Forskere vil genanvende brugt atombrændsel til fjernvarme

Teplator
Illustration: Teplator. Se større version
Med deres såkaldte Teplator-reaktor vil en tjekkisk forskergruppe opvarme byer med udtjent brændsel fra atomkraftværker. Det kan ifølge forskerne betale sig fire gange bedre end at skifte til naturgas.
27. april 2021 kl. 15:38
errorÆldre end 30 dage

Et hold forskere fra Czech Technical University i Prag og University of West Bohemia i Pilsen vil slå to fluer med ét smæk og udnytte brugt atombrændsel til at producere fjernvarme både billigere og mere klimavenligt end naturgas.

»Vores design er meget, meget simpelt. Det betyder, at det er meget billigt og hurtigt at bygge, og det betyder billig varme. Nøglen, som adskiller vores design fra andre atomteknologier, er, at vi fokuserer udelukkende på varme,« siger Radek Škoda, der er ingeniør og lektor i atomenergi ved Czech Technical University, til Ingeniøren.

Han står i spidsen for holdet bag reaktordesignet, som de kalder for Teplator (en sammentrækning af de tjekkiske ord for varme og reaktor; ‘teplo’ og ‘reaktor’), der udnytter en del af den energi, som er tilbage i atombrændslet, når atomkraftværkerne ikke længere kan hive mere energi ud af det.

Det bedste ved den innovative fjernvarmeløsning er ifølge Radek Škoda, at det gør det muligt at udnytte den brugte brændsel, som ellers skal opbevares og køles i mange år, hvilket er forbundet med store omkostninger.

Når det kan lade sig gøre, skyldes det, at langt de fleste værker i drift i dag blev designet for omkring 50 år siden, hvor teknologien ikke var så langt fremme.

»Tilbage i 70’erne sad de og lavede deres beregninger på logaritmepapir, simple lommeregnere og tidlige computere. Forskerne kunne dengang ikke optimere brugen af atombrændsel og højst udnytte fem procent af energien. Med vores teknologi kan vi tage et par procent mere energi ud af brændslet,« fortæller han.

Men heller ikke engang for 20 år siden havde det været muligt at udvikle Teplator-teknologien. Beregninger og simulationer af optimeringen af energien af brugt brændsel har været udført på moderne supercomputere.

»Vi har brugt mange år på at optimere det her,« fortæller Radek Škoda.

Mere simpelt og kun varme

Med Teplator-designet vil det ifølge ham være muligt eksempelvis at opvarme alle større tjekkiske byer udelukkende med det brugte atombrændsel, der allerede i dag findes opbevaret på lagre rundt om i landet.

‘Teplator Demo’-designet forbruger 55 brændselsstave hvert andet år, og der findes mere end 10.000 egnede, brugte brændselsstave i Tjekkiet, mens de nuværende atomkraftværker fortsat ‘producerer’ 250 styk om året.

Brændsel til en Teplator-reaktor både kan komme fra de konventionelle BWR- og PWR-reaktorer, som er de altovervejende mest benyttede reaktortyper rundt om i verden. Et værk vil være på størrelse med de små atomforskningsreaktorer, som vi blandt andet her i Danmark har haft ude på Risø, og kræver et areal på omkring 2.000 m2.

Teplator-designet er dog teknologisk langt mere simpel end en forsknings- eller SMR-reaktor, fordi der kun skal genereres varme og ikke elektricitet, fortæller Radek Škoda.

Sådan virker det

Den simpleste version af Teplator, ‘demo-designet’, kan bygges for 30 millioner euro, svarende til omkring 223 millioner kroner, og opererer ved normalt atmosfærisk tryk og under 100 grader celsius, hvilket kræver færre komplicerede tekniske løsninger og materialer, fortæller han.

Dette design har en kapacitet på 50 MW og et termisk output på 98 grader celsius.

Teplator
Illustration: Teplator . Se større version

Reaktor-kernen på omkring 6x6 meter producerer varme med i alt 55 brændselsstave (afbildet i simplificeret udgave på figuren til højre i pink), som er placeret med en afstand til hinanden på omkring 50 centimeter.

»Det ville ikke virke, hvis vi tog bare en lille smule fejl i at bedømme afstanden mellem brændselsstavene. Hvis de var enten for tæt på eller for langt væk fra hinanden, ville neutronerne ikke have den rette mængde energi, og fissionsreaktion ville derfor ikke gå i gang,« fortæller Radek Škoda.

I modsætning til konventionelle atomkraftværker, hvor brændselsstavene er tæt på hinanden og omgivet af almindeligt vand (H2O), gør den større afstand i Teplator-designet sammen med tungt vand (D2O) det muligt for det brugte brændsel at frigive yderligere energi, forklarer han.

»En typisk atomreaktor bruger let og ikke tungt vand. Det lette vand ‘stjæler’ neutronerne, og derfor skal brændselsstavene placeres tæt på hinanden, for at fissionsreaktionen begynder. Her bruger vi tungt vand, som ikke ‘stjæler’ neutronerne i samme grad. Med let vand ville designet ikke virke,« forklarer Radek Škoda.

Det tunge vand, der omgiver brændselsstavene, pumpes op til varmeveksleren (den øverste cylinder med grønt), der trækker varmeenergi ud af det, hvorefter processen begynder forfra. Kernens ydre (med gult) består af grafit, der fungerer som en såkaldt neutron-reflektor for at sænke bevægelsesenergien på hurtige neutroner og reflektere dem tilbage for at frigive mere energi.

(Artiklen fortsætter under illustrationen.)

Teplator
Illustration: Teplator. Se større version

Til større byer og industriel brug har Radek Škoda og hans kolleger udviklet ‘Teplator Full’, som har et termisk output på op til 178 grader celsius med en kapacitet på 170 MW, men som så også skal arbejde under et større atmosfærisk tryk på lidt under to megapascal (MPa).

Oplagt i Danmark

Radek Škoda fortæller, at Teplator-designet fortsat afventer en række tilladelser, men han sammen med sine kollegaer allerede diskuterer teknologien med flere tjekkiske fjernvarmeselskaber, som står over for en udfasning af kul og er åbne over for Teplator-designet.

»Vi er i øjeblikket midt i konkrete forhandlinger. Vi har også haft snakke med konsulenter i Helsinki, hvor myndighederne overvejer at konvertere byens store centralvarmesystem. Det er billigere end naturgas – ikke kun en lille smule, men op mod fire gange billigere, og så er der ingen CO2-udledning under driften,« siger han.

I Tjekkiet er der stor set enstemmig politisk opbakning til at bygge flere atomkraftværker i landet. Kun Det Grønne Parti (på tjekkisk: Strana zelených), der i meningsmålinger står til at få mellem to og tre procent af stemmerne, er imod. Ifølge partiets talsmand på området, Petr Kučera, er der to problemer med Teplator-designet.

»Det ene er, at det er en ny teknologi uden nogen erfaring med driften. Det andet problem kan være decentraliseringen af brugen af farligt atommateriale. I stedet for (at være begrænset til, red.) de nuværende to atomkraftværker, kan det være på dusinvis af steder i hele Tjekkiet,« har han tidligere udtalt til mediet Deutsche Welle.

Radek Škoda fortæller, at Teplator-holdet tager kritikken »meget seriøst«, men påpeger, at der på sin vis allerede findes praktisk erfaring med et lignende design.

»Designet er baseret på meget modne og afprøvede komponenter. Det minder meget om de canadiske CANDU-reaktorer, som har været i drift siden 70’erne. Derudover kan Teplator-reaktorer ikke bygges i enhver lille by. Det ville være fuldstændig meningsløst,« siger han og fortsætter:

»I Tjekkiet taler vi om en håndfuld store værker et par kilometer væk fra byer med mindst 100.000 indbyggere. Derudover skal værkerne være højsikret og beskyttes med blandt andet bevæbnede vagter.«

Radek Škoda håber på, at det første Teplator-design i Tjekkiet vil være i drift i 2018, mens han forventer, at det kommer til at tage længere tid at udbrede løsningen i andre EU-lande, hvor der er mindre opbakning til atomkraft.

En eller flere Teplator-reaktorer også ville være en god løsning i Danmark ligesom i andre lande med et veludbygget fjernvarmenet i de større byer, mener han.

»Det ville helt klart give mening på alle lokationer med et varmeforbrug på over 1.000 TJ om året. Jeg ville bygge det mere end 10 kilometer væk fra byen og forbinde det til fjernvarmenettet,« siger han og fortsætter:

»Medmindre Danmark vil importere brugt brændsel fra Tyskland, så kan Teplator-designet også køre med nye brændsler, selvom princippet om cirkulær økonomi i så fald vil gå tabt.«

Ingen kommentarer endnu.  Start debatten
Debatten
Log ind for at deltage i den videnskabelige debat.