LUT-yliopiston ydintekniikan laboratorioissa on kehitteillä modulaarinen, pieni kaukolämpöreaktori, SMR (Small Modular Reactor). Sen koko on muutama kymmen megawattia lämpöä, kun esimerkiksi Olkiluotoon tulevan kolmannen ydinreaktorin lämpöteho on 4300 megawattia ja sähköteho 1600 megawattia. Pienessä kaukolämpöydinvoimalassa on paljon alhaisemmat lämpötilat ja paineet kuin sähköntuotantoon tarkoitetussa voimalassa.
"Pienen ydinvoimalan turvallisuus perustuu sen kokoon, sijoitteluun sekä reaktorissa hyödynnettäviin luonnonlakeihin perustuviin suunnitteluratkaisuihin", ydinvoimatekniikan professori Juhani Hyvärinen kertoo.
Onko ydinvoimala turvallinen lähellä asuinaluetta?
LUTilla kehitettävän ydinreaktorin jäähdytys tapahtuu normaalisti kierrättämällä vettä pumpuilla. Häiriötilanteissa, joissa pumput voisivat pysähtyä, reaktori sammuu. Silloin tarvittava jäähdytys tapahtuu painovoimaisesti. Kun reaktorissa kuumentunut vesi kiehuu, höyry nousee ylös ja kohtaa kylmiä seinäpintoja, lauhtuu ja laskeutuu vetenä takaisin alas. Näin pienreaktorin sydämen lämpötila on helpommin hallittavissa kuin ison ydinvoimalan.
Pieni modulaarinen reaktori on myös kustannustehokas sarjatuotantomahdollisuutensa ansiosta. Melkein kaikki voimalan osat ja tarvittava osaaminen ovat saatavilla Suomesta.
"Myös ydinjätteen loppukäsittely tehdään Suomessa turvallisin menetelmin. Ainostaan uraanipolttoainetta ei saada käyttövalmiissa muodossa Suomesta", Hyvärinen kertoo.
Asuinalueen lämmön takeena miehittämätön pienvoimala?
Sijoittelun suhteen pienydinvoimalan turvallisuus tulee siitä, että se on kokonsa ansiosta helppo rakentaa osittain maan alle – vaikka keskelle asuinaluetta. Voimala ei tarvitse ympärilleen valtavaa suoja-aluetta, eikä sen tarvitse olla miehitetty. Sijaintia asuinkeskittymän lähellä puoltaa myös se, että lämpöä ei voida siirtää satoja kilometrejä toisin kuin sähköä.
Maailmalla erilaisia SMR-ydinreaktoreita on jo käytössä erityisesti laivoissa. Voimalaitoskäyttöön sovitettuja SMR-reaktoreita on kehitteillä eri puolilla maailmaa. Hyvärisen mukaan pienvoimalan aiheuttama suurin riski ihmiselle on se, että sen ydinreaktori pysähtyy ja lämmitys loppuu.
"Jos ydinreaktori pysähtyy rikkoutumisen takia, radioaktiiviset aineet ohjautuvat reaktorissa tilaan, joka on ympäristöltä eristetty ja ilmatiivis".
Toimintavarmuuden ja huollon takia pieniä kaukolämpöreaktoreita pitäisikin Hyvärisen mukaan olla vähintään kaksi yhtä kaupunkia kohden. Kuinka usein pienreaktorin polttoainetta, radioaktiivista raskasmetalli uraania, pitää vaihtaa?
"Pienreaktorin uraania vaihdetaan kerran vuodessa tai kahdessa. Vaihdettava määrä on suunnilleen kaksisataa kiloa kerralla".
Mutta entä jos pahin tapahtuu ja pienvoimala räjähtää esimerkiksi terroriteon seurauksena?
"Pienessä kaukolämpöreaktorissa on 100-200 kertaa vähemmän radioaktiivisia aineita kuin isossa sähköntuotantoreaktorissa. Radioaktiivisuuspäästöt pysyisivät pahimmassakin tapauksessa hyvin pieninä", ydinvoimatekniikan mallinnuksen professori Hyvärinen sanoo.
Fossiiliton kaukolämpö edellyttäisi ydinenergialain päivittämistä
Tällä hetkellä puolet Suomen kaukolämmöstä (noin 20 terawattituntia) tuotetaan polttamalla turvetta ja kivihiiltä. Jotta kaukolämpö olisi fossiilittomasti tuotettua, olisi muutaman kymmenen megawatin pienvoimaloita oltava satakunta eri puolilla Suomea. Se on melko kaukainen näkymä. Pienten reaktoreiden sarjatuotannon hyödyntämiseen tarvittaisiin ydinenergialainsäädännön päivittämistä.
"Valtakunnallinen, suuria voimalaitoksia koskeva lainsäädäntö olisi saatava kattamaan myös pienten toimijoiden tarpeet ja mahdollisuudet. Onko jatkossakin tarpeen, että valtioneuvoston pitää päättää, miten Lappeenranta tai Etelä-Karjala lämmitetään? Kunta tai maakunta voisi tehdä tällaisia päätöksiä itsekin", Hyvärinen toteaa.
"Uskon, että kehittämämme modulaarinen pienreaktori on käytössä Suomessa viiden-seitsemän vuoden kuluessa."
Valtioiden päästö- ja ilmastopolitiikkaan vaikutetaan päättäjien kautta. LUTin tehtävä on tuottaa tietoa ja vaihtoehtoisia toimintamalleja turvallisista, päästöttömistä energiaratkaisuista sekä kouluttaa ratkaisuja toteuttavia osaajia. Ydinturvallisuutta voi opiskella Suomessa vain LUTissa, energiatekniikan koulutusohjelmassa.
"Ydinvoimatekniikan laboratoriossa Lappeenrannassa tarkastelemme ydinvoimalaitosten mahdollisiin onnettomuus- ja häiriöitilanteisiin liittyviä fysikaalisia prosesseja kokeellisesti ja laskennallisesti. Testaamme turvallisuusjärjestelmien luotettavuutta. Meiltä valmistuneita ydinturvallisuuden osaajia työskentelee keskeisissä tehtävissä Suomen kaikissa ydinvoimaloissa ja viranomaisen palveluksessa", Hyvärinen kertoo.
Kehitteillä olevan pienreaktorin osalta LUTilla ollaan vaiheessa, jossa mitoitetaan pääprosesseja. Samalla lasketaan reaktorin rakennus-, ylläpito- ja käyttöikäkustannuksia, jotta nähdään sen realistinen kilpailukyky lämmön tuotantomuotona.
"Uskon, että kehittämämme modulaarinen pienreaktori on käytössä Suomessa viiden-seitsemän vuoden kuluessa", Juhani Hyvärinen sanoo.
Kysymyksiä ydinenergiasta
1. Voiko ydinvoima olla Suomessa täysin kotimainen energiamuoto?
Ydinvoimalassa tarvittavat laitteet, teknologia ja voimaloiden käyttöosaaminen ovat pääosin saatavilla Suomesta, myös ydinjätteen loppukäsittely on saatavilla Suomesta. Uraani tulee ulkomailta, sen markkina on globaali. Jos esimerkiksi Talvivaarasta saataisiin uraania, se olisi prosessoitava käyttövalmiiseen muotoon ulkomailla.
2. Voiko ydinvoima olla uusiutuva energiamuoto?
Uraanipolttoaine valmistetaan uraanimalmista, joka on uusiutumaton luonnonvara.
Ydinreaktorit käyttävät luonnosta otetusta uraanista vajaan prosentin. Tulevaisuudessa hyötöreaktorit voisivat hyödyntää polttoaineestaan yli 70 prosenttia. Suljettua polttoainekiertoa hyödyntävät ydinreaktorit olisivat aiempaa kestävämpiä energiamuotoja.
3. Miksi ydinvoimaa vastustetaan?
Käytetty polttoaine eli uraani on korkea-aktiivista ydinjätettä, joka voi olla haitallista luonnolle, ellei sen loppusijoitusta hoideta oikein. Ydinjäte eristetään ympäristöstä luotettavasti yli 100 000 vuoden ajaksi. Pieni modulaarinen, lämpöteholtaan noin 20 megawatin kaukolämpöreaktori kerryttää vuodessa käytettyä polttoainetta noin 600 kilogrammaa.
Myös ydinvoimalaonnettomuudet ovat varmasti vaikuttaneet asenteisiin. Onnettomuusmäärät eivät ole suuria suhteessa reaktoreiden lukumäärän, mutta onnettomuudet voivat pahimmillaan tehdä alueita paikallisesti elinkelvottomiksi pitkiksi ajoiksi. Onnettomuuksista on opittu voimaloiden turvallisuuden kehittämisessä.
4. Mitä hyvää ydinenergiassa on?
Ydinvoima on ainoa energialähde, joka on todistettavasti vähentänyt hiilidioksidipäästöjä sähköntuotannossa. Lisäki ydinvoimalat varmistavat vakaan sähköntuotannon kohtuulliseen hintaan. Polttoaineena tarvittavan uraanin tiedetään riittävän useiksi sadoiksi vuosiksi, mutta varantoja ennakoidaan olevan maankuoressa moninkertainen määrä.
Päästötön ydinvoima on merkittävässä roolissa ilmastonmuutoksen torjumisessa. Pienet modulaariset reaktorit vähentävät kaukolämmön aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä nopeasti.
Vastaukset: professori Juhani Hyvärinen. (Vastauksia päivitetty 6.3.2020)
Lisätietoja:
