Nu måste vi välja

Att i dag, två år efter katastrofen i Fukushima, tala om att bygga nya kärnkraftverk kan te sig galet. Drömmen – för dem som ändå talar om det – är att få bygga något annat, något som är säkrare och bättre. Inga härdsmältor, inga atomsopor, inga vapen. Bara ren energi.

Det finns skäl att drömma. Våra gamla kärnkraftverk är snart utslitna. Berget med atomsopor växer. Den globala klimatuppvärmningen står för dörren. Allt fler människor på jorden vill leva gott. Är då ny kärnkraft lösningen?

– De nya, så kallade fjärde generationens reaktorer kommer att lösa flera av de problem som den nuvarande kärnkraften brottas med, säger Janne Wallenius, professor i reaktorteknik vid Kungliga tekniska högskolan, KTH.

Tillsammans med sina kolleger på Uppsala universitet och Chalmers tekniska högskola har han föreslagit att en pytteliten reaktor, bara 30 x 30 centimeter, ska byggas i Oskarshamn. Den är bara en tiondel så stor som en vanlig kommersiell reaktor, och ska användas främst för att testa ny spjutspetsteknik som svenska forskare har utvecklat under de senaste åren.

Att ens tänka på ny kärnkraft var för bara några år sedan omöjligt i Sverige. I själva verket borde vi inte ha någon kärnkraft alls i dag, om resultaten från folkomröstningen 1980 fortfarande gällde. Efter den beslutade Sveriges riksdag att alla de existerande reaktorerna skulle avvecklas senast 2010. Så blev det inte.

Bara två av tolv svenska kommersiella reaktorer är stängda i dag. Den senaste, Barsebäck 2, togs ur drift i maj 2005. I februari 2009 kom den styrande alliansens uppgörelse om klimat- och energipolitiken där avvecklingslagen avskaffades. Och i juni 2010 beslutade Sveriges riksdag att från och med 2011 får gamla svenska reaktorer ersättas med nya.

De tio reaktorerna i kommersiell drift i dag finns på tre platser i landet – Oskarshamn, Forsmark och Ringhals – och står för cirka 40 procent av Sveriges elproduktion. Men någon gång i en inte alltför avlägsen framtid kommer de alltså att ha slitits ut.

Bestämmer man sig för att ersätta dem med ny kärnkraft är frågan vilken det i så fall skulle vara. Janne Wallenius är ivrig förespråkare för en helomvändning, en variant av fjärde generationens kärnkraft, helt olik dagens teknik.

Energin i en reaktor kommer från klyvning av atomer; en tung atomkärna sprängs i lättare atomkärnor när den träffas av en neutron. Samtidigt frigörs en massa energi tillsammans med fler neutroner, så att en kedjereaktion kommer i gång.

I de svenska reaktorerna används urandioxid som bränsle. Men bara 0,7 procent av det naturliga uranet är klyvbart, så kallat uran-235. Resten, uran-238, ger ingen energi. För att öka effektiviteten höjs halten klyvbart bränsle artificiellt: uranet anrikas för att minst 3 procent av materialet ska kunna klyvas.

Ändå förblir det allra mesta av bränslet obrukat och läggs på sophög. Avfallet består till cirka 96 procent av uran, blandat med 2–3 procent klyvningsprodukter och 1 procent plutonium och andra mycket långlivade radioaktiva ämnen, som americium och curium.

För att neutronerna ska klyva uranbränslet effektivare måste de bromsas. Vanligt vatten används både som kyl- och bromsmedel i de lättvattenreaktorer som har varit modellen för Sverige och alla andra länder i världen. De flesta byggdes under rekordåren på 1970- och 80-talen. Det är drygt trettio år sedan. Därefter tappade kärnkraften fart, inte minst på grund av de stora olyckorna – i Harrisburg 1979, Tjernobyl 1986 och så den senaste i Fukushima för bara två år sedan. Tusentals människor fick lämna sina hem, och ännu fler lever sedan dess i skräck för härdsmältor och strålning.

Kärnkraftsindustrin svarade med att steg för steg förbättra säkerheten i de gamla lättvattenreaktorerna. Resultatet har blivit så komplext att bygget av de förbättrade, tredje generationens reaktorer, drar ut på tiden samtidigt som kostnaderna växer sig skyhöga. Så är det till exempel med den finländska Olkiluoto-3 reaktorn, som skulle ha kommit i gång redan 2009 och som nu har löfte om driftstart nästa år. Preliminärt.

Den fjärde generationens kärnkraft ska bryta denna filosofi av ständiga uppgraderingar.

