Luento biopolttoaineiden energiakäytöstä

Julkaisemme VTT:n tutkijan Sampo Soimakallion noin kuukausi sitten pitämän luennon biopolttoaineiden energiakäytöstä. Luennossa aihetta tarkastellaan erityisesti hiili- ja ilmastoneutraaliuden näkökulmasta. Luennossaan Soimakallio esittää kattavan yhteenvedon alan viimeisimmästä tutkimuksesta.

Aineistosta voidaan todeta esimerkiksi, että hiilineutraali ei ole sama kuin ilmastoneutraali, että bioenergian lisääminen ei aina ole kestävän kehityksen mukaista, ja että bioenergia ylipäätään ei ole niin ongelmatonta ja ilmastoneutraalia kuin yleisesti uskotaan.

Video on teräväpiirto-formaatissa. Luentokalvot näkyvät paremmin avaamalla video koko näytön tilassa.

Kategoria(t): Energia. 3 Comments »

Pohjoisnavan jääpeite pienempi kuin koskaan mittaushistorian aikana

Pohjoisen merijään uusi sulamisennätys saavutettiin neljä päivää sitten. Jään peittämän merialueen pinta-ala on nyt pienempi kuin koskaan aiemmin dokumentoituna aikana.

Alla oleva satelliittimittauksiin perustuva kuva perustuu kertoo jään peittämän merialueen pinta-alan pohjoisella pallonpuoliskolla.

Kuva: JAXA

Ajan tasalla oleva kuva löytyy tästä linkistä:

http://www.ijis.iarc.uaf.edu/en/home/seaice_extent.htm

Kuvasta nähdään, että merijään pinta-ala on tavallisesti ollut alhaisimmillaan syyskuun puolivälin ja lopun välisenä aikana. Jään voi näin ollen olettaa hupenevan vielä muutaman viikon ajan. Minimin ajankohta on myös vähitellen siirtynyt myöhäisemmäksi. Tämänvuotinen minimi alittanee selvästi edellisen ennätyksen vuodelta 2007.

Jään pinta-alan vuosittaiset vaihtelut ovat suuria, mutta laskeva trendi on ollut nähtävissä jo pitkään. Tämä NSIDC:n tuottama kuva kertoo jään pinta-alan syyskuussa viimeisen kolmenkymmenen vuoden ajalta.

Kuva: National Snow and Ice Data Center (NSIDC)

Merijään tilavuudesta ei ole olemassa tarkkoja mittauksia yhtä pitkältä ajalta kuin pinta-alasta. Paras käytettävissä oleva tieto on PIOMAS-malli, jonka trendi näyttää tältä:

Kuva: Polar Science Center.

Kuvaaja ja selitys mallista löytyy osoitteesta:

http://psc.apl.washington.edu/wordpress/research/projects/arctic-sea-ice-volume-anomaly/

Merijään tulevasta kehityksestä on olemassa mallilaskelmia, mutta niitä ei pidetä erityisen luotettavina. Jää on kesäaikaan vähentynyt huomattavasti mallilaskelmia nopeammin. Jääpeitteen tulevaa muutosta voidaan arvioida tähänastisen muutoksen suunnan ja nopeuden perusteella. Mitä siis tapahtuu, jos jään sulaminen kesäisin kiihtyy kuten se on tehnyt viimeisen kymmenen vuoden aikana?

Gareth Renowden on tarkastellut tätä asiaa blogissaan pari vuotta sitten. Hän piirsi kesäjään tilavuuden vuosilta 2001..2010 ja jatkoi tätä kuvaajaa tulevaisuuteen. Kuva näyttää tältä.

Kuva: PIOMAS, NSIDC. Koostanut Gareth Renowden.

Jos oletetaan kesäjään tilavuuden vähenevän tulevaisuudessa samoin kuin vuosien 2001..2010 välisenä aikana, kesäjää katoaisi kokonaan suunnilleen vuonna 2016.

Merijään väheneminen vähentää maapallon kykyä heijastaa Auringon säteilyä takaisin avaruuteen, joten se toimii ilmaston lämpenemistä lisäävänä, positiivisena palauteilmiönä. Merijään vähenemisen tiedetään vaikuttavan myös merivirtoihin ja ilmakehän suihkuvirtauksiin, jotka edelleen vaikuttavat pohjoisen pallonpuoliskon säätiloihin. Muutosten laatu, voimakkuus ja alueet, joilla muutoksia tapahtuu, ovat epävarmempia. Näistä tultaneen lähivuosina näkemään sekä uusia tutkimuksia että käytännön esimerkkejä.

Tärkein tekijä merijään vähenemisessä on maapallon ilmaston lämpeneminen. Ihmiskunnan ilmakehään päästämät kasvihuonekaasut voimistavat kasvihuoneilmiötä, jonka luonnollisena seurauksena ilmasto lämpenee. Pohjoisen merijään kesäinen katoaminen tulee olemaan ensimmäinen suuri konkreettinen osoitus ilmaston lämpenemisestä.

Hiilidioksidin määrä ilmakehässä havainnollistettuna

Ilmassa on hiilidioksidia tällä hetkellä 390 ppmv, kun sitä esiteollisena aikana 1800 luvun alussa oli 280 ppmv. Yksikkö ppmv, Parts Per Million by Volume, tarkoittaa miljoonasosaa tilavuudesta. 390 ppm on yhtä kuin 0,039 %. Hyvin suuria ja hyvin pieniä lukuja on vaikea hahmottaa, siksi teemme pari yksinkertaista havainnollistusta.

Havainnollistus pinta-alan mukaan

Ilmakehässä kaasut ovat tasaisena seoksena. Ajatellaan, että ne olisivat erillään niin, että jokainen kaasu olisi yhtenä selvärajaisena alueena maapallon pinnalla. Tällä tavalla kaasujen määrä voidaan suhteuttaa Maapallon pinta-alaan.

Maapallon pinta-ala on 510 100 000 km2

Yksi miljoonasosaa tästä on 510,1 km2

390 miljoonasosaa on 198 939 km2

Tätä pinta-alaa vastaavan neliön sivun pituus on 466 km.

Lasketaan samalla tavalla:

  • Hiilidioksidin määrä ilmakehässä on tänään 390 ppm <=> 466 km
  • Hiilidioksidin määrä oli esiteollisena aikana 280 ppm <=> 378 km
  • Ihmiskunnan aikaansaama lisäys on 110 ppm <=> 237 km
  • Hiilidioksin määrä lisääntyy vuosittain 2 ppm <=> 32 km
  • Suomen osuus päästöistä on 0,2 % = 0,004 ppm <=> 1,4 km

Piirretään tuloksia vastaavat pinta-alat Suomen kartalle:

Kuva 1.

Piirretään 2 ppm ja 0,004 ppm vastaavat pinta-alat pääkaupunkiseudun kartalle:

Helsinki_hiilidioksidi4

Kuva 2.

Ihmiskunnan tuottaman hiilidioksidin määrä on noin kaksinkertainen tässä esitettyyn määrään nähden, koska noin puolet siitä poistuu luonnon hiilinieluihin.

Kuvasta nähdään, että ihmiskunnan vuotuinen lisäys ilmakehän hiilidioksidiin riittäisi täyttämään koko pääkaupunkiseudun ilmatilan Helsingin eteläkärjestä lähes Järvenpään korkeudelle saakka.

Havainnollistus kerrospaksuuden mukaan

Toinen tapa havainnollistaa hiilidioksidin määrää on laskea kaasukerroksen paksuus, jos kyseinen kaasu olisi muusta ilmasta erillään ja sijaitsisi merenpinnan tasolla. Tehdään yksinkertainen laskelma, joka ei ole absoluuttisen tarkka, mutta on havainnollinen ja tähän tarkoitukseen riittävän tarkka.

Ilmakehän tiheys vähenee ylöspäin mentäessä kuvan 3. mukaisesti.

Kuva 3.

Merenpinnan tasolla keskimääräinen ilmanpaine on 1013 mb (millibaaria). Viiden ja puolen kilometrin korkeudella paine on enää 500 mb, eli puolet ilmakehän massasta sijaitsee 5,5 kilometrin alapuolella. Ylöspäin mentäessä ilman paine ja samalla tiheys vähenevät logaritmisesti, ja myös asymptoottisesti, koska selkeää ylärajaa ilmakehällä ei ole.

Tätä esimerkkiä varten oletetaan, että ilman tiheys merenpinnasta ilmakehän ylärajalle asti on vakio 1,3 kg/m3, eli yhden kuutiometrin paino on 13 N. Esimerkki-ilmakehämme paksuus on siten

101300 Pa : 13 N/m3 = 7792 m

Pyöristetään lukema 8000 metriin.

Hiilidioksidin osuus 390 miljoonasosaa tästä on

8 000 / 1 000 000 * 390 = 3,1 metriä

Samat vertailuluvut kuin pinta-alaesimerkissä ovat siten:

  • Hiilidioksidin määrä ilmakehässä on tänään 390 ppm <=> 3,1 m
  • Hiilidioksidin määrä oli esiteollisena aikana 280 ppm <=> 2,2 m
  • Ihmiskunnan aikaansaama lisäys on 110 ppm <=> 0,88 m
  • Hiilidioksin määrä lisääntyy vuosittain 2 ppm <=> 1,6 cm

Havainnekuvassa mieshahmon pituus on 170 cm. Ihmistoiminnan aiheuttama hiilidioksidilisäys 88 cm on kuvassa sinisellä.

Kuva 4.

(Pohjana oleva kuva on Pioneer 10 ja 11 -luotaimiin kiinnitty tervehdys avaruuden muukalaisille.)

Yhteenveto

Ihmisoiminnan seurauksena hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä on kasvanut määrällä, joka vastaa 88 cm paksua kaasukerrosta kautta koko Maapallon pinnan. Vertailun vuoksi, yläilmakehän otsonimäärä tällä tavalla ilmaistuna olisi vain 2-4 mm paksu kerros, ja silti se riittää suodattamaan elämälle haitallista Auringon  UV-säteilyä. Hiilidioksidi suodattaa maanpinnasta säteilevää lämpösäteilyä estäen sitä pakenemasta avaruuteen.

Kategoria(t): Ilmastotiede. 2 Comments »

Sulasuolareaktori – energiaa toriumista

Tässä artikkelissa kerrotaan ydinvoimatekniikasta, joka tarjoaa lähes ehtymättömän ja päästöttömän energialähteen, sekä ratkaisun ydinjäteongelmaan. Tekniikan avulla voidaan muuntaa myös nykyiset ydinjätteet huomattavasti helpommin hävitettävään muotoon samalla kun niistä saadaan vielä paljon energiaa talteen. Polttoainetta tämä tekniikkaa kuluttaa vain noin sadasosan nykyisiin ydinvoimaloihin verrattuna, eikä polttoaine ei ole uraani, vaan kolme kertaa yleisempi alkuaine torium. Laskennallisesti koko maailman energiantarve voitaisiin tyydyttää alle kymmenellä tuhannella tonnilla toriumia vuodessa.

Teksti on yritetty kirjoittaa mahdollisimman helppotajuiseksi. Vaikeita termejä on linkitetty selittäviin lähteisiin.

Nykyiset ydinvoimalat toimivat poikkeuksetta uraanilla, tarkemmin sanottuna uraani-isotoopilla 235, (isotooppi?) joka neutronipommituksessa halkeaa vapauttaen lämpöenergiaa. Uraani-isotooppi 238 ei halkea, mutta muuttuu neutronisäteilyssä muutamien välivaiheiden kautta plutonium-isotoopiksi 239, joka uraani-235 tavoin halkeaa. Uraani-238 ei siis ole fissiili, eli halkeava. Uraani-238 on sen sijaan fertiili, mikä tarkoittaa, että se voidaan neutronisäteilyn avulla muuttaa fissiiliksi plutonium-239:ksi. Alkuaineen muuttumista toiseksi alkuaineeksi sanotaan transmutaatioksi, ja kun sitä tehdään ydinreaktorissa, puhutaan hyötämisestä. Uraani-238 voidaan siis hyötää plutonium-239:ksi, ja sillä tavalla käyttää polttoaineena.

Hyötäminen on englanniksi breed, (synnyttää, lisääntyä, kasvattaa), mikä sanana kuvastaa paremmin mistä tässä on kysymys.

Käytössä olevat kevytvesireaktorit toimivat ns. hitailla neutroneilla. Niissä käytetään vettä neutronien hidastamiseksi, ja niitä kutsutaankin hitaiksi, tai termisikisi reaktoreiksi. Ne hyötävät U-238:aa plutoniumiksi jonkin verran, mutta varsinaiset hyötöreaktorit ovat nopeita reaktoreita. Niissä ei ole hidastinta, ja nimensä mukaisesti ne toimivat nopeilla reaktoreilla. Esim. aiemmin käsitelty IFR on nopea reaktori. Ne voivat tuottaa enemmän polttoainetta kuin kuluttavat.

Torium on kolme kertaa uraania yleisempi alkuaine. Se on uraani-238 tavoin fertiili, eli se voidaan neutronisäteilyssä hyötää, jolloin siitä tulee fissiili uraani-233. Toisin kuin uraani-238, toriumia voidaan hyötää myös hitaissa reaktoreissa. Sitä on suunniteltu käytettäväksi lisänä nykyisissäkin kevytvesireaktoreissa, sekä Kanadalaisissa raskasvesireaktoreissa.

Toriumin käyttöön soveltuu hyvin ns. sulasuolareaktori, jonka mielenkiintoista historiaa käsiteltiin edellisessä artikkelissa. Seuraavaksi keskitytään tekniikkaan ja sen suomiin mahdollisuuksiin.

Sulasuolareaktori, MSR (Molten Salt Reactor) tai LTFR (Liquid Torium Fluoride Reactor) eroaa täysin muista reaktoreista. Sen polttoaine on nestemäisessä muodossa, suolaseoksena, esim. LiF-BeF2-ThF4-UF4. Suola toimii myös jäähdytteenä.

MSR on hidas reaktori. Hidastimena toimii grafiittisydän, jonka läpi suola kierrätetään. Ydinreaktiot tapahtuvat hitaiden neutronien alueella grafiittisydämessä. Lämmennyt suola johdetaan lämmönvaihtimeen jossa lämpöenergia otetaan talteen ja muutetaan sähköksi perinteisellä höyryturbinilla. Kuvassa 1 nähdään MSR-laitoksen periaatekaavio.

Kuva 1.

MSR:n korkea toimintalämpötila, jopa yli 700˚C mahdollistaa myös kaasuturbiinin käyttämisen lämpövoimakoneena. Energiantuotannossa käytettäisiin työaineena heliumia ja hermeettistä kaasuturbiinia suljetulla kierrolla. Tämä teknisesti hyvin vaativa ja kallis turbiinikoneisto tuottaisi höyryturbiinia paremman hyötysuhteen, mutta MSR:n ensimmäiset sovellukset tultaneen näkemään perinteisellä, edullisella höyryturbiinilla toteutettuna.

Koska suolan kiehumispiste ylittää reaktorin käyttölämpötilan, reaktori toimii ilmakehän paineessa, eikä raskasta ja kallista paineastiaa tarvita. Laitoksen aktiivisella alueella ei voi tapahtua höyryräjähdyksiä.

Suola ei missään olosuhteissa syty palamaan, eikä reaktorin polttoaine voi sulaa koska se on jo sulassa muodossa.

Reaktori koostuu kevytrakenteisesta säiliöstä, jonka sisällä on grafiittisydän ja yksinkertainen säätösauvakoneisto. Kuvassa 2 nähdään MSRE koereaktorin grafiittisydän ja reaktorisäilö, jossa sydän sijaitsee.

Kuva 2.

Säiliön pohjassa on kiinteällä suolalla tukittu aukko. Suolatulppa pidetään kiinteänä jäähdyttämällä sitä. Jos sähköenergian saanti katkeaa ja suolatulpan jäähdytys pysähtyy, tai reaktori muusta syystä ylikuumenee, suolatulppa sulaa ja reaktorin sisältö valuu putkea pitkin alapuolella olevaan varastosäiliöön. Reaktori pysähtyy itsestään, koska fissiota ei voi tapahtua grafiittisydämen ulkopuolella. Varastosäiliö on passiivisesti jäähdytetty, eikä se voi ylikuumentua jälkilämmöstä.

MSR omaa voimakkaan negatiivisen lämpötilakertoimen, joka tarkoittaa sitä, että sen teho pienenee lämpötilan noustessa. Ilmiö johtuu suolan lämpölaajenemisesta. Mitä kuumempaa suola on, sen vähemmän sitä mahtuu grafiittisydämeen ja sen vähemmän fissiota tapahtuu. Reaktorin teho säätyy itsestään sen mukaan, paljonko tehoa siitä otetaan ulos. Säätösauvoja ei tehonsäätöön välttämättä tarvita lainkaan. (Yhden lähteen mukaan kokonaislämpötilakerroin olisi positiivinen)

Koska polttoaine on suolaliuoksessa, polttoainesauvoja ei tarvitse valmistaa. Reaktorin yhteydessä on suolaliuoksen käsittelylaitteisto, jossa fissiotuotteet erotetaan, aktinoidit palautetaan ja tuoretta toriumia lisätään kiertoon. Reaktoria ei tarvitse pysäyttää polttoaineen latausta varten. Useita muitakin mahdollisia polttoainekiertoja on tutkittu. Esimerkiksi nykyisten ydinvoimaloiden korkea-aktiiviset jätteet voitaisiin tässä järjestelmässä käsitellä siten, että loppusijoitukseen menevän jätteen määrä vähenee muutamaan sadasosaan nykyisestä, ja loppusijoitusajan tarve vähenee kymmenistä tuhansista vuosista noin kolmeensataan vuoteen.

MSR:n polttoaineenkulutus vastaa IFR:n kulutusta, ollen n. 1000 kg vuodessa 1000 MW:n laitosta kohti. Kuvan 3 kahdensadan litran tynnyriin mahtuisi 1000 MW toriumvoimalan kahden vuoden polttoaineet.

Kuva 3.

IFR:n tavoin MSR:n käytetty polttoaine sisältää pääasiassa fissiotuotteita, ei pitkäikäisiä aktinoideja. Jätteen radioaktiivisuus vähenee luonnonuraanin tasolle n. 300 vuodessa. Tätä pidempää loppusijoitusta ei tarvita.

Kuvassa 4 on verrattu torium-voimalan polttoainekiertoa käytössä olevien ydinvoimaloiden polttoainekiertoon.

Kuva 4.

Nykyinen voimala:

  • tarvitsee 250 tonnia luonnonuraania kaivoksesta
  • rikastuksessa saadaan 35 tonnia rikastettua polttoainetta, josta valmistetaan polttoainesauvoja
  • rikastuksessa jää yli 215 tonnia köyhdytettyä uraania
  • polttoaine ladataan reaktoriin, jossa U-235 palaa, osa U-238:sta muuttuu Pu-239:ksi josta osa palaa ja osaa jää käytettyyn polttoaineeseen
  • käytettyä polttoainetta, eli korkea-aktiivista jätettä syntyy 35 tonnia
  • jäte sisältää 33,4 tonnia U-238, 300 kg U-235, 300 kg plutoniumia, 1000 kg fissiotuotteita

MSR-toriumvoimala:

  • tarvitsee yhden tonnin toriumia kaivoksesta
  • rikastusta ei tarvita
  • torium syötetään reaktorin suolakiertoon
  • käytettyä polttoainetta, eli korkea-aktiivista jätettä syntyy yksi tonni
  • jäte sisältää fissiotuotteita
  • 83% fissiotuotteista muuttuu vaarattomiksi kymmenessä vuodessa
  • loput 17% fissiotuotteista muuttuu vaarattomiksi 300 vuodessa, tämän pidempää loppusijoitusta ei tarvita
  • jätteessä on plutoniumia n. 30 grammaa

Käytetyn polttoaineen plutonium ei sovellu pommin valmistamiseen, koska se ei ole riittävän puhdasta.

MSR voidaan rakentaa hyvin monen kokoiseksi, alle megawatin kokoisesta aina tuhansiin megawatteihin asti. Sen mekaaninen rakenne on erittäin yksinkertainen. Periaatteessa mikä hyvänsä levyrakenteita valmistava, erikoisterästen muokkaamisen ja hitsaamisen taitava konepaja pystyisi niitä valmistamaan. Se soveltuu erinomaisesti sarjatuotantoon, jolloin hintaa saadaan pudotettua. Koska reaktori on paineeton, suojarakennuksen ei tarvitse olla yhtä massiivinen kuin nykyisissä laitoksissa. Onkin esitetty arvioita, että MSR-laitoksen rakentamiskustannukset voisivat olla nykyisiä ydinvoimaloita alhaisemmat ja rakentamisaika lyhyempi.

MSR toimii korkeammassa lämpötilassa kuin IFR, jopa yli 700˚C. Näin ollen sillä voidaan suoraan korvata myös ylikriittisten hiilivoimaloiden kattilat ja hyödyntää jo olemassa oleva turbiinikoneisto, sähköverkko ja muu infrastruktuuri. Tämä saattaisi olla kaikkein tehokkain tapa lopettaa suurimman yksittäisen CO2-lähteen, kivihiilen polttaminen.

Korkea lämpötila tekee myös sähkön ja lämmön yhteistuotannon edulliseksi.

Koska torium ei ole fissiili, MSR-reaktoria ei voi käynnistää pelkällä toriumilla, vaan se tarvitsee alkulataukseen riittävän määrän fissiiliä uraani-235, uraani-233 tai plutonium-239 -isotooppia.

Kuten IFR, tämäkään tekniikka ei ole valmis kaupallistettavaksi. Kiina ilmoitti tammikuun lopussa käynnistävänsä MSR-reaktorin kehityshankkeen. Lähempänä toteutumista on Japanin 10 MWe:n demonstraatiolaitos miniFUJI, jota seuraisi 200 MWe:n FUJI.

Kuva 5. Japanin suunnitelma, 200 MWe:n FUJI MSR-toriumvoimala.

FUJIn on ennakoitu tuottavan sähköä 30% nykyisiä ydinvoimaloita halvemmalla tarjoten siten kaupallisen kilpailijan myös suurimmalle hiilidioksidilähteelle, kivihiilelle.

(Tekstiä editoitu 28.2.2011, sisältöön ei muutoksia.)

Lähteet:

  1. Wikipedia: Molten salt reactor
  2. Energy from Thorium
  3. The Nuclear Green Revolution
  4. ThoriumMSR
  5. LFTRs to Power the Planet
  6. Thorium Energy
  7. MOLTEN-SALT REACTORS—HISTORY, STATUS, AND POTENTIAL
  8. PHYSICAL PROPERTIES OF MOLTEN-SALT REACTOR FUEL, COOLANT, AND FLUSH SALTS
  9. Molten Fluorides as Power Reactor Fuels
  10. MOLTEN-SALT REACTORS
  11. Molten Salt Reactor (MSR) – sulasuolojen ominaisuudet
  12. Molten Salt Reactors and Possible Scenarios for Future Nuclear Power Deployment
  13. China enters race to develop nuclear energy from thorium
Kategoria(t): Energia. 3 Comments »

Sulasuolareaktori – katsaus historiaan

Olen aikaisemmin kirjoittanut IFR-ydinvoimakonseptista, joka on yksi varteenotettava vaihtoehto fossiilienergialle tulevaisuudessa. IFR käyttää polttoaineena uraania kuten nykyisetkin ydinvoimalat, mutta käyttää sen sata kertaa nykyistä tehokkaammin. Uraanin riittävyys ei aseta esteitä vaikka kaiken ihmiskunnan tarvitseman energian tuottamiseksi tällä tekniikalla tuhansia vuosia eteenpäin.

IFR ja uraani eivät ole ainoat vaihtoehdot. Torium, alkuaine numero 90, kelpaa myös ydinpolttoaineeksi. Toriumia on maankuoressa kolme kertaa enemmän kuin uraania. Toriumin käyttöön soveltuu hyvin ns. sulasuolareaktori, josta käytetään lyhennettä MSR sanoista Molten Salt Reactor. Se on tekniikkana ilmeisesti vielä huonommin tunnettu kuin IFR:n kaltaiset nopeat reaktorit, eikä ole harvinaista, että täyden uran palvelleet ydinvoimainsinöörit eivät ole kuulleetkaan siitä.

Suolasulareaktorin historia alkaa Yhdysvalloista 1940-luvulta, jolloin sitä suunniteltiin lentokoneen voimanlähteeksi. Kehitystyö tehtiin Oak Ridge National Laboratoryssa vuosina 1946-1961. Ensimmäinen pieni koereaktori oli toiminnassa marraskuussa 1954. Se tuotti yhteensä 96 megawattituntia 221 käyttötunnin aikana, saavutti 2,5 MWt:n tehon ja 860˚C lämpötilan, mikä riittää mainiosti lentokoneen kaasuturbiinille. [4]

Kuva 1.

Kuvassa 1 nähdään hahmotelma lentokoneen ydinvoimamoottorista. Sen sijaan, että kaasuturbiinissa kokoon puristettu ilma lämmitetään kerosiinia polttamalla, se lämmitetään ydinreaktorista saatavalla lämmöllä. Radioaktiivinen polttoaine on suljetussa kierrossa eikä sitä vapaudu moottorista ilmakehään. Moottorista tulee vain kuumaa ilmaa. Onnettomuustilanteessa riski radioaktiiviselle päästölle on luonnollisestikin suuri.

Yksi B-36 pommikone (Kuva 2.) varustettiin toimivalla reaktorilla ja sillä tehtiin 47 koelentoa vuosina 1955-1957. Kone lensi omilla moottoreillaan, ei siis reaktorin voimalla. Tarkoituksena oli aluksi ainoastaan testata, miten reaktoria voidaan käyttää lentokoneessa. Kone oli varustettu 12 tonnia painavalla lyijysuojauksella miehistön suojaamiseksi säteilyltä. [2]

Kuva 2.

Kylmän sodan aikaan suurvalloilla oli tapana partioida pommikoneilla Pohjoisnavan yllä valmiina nopeasti hyökkäämään vihollisen kimppuun. Ydinvoimalla toimiva lentokone olisi voinut pysytellä ilmassa viikkoja yhteen menoon ja lentää ilman välitankkauksia minne tahansa Maapallolla. Sitten keksittiin mannertenväliset ohjukset ja tämä suunnitelma kävi tarpeettomaksi.

Reaktorin kehitystyö kuitenkin jatkui. Alettiin tutkia sen soveltuvuutta siviilikäyttöön. Kymmenen megawatin koereaktorin suunnittelu aloitettiin vuonna 1960. Rakentaminen aloitettiin 1½ vuotta myöhemmin ja reaktori (Kuva 3.) käynnistettiin kesäkuussa 1965. Laskuvirheen takia se toimi vain 8 megawatin teholla, mutta sillä ei ollut kehitystyön kannalta merkitystä. Polttoaineena oli aluksi uraani-235, joka myöhemmin vaihdettiin uraani-233:ksi, ja plutonium-239:kin kokeiltiin.

Kuva 3.

Reaktorin toiminta päättyi joulukuussa 1969 lupaavin tuloksin. Suunnitelmissa oli rakentaa uusi, kertyneiden kokemusten perusteella parannettu koereaktori, mutta tammikuussa 1973 projekti määrättiin lopetettavaksi. Vuotta myöhemmin se kuitenkin käynnistettiin uudelleen, kunnes se 1976 päättyi lopullisesti ”säästösyistä”, sekä joihinkin vuonna 1971 havaittuihin teknisiin ongelmiin vedoten, jotka kuitenkin oli sittemmin jo ratkaistu. [1]

Suolasulareaktorilla ei ollut käyttöä pommimateriaalin valmistuksessa, joten puolustusvoimia se ei lentokonesuunnitelman hautaamisen jälkeen kiinnostanut.

Kehitystyö ei päättynyt kokonaan vuoteen 1976, vaan on jatkunut eri puolilla maailmaa. Yhtään uutta koereaktoria ei ole rakennettu, mutta kehitystyötä on tehty ”paperilla” sekä reaktorin, että polttoaineenkäsittelyn ja vaihtoehtoisten polttoainekiertojen ympärillä.

Kuluvan vuoden tammikuun lopussa Kiina ilmoitti ryhtyvänsä suolasulareaktorin kehitystyöhön. Projektin kestoksi on suunniteltu 20 vuotta. Koska ensimmäinen toimiva suolasulareaktori rakennettiin vain muutamassa vuodessa, ja koska Kiinalla on todennäköisesti tehdyn kehitystyön tulokset hallussaan, on hyvin mahdollista, että Kiina pystyy kaupallistamaan tämän tekniikan huomattavasti 20 vuotta lyhyemmässä ajassa. Silloin Kiinalla olisi käytössä ylivoimaisen edullinen, ehtymätön ja päästötön energiamuoto. Ydinvoiman synnyinmaa Yhdysvallat on pahasti putoamassa tämän kehityksen kelkasta. Myös Japanissa on suunnitelmia MSR:n kaupallistamiseksi.

Euroopassakin olisi osaamista MSR:n kehitystyöhön, ja jonkin verran työtä tehdäänkin ainakin Tsekeissä, Italiassa ja ehkä vähän yllättäen Norjassa, jolla on runsaita toriumesiintymiä. Suunnitelmia on myös vastustettu, etenkin Ranskassa, koska Ranskan ydinvoimateollisuudella on vielä myyntituloja saamatta nykyisistä G3+ laitoksistaan, joihin mm. Olkiluoto 3:n EPR kuuluu.

Seuraavassa, maanantaina 21.2. ilmestyvässä artikkelissa, perehdymme suolasulareaktorin tekniikkaan ja mahdollisuuksiin tulevaisuuden energianlähteenä.

Lähteitä:

  1. The Molten Salt Reactor Adventure
  2. Nuclear Powered Aircraft
  3. Aircraft Nuclear Propulsion
  4. The Aircraft Reactor Experiment-Operation
  5. Molten-Salt Reactor Experiment
  6. A Brief History of the Fluid Fuel Reactor
Kategoria(t): Energia. Leave a Comment »

”Mitä CRU-sähköpostit meille kertovat?”

(Alkuperäinen teksti: John CookSkeptical Science)

Skeptinen argumentti…

”Climategate” – CRU-sähköpostit viittaavat salaliittoon

Hakkerit ovat murtautuneet East Anglian yliopiston ilmaston tutkimusyksikön (Climatic Research Unit, CRU) tietokantaan ja laittaneet varastamansa tiedostot Internetiin. Nämä 1079 sähköpostia ja 72 dokumenttia näyttävät antavan todisteita skandaalista, johon liittyy ihmisen aiheuttaman lämpenemisen teoriaa kannattavia tiedemiehiä. Sähköposteissa näkyy todisteita salaliittojen muodostamisesta, lämpenemisdatan liioittelusta, mahdollisesti kiusallisten tietojen laittomasta hävittämisestä, järjestelmällisestä tietojen julkistamisen vastustamisesta, datan manipuloinnista, julkisuudessa itse esitettyjen väitteiden heikkouksien myöntämisestä yksityisesti ja paljon muuta. (Andrew Bolt, Herald Sun)

Mitä tiede sanoo…

Vaikka osaa esitetystä yksityisestä kirjeenvaihdosta ei voida kehua, eniten ”vihjailevien” sähköpostien asiantunteva arviointi paljastaa teknisiä keskusteluja vertaisarvioidun kirjallisuuden hyvin tuntemista tekniikoista. Kun keskitytään muutamaan vihjailevaan sähköpostiin, se vain kääntää huomion pois ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen osoittavasta laajasta havaintomateriaalista.

Lue koko teksti >>>

Leijatuulivoimala

Nykyisten tuulivoimaloiden ominaisuuksia ovat suuret, massiiviset, jopa parin sadan metrin korkeuteen ulottuvat rakenteet, ja sen vuoksi merkittävät maisemahaitat. Voimalat vaativat vahvat perustukset, jotka lisäävät kustannuksia etenkin meriasennuksissa. Leijatuulivoimala saattaa ratkaista tukun nykytuulivoimaloita vaivaavia ongelmia.

Tämä mielenkiintoinen leijavoimala esitellään tässä videossa.

Kiinteän roottorin sijaan tuulen energia kaapataan kankaasta valmistetulla leijalla. Kun leija kohoaa korkeuksiin, se vetää siimaa keloilta pyörittäen samalla generaattoreita kehittäen sähköä. Leijan saavutettua lakikorkeuden, se lekotetaan päästämällä toista siimaa löysäksi. Leija menettää aerodynaamisen nosteensa, se vedetään alas ja kierros alkaa uudelleen. Tehoelektroniikka huolehtii siitä, että kehitetty sähkö muutetaan verkkoon sopivaksi.

Etuja nykyisiin tuulivoimaloihin verrattuna:

  • Koska korkeaa tornia ei ole, massiivista perustusta ei tarvita. Periaatteessa laite valmistetaan tehtaassa, tuodaan asennuspaikalle, ankkuroidaan maahan ja laitetaan ”töpseli seinään”.
  • Asennustyö on huomattavasti helpompi, nopeampi ja turvallisempi.
  • Rakennusmateriaalin tarve on murto-osa nykyvoimaloihin verrattuna.
  • Em. syistä johtuen voimala on halvempi valmistaa.
  • Asennus merelle onnistunee suhteellisen helposti pohjaan ankkuroidun lautan päälle. Asennuspaikan syvyys ei ole esteenä, koska ankkurointi onnistuu syväänkin veteen.
  • Leija saavuttaa helposti moninkertaisen korkeuden nykyvoimaloihin verrattuna, jopa kilometrien korkeuden. Korkealla tuulee enemmän ja säännöllisemmin.
  • Leija ei (ehkä) näy maisemassa yhtä räikeästi kuin kiinteä roottori.
  • Rakennusluvan saaminen saattaisi olla helpompaa, koska laite voidaan helposti siirtää muualle, jos siitä aiheutuu haittaa.

Mahdollisia ongelmia:

  • Suurissa korkeuksissa operoivat leijat ovat lentoliikenteelle todellinen riski.
  • Karkuun päässyt leija aiheuttaa vaaraa laajalle alueelle. Se voi pudota esim. moottoritielle peittäen autojen tuulilasit. Katkennut siima putoaa ruoskan tavoin maahan.
  • Lähekkäin toimivat leijavoimalat voivat sekaantua toisiinsa.
  • Riittävän kestävän leija- ja siimamateriaalin löytyminen voi olla vaikeaa.
  • Toistaiseksi käytännössä testaamaton teknologia, joten yllätyksiä voi ilmetä.

Yhden leijan voimalan lisäksi kehitteillä on useista kymmenistä leijoista koostuva karusellin tyyppinen ratkaisu, jonka teho alustavien laskelmien mukaan voisi olla jopa 1000 MW.

Kaiken kaikkiaan tämä tekniikka on hyvin mielenkiintoinen. Kehitys on parhaillaan etenemässä täyden mittakaavan testeihin, joten lähivuosina ehkä näemme, onko leijatuulivoimala niin hyvä kuin miltä se näyttää, vai jääkö se vain yhdeksi lupaavaksi keksinnöksi tuhansien muiden joukkoon.

Aiheesta lisää: http://www.kitegen.com/en/

Kategoria(t): Energia. Leave a Comment »
%d bloggers like this: