Thorium for fremtiden

Historien har mange eksempler på at teknologisprang kan skjer raskere enn forventet. Det kan skje med kjernekraft i Norge.

Saltsmeltereaktoren ved Oak Ridge National Laboratory i Tennessee gjorde lovende forsøk allerede på 50- og 60-tallet. U.S. Department of Energy/Reuters/NTB Scanpix

Truls Sevje

19. mai 2014 21:53 Sist oppdatert 20. mai 2014

Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

Tidlig på 1800-tallet sendte den norske presten Morten Thrane Esmark en malmprøve fra Breviktraktene til sin svenske venn, Jøns Berzelius. Han oppdaget at malmen var et grunnstoff og ga stoffet navnet Thorium etter den norrøne guden Thor i 1829. Thorium ble brukt i lamper, andre bruksområder fantes ikke. Stoffet ble lenge ansett som et nærmest verdiløst metall.

Etter andre verdenskrig, da forskning innen kjernefysikk skjøt fart, var det store forhåpninger om at den nye energikilden uran kunne utnyttes til fredelige formål. Det ble også tidlig klart at thorium kunne være en kilde til brennstoff i kjernekraftverk, selv om det ikke var like radioaktivt som uran. Får man skutt inn ett nøytron i kjernen til thoriumatomet, blir det igangsatt en kjernefysisk prosess som får thorium til å ende opp som en variant av uran. Denne uranvarianten har den fantastiske egenskapen at den produserer energi uten at det blir produsert langvarig radioaktivt avfall som plutonium.

Avfallet fra en thoriumreaktor er ufarlig etter 350 år, i motsetning til plutoniumavfallet fra en uranreaktor, som må sikres i 100.000 år.

Militær forhistorie

Den tidligere amerikanske presidenten Bill Clinton iverksatte i 2001 et internasjonalt prosjekt, Generation IV International Forum (GIF)4. Planen var å bygge såkalte fjerdegenerasjons kjernekraftverk som skulle være «idiotsikre». Det var seks reaktortyper som ble blinket ut som aktuelle forskningsprosjekter. Et av disse er den såkalte Saltsmeltereaktoren, på engelsk Molten Salt Reactor(MSR). 13 land er med i (GIF)4. Kina, USA, Russland, Canada og Frankrike er med. Norge er ikke med. I dag vil blant annet annet Kina satse på å utvikle en MSR som går på thorium.

MSR har en militær forhistorie. I begynnelsen av den kalde krigen var fly det eneste som kunne frakte atombomber over store avstander. Det amerikanske flyvåpenet ønsket seg derfor et atomdrevet langdistansefly. Man hadde lyktes med å bygge små kjernekraftverk som drev ubåter. Klarte man å bygge atomdrevne bombefly, ville drivstoffproblemet, som var en begrensning når det gjaldt operasjonell distanse, være løst.

Oak Ridge National Laboratory i Tennessee i USA startet sine eksperimenter med en MSR på 50-tallet. Disse svært lovende forsøkene ble stanset da stormaktene fikk sine ballistiske raketter som gjorde de store bombeflyene overflødige.

Bedre enn uran

Det er fire ganger mer thorium i den landbaserte naturen enn uran. Alt thorium kan utnyttes i en reaktor i motsetning til uran. Naturlig uran består av to varianter hvorav den som kan brukes i en reaktor bare utgjør 0,7 prosent av det vi finner i naturen. Naturlig uran må derfor gjennom en anrikningsprosess som øker denne andelen til omtrent 5 prosent, før uranet kan anvendes i en reaktor.

Anslår vi at vi har nok uran for å mette energibehovet til verden i 100 år, vil vi sannsynligvis ha nok thorium for 40.000 år med det samme forbruket som i dag. Et urankraftverk på en gigawatt (en milliard watt) produserer 44 tonn radioaktivt avfall, en MSR kun ett tonn, noe som får plass i et par IKEA-poser. Avfallet fra en uranreaktor må rengjøres (reprosesseres), som i det omstridte Sellafield-anlegget, før det lagres.

Spesielle egenskaper

En MSR reprosesserer sitt eget avfall. En uranreaktor er et gigantisk anlegg med sine karakteristiske kjøletårn. En MSR er ikke større enn et par eneboliger blant annet fordi den trenger mye mindre, om noe i det hele tatt, vannkjøling enn en uranreaktor. Dette gjør disse saltsmeltereaktorene svært anvendelig i tørre land, og i land som har dårlig utbygget infrastruktur. Det trengs ikke store overføringsnett for strøm, kun lokale utbygginger.

General Motors lanserte i 2009 ideen om en thoriumdrevet Cadillac. De blir nok ikke å kunne sees på veiene i nærmeste fremtid, målet er å gjennomføre visjonen innen år 2100. General Motors

MSR har mange spesielle egenskaper, som at det ikke er en trykkvannsreaktor som kan eksplodere, som reaktoren i Tsjernobyl gjorde i 1986. Saltoppløsningen kan oppnå en temperatur på opptil 800 grader uten at trykket i reaktoren er noe mer enn det vanlige trykket i atmosfæren. Det skyldes at saltoppløsningen har et svært høyt kokepunkt. En MSR kan produsere drikkevann fra sjøvann for en rimelig penge, likedan hydrogen som kan brukes i transportsektoren, viktige fordeler i de fleste utviklingsland. En serieprodusert MSR koster en tiendedel av en uranreaktor. Nettopris på en kW produsert i en MSR vil ligge på omtrent 10 øre.Thorium og saltsmeltereaktoren passer som hånd i hanske, og det er en økende erkjennelse av at denne kombinasjonen oppfyller de fleste ønsker og mål for å redusere ulempene med de urandrevne atomkraftverkene.

Fremtidsoptimisme

Det hersker uenighet i det vitenskapelige fagmiljøet om tidsperspektivet før en MSR kan stå klar. Noen hevder 20 år, andre 5 år. Erfaringsmessig er 20 år for ingenting å regne når det gjelder endring av energistrukturen. Det tar tid å bygge en ny infrastruktur basert på bruk av thorium og MSR.

Drømmen fra Oak Ridge National Laboratory er ikke død. Minikraftverk i en ny utgave er et seriøst prosjekt, men denne gang i kombinasjon med laserteknologi og thorium. General Motors har en visjon om biler som går på thorium i år 2100. Oppfinneren Charles Stevens sitt Massachusets-firma arbeider med en laserbasert thorium generator som kan drive biler, kalt Laser Power Systems. Hele systemet vil veie 250 kilo og kan gi i fra seg 355 hestekrefter.

Ett gram thorium svarer til 28000 liter bensin. Her er det med andre ord snakk om en engangsfylling med noen få gram thorium som er tilstrekkelig for hele bilens levetid. Nåværende batteridrevne El-biler vil bli avleggs. Strømnettet belastes ikke med oppladning av el-biler. Spranget fra thoriumdrevne biler til thoriumdrevne fly behøver ikke være langt. Historien har mange eksempler på at teknologisprang kan skjer raskere enn fortventet.

Stort behov

Trenger verden den enorme energimengden som thorium kan gi? Kan vi klare oss med fornybar energi? Den fossile energien tar før eller siden slutt, mange hevder også at jordas fossile reserver bør forbli i bakken skal jorda unngå overoppheting. Frem mot år 2100 vil verdens befolkning øke til 10 milliarder, og det beregnede behovet for energi vil vokse til det firedoblede av i dag dersom også utviklingsland skal få oppleve velstand. Det er helt utenkelig at vind og sol kan dekke dette behovet, noe også FNs klimapanel understreker. Når fornybar energi ikke strekker til, og forbruket av fossilt brensel bør være minimalt, gjenstår enten kjernekraft eller at verden må leve med energimangel for storparten av jordas befolkning. Det siste vil være et skrekkscenario uten like.

Norge står i en særstilling når det gjelder thorium. Det thoriumet presten Morten Thrane Esmark fant, stammer fra et vulkanutbrudd på Fensfeltet i Telemark for 580 millioner år siden. Det betyr at thoriumårene i berggrunnen går fra overflaten og ned gjennom hele jordskorpa. Mengden er beregnet til 600.000 tonn ned til en dybde på 600 meter. Norge har antakelig verdens største forekomst av thorium, og gruvedrift ned til 600 meter er for nesten ingenting å regne. De norske forekomstene må bearbeides for å kunne brukes i en reaktor.

Det betyr ikke noe særlig rent økonomisk. Dersom det brukes 80.000 euro på å bearbeide malmen for å produsere ett kilo thorium, vil det øke strømprisen med ubetydelige 0,8 øre. 600 000 tonn thorium kan produsere mer enn hundre ganger energi enn all olje og gass i Nordsjøen. Omsettes dette i kroner i form av strømforsyning til det europeiske kontinentet, vil Norge for evig og alltid forbli på den grønne gren.

Fakta Om forfatteren Truls Sevje har matematikk hovedfag og har jobbet som lektor i mange år. Han stiftet Norsk Lektorlag i 1997 og var leder i 2,5 år. Han har i mange år vært engasjert i spørsmålet om thorium, har vært styreformann i kjernekraftselskapet 232Thorwards as og styremedlem i kjernekraftselskapet Alati as.Sevje har holdt en rekke foredrag og skrevet artikler om kjernekraft og thorium, og er medforfatter i boken Thorium – bærekraftig og miljøvennlig kjernekraft. Vis mer