– Framtida reaktorer ska använda andra kylmedel än vatten. Då tål de mycket högre temperaturer, säger Janne Wallenius. Därmed ska de kunna utnyttja energin i uranet hundra gånger effektivare, och minska det långlivade avfallet hundra gånger.

Sverige ingår, genom EU-organisationen Euroatom, i det internationella samarbetet Generation IV international forum, GIF, som bildades på amerikanskt initiativ i juli 2001 för att utveckla ny kärnkraft. Fjärde generationen är ett samlingsnamn på många olika koncept, av dessa valde nu ett hundratal experter från medlemsländerna några alternativa lösningar att utveckla vidare. Det handlar om val av kylmedel – bly, natrium eller heliumgas står till buds. Även bränslet kan varieras, och så krävs det nya material som tål mycket högre temperaturer.

Tankarna är inte nya. Tvärtom. Parallellt med lättvattenreaktorerna utvecklades i kärnkraftens barndom även andra reaktortyper. De som såg mest lovande ut var snabba reaktorer där de snabba neutronerna omvandlar uran-238 till plutonium-239, som är klyvbart och väl användbart både för energiproduktion och för atomvapen. En snabb reaktor som alltså tillverkar sitt eget bränsle.

Om reaktorn producerar mer plutonium än den bränner upp kallas den också för en bridreaktor, från engelskans breed, som betyder ’avla’. Att kunna ”avla” fram plutonium sågs i kärnkraftens tidiga dagar som en fördel, och dessutom som ett bra sätt att komma över material för att bygga atombomber.

Bridreaktorns främsta fördel är att den utnyttjar uranbränslet i mycket högre grad än lättvattenreaktorn, där det mesta, som sagt, hamnar i avfallet.

– Utan bridreaktorn skulle nog ingen kärnkraft ha byggts i Sverige, säger Maja Fjæstad, forskare vid KTH. Hon är teknikhistoriker och skrev sin avhandling om bridreaktorer i svensk kärnkraftshistoria 1945–80.

– Under kärnkraftens tidiga dagar trodde man att uranfyndigheterna skulle ta slut inom tio år. Så bridtekniken sågs som den enda framkomliga vägen, säger Maja Fjæstad.

Så blev det inte. Nya uranfyndigheter hittades så småningom, och priset rusade inte i höjden som förväntat.

– Det är intressant att se hur utvecklingen i dag presenteras som en rörelse framåt, mot allt bättre kärnkraft, fortsätter Maja Fjæstad. Men så är det ju inte – den fjärde generationens kärnkraft är ungefär densamma som den gamla bridreaktorn.

I kärnkraftens barndom räknades bridreaktorn som den mer avancerade generation två, efter lättvattenreaktorn, som hörde till den första generationen. Nummer tre var fusionsreaktorn, än i dag en hägrande dröm om att skörda energi på solens vis.

– I dag vill man inte att vår kärnkraft ska framstå som den första generationen, lite framåtanda vill man väl ha. Så med denna siffermagi utgör nu lättvattenreaktorn de första tre stegen i kärnkraftens tekniska utvecklingshistoria. Och vips, så blir den nya tekniken nummer fyra. I själva verket sågs lättvattenreaktorn från början som den mest primitiva. Men det var den vi fick.

Bridreaktorn lades i malpåse under 1970-talet. Den allmänna opinionen svängde bort från kärnkraften, och miljörörelsen växte sig stark. Bridreaktorn hade tekniska problem; den blev allt dyrare och farligare med explosivt natrium som kylmedel. Men framför allt blev plutoniumtillverkningen, som inte alls hade varit någon stridsfråga tidigare, alltför kontroversiell med sin inbyggda risk för kärnvapenspridning. År 1977 satte USA:s president Jimmy Carter stopp för utvecklingen av bridreaktorerna. Sverige och de flesta andra länder följde efter.

– Fransmännen fortsatte mycket längre. De satte nästan en ära i att gå sin egen väg. Men även de tvingades lägga ner sina natriumkylda bridreaktorer på grund av bränder, härdsmältor och andra tekniska problem, säger Maja Fjæstad.

Det är först i praktiken som svårigheterna uppenbarar sig, för på pappret finns alla lösningarna sedan mycket länge.

– Allt står redan här, alla de olika varianterna, säger kärnkraftskonsulten Lars-Gunnar Larsson, och plockar fram sin gamla tjocka lärobok från början på 1960-talet. Hela sitt liv har han ägnat kärnkraften. Han var med och byggde Ringhals, var teknisk attaché i Washington när kärnkraftsolyckan i Harrisburg inträffade, har varit ställföreträdande generaldirektör på den svenska kärnkraftsinspektionen. I år är det femtio år sedan han gick ut Chalmers.

– Jag föddes under andra världskriget, och när jag växte upp rådde en enorm teknikoptimism och tro på framtiden. Kärnkraft sågs som en fantastisk energikälla. Med sitt tal om atoms for peace, lyfte USA-presidenten Dwight D. Eisenhower på sekretessen och öppnade för en fredlig användning av atomkraft, säger han.

– Vi löste de tekniska problemen, och när kärnkraftsmotståndet kom var vi helt oförmögna att förstå kritiken. Så vår generation bär ansvaret för att det ser ut som det gör.

Inte minst lever vi med atomsoporna, de som den gamla läroboken ägnar knappt en halv sida åt. Avfallet kan packas ihop eller grävas ner, antingen i marken eller i havet, står det i boken.

– Vi borde tidigt ha förstått behovet av att utveckla nytt, fortsätter Lars-Gunnar Larsson.

– Det fanns flera förslag, men industrin hakade inte på. Nu kan vi inte längre sitta fast i 1960-talet, bygga på och lappa ihop. Vi behöver lösningar för 2050-talet. Vad det ska vara för något måste vi tala om. Men det går inte att prata kärnkraft i dag, folk är nästan rädda för att uttala ordet.

Att vara för eller emot kärnkraft, tycker Lars-Gunnar Larsson är för enkelt, för det beror helt på vilken sorts kärnkraft vi talar om. Det håller inte Thomas B. Johansson med om. Han är en av Sveriges främsta experter på energiområdet, verksam på Internationella miljöinstitutet vid Lunds universitet.

Thomas B. Johansson är liksom Lars-Gunnar Larsson kärnfysiker. Han växte upp med samma läroböcker, under en tid då teknikoptimismen och tron på kärnkraftens möjligheter var på topp. Men för honom innebar 1970-talet en helomvändning, och med boken Sol eller uran – att välja energiframtid (skriven tillsammans med Måns Lönnroth och Peter Steen) startade han sin bana som erkänd internationell forskare i energifrågor.

Den senaste rapporten om världens energi­framtid, från i höstas, konstaterar att det även utan kärnkraft är fullt möjligt att förse alla med energi, utan att uppvärmningen ska behöva överstiga två grader.

– Världen behöver ingen kärnkraft. På lång sikt räcker det med sol, vind och vatten för att säkra vår framtid och välfärd. Men det är en ganska lång väg dit. En av huvudfrågorna i dag är att vi måste lära oss att använda energin effektivare, säger Thomas B. Johansson.

Janne Wallenius tycker att även andra smarta energilösningar, som solfångare och bränsleceller, ska få utvecklas. Men hans baby är Electra.

– Vi forskar om blykylda snabbreaktorer för att återvinna uttjänt kärnbränsle. Nu har vi kommit så långt att vi är redo att bygga en testreaktor, Electra (European lead cooled reactor) för fjärde generationens kärnkraft. 

Att placera den i Oskarshamn, där Sveriges atomsopor lagras, skulle underlätta avfallshanteringen. Då kan även en upparbetningsanläggning förläggas dit, det är säkrast så, innanför samma staket.

– Nu är det verkligen dags att satsa när Ryssland har offentliggjort sina planer på att bygga världens första snabbreaktor kyld med bly i Tomsk i Sibirien. Den ska tas i drift om sju år, 2020. Fram till nyss trodde jag inte att tekniken skulle kunna bli kommersiellt gångbar, men att vi kunde motivera den högre kostnaden genom att återvinna kärnavfallet. Nu hävdar ryssarna att de redan om 20 år kan bygga fjärde generationens reaktorer billigare än den tredje. I så fall är det en revolution i kärnkraftsvärlden.

Janne Wallenius och hans grupp har i åtta år utforskat blyets värmecirkulation i en blyslinga, byggd på avdelningen för kärnkraftssäkerhet vid KTH.

– Bly är överlägset andra kylmedel för snabba reaktorer: det har en värmelyftkraft jämförbar med vattnets, fem gånger högre än hos natrium. Så uppvärmt bly håller sig i rörelse av sig självt. Dessutom måste blyet värmas till 1 749 grader Celsius innan det börjar koka, jämfört med vattnets 100 grader och natriums 883. Bly kokar alltså inte bort så lätt, vilket förhindrar en härdsmälta, säger han.

Till blyets nackdelar hör att det är oerhört korrosivt. Det specialstål som används i natriumkylda reaktorer, korroderar på bara några få dagar med bly. Så antingen måste blyet blandas med andra ämnen för att lindra dess verkan eller så måste man forska fram helt nya material som står emot smält bly.

Ryssarna har lång erfarenhet av bly som kylmedel från sina kärnkraftsdrivna u-båtar. Men de har använt en blandning av lika delar bly och vismut.

– Vismut behövs för att sänka smälttemperaturen och på så sätt minska blyets frätande verkan. Men det är inte kommersiellt gångbart med vismut, för det är sällsynt och dyrt och ger dessutom upphov till radioaktiva biprodukter.

Nej, rent bly ska det vara. Det har blivit en svensk specialitet. Genombrottet kom med nytt stål.

– I Tyskland har man belagt rör med en speciell ytlegering som innehåller aluminium [FeCrAl]. Sandviks specialitet är att tillverka stål av denna legering. Mina kolleger på KTH har provat bitar av detta stål i bly vid 550 grader Celsius under 10 000 timmar, säger Janne Wallenius.

Nu har Sandvik hjälpt till att tillverka stålrör som är klädda med en speciell ytlegering som innehåller aluminium. Stålet ska användas för att tillverka rör där bränslet är inkapslat. Det flera hundra grader heta blyet får flyta mellan rören. Det fungerar i Electras lilla skala. Men när det så småningom kommer till kommersiellt bruk räcker det inte med blyets naturliga värmecirkulation. Då måste blyet få hjälp för att pumpas runt, men något mirakelmaterial som pumparna kan byggas av har ingen uppfunnit än. Hoppet för framtiden får stå till nytt Sandviksstål.

Vitsen med bly är att det släpper igenom nästan alla de snabba neutroner som gör kärnklyvningsjobbet. Neutronerna tillverkar nytt bränsle, plutonium-239, genom att bestråla uran-238. Och de omvandlar, transmuterar, det långlivade högaktiva kärnavfallet till kortlivat.

– I stället för 100 000 år måste avfallet lagras i bara 1 000 år, säger Janne Wallenius.

Men för att kunna göra det räcker det inte med att bli av med plutoniet. Detta görs redan i industriell skala i till exempel Frankrike. I avfallet finns också små halter av andra farliga ämnen: 0,1 procent americium och 0,02 procent curium. De är besvärliga att utvinna ur avfallet och är minst lika farliga och långlivade som plutonium. Ingen har hittills lyckats hantera dem.

– I vår snabba reaktor vill vi återvinna även americium och curium. Curium är radioaktivt; det sänder ut neutronskurar spontant och är därför svårt att kontrollera. Om vi blandar in det i vårt återvunna plutonium kan vi förhindra att det används till vapen.

Bränslet måste alltså tillverkas – det går inte att bara stoppa in det uttjänta bränslet i reaktorn och bränna det på nytt. Flera olika sätt att upparbeta använt kärnbränsle tillämpas i industriell skala redan i dag. Principen är att först utvinna de olika ämnena, som uran och plutonium, ur bränslet, för att sedan baka ihop dem till nytt bränsle.

För sin blykylda reaktor har Janne Wallenius och hans kolleger under de senaste 15 åren utvecklat en ny sorts bränsle, en nitridförening, av de klyvbara ämnena, som lämpar sig speciellt väl för blykylning. Bränslet började tillverkas på prov på Chalmers vid nyår.

– För tio år sedan valde vi att utveckla en kombination av blykylning och nitridbränsle, en variant som vi trodde på. Nu har ryssarna valt samma kombination med motiveringen att den är bäst på att förena säkerhet och ekonomi, berättar han.

Janne Wallenius är försiktigt optimistisk, även om den fortsatta verksamheten inte ser så ljus ut. Den senaste forskningspropositionen nämner ingenting alls om kärnkraftsforskning.

– Det är en ganska besvärande sits, även om vi deltar i ett franskt projekt om att utveckla Astrid, en natriumkyld reaktor, och i det europeiska Myrrha i Belgien, med bly-vismut kylning. Utvecklingen på olika håll i världen kan gå snabbare än vi anar.

Men vart ska den leda? Maja Fjæstad påminner om bridreaktorns historia. Där fanns en teknik, presenterad nästan som en evighetsmaskin, som skulle säkra hela vår framtid. Men den slog aldrig igenom av politiska, ekonomiska och även tekniska skäl. I stället fick vi en teknik som då sågs som den mest rudimentära.

– En lärdom av historien är att vi har svårt att värdera risker och också har svårt att veta hur riskerna kommer att värderas i framtiden. På 1950-talet kunde vi inte förutse vad folk skulle tycka på 1970-talet, säger hon.

Men vi måste välja.

– Jag litar helt och hållet på Janne Wallenius, säger Christian Azar, professor i fysisk resursteori vid Chalmers.

– Men teknik och fakta är en sak. Att välja är en annan. Fakta talar ensamt aldrig om för oss vad vi bör göra, det är i slutändan en värderingsfråga. Därför kan kloka och kunniga människor komma fram till helt olika slutsatser utifrån samma grundfakta, säger han.

De grundfakta som vi ska värdera när det gäller kärnkraften är risken för olyckor och för kärnvapenspridning, hantering av kärnavfallet och resurserna, och så ekonomin.

– På plussidan ligger att tiden för förvaring av avfallet kortas, och att man kan få mer energi ur uranet. Samtidigt är den snabba reaktorn tekniskt mer komplicerad, så den blir något mer osäker. Och så ekonomin – man har inte byggt kärnkraft på länge i västvärlden, därför är det oklart vilka kostnaderna blir. Det troliga är att snabba reaktorer blir betydligt mycket dyrare än lättvattenreaktorer. Jag kan inte heller se någon gigantisk fördel med att bygga kärnkraft jämfört med vindkraft.

Spridning av vapenplutonium är den stora faran. Problemet med snabba reaktorer är att dessa förutsätter upparbetning av avfallet. Och upparbetning innebär att man kan få plutonium i ren form. Därmed ökar risken för kärnvapenspridning.

– Den bedömningen gjordes redan på 1970-talet, då man bannlyste bridreaktorerna. Det kanske ändå vore bäst att lämna avfallet i fred, att inte upparbeta alls, säger Christian Azar.

Ett mycket starkt argument i Sverige för kärnkraft är hotet från den globala klimatuppvärmningen som fossila bränslen orsakar. Att Tyskland efter Fukushima gjorde en helomvändning och beslutade att stänga alla sina kärnkraftverk eldade på rädslan för ökade koldioxidutsläpp från de tyska kolkraftverken.

Står vi nu inför valet mellan pest och kolera?

– Jag tycker inte det, säger Christian Azar. Man kan ju välja sol och vind. Även Tyskland satsar nu kraftfullt på förnybara energikällor, inte på sina gamla kolkraftverk. På kort sikt kommer kolkraften att behöva kompletteras med koldioxidinfångning. Men ska vi tänka på kärnkraft så måste vi tänka långsiktigt.

Christian Azar gör en snabb huvudräkning. I dag står kärnkraften för cirka 12–13 procent av all elproduktion i världen. Om femtio år har världens elproduktion kanske tredubblats, och då måste kärnkraften växa med en faktor tre bara för att behålla sin position. Men ska kärnkraften spela en avgörande roll i klimatsammanhang krävs kanske att den står för hälften av elproduktionen. Det innebär åtminstone en tiofaldig ökning av kärnkraften från dagens läge, och då talar vi i grova tal om 5 000 reaktorer. Samtidigt riskerar tillgången på uran att sina, och då måste vi använda snabba reaktorer, med tillhörande upparbetningsanläggningar. Det innebär att steget till att kunna tillverka kärnvapen blir väldigt kort i väldigt många länder.

Alternativet, menar Christian Azar, är massiv satsning på sol och vind, med kanske 20 procent bioenergi och ett litet inslag av vattenkraft. Inte heller detta blir lätt, men det är möjligt. Vilket av dessa energislag lockar mest?

– Jag tycker nog att sol-, vind- och vattenframtiden är det mest attraktiva långsiktigt, säger Christian Azar.

För Lars-Gunnar Larsson däremot är de olika nya lösningarna för kärnkraften de mest intressanta. Han menar att kärnkraft är vad vi behöver, men han tycker inte att vi ska låsa oss vid en lösning än och redan nu bestämma vilken sorts ny kärnkraft vi ska bygga.

Maja Fjæstad tänker sig att man bör jobba på flera olika fronter och samtidigt hålla samtalet levande:

– Vi diskuterar de olika konsekvenserna av våra tekniska beslut väldigt lite i dag. Till exempel vilken typ av stat vi behöver för en mer och mer storskalig teknik. Bygger man upp en bridreaktor så måste man ha klart för sig att tekniken i grunden förutsätter en stark stat och internationell kontroll över vad enskilda länder gör.