Varför avancerade kärnreaktorer gynnar industrin och kolberoende stater

Kemikalietillverkaren DowDOW
kommer att utveckla en liten kärnreaktor för industriella tillämpningar, som potentiellt kan ersätta naturgas som nu förbränns vid extremt höga temperaturer för att göra förändringar i kemiska föreningar. Avancerad kärnteknik uppnår dock samma resultat utan att släppa ut koldioxid.

De så kallade Generation IV-högtemperaturreaktorerna är mest kända för elproduktion. Men de kan också användas av industrin. Eftersom de arbetar vid 800 grader Celsius kan de bearbeta kemikalier, avsalta havsvatten och producera rent väte för el och transport. Ännu bättre: reaktorerna kan lokalisera var slutade kolanläggningar en gång stod, vilket återställer ekonomisk hälsa till ödelagda regioner i landet.

"Elektricitet är den lågt hängande frukten", säger Patrick White, projektledare för Nuclear Innovation Alliance, i ett samtal med den här skribenten. ”Vi har ännu inte integrerat kärnenergi med stora kemiska anläggningar. Det kan finnas vissa hicka och saker att arbeta igenom. Men vi kommer att se de första reaktorerna för industriella tillämpningar i slutet av decenniet. Efter att ha byggt den fjärde och femte reaktorn kommer företag att anmäla sig i massor. Målet är avkarbonisering.”

Specifikt, Dow samarbetar med X-energy att utveckla en liten modulär reaktor vid en av Dows anläggningar längs Gulf Coast, som kan gå i drift 2030. Dow tar också en minoritetsägarposition inom X-energy. Varje modulreaktor kan generera 80 megawatt. Men de kan staplas ihop för att producera 320 MW, vilket ger ren, pålitlig och säker baslastkraft för att stödja elsystem eller industriella tillämpningar.

Befintliga amerikanska kärnreaktorer är andra generationen, även om Southern Company bygger tredje generationens reaktorer utvecklade av Westinghouse. De små modulära reaktorerna är fjärde generationen och producerar mer el till lägre kostnad. Den tredje och fjärde generationen stängs automatiskt av under en nödsituation.

"Avancerad liten modulär kärnkraftsteknik kommer att bli ett avgörande verktyg för Dows väg mot nollkoldioxidutsläpp och vår förmåga att driva tillväxt genom att leverera produkter med låga koldioxidutsläpp till våra kunder", säger Jim Fitterling, Dows verkställande direktör. "X-energys teknologi är bland de mest avancerade, och när den används kommer den att leverera säker, pålitlig kraft och ånga med låga koldioxidutsläpp."

Svårt att avkarbonatisera sektorer

För närvarande har 99 % av världens väteproduktion kommit från fossila bränslen. Det kallas grå väte. Målet är att komma till grönt väte, där solpaneler eller vindkraftverk producerar el med hjälp av en elektrolysör. Men värmen och elektriciteten från kärnkraften kan också dela vattenmolekylen för att producera väte - som används för att raffinera olja, producera stål eller tillverka kemikalier.

En sådan process är utsläppsfri och välbehövlig. Enligt US Environmental Protection Agency, elektrisk kraft orsakade 25 % av de globala utsläppen av växthusgaser, medan industriell verksamhet stod för 24 %. Transporterna utgjorde 27 %, allt 2020.

Kärnenergi kan också avsalta havsvatten. Enligt Internationella atomenergiorganet produceras 40 miljoner kubikmeter dricksvatten dagligen - främst i Mellanöstern och Nordafrika, med fossila bränslen för att dra ångan eller elektricitet för att underlätta processen. Men den påpekar att kärnkrafts- och avsaltningsanläggningar kombineras i Japan och Kazakstan, där kommersiella anläggningar har varit i drift sedan 1970-talet.

"Om vi ​​är intresserade av ren energi, tänk på alla bränslekällor vi har", säger alliansens White. ”Elproduktionen är cirka 25 % av våra utsläpp. Kärnkraft kan ta itu med industrisektorer som är svåra att koldioxidutlösa. Kärnkraftverken måste också drivas med full kapacitet. Att använda dem för avsaltning och väteproduktion – samtidigt som man producerar pålitlig el – är bra synergieffekter och kostnadseffektivt.”

För att vara säker, det finns många hinder att övervinna. Kärnbränslen karakteriseras ofta utifrån deras koncentration av en specifik uranisotop, U-235. De reaktorer som idag är i drift i USA kräver en bränsleanrikningsnivå på 3%-5% U-235, känd som låganrikat uranbränsle. Många avancerade reaktorer under utveckling kommer att kräva högre bränsleanrikningsnivåer, vissa upp till 20 % U-235. Detta uranbränsle med högre anrikning kallas höganalys, låganrikat uran (HALEU).

Den största utmaningen för avancerade reaktorer som kräver HALEU-bränsle är att materialet inte är kommersiellt tillgängligt i USA. Den enda leverantören är det ryska statliga företaget TENEX — inte önskvärt under dagens omständigheter. Men federala incitament kan katalysera inhemsk produktion av bränslet och skapa en bestående värdekedja. Annars tillhandahåller Australien, Kanada och Kazakstan det också.

Kan kärnkraft ersätta kol?

Samtidigt är kostnaderna för att bygga dessa avancerade kärnreaktorer svåra att kvantifiera. Mer säkerhet kommer efter att utvecklare börjar designa anläggningar och modellera utgifter. När samhället prissätter kol kommer dessutom kärnkraft att vara mer tilltalande. Tänk på att GE Hitachi Nuclear Energy samarbetar med Ontario Power Generation för att bygga en liten reaktor som ska starta 2024: de försöker få andra att implementera samma teknik för att sänka kostnaderna.

Kärnkraft har naturligtvis mötts av motstånd sedan Three Mile Island-incidenten 1979. Men ansträngningar för att minska koldioxidutsläppen skulle kunna förändra det - särskilt de för att hjälpa kolberoende regioner. West Virginias lagstiftande församling har antagit policyer för att tillåta små modulära reaktorer att ersätta pensionerade kolanläggningar. Indiana, Illinois, Montana och Wyoming överväger liknande drag.

Ja, Simon Irish, verkställande direktör för Markenergi, skriver att fjärde generationens kärnkraftverk kan ersätta kolanläggningar och återuppliva de samhällen som har varit värd för dem. Eftersom dessa avancerade reaktorer kan arbeta vid samma temperaturer som en koleldad panna är det en praktisk idé. Dessutom är ersättningsenheten emissionsfri.

Jigar Shah, chefen för Department of Energy's Loan Programs Office, stöder denna tanke och säger att flytten är en logisk början, eftersom infrastrukturen och nätanslutningarna redan är på plats. Hans byrå tillhandahåller 11 miljarder dollar för att hjälpa till att utveckla små modulära reaktorer.

"Om kärnkraftsindustrin gör vad den har gjort i decennier kommer folk att vara tveksamma", säger White, med Nuclear Innovation Alliance. "Det har inte varit bra med allmänheten. Vi har nu en öppning för att ge kärnkraft en ny chans på grund av avkarbonisering. Men vi måste bygga förtroende med samhällen och förklara teknologierna. Vi måste se till att de är bekväma med det. Vi måste få en social licens för kärnkraft – så att folk vill ha den i sina bakgårdar.”

En kärnenergirenässans kan äntligen hända. Dekarbonisering är drivkraften. Men Inflationsreduktionslagen lägger till skatteförmåner som kommer att väcka intresset hos investerare och långivare, vilket gynnar känsliga samhällen och den bredare ekonomin. Dow ser en möjlighet - en potentiell föregångare för andra tillverkare.