Bild: Getty images

Är små reaktorer kärnkraftens framtid?

Vattenfall utreder möjligheterna för nya små, modulära reaktorer vid Ringhals. Genom att krympa reaktorerna och tillverka dem på löpande band ska kärnkraften bli mer flexibel, säkrare och billigare. Men alla är inte övertygade.

Premium
Publicerad

När Finlands nya jättereaktor Olkiluoto 3 kopplades in på elnätet i mars i år var den 13 år försenad. Prislappen, som uppskattas till 110 miljarder kronor, gör den till en av världens dyraste byggnader.

Olkiluoto 3 är inte det enda kärnkraftverket som blivit både fördyrat och försenat. Svaret från kärnkraftindustrin är en ny generation små, modulära reaktorer, förkortat SMR. Enligt branschen ska de gå snabbt att bygga och locka investerare med en lägre prislapp. Dessutom ska de kylas automatiskt vid en olycka, utan att någon människa behöver ingripa.

Allt fler länder sneglar på SMR:er som ett komplement till sol och vind i omställningen av energisystemet. Skenande energipriser till följd av kriget i Ukraina ökar intresset ytterligare. I början av året fattade EU dessutom det omstridda beslutet att klassa kärnkraft som hållbart inom den så kallade taxonomin.

Svensk SMR inom tio år

Den 28 juni 2022 meddelade Vattenfall att bolaget inleder en förstudie om förutsättningarna att bygga minst två små modulära reaktorer i anslutning till Ringhals kärnkraftverk. Målet är att kunna ha en första SMR-reaktor i drift i början av 2030-talet, förutsatt att förstudien rekommenderar SMR. Eftersom det finns störst behov av mer elproduktion i södra Sverige är förstudien inriktad mot Ringhals. Vattenfall menar också att det går att ersätta de två nedlagda reaktorerna Ringhals 1 och 2 inom befintlig lagstiftning. Dessutom finns nätinfrastruktur som förenklar anslutningen av ny elproduktion. Förstudien beräknas vara klar vid årsskiftet 2023–2024.

Vid Uppsala universitet finns också ett nystartat kompetenscentrum med fokus på SMR. Under fem år ska forskare och företag från kärnkraftssektorn ta fram underlag för att göra det möjligt att bygga en SMR i Sverige till 2030. Bland de frågor som ska besvaras är hur lagar och regler behöver anpassas.

– Både det svenska och det internationella regelverket för till exempel kärnämneskontroll är en flaskhals, säger Ane Håkansson, professor i tillämpad kärnfysik och föreståndare för centret som fått namnet Anita (Akademiskt-industriellt kärntekniskt initiativ för att uppnå en framtida hållbar energiförsörjning).

Regeringen har nyligen aviserat att Strålsäkerhetsmyndigheten kommer att få i uppdrag att ta fram nya föreskrifter för bland annat små modulära reaktorer. Enligt Ane Håkansson är det en realistisk vision att en svensk SMR kan vara på plats inom tio år, som komplement till sol och vindkraft.

– Kärnkraft behövs i elsystemet för den är tillförlitlig och planerbar. Du behöver inte vänta på nästa högtryck.

För att räknas som SMR får effekten inte överstiga 300 MW enligt det internationella atomenergiorganet, IAEA. Som jämförelse har bjässen Olkiluoto 3 en maxeffekt på 1 600 MW och ska kunna leverera 14 procent av Finlands elbehov.

Små reaktorer är i sig inget nytt. De har funnits sedan kärnkraftens barndom och driver bland annat atomubåtar. Reaktorer för elproduktion har dock med tiden vuxit sig allt större eftersom det ger skalfördelar och ett lägre pris per kilowattimme. Men lång byggtid med risk för förseningar och den höga kostnaden får investerare att tveka. Med SMR sänks tröskeln.

– I stället för 100 miljarder kanske vi pratar två miljarder kronor i byggkostnad i ett reguljärt skede när SMR:er finns tillgängliga ”från hyllan”. På så sätt blir det en mindre riskfylld investering. Även om politikerna slår undan benen finns en möjlighet att tjäna tillbaka de satsade pengarna, säger Ane Håkansson.

För att inte bli dyrare per producerad kilowattimme ska de nya små reaktorerna serietillverkas med standardkomponenter i en fabrik. Varje reaktor blir den andra lik och kan kopplas ihop med varandra till större enheter. Förutom att pressa priset ska den här löpande band-principen förenkla tillståndsprocessen.

