inkorrekta antaganden om bränslets utbränning.

”Med korrekt indata blir jämförelsen av avfall från använt kärnbränsle per energienhet mellan Nuscales design och befintliga stora trycksatta vattenreaktorer fördelaktig för Nuscale. Dessa indata var tillgängliga för forskarna och att de utelämnades underminerar trovärdigheten i studien och dess slutsatser,” skriver företaget.

Även Carl Berglöf, kärnkraftsexpert på den svenska branschorganisationen Energiföretagen, tycker att forskarna har gjort märkliga beräkningar om utbränningen.

– Studiens författare har selektivt valt koncept med betydligt lägre utbränning än vad leverantören har planerat för. Då får man dessa resultat. Varför man har valt typfall med så låg utbränning är egendomligt. SMR-koncept som diskuteras i dag har motsvarande utbränning som dagens kärnkraft, säger han på organisationens hemsida.

”Dolda kostnader kan vänta i slutet på bränslecykeln”

Det övergripande resultatet från studien anser han redan är välkänt.

– När samma mängd energi ska levereras av fler men mindre enheter betyder det att mer konstruktionsmaterial kan bli aktiverat, vilket i så fall resulterar i mer radioaktivt rivningsmaterial, säger han.

Det flytande kärnkraftverket Akademik Lomonosov räknas som de första kärnreaktorerna av SMR-typ som är i drift. Foto: Rosatom

En av forskarna bakom studien, Allison Macfarlane, tycker att det viktigaste budskapet till kärnkraftsindustrin och investerare är att dolda kostnader kan vänta i slutet på bränslecykeln.

– Det är i reaktorbolagets och myndigheternas intresse att förstå avfallskonsekvenserna av dessa reaktorer, säger Allison Macfarlane.

”SMR för annat än endast el måste tas i beaktande”

Men Ane Håkansson, professor i tillämpad kärnfysik vid Uppsala universitet, ställer sig frågande till om kostnaden ökar särskilt mycket.

– Att man får mer material när man river SMR är inga konstigheter, det är välkänt. Men hur det slår på kalkylen är en annan fråga. Jag vet inte någon som har kommit till slutsatsen att det skulle bli väldigt dyrt. Kostnaden för omhändertagandet i dag är på några ören per kWh, SMR skulle jag gissa ger en marginell ökning av kostnaden, säger han till Ny Teknik.

Han tycker dock att det är mycket bra att studier likt den i PNAS genomförs.

– Fler måste göra sådana, men då titta på det industriella perspektivet så att man får realistiska scenarier. Bland annat måste möjligheten att utnyttja SMR för annat än endast elproduktion tas i beaktande, eftersom det drastiskt sänker mängden avfall per producerad energienhet, säger han.

Ny Teknik har bett huvudförfattaren Lindsay Krall om en intervju, men det har inte gått att ordna.

Linda Nohrstedt

Mer om: Kärnkraft SMR

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer