Alkaako torium olla jo kypsä uraanin rinnalle energianlähteenä? Kiinalaiset kehittävät nyt voimalaa - Tiede | HS.fi

Alkaako torium olla jo kypsä uraanin rinnalle energian­lähteenä? Kiinalaiset kehittävät nyt voimalaa

Toriumia riittää, ja sitä löytyy jopa Suomesta. Reaktorin jäähdytysaineena on sula suola. Siksi reaktori toimii kuumempana kuin vedellä jäähdytettävä, ja siitä on hyötyä.

Torium on alkuaineen jaksollisessa järjestelmässä numerolla 90. Se on radioaktiivinen alkuaine. Torium tuottaa energiaa kuten uraani, mutta vähemmän äärimmäisen radioaktiivista ydinjätettä.

15.9. 2:00 | Päivitetty 15.9. 6:20

Kiinalaiset kertovat käynnistävänsä maan luoteisella alueella Wuweissa uuden tyyppisen ydinreaktorin. Se toimii toriumilla ja sen jäähdytysaineena on sula suola.

Laitos on prototyyppi, jonka teho on kaksi megawattia. Kaupallisen laitoksen teho on suunnitelmissa sata megawattia. Kaupallinen laitos saadaan valmiiksi ehkä vuonna 2030.

Uutuus on itse asiassa vanha idea uudessa kuosissa. Alkuaine torium on lumonnut tutkijoita ja insinöörejä kymmeniä vuosia energianlähteenä.

Toriumia kokeiltiin ydinpolttoaineena Yhdysvalloissa jo 1950-luvulla. Vedellä jäähdytettävät uraanireaktorit voittivat silti toriumreaktorit markkinoilla.

Torium eroaa uraanista energialähteenä merkittävästi.

Toriumin puolesta puhuu kuitenkin se, että alkuainetta on runsaasti saatavissa. Esiintymiä on ympäri maailman, Suomessakin Soklin fosfaattiesiintymän yhteydessä.

Toriumilla on sitä paitsi vain vähän muuta käyttöä, lähinnä joissakin keraamisissa materiaaleissa, metalliseoksissa ja hitsauspuikoissa sekä katalyyttina.

Kiinalaisen toriumtekniikan kehittäjät, professori Yan Rui Shanghain sovelletun fysiikan instituutista ja hänen kollegansa uskovat, että torium tulee uraanin rinnalle lähitulevaisuudessa.

Läntisestä Kiinasta tulee heidän näkemyksissään energiasampo, jossa uudet reaktorit tuottavat sähköä tiheästi asutuille alueille tuuli- ja aurinkovoimaloiden rinnalla.

Yksityiskohtaisia tietoja hankkeesta ei ole julkaistu. Kiinan suunnitelmista kirjoitti vastikään tiedelehti Nature. Tuoreet uutiset ovat peräisin hongkongilaisesta South China Morning Post -sanomalehdestä. Sen omistaa nykyään teknojätti Alibaba, jolla on läheiset yhteydet Kiinan valtiojohtoon.

”Hankkeesta tekee mielenkiintoisen se, että Kiinalla on käytössään todella suuret resurssit kokeelliseen toimintaan. Tämä on juuri se, mitä sulasuolateknologian kehitys kaupalliseksi tuotteeksi vielä edellyttää”, kertoo tutkimusprofessori Jaakko Leppänen Teknologian tutkimuskeskus VTT:stä.

Kiinalaisten hankkeessa yhdistyvät kaksi tekniikkaa, ensinnäkin torium energialähteenä.

Torium eroaa uraanista energialähteenä merkittävästi, sillä torium on varsinaisen ydinpolttoaineen lähtöaine. Se vaatii neutronilähteen, kuten uraania. Neutronit muuttavat toriumin uraanin 233-isotoopiksi, joka on halkeava.

Kun uraanin isotoopit halkeavat, ne tuottavat energiaa ja lisäksi neutroneja tekemään toriumista lisää polttoainetta. Reaktori siis tuottaa energiaa ja samalla itselleen polttoainetta.

Toinen merkittävä tekniikka on sulan suolan käyttö reaktorissa jäähdytysaineena veden sijasta. Suolaseokset ovat muuta kuin ruokasuolaa, usein ne ovat fluorin suoloja.

”Vesijäähdytteisillä reaktoreilla on paljon hyviä puolia. Teknologian mahdollisuuksia rajoittaa kuitenkin ratkaisevasti veden alhainen kiehumispiste”, Leppänen sanoo.

Jos jäähdytysaineena sen sijaan käytetään kaasua, sulaa metallia tai suolaa, reaktori voi toimia satoja asteita korkeammassa lämpötilassa.

Toriumia käyttävässä sulasuolareaktorissa polttoaine on liuotettu sulaan suolaseokseen.

Suola voidaan kuumentaa 500–1 400 asteen lämpötilaan nostamatta painetta. Veden voi kuumentaa käytännössä vain vähän yli 300 asteen lämpötilaan, jolloin tarvitaan 150 ilmakehän paine.

Korkean lämpötilan reaktoreilla, joissa lämpötila yli 700 astetta, on paljon käyttöä. Yksi hankkeen kannustimista on etenkin vedyn tuotanto.

”Maailman mitassa tällainen sovellus olisi erityisesti vedyn valmistus korkean lämpötilan elektrolyysillä tai termokemiallisella prosessilla”, Leppänen sanoo.

”Laajaan vetytalouteen siirtyminen edellyttää vähähiilisen vedyn tuotannon tuhatkertaistamista tulevien vuosikymmenien aikana, joten tällaiselle teknologialle olisi kyllä ihan konkreettinen tarve.”

Reaktorien avulla voi myös poistaa suolaa merivedestä.

Lue lisää: Lasereilla synnytetty fuusio syttyi hetkeksi lupaavasti – arkinen voimala silti yhä vuosikymmenien päässä

Toriumista ja sulasuolareaktorista puhutaan usein samaan hengenvetoon.

Voi syntyä käsitys, että jokainen sulasuolareaktori olisi samalla toriumreaktori. Todellisuudessa toriumia voidaan käyttää monenlaisissa reaktoreissa.

Yhdysvalloissa Idahon kansallinen laboratorio, Teksasin yliopiston ydinteknologiakeskus ja alan yritys Clean Core Thorium Energy perustivat viime vuonna yhteishankkeen. Se kehittää toriumin ja uraanin seosta polttoaineeksi raskasvesireaktoreihin.

Toisaalta monet sulasuolareaktorin kehittäjistä puolestaan aikovat käyttää perinteistä uraanipolttoainetta.

Joukko tutkijoita uskoo, että paras tulos saadaan yhdistämällä torium ja sulasuola. Hollantilaisen ydintutkimuslaitos NRG:n mukaan torium on lupaava polttoaineen materiaali erityisesti sulasuolareaktorissa.

Laitos perusti viime maaliskuussa Delftin teknillisen yliopiston, fuusioenergian tutkimuslaitos DIFFERin ja reaktorikehittäjä Thorizonin kanssa yhteishankkeen. Ensimmäinen reaktori on tarkoitus saada valmiiksi vuonna 2035.

Osa nestemäisistä reaktiotuotteista käsitellään saman tien uudeksi polttoaineeksi.

Toriumkäyttöinen sulasuolareaktori viehättää osittain siksi, että polttoaineen kierrätyksen uskotaan helpottuvan.

Tavallinen ydinvoimala käyttää alle sadasosan uraanin energiasisällöstä. Reaktiotuotteista voidaan erottaa uutta polttoainetta, mutta se on monimutkaista ja kallista.

Sulasuolareaktorissa saadaan aikaan jatkuva kierrätys. Osa nestemäisistä reaktiotuotteista käsitellään saman tien uudeksi polttoaineeksi. Laitos toimii niin sanottuna hyötöreaktorina.

Pitkästä tutkimuksesta huolimatta teknisiä ongelmia riittää vielä. Yksi haaste on saada materiaalit kestämään syövyttävää ja radioaktiivista suolaseosta korkeissa lämpötiloissa vuosikymmeniä

Kiinalaiset ovat kertoneet kehittäneensä metalliseosta, joka toimii tuhannenkin asteen kuumuudessa.

Ydinvoimayhtiöillä ei ole tällä hetkellä tarvetta hakea uutta polttoainetta, koska uraania riittää vielä.

Vaikka tekniset ongelmat ratkaistaisiin, toriumtekniikan voitto on kaikkea muuta kuin itsestään selvää.

Toriumia on kyllä enemmän kuin uraania, runsaasti Intian hiekkarannoilla ja monessa muussa paikassa, kuten Australiassa ja Yhdysvalloissa. Ydinvoimayhtiöillä ei kuitenkaan ole tällä hetkellä tarvetta hakea uutta polttoainetta, koska uraania riittää vielä.

Joskus saanti voi kuitenkin vähetä. Mahdollisuus saada polttoainetta useasta lähteestä voi olla entistä tärkeämpi.

Toriumreaktori pystytään tekemään turvalliseksi, mutta käytännössä sama turvataso saavutetaan perinteisissä reaktoreissa.

”Olen huomannut meneillään olevasta torium- ja sulasuolahypestä ainakin sellaisen trendin, että uusien reaktorityyppien erityispiirteiksi luetaan myös sellaisia ominaisuuksia, jotka ovat yhteisiä kaikille ydinreaktoreille”, Leppänen sanoo.

Yhtenä toriumhyötöreaktorikierron etuna esitetään plutoniumin pieniä määriä reaktion tuotteissa. Todellisuudessa tämäkin etu on Leppäsen mukaan jossain määrin kyseenalainen.

”Vaikka pitkäikäinen plutonium nousee ydinjätekeskustelussa usein esille, loppusijoituksen turvallisuuden näkökulmasta tilanne on hieman erilainen. Plutonium ei muodosta helposti kulkeutuvia yhdisteitä, minkä vuoksi se ei pitkäikäisyydestään huolimatta juurikaan vaikuta ympäristön säteilykuormaan.”

Lue lisää: Fuusioenergiasta on syntymässä kisa – Seuraavat 15 vuotta kertovat, onko fuusio­voimasta tulevaisuuden energian­lähteeksi, arvioi tutkija

Vedynkin tuotantoa varten on kehitetty kilpailevia energialähteitä. Uraanilla toimiva heliumjäähdytteinen kuulakekoreaktori on juuri saanut käyttöluvan, myös Kiinassa. Polttoainetta ladataan parhaillaan.

Kiinalaiset kehittävät yhtä aikaa monia ydinenergiateknologioita, aurinko- ja tuulienergian rinnalla. Riskit pienenevät. Kiinalainen tapa toimia eroaa yhdysvaltalaisesta tai eurooppalaisesta myös siinä, että se on pitkäjänteistä.

”Fuusion tapaan myös hyötöreaktorit tarjoavat ratkaisuja oikeastaan sellaisiin energiaongelmiin, jotka häämöttävät vasta useamman sukupolven päässä”, Leppänen sanoo.

Suomalaisesta näkökulmasta torium- ja sulasuolateknologiat näyttävät äkkiseltään kaukaiselta. Kotimainen tutkimus on keskittynyt uraanitekniikkaan.

”Suomen vahvoja puolia ovat ydinturvallisuuden osaaminen ja jätteiden loppusijoitus. Torium- ja uraaniprosessin jätteet ovat erilaisia, mutta uraaniteknologiassa 1970-luvulta alkaen kerättyä osaamista voidaan osittain hyödyntää myös toriumpuolella”, Leppänen sanoo.

Artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat