Egil Lillestøll, Lillestøl,, CERN & Univ. of Bergen

Transkript

1

2 Klipp fra VG, : Verden kan kutte ut all bruk av kull, olje og gass innen år 2090 hevder European Renewable Energy Group og Greenpeace. Forutsetningen er at det brukes flere tusen milliarder på å revolusjonere fornybar energi. All verdens energibehov skal ifølge rapporten kunne dekkes ved utnyttelse av solenergi, jordvarme og vind.

3 Økende globalt energibruk og mangel på energiressurser det største uløste problemet i dette århundret Problemene som følger av økt bruk og knapphet på energi vil øke konfliktnivået i verden og ha katastrofale følger for store deler av verdens befolkning

4 1. Det globale energiproblemet 2. Mulige tiltak 3. Ny kjernekraftteknologi 4. Prototyp av en ADS basert på thorium 5. Hvorfor et thoriumanlegg i Norge

5 Verdens energiforbruk krever Store tall: kilo (k) = 10 3 Mega (M) = 10 6 Giga (G) = 10 9 Tera (T) = år = 8766 timer (h) (bruk h i hoderegning) 1 kw e kontinuerlig forbruk i ett år = ca. 9 MWh 1 GW e kontinuerlig forbruk i ett år = ca. 9 TWh

6 OECD energidefinisjon Enhet = varmeverdien - (eller den termiske verdien) av olje. 1 toe (1 tonn oljeekvivalent) = varmeverdien i ett tonn olje. Mtoe (= Megatonn o.e.) OECD regner med en effektfaktor på 38% fra termisk til elektrisk energi 2 Mtoe 1 GW e x år 9 TWh

7 Noen tall (Mtoe) for perioden : Globalt forbruk tot Olje Kull Naturgass Total fossil Globalt forbruk opp: godt over 3 % pr.år fra 2001 til 2006, MEN bare 2.4 % fra 2006 til 2007! 3 % pr. år gir en dobling hvert år, men kanskje vi nå bare får en dobling til år 2050?

8 Globale ( beviste ) reserver (BP2008) Med dagens forbruk har vi: olje for 42 år, gass for 60 år og kull for 130 år IEA regner med en dobling av årlig energiforbruk innen 2050 (svarende til en årlig økning på 1.7%). Om vi antar at forbruket blir vridd over mot kull, mens den årlige økningen fortsetter, vil de fossile reservene være oppbrukte før 2070

9 Mitt estimat over det globale forbruket av fossilt brennstoff

10 Situasjonen for Norge (OED 2007) Gjeværende ressurser Oljeproduksjon

11 OED Ressursoversikt pr Totalt utvinnbart potensiale Olje Gass NGL Kond Total mill scm bill scm mill tonnes mill scm mill scm o.e. Produsert Gjenværende reserver Avhengige res. i felter Avh. res. i oppdagelser Forbedret utvinning Uoppdaget Totalt OED, aug. 2007: gassproduksjonen opp fra 90 bill. scm i dag til 120 billioner i 2011!!! (norsk gass slutt om ca. 30 år)

12 Jordens befolkning år 2000: ca 6 milliarder Jordens befolkning år 2100: 9-10 milliarder Antatt globalt energiforbruk år 2100: Mtoe (økning faktor 4)!!!! Ingen prognoser tar med det økende behovet for energi for å produsere rent ferskvann, til CO 2 rensing og til hydrogenproduskjon

13 Mulige tiltak 1. Energisparing/økonomisering: Kan Mt reduseres ytterligere? 2. fornybar energi: 3. Andre energiformer fusjon (ITER), hydro Kjernekraft

14 Viktig å ha i minne: Det aller meste av fornybar energi og kjernekraft vill benytte elektrisitet som energibærer Dette er spesielt dramatisk for transportsektoren og vil kreve meget store tilpassinger og strukturendringer

15 Veitransport: brønn til hjul -effektivitet Hybrid diesel: % Batteri (100% elektrisk): 21 % Konvensjonell diesel: 19 % Brenselcelle med hydrogen (elektyrolyse): 13 %

16 Globalt forbruk av elektrisitet Twh i 2007 (svarer til litt under 4600 Mtoe eller vel 41 % av globalt energibruk)

17 Fornybar energi Solceller (fotovoltaisk) Global installert effekt i 2008: 10 GW p (GW peak!!) Legg merke til at det stort sett alltid snakkes om topp-effekt. Lav effektivitet Eksempel fra Tyskland: 16% gjennomsnitts-effekt i forhold til installert effekt Globalt bidrar solceller til mindre enn 1 av totalt elforbruk, men prosentvis stor økning og derfor en god investereing Kostbart, ingen akkumulert energi, forblir et nisjeprodukt

18 Termisk solenergi Stort potensiale med muligheter for akkumulering av energi. Eksempel Andasol, Spania: 50 MW installert effekt på ca 2 km 2 gir ca. 90 GWh/år eller en effektivitet på ca 21% Overført til f.eks Sahara: 1 million km 2 kan produsere Mtoe/år

19 Et annet eksempel er verdens største anlegg i Mojaveørkenen (Kramer Junction), USA Benytter sylindriske speil med naturlig gass som varmebærer. 345 MW topp effekt

20 Kramer Junction II

21 Vind Middelt stort potensiale Installert (globalt) 100 GW (PEAK) gir i middel 25GW som svarer til ca 1 % av det globale el.forbruket. Med Danmark som modell: Skulle man dekke dagens globale energibehov med danske vindmøller og danske vindfohold ville vi trenge i overkant av 20 millioner vindmøller.

22 Kostbare innstallasjoner, og store problemer med vindvariasjoner. Brukbare vindforhold i bare ca. 30 % av tiden, trenger reserveenergi med samme effekt og øyeblikkelig oppstart! (gass?) Vil ikke monne i global sammenheng

23 Bioenergi God referanse: Av den totale solenergien som treffer jordoverflaten, blir ca 1/10000 konvertert til biomasse (alle jordens planter og alger). Bruk av spesialplanter for bioenergi kan gi ca 1.1 kg plantemateriale pr. m 2 pr. år under gunstige forhold. For å dekke dagens globale energibehov fra planter, måtte vi dyrke opp et areal på ca. 17 millioner km 2 -absurd! Og dessuten: konkurranse om jordbruksarealer! Biofuel har startet som en gigantisk mijøkatastrofe!!!!

24 Energi fra alger (ref: ) gallons per acre, i.e. ca. 15 kg pr. m 2 pr.år Prosjektet er interessant (drivstoff for fly), men ta tallene med mange klyper salt

25 Konklusjon: Energi fra vind og biomasse vil bare bidra i liten grad til dekning av det globale energibehovet Bare kjernekraft i kombinasjon med solenergi kan løse energikrisen på kort sikt, om vi handler raskt!! Vannkraft: ingen prosentvis økning i tiden fremover. Fusjonsprosjektet ITER kan jeg komme tilbake til om tiden tillater det

26 Ny kjernkraftteknologi For å unngå de største problemene forbundet med klassisk kjernekraft, trenger vi ny og sikker teknologi. Et akseleratordrevet kjernekraftanlegg (ADS) basert på (det norske(*) grunnstoffet) Thorium er en mulig løsning (Carlo Rubbia, CERN) (thorium ca 250 ganger mer effektivt enn uran) Et slikt anlegg vil ikke kunne føre til uhell som Tchernobyl, energiproduksjonen kan varieres etter behov, og kraftverkene kan være forholdsvis små

27 Går vi ut fra små kjernekraftverk på vel 1 Mtoe (termisk), eller 0.5 GW, ville vi trenge ca slike for å dekke dagens totale energibehov.

28 Thorium kommer ut av grunnen som en 100% ren, direkte nyttbar isotop trenger ingen enrichment Men Thorium er IKKE spaltbar, men fruktbar : n Th (1.4x10 10 år) fra fisjon eller en protonakselerator + spallasjonsmedium (ADS) 233 Th (22.3 min) 233 Pa (27 dager) 233 U (1.6x10 5 år) fulgt av ekstrahering eller brenning av 233 U

29 Thorium som brennstoff i et breedersystem for 233 U Bruk av akselerator gjør det mulig å velge optimalt brennstoff Lav likevektskonsentrasjion av TRU gjør systemet gunstig for deres eliminering: Pu 10 Oslo, Nov. 4 in Th vs. 12% in U. 2008

30 Mye akkumulert erfaring i bruken av Thorium og på industriell produksjon av thoriumbrennstoff, så hvorfor brukes ikke Thorium over alt?

31 Veien til kommersialisering av en kritisk reaktor basert på Th U syklusen er lang og kostbar ikke alle de tekniske problemene i reprosesseringen er løst, og bare India står på for fullt. MEN thoriumsyklusen som trengs for en ADS er mye enklere og kunne utvikles raskt!

32 En ADS thoriumreaktor er robust. Den kan brukes både til energiproduksjon og til eliminering av radioaktivt avfall (Myrrha) Reprosesseringen av brennstoffet er enklere enn i en kritisk reaktor og gjør det meget vanskelig å utnytte til bombemateriale. Thoriumreserver for tusener av år

33 (Fra A. Kadi, CERN)

34 EA skisse

35 ADS Prinsipp: 1 GeV proton inn i et blytarget gir ca 30 nøytroner. Hvert nøytron gir 1/(1-k) nye nøtroner i 233 U, der k er kritikaliteten. For k = 0.98, gir ett proton ca nøytroner, som vil føre til ca. 750 fissioner. Hver fission gir ca. 0.2 GeV energi, og vi har en energiforsterking på ca D.v.s. en partikkelstråle på 10 MW gir 1500MW th eller 1.5 GW th

36 Reaktorkjernen Radioaktive spaltingsrodukter brenselområde med thorium og 233 U smeltet bly spallasjonsområde (smeltet bly) strålerør (protoner)

37 Adiabatic Resonance-Crossing av 5.6 ev 99 Tc resonansen (fra A. Kadi) Adiabatic Crossing of the 5.6 ev Resonance of 99 Tc Cross-section (barns) Iso-lethargic steps ξ = Neutron Energy (ev)

38 Fra Carlo Rubbia (1500 MW th i 5 år):

39 En nyttige sammenligning: 1 GW e x år (= 9 TWh) krever: tonn Thorium, tonn kull, tonn olje Globale thoriumreserver for tusener av år

40 Kjente og lett tilgjengelige Thoriumreserver (tonn) Australia: India: US: Norge: Canada: Sydafrika: Brasil: Malaysia: Andre: tonn Thoriumoksyd = 3.7 millioner tonn kull

41 Norge bør ta initiativ til et internasjonalt samarbeid og til grunnfinansiering av den første prototypen for et akseleratordrevet kjernekraftverk basert på Thorium

42 Norge i spissen for et internasjonalt samarbeid for bygging av et pilotprosjekt der: aksleratoren kommer fra Sveits teknologi for gruvedrift og thoriumutvinning kommer fra India reaktorkjernen kommer fra Russland teknologi for reprossesering av brennstoffet (Th, U, TRU + FF) kommer fra USA (Argonne)

43 ROAD MAP FOR PEACE (Y. Kadi) 2+ UO2 UO2+PuO 2 High power accelerators technology Technology of pyrochemical reprocessing of fuel 2+ PuO2 Liquid metal targets technology Technologies of fast reactors with lead-bismuth coolant

44 Veien frem til kommersialisering er lang, men norske kjernefysikere er positive, og norske studenter entusiastiske. Dessuten: Norge har avansert energiteknologi og meget gode internasjonale kontakter også med kjernereaktorkompetanse Ved å satse på et slikt anlegg i Norge vil vi være blant de fremste i verden på denne teknologien og være netto eksportør av ny teknologi, energi og thorium lenge etter at olje- og naturgasstoppen er passert

45 Hva nå? -Thoriumhøringen: 25 svar (med innhold), derav 21 (tildels meget) positive og 4 negative Hovedkonklusjoner Uansett hva som skjer i Norge, vil det bli en massiv oppbygging av ny kjernekraft globalt. Norge kan ikke stå uten kunnskap innen denne teknoloien og bør derfor satse på å bygge opp sin kompetanse i kjernefysikk. Norge bør bli medlem av Euratom og ITER-samarbeidet Bellona Verden vil innen 2050 fase ut all bruk av fossil energi og all bruk av kjernekraft, slik at all energibruk blir basert på fornybar energi. Norge bør stoppe undervisning og forskning i atomfysikk og heller satse på det vi er best i!

46 To høringsklipp: Bellona: Allerede på 50-tallet utførte USA sin første prøvesprenging med bruk av uran-233. Norsk fysisk selskap: Det er kjent at isotopen uran-232 er problematisk med tanke påånytte uran-233 fråbrukt toriumbrensel til kjernevåpen. Rapporten unnlater å nemne at dersom uran-233 skal bli nytta som våpenmateriale så kan det ikkje ha meir enn 5 ppm uran-232. Normalt vil brukt toriumbrensel innehalde minst 1000 ppm. Det er i praksis uråd å fjerne overskottet av uran-233, slik at brukt toriumbrensel ikkje vil kunne bli nytta til å utvikle kjernevåpen.

47 Statens Strålevernrapport 2008:10 Lister opp en serie fordeler ved bruk av thorium som brensel, og ingen større innvendinger, men mange ubesvarte spørsmål. Spørsmålene kan først besvares ved et anlegg i drift eller en prototype. Så hvorfor ikke en prototype i NORGE?

48 ITER

49 ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) 2017: Start plasmastudier 2037: Energieksperiment (500 MW i 500 sekunder, og utbrent reaktor) Om vellykket eksperiment, kan vi ha den første storskala energi-produserende enheten. Kanskje fra siste kvartal av dette århundret? Konklusjon: Bare kjernekraft i kombinasjon med solenergi kan løse energikrisen på kort sikt, om vi handler raskt!!