Krigets och klimatets utmaningar

Storbritanniens premiärminister sa förra veckan att han kan tänka sig att byta till kärnkraft för att kompensera för stigande priser på naturgas, som har sprutat upp med cirka 150 % i Europa sedan kriget i Ukraina började. Denna prisökning är mer än dubbelt så stor.

Detta skulle också stödja Storbritanniens starka klimatinställning av netto-nollutsläpp av växthusgaser (GHG) – eftersom kärnkraft levererar grön energi. Däremot är det inte så rent i övrigt – se nedan.

Men högenergiländer har gått bort från kärnkraft och mot naturgas. Bloomberg Green Newsletter sa att Tysklands kärnkraftsproduktion 2021 var 60 % lägre än sin topp, Storbritanniens var 50 % lägre och Japans var 87 % lägre.

När kriget rasade i Ukraina föreslog en observatör att Tyskland, om det ställs inför en gaskris, kan återuppta kärnkraftverk som hade malpåfyllts. Tyskland importerar 49 % av sin gas från Ryssland.

Berättigar kärnkraften till ett nytt utseende som ett alternativ till naturgasenergi och som ett sätt att koldioxidutlösa världen?

Naturgas kontra kärnkraft i Europa.

Om Ryssland stängde av huvudledningen till Tyskland, Nordstream 1, hur skulle Tyskland och andra europeiska länder kunna ersätta gasen? Den nya pipeline-tvillingen, Nordstream 2, kommer inte att vara någon hjälp eftersom den nyligen stängdes av Tyskland, med hänvisning till Ukrainakriget, innan den ens började strömma gas från Ryssland.

En lösning skulle vara att öka importen av LNG till Europa av ledande exportörer Australien, Qatar och USA. Behöver bara fler exportterminaler och fler av de specialiserade LNG-lasttankfartygen.

Är kärnkraft ett alternativ för att ersätta naturgasenergi? Inte lätt, för 28 av 34 länder i Europa 2020 förbrukade mer naturgasenergi än kärnkraft.

Tyskland förbrukade 2.6 exajoule (EJ) mer energi från gas än från kärnkraft. De näst största skillnaderna är Italien (2.4 EJ) och Storbritannien (2.2 EJ).

De flesta länder är mer beroende av naturgas än av kärnkraft. Frankrike är det enda stora undantaget eftersom 37 % av Frankrikes elektricitet tillhandahålls av kärnkraftverk – kärnenergi som förbrukas är betydligt mer än naturgas (1.7 EJ mer).

Klimatsynpunkt.

Naturgas är ett fossilt bränsle, såvida den inte kommer från avfall. Många har hävdat att gas kommer att vara ett brobränsle i övergången till förnybart, eftersom den brinner dubbelt så rent som kol och olja. Till exempel oljans stora bp Energy Outlook 2020 postulerade framtidsscenarier där gas skulle vara det dominerande fossila bränslet som behövs för att nå nettonoll år 2050, men detta skulle bara vara hälften av mängden energi som kommer från vind, sol och vattenkraft.

Men att trappa upp några kärnkraftverk skulle säkerligen bidra till att minska utsläppen av växthusgaser och minska beroendet av gas- och kolkraftverk.

Bill Gates lägger till ytterligare ett positivt för kärnkraft. I hans bok Hur man undviker en klimatkatastrof, säger Gates att för varje pund byggmaterial ger en kärnreaktor mycket mer energi än traditionella förnybara energikällor. Sol-, vatten- och vindsystem kräver 10-15 gånger mer betong och stål än att bygga en kärnreaktor, för samma producerade energienhet. Det här är en stor sak, säger han, eftersom det är mycket växthusgasutsläpp när Produktion dessa betong- och stålmaterial.

Vad skulle det krävas för att ersätta all Europas naturgas med kärnkraft? En uppskattning är 50-150 nya kärnkraftverk. Om det i genomsnitt räknas över 34 länder skulle detta innebära att varje land skulle behöva bygga ungefär 1-4 kärnkraftverk. Kanske är detta genomförbart till 2050, men de kontroversiella frågorna som diskuteras nedan skulle göra det mycket osannolikt.

Tvistiga kärnkraftsfrågor.

Två stora frågor är att en kärnreaktor tar lång tid att tillåta, reglera och bygga, och den är också dyr och vanligtvis över budget. Jämför detta med vind och sol och förnybara batterier som blir billigare hela tiden.

För det andra är använt kärnbränsle radioaktivt och det är oerhört svårt att vara säker på att underjordisk lagring kommer att vara säker under lång tid. Även om endast en liten del av kärnavfallet är långlivat och mycket radioaktivt (3 % av det totala), måste detta separeras och isoleras, vanligtvis genom djup geologisk lagring, under tiotusentals år.

Som sidofält är lagring av kärnavfall i USA en övertygande fråga. Avfallet kärnbränsle i USA finns i 33 olika stater där det lagras på 75 platser. Avfallet växer med 2,000 30 ton varje år och det enorma ansvaret närmar sig XNUMX miljarder dollar.

En tillfällig lösning har föreslagits för lagring på två platser: en i New Mexico som heter Holtec och en i Texas som kallas ISP. Båda dessa skulle ligga i Perm-bassängen, men är kontroversiella delvis på grund av ett växande antal jordbävningar. Ett nytt lagförslag i den amerikanska senaten har lagts fram för att stoppa detta.

Små modulära reaktorer.

En SMR är en liten modulär reaktor som minimerar det första problemet från ovan - lång tid för att tillåta, reglera och bygga ett kärnkraftverk. En SMR producerar vanligtvis 300 MW el och är designad för att byggas i en fabrik. En sådan reaktor skulle kunna driva över 200,000 50 hem. Det finns över XNUMX olika designs för SMR.

DOE har spenderat mer än 1.2 miljarder dollar på SMRs hittills, och vill nu ge företag som NuScale minst 5.5 miljarder dollar mer för att utveckla och demonstrera SMR-designer under det kommande decenniet. Praktisk tillämpning är förmodligen 10-20 år bort.

Hur snart kärnfusion?

Fusion av väte frigör en orimlig mängd energi, vilket har visats av vätebomber som lyste upp Stilla havet på 1950-talet. I en gemensamt europeiskt företag kallad JET i Oxfordshire, Storbritannien, innehåller en enorm munkformad magnet plasma som värms upp till en ultrahög temperatur på 100 miljoner grader.

Teamet meddelade nyligen att de har fördubblat den producerade fusionsenergin, ett stort steg framåt. Fusionen av väte fortsatte i cirka 5 sekunder – ett stort framsteg jämfört med tidigare tester. Plasma inuti munkmagneten efterliknade förhållandena i det inre av vår sol under dessa 5 sekunder. Fusion är naturligtvis källan till solens energi.

Nästa steg kommer att ske i ett större och bättre labb i Frankrike som heter Iter, som förväntas starta 2035. Attraktionen är att 1 pund fusionsbränsle kommer att generera mer än 10 miljoner gånger energin från 1 pund kol, olja eller gas. Men kommersiell tillämpning av fusion är decennier bort, så det är inte en lösning för klimatförändringar före 2050.

Vägen framåt.

Kärnenergi är ren energi och anläggningarna är kompakta jämfört med areal av vindkraftsparker men är dyrare. Kärnkraft släpper också ut mycket mindre växthusgaser när man tillverkar material som betong och stål som används för att bygga en kärnreaktor. Nuclear har också ett bra säkerhetsrekord förutom Tjernobyl 1986. Fukushima 2011 var skrämmande, men inga liv gick förlorade.

Men de farhågor som nämnts ovan innebär att kärnkraft inte är en praktisk lösning för att ersätta naturgas i Europa om priset fortsätter att skjuta i höjden eller om krigsrelaterade sanktioner eller återbetalning av sanktioner leder till att gasflödet från Ryssland stängs.

Det är också osannolikt att kärnkraft skulle kunna ge ett stort bidrag till att minska de globala växthusgasutsläppen eftersom det bara bidrog 4.4 % av den globala energiförbrukningen år 2020. Tillstånden, reglerna, konstruktionen och kostnaderna för nybyggda kärnkraftverk är alldeles för mycket. Och startlinjen ligger för långt tillbaka för de flesta europeiska länder – andelen kärnenergiförbrukning är bara 6.7 ​​% i Storbritannien, 4.9 % i Tyskland och 8.6 % i USA – såvida inte malpåse kärnreaktorer kan återupplivas snabbt.