– Ett flygbolag behöver ju inte licensiera vartenda enskilt flygplan. På samma sätt skulle reaktorer från olika tillverkare kunna typgodkännas precis som flygplansmodeller. Nu behandlas de som individer, säger Ane Håkansson.

Bygga ut kärnkraften

På pappret skulle alltså SMR-konceptet kunna få fart på utbyggnaden av kärnkraften. Ett av de länder som kan bli aktuellt är Estland. Kärnkraft ses där som en ersättare till det oljeskiffer som gör Estland till ett av de länder i Europa som släpper ut mest koldioxid per capita.

Den estniska regeringen har tillsatt en arbetsgrupp som ska kartlägga möjligheterna för kärnkraft. En första rapport ska presenteras i september 2022. Samtidigt arbetar företaget Fermi Energia för att bygga en första SMR i Estland till 2035. Sedan två år tillbaka är svenska Vattenfall en liten delägare och samarbetspartner till Fermi Energia.

– Vi ser det som ett sätt att lära oss mer om SMR och vi deltar i studier av allt från olika reaktorkonstruktioner till personalbehov, säger Marcus Eriksson, senior rådgivare inom kärnkraftteknologi på Vattenfall.

Små modulära reaktorer – svenska initiativ

Anita (Akademiskt–industriellt kärntekniskt initiativ för att uppnå en framtida hållbar energiförsörjning).
Kompetenscentrum vid Uppsala universitet med fokus på vattenkylda små modulära reaktorer, SMR.

Det övergripande målet är att ha en SMR i drift i Sverige till 2030. I projektet deltar universitet och företag.Total budget på 81 miljoner kronor varav 25 miljoner från Energimyndigheten.

Sunrise (Hållbar kärnteknisk forskning i Sverige)
Forskningsprojekt med 50 miljoner kronor i finansiering från Stiftelsen för strategisk forskning med deltagande från KTH samt universiteten i Luleå och Uppsala. I projektet planeras design, säkerhetsanalys, konstruktion och drift av en framtida blykyld forskningsreaktor i Oskarshamn.

Solstice
Samarbete mellan KTH och företagen Swedish Modular Reactors, Blykalla och Uniper för att bygga en eldriven prototyp av en nedskalad blykyld reaktor i Oskarshamn. Prototypen ska användas för bland annat säkerhetstester. Finansieras med 99 miljoner kronor från Energimyndigheten.

Många typer av SMR

Under paraplybegreppet SMR trängs en brokig samling av etablerade och nystartade företag med såväl beprövad som ny teknik. I sin senaste sammanställning listar IAEA, ett 70–tal olika varianter av SMR som kommit olika långt i sin utveckling.

Mest mogna och närmast marknaden är krympta versioner av ”vanliga” vattenkylda reaktorer, den typ av kärnkraft som dominerar i världen och som vi har i Sverige. Det är också vattenkylda SMR:er som Anita-projektet i Uppsala fokuserar på.

Estland utvecklar ingen egen reaktor utan planerar att köpa från något av de företag som utvecklar SMR:er. Ett företag som kan bli aktuellt är amerikanska GE Hitachi som utvecklar en vattenkyld reaktor med en effekt på 300 MW. I samarbete med ett kanadensiskt energibolag hoppas GE Hitachi att det första minikraftverket ska vara klart att börja leverera el 2028.

Ett annat mycket omskrivet företag som också utvecklar en vattenkyld SMR är amerikanska Nuscale. Företaget hoppas ha sin första modul på plats i Idaho till 2029. Varje modul består av en 23 meter hög, smal reaktor som placeras under jord.

Passiv säkerhet i SMR

Ett av SMR-bolagens försäljningsargument är att de har så kallad passiv säkerhet. Reaktorkärlet är konstruerat så att vattnet kan cirkulera utan hjälp av pumpar. Vid en olycka ska härden därmed kunna kyla sig själv utan mänskliga ingrepp.

Ett annat argument är att priset ska kunna pressas genom att tillverka så mycket som möjligt i fabrik, frakta delarna med tåg eller lastbil till byggplatsen där de sätts ihop.

Enklare projekt med kortare byggtider och lägre investeringskostnader är några av de främsta fördelarna med SMR enligt Marcus Eriksson.

Välkommen till

Hjärndagen

Välkommen till en spännande heldag med föreläsningar om den senaste hjärnforskningen. Fredag 11 november kl 9–16. Oscarsteatern, Stockholm.

Läs mer och boka!

– Det ska heller inte underskattas att man kan jobba med standardiserade komponenter. Med lägre effekt behövs inte längre stora, specialbyggda turbiner. Detsamma gäller pumpar, trycktankar, ventiler och motorer.

Men än finns inga SMR–fabriker, och vad prislappen och byggtiden i slutänden landar på är fortfarande väldigt osäkert.

– Kalkylerna bygger på förhoppningar som funnits tidigare i kärnkraftens historia, men grundproblemet är att små reaktorer ger dyrare el än stora. Det är därför världens kärnkraftverk blivit allt större, säger Tomas Kåberger, professor i industriell energipolicy vid Chalmers.

Han vänder sig också mot argumentet att kärnkraft behövs för stabiliteten i elsystemet när det inte blåser.

– Det löser man inte med ett speciellt kraftslag utan med ett system av många olika elproduktionsanläggningar och en fungerande marknad. Den ökning av elanvändningen som förutses är flexibel batteriladdning och vätgasproduktion som passar bra ihop med sol- och vindel.

Det kommer också att ta tid innan de utlovade skalfördelarna nås så priset på elen från de första SMR:erna kommer att vara högt. Samtidigt fortsätter priset nedåt på el från vind och sol. Vindkraft på land är i dag det billigaste sättet att bygga ut elproduktionen.

Problem med kärnavfall består

De små vattenkylda reaktorer som ligger närmast i pipeline löser heller inte avfallsproblemet. De laddas med samma typ av bränsle som sina stora kusiner och lämnar ifrån sig samma långlivade avfall.

För att göra något åt avfallet krävs det som kallas fjärde generationens kärnkraft (som inte ska blandas ihop med begreppet SMR). Fjärde generationen är idén om ett sammanlänkat system av reaktorer och anläggningar för att tillverka och upparbeta använt bränsle så det kan användas på nytt. För att detta ska fungera krävs så kallade snabbreaktorer som inte kyls med vatten utan med ämnen som bly, natrium eller helium. Dessa reaktorer jobbar vid hög temperatur och kan utnyttja mer av den energi som finns i bränslet.

På listan över SMR-utvecklare finns en lång rad företag som utvecklar snabbreaktorer, och som i teorin skulle kunna ingå i ett framtida generation fyra-system. Här finns bland annat det svenska företaget Blykalla som tillsammans med bland annat KTH utvecklar en blykyld SMR (se längre ner i artikeln). Andra företag satsar på natrium, helium eller reaktorer där bränslet blandas i en saltsmälta. Danska Seaborg, som på kort tid vuxit till mer än 100 anställda, vill till exempel placera saltreaktorer på pråmar.

Gemensamt för dessa så kallade avancerade SMR:er, som använder andra kylmedel än vatten, är att de jobbar vid hög temperatur. I Blykallas fall ska det smälta blyet hålla 550 grader Celsius. Visionen är att de små kraftverken ska kunna placeras vid industrianläggningar för exempelvis tillverkning av cement eller vätgas, där de kan bidra både med processvärme och el.

I Sverige skulle det kräva en lagändring eftersom endast tio reaktorer tillåts på platser med befintlig kärnkraft det vill säga Oskarshamn, Ringhals och Forsmark.

Även om det skulle bli lagligt frågar sig Tomas Kåberger hur attraktivt det skulle vara att sprida ut kärnkraften på fler platser.

– Kärnkraftverk är besvärliga att driva och har särskilda säkerhetskrav. De behöver viss bemanning, vakter och även fysiskt skydd.

Vilken roll SMR:er kommer att spela i Sverige och i övriga världen är ännu högst osäkert. Om företagen kan infria löftena om lägre priser och kortare byggtider återstår att se.

Den här artikeln uppdaterades 28 juni 2022.

KTH bygger blykyld SMR

Små byttor med stelnat bly står lite varstans på labbet för korrosionsvetenskap på Kungliga tekniska högskolan, KTH. Forskaren Peter Szakalos håller upp en liten stålstav. Nyligen testades en likadan i 550-gradigt smält bly. Stålstaven satt fast i en hållare som drog i den för att kolla hållfastheten.

– Det påverkades inte av blyet så nu kan vi gå vidare mer storskaliga tester, förklarar Peter Szakalos.

Under hösten ska de små byttorna ersättas med ett betydligt större kärl som ska innehålla 20 ton smält bly. Där ska bland annat pumpen till den blykylda reaktor som utvecklas på KTH testas.

– Pumpen är en nyckelkomponent som ska se till att blyet cirkulerar i reaktorkärlet. Den kommer att utsättas för stor belastning och därför kommer vi att testa några olika materialkandidater, säger Pär Olsson, professor i fysik vid KTH.

Försöken ingår i forskningsprojektet Sunrise som fått 50 miljoner från Stiftelsen för strategisk forskning för att ta fram tekniska underlag för att i framtiden kunna bygga en blykyld forskningsreaktor i Oskarshamn.

För- och nackdelar med bly i SMR

Arbetet med den blykylda reaktorn har pågått i mer än 15 år. Att valet föll på just bly som kylmedel beror bland annat på att det möjliggör en liten och kompakt konstruktion med självcirkulation, så kallad passiv säkerhet. Bly har även strålskyddande egenskaper. 

Nackdelen är att bly är korrosivt. Det specialutvecklade stål som utvecklats på KTH och som testas här på labbet innehåller aluminium och små mängder andra ämnen som bildar ett skyddande skikt.

Ett tidigare försök att bygga en liten forskningsreaktor i Oskarshamn stupade eftersom projektet inte kunde hitta finansiering. Janne Wallenius, professor i reaktorfysik vid KTH och drivande i arbetet, tror på bättre förutsättningar den här gången.

– Det kommer att behövas dubbelt så mycket el i Sverige och då behöver vi mer vind, mer sol och mer kärnkraft, säger han.

Parallellt med forskningen inom Sunrise driver han avknoppningsföretaget Blykalla som arbetar med att kommersialisera blyreaktorn.

Ett första steg är en nedskalad prototyp som inte ska laddas med kärnbränsle. I stället ska blyet värmas upp med hjälp av el. Prototypen, som ska stå klar i Oskarshamn 2024, ska användas för bland annat säkerhetstester. I projektet deltar även KTH samt energibolaget Uniper som är en av ägarna till kärnkraftverket i Oskarshamn. Energimyndigheten bidrar med 99 miljoner i finansiering.

Så tycker partierna om framtiden för svensk kärnkraft

Vänsterpartiet: Avveckla kärnkraften så fort som möjligt. Det är en dyr, smutsig och osäker energikälla som försvårar omställningen till en förnybar energiproduktion. Det saknas även en säker metod för slutförvaring av det radioaktiva avfallet. Läs mer.

Miljöpartiet: Ersätt kärnkraften med förnybar energi och effektivare energianvändning. Kärnkraften är både smutsig och farlig, från brytningen och anrikningen av uran till slutförvaringen av det radioaktiva avfallet. Läs mer.

Socialdemokraterna: Fasa ut kärnkraften successivtFasa ut kärnkraften successivt i takt med utbyggnaden av el från förnybara källor, fler möjligheter till energilagring och energieffektivisering. De kärnkraftverk vi har i dag får ersättas med ny kärnkraft, inklusive SMR, men den ska bära sina egna kostnader och inte subventioneras. Läs mer.

Centerpartiet: Använd energikällor som inte orsakar de problem som kärnkraften är förknippad med, som uranbrytning, risk för olyckor och slutförvar. Den som vill bygga kärnkraftverk på marknadsmässiga villkor är fri att göra det men utan statliga subventioner. Läs mer.

Liberalerna: Ta bort begränsningarna att Sverige bara får ha 10 reaktorer på tre platser. Universiteten ska vara med och utveckla kärntekniken och Sverige ska ha förmåga att bygga och driva reaktorer som kan återanvända bränslet när det behovet uppstår. Läs mer.

Moderaterna: Behåll dagens kärnkraft och bygg ny. Avsätt 400 miljarder i statligt investeringsstöd för ny kärnkraft och satsa på nästa generation i form av SMR. Avskaffa förbudet mot fler än tio kärnkraftsreaktorer i landet och tillåt kärnkraft på fler platser. Läs mer.

Kristdemokraterna: Förläng livstiden på befintliga reaktorer och starta processen för att bygga nya. Ta fram en svensk färdplan för fjärde generationens kärnkraft inklusive en svensk forskningsanläggning. Läs mer.

Sverigedemokraterna: Vattenkraften och kärnkraften utgör basen i det svenska energisystemet. Sverige behöver satsa på säker och effektiv kärnkraft genom forskning och utveckling av fjärde generationens reaktorer. Läs mer.

Prenumerera på Forskning & Framsteg!

10 nummer om året och dagliga nyheter på webben med vetenskapligt grundad kunskap.

Beställ idag

Upptäck F&F:s arkiv!

Se alla utgåvor