Kärnkraft föreslagen som förnybar energi - Nuclear power proposed as renewable energy

Huruvida kärnkraft ska betraktas som en form av förnybar energi är ett pågående ämne för debatt. Lagstadgade definitioner av förnybar energi utesluter vanligtvis många nuvarande kärnkraftsteknologier, med det anmärkningsvärda undantaget för staten Utah . Ordboksdefinierade definitioner av teknik för förnybar energi utelämnar eller utesluter ofta omnämnande av kärnkraftkällor, med ett undantag för den naturliga kärnkraftsförfallande värmen som genereras inom jorden .

Det vanligaste bränslet som används i konventionella kärnkraftverk , uran-235, är "icke-förnybart" enligt Energy Information Administration , organisationen är dock tyst om det återvunna MOX-bränslet . På samma sätt nämner National Renewable Energy Laboratory inte kärnkraft i sin definition av "grundläggande energi".

1987 klassificerade Brundtlandkommission (WCED) klyvningsreaktorer som producerar mer klyvbart kärnbränsle än de förbrukar ( uppfödarreaktorer , och om de utvecklas, fusionskraft ) bland konventionella förnybara energikällor, till exempel solenergi och vattenkraft . Den American Petroleum Institute anser inte konventionella kärnklyvning förnyelsebar, men anser bridreaktor kärnbränsle förnybar och hållbar, och medan konventionella klyvnings leder till avfallsflöden som förblir ett bekymmer i årtusenden, avfall från effektivt återvinns använt kärnbränsle kräver en mer begränsad handledning lagring cirka tusen år. Övervakning och lagring av radioaktiva avfallsprodukter krävs också vid användning av andra förnybara energikällor, till exempel geotermisk energi.

Definitioner av förnybar energi

Förnybara energiflöden involverar naturfenomen, som med undantag för tidvattenkraft slutligen hämtar sin energi från solen (en naturlig fusionsreaktor ) eller från geotermisk energi , som värme härrör till största delen från det som genereras i jorden från sönderfall av radioaktiva isotoper , som International Energy Agency förklarar:

Förnybar energi kommer från naturliga processer som ständigt fylls på. I sina olika former härrör den direkt från solen eller från värme som genereras djupt inne i jorden. Inkluderat i definitionen är elektricitet och värme som genereras från solljus , vind , hav , vattenkraft , biomassa , geotermiska resurser och biobränslen och väte som härrör från förnybara resurser.

Förnybara energiresurser finns över stora geografiska områden, till skillnad från andra energikällor, som är koncentrerade till ett begränsat antal länder.

I ISO 13602-1: 2002 definieras en förnybar resurs som "en naturresurs för vilken förhållandet mellan skapandet av naturresursen och utgången av den resursen från naturen till teknosfären är lika med eller större än en".

Konventionell klyvning, uppfödarreaktorer som förnybara

Kärnklyvningsreaktorer är ett naturligt energifenomen som har bildats naturligt på jorden tidigare, till exempel en naturlig kärnklyvningsreaktor som kördes i tusentals år i dagens Oklo Gabon upptäcktes på 1970-talet. Den körde i några hundra tusen år, i genomsnitt 100 kW värmeeffekt under den tiden.

Konventionella, mänskligt tillverkade, kärnkraftverk använder i stor utsträckning uran, en vanlig metall som finns i havsvatten och i stenar över hela världen, som sin primära bränslekälla. Uran-235 "bränd" i konventionella reaktorer, utan bränsleåtervinning , är en icke-förnybar resurs, och om den används i nuvarande hastigheter skulle så småningom vara slut .

En genomskärning modell av den 2: a mest kraftfulla närvarande arbetar snabbt bridreaktor i världen. Den ( BN-600 ), vid 600 MW av nominell kapacitet är ekvivalent i effekt till en naturgas CCGT . Den skickar 560 MW till Middle Uralns elnät . Byggandet av en andra uppfödarreaktor, BN-800-reaktorn slutfördes 2014.

Detta liknar också något som situationen med en allmänt klassad förnybar källa, geotermisk energi , en form av energi som härrör från det naturliga kärnkraftsförfallet av den stora, men ändå begränsade tillgången på uran, thorium och kalium-40 som finns i jordskorpan, och på grund av kärnkraftsförfallsprocessen kommer denna förnybara energikälla också så småningom att ta slut på bränsle. Likaså kommer solen och att vara utmattad .

Kärnklyvning som inbegriper uppfödarreaktorer , en reaktor som föder upp mer klyvbart bränsle än de förbrukar och därmed har ett avelsförhållande för klyvbart bränsle som är högre än 1, har därför ett starkare skäl att betrakta som en förnybar resurs än konventionella klyvningsreaktorer. Uppfödarreaktorer skulle ständigt fylla på tillgången på kärnbränsle genom att omvandla fertila material , såsom uran-238 och torium , till klyvbara isotoper av plutonium respektive uran-233 . Fertila material är också icke -förnybara, men deras tillgång på jorden är extremt stor, med en tidslinje för tillförsel som är större än geotermisk energi . I en sluten kärnbränslecykel som använder uppfödarreaktorer kan kärnbränsle därför betraktas som förnybart.

År 1983 hävdade fysikern Bernard Cohen att snabbuppfödningsreaktorer , som uteslutande drivs av naturligt uran som utvinns ur havsvatten , skulle kunna leverera energi minst lika länge som solens förväntade återstående livslängd på fem miljarder år. Detta baserades på beräkningar som involverade de geologiska cyklerna av erosion, subduktion och höjning, vilket ledde till att människor åt hälften av det totala uranet i jordskorpan med en årlig förbrukningshastighet på 6500 ton/år, vilket var tillräckligt för att producera cirka 10 gånger världens elförbrukning 1983 och skulle minska koncentrationen av uran i haven med 25%, vilket resulterar i en höjning av priset på uran med mindre än 25%.

Andelarna av isotoperna, U-238 (blå) och U-235 (röd) som finns i naturligt uran , jämfört med kvaliteter som är berikade . lättvattenreaktorer och CANDU- reaktorer med naturligt uran , drivs huvudsakligen endast av U-235-komponenten, utan att få ut mycket energi från U-238. Medan uranförädlarreaktorer däremot mest använder U-238/den primära beståndsdelen i naturligt uran som bränsle.

Framsteg vid Oak Ridge National Laboratory och University of Alabama , som publicerades i en 2012 -utgåva av American Chemical Society , för utvinning av uran från havsvatten har fokuserat på att öka biologisk nedbrytbarhet för de material som används för att minska den beräknade kostnaden för metallen om den utvanns ur havet i industriell skala. Forskarnas förbättringar inkluderar användning electrospun Räkor skal Chitin mattor som är mer effektiva på att absorbera uran jämfört med den tidigare posten inställning japanska förfarande för användning av plast amidoxim nät. Från och med 2013 har endast några kilo (bild tillgänglig) uran utvunnits ur havet i pilotprogram och det antas också att uranet som utvinns i industriell skala från havsvattnet ständigt skulle fyllas på uran som lakats ut från havsbotten, bibehålla havsvattenkoncentrationen på en stabil nivå. Under 2014, med de framsteg som gjorts i effektiviteten vid utvinning av havsuran, föreslår ett papper i tidskriften för Marine Science & Engineering att processen med lättvattenreaktorer som mål skulle vara ekonomiskt konkurrenskraftig om den genomförs i stor skala . 2016 var den globala insatsen inom forskningsområdet föremål för ett specialnummer i tidskriften Industrial & Engineering Chemistry Research .

Under 1987 Världskommissionen för miljö och utveckling (WCED), en organisation som är oberoende av, men som skapats av den FN publicerade Our Common Future , där en viss delmängd av för närvarande i drift kärnklyvningsteknik och kärnfusion var båda klassificeras som förnybar. Det vill säga klyvningsreaktorer som producerar mer klyvbart bränsle än de förbrukar - uppfödarreaktorer , och när det utvecklas, fusionskraft , klassificeras båda inom samma kategori som konventionella förnybara energikällor, till exempel sol och fallande vatten .

För närvarande producerar endast två uppfödarreaktorer från 2014 industriella mängder el, BN-600 och BN-800 . Den pensionerade franska Phénix -reaktorn visade också mer än ett avelsförhållande och fungerade i ~ 30 år och producerade kraft när Our Common Future publicerades 1987.

För att uppfylla de villkor som krävs för ett kärnkraftsförnybart energikoncept måste man utforska en kombination av processer som går från kärnbränslecykelns främre ände till bränsleproduktionen och energiomvandlingen med hjälp av specifika flytande bränslen och reaktorer, som rapporterats av Degueldre et al (2019). Utvinning av uran från en utspädd flytande malm såsom havsvatten har studerats i olika länder världen över. Denna extraktion bör utföras i överensstämmelse med förslag från Degueldre (2017). En extraktionshastighet på kiloton U per år under århundraden skulle inte väsentligt förändra jämviktskoncentrationen av uran i haven (3,3 ppb). Denna jämvikt beror på tillförsel av 10 kiloton U per år från flodvatten och dess rensning på havsbotten från 1,37 exatoner av vatten i haven. För en förnybar uranutvinning föreslås användning av ett specifikt biomassamaterial för att adsorbera uran och därefter andra övergångsmetaller. Uranbelastningen på biomassan skulle vara cirka 100 mg per kg. Efter kontakttid skulle det laddade materialet torkas och brännas (CO2 -neutralt) med värmeomvandling till elektricitet. Uran 'bränning' i en smält saltreaktor hjälper till att optimera energiomvandlingen genom att bränna alla aktinidisotoper med utmärkt utbyte för producerar en maximal mängd värmeenergi från klyvning och omvandlar den till elektricitet. Denna optimering kan uppnås genom att minska måtten och fissionsproduktkoncentrationen i flytande bränsle/kylvätska. Dessa effekter kan uppnås genom att använda en maximal mängd aktinider och en minimal mängd alkaliska/jordalkaliska element som ger ett hårdare neutronspektrum. Under dessa optimala förhållanden skulle förbrukningen av naturligt uran vara 7 ton per år och per gigawatt (GW) producerad elektricitet. T.ex. Kopplingen av uranutvinning från havet och dess optimala utnyttjande i en smält salt snabb reaktor bör göra det möjligt för kärnkraft att vinna etiketten förnybar. Dessutom skulle mängden havsvatten som används av ett kärnkraftverk för att kyla den sista kylvätskan och turbinen vara ∼2,1 giga ton per år för en snabb smält saltreaktor, motsvarande 7 ton naturligt uran som kan utvinnas per år. Denna praxis motiverar etiketten förnybar.

Fusion bränsleförsörjning

Om det utvecklas skulle fusionskraft ge mer energi för en given vikt bränsle än någon bränsleförbrukande energikälla som för närvarande används, och själva bränslet (främst deuterium ) finns rikligt i jordens hav: cirka 1 av 6500 väte (H ) atomer i havsvatten (H 2 O) är deuterium i form av ( halvtungt vatten ). Även om detta kan verka som en låg andel (cirka 0,015%), eftersom kärnfusionsreaktioner är så mycket mer energiska än att kemisk förbränning och havsvatten är lättare att komma åt och rikligare än fossila bränslen, kan fusion potentiellt försörja världens energibehov i miljontals år .

I deuterium + litiumfusionsbränslecykeln är 60 miljoner år den uppskattade livslängden för denna fusionskraft , om det är möjligt att extrahera allt litium från havsvatten , förutsatt att den nuvarande (2004) världens energiförbrukning . Medan i den näst enklaste fusionskraftsbränslecykeln brinner deuterium + deuterium -bränningen , förutsatt att allt deuterium i havsvatten extraherades och användes, finns det uppskattningsvis 150 miljarder år bränsle, med detta igen, förutsatt nuvarande (2004) världens energiförbrukning .

Lagstiftning i USA

Om kärnkraften klassificerades som förnybar energi (eller som koldioxidsnål energi) skulle ytterligare statligt stöd finnas tillgängligt i fler jurisdiktioner, och energiförsörjningen skulle kunna inkludera kärnkraft i deras strävan att följa förnybar portföljstandard (RES).

År 2009 godkände staten Utah "Renewable Energy Development Act" som delvis definierade kärnkraft som en form av förnybar energi.

Se även

Referenser