kjernekraft

Utnyttelse av kjernekraft til fremdrift av skip er i særlig grad gjort for undervannsbåter. Fremdrift og annen energibruk i skipet kan da gjøres uten kontakt med atmosfæren, slik bruk av forbrenningsmotorer krever. Den første atomdrevne undervannsbåten var USS Nautilus, som ble sjøsatt i 1954. Verdens første overflateskip drevet med kjernekraft var den russiske isbryteren Lenin. Skipet ble sjøsatt desember 1957 og tatt ut av drift i 1989. Russiske isbrytere som drives av kjernekraft bruker i dag kjernereaktoren KLT-40.

Mangel på ferskvann mange steder i verden kan i noen grad avhjelpes ved hjelp av avsalting av havvann. Prosessen er energikrevende og kjernekraft har potensial til å bli en viktig CO₂-fri energikilde til dette formål. Foreløpig er avsalting av havvann ved hjelp av kjernekraft bare gjennomført i mindre skala, gjerne i kombinasjon med ordinær kraftproduksjon. Slike forsøksanlegg er utprøvd blant annet i Japan, India og Kasakhstan. Hvorvidt anlegg i stor skala vil komme i kommersiell bruk er i stor grad avhengig av økonomiske faktorer. Det er foreløpig anslått at ferskvann kan produseres til en kostnad av USD 70–90 cent per kubikkmeter, som er sammenlignbart med anlegg basert på fossil energi. Flere land i Midtøsten, blant annet Saudi-Arabia, planlegger avsalting basert på kjernekraft.

Den russiske reaktoren KTL-40S og den sørkoreanske reaktoren SMART, begge av kategorien små modulære reaktorer, er utviklet med tanke på kombinert produksjon av kraft og ferskvann for leveranse i avsidesliggende områder.

Hydrogen er en foreslått energibærer som i fremtiden kan erstatte bruk av olje og kull. I den forbindelse blir det avgjørende å kunne produsere hydrogen i stor skala uten bruk av fossile brensler. En fremtidig og energieffektiv metode vil være å produsere hydrogen av vann i en såkalt svovel-jod syklus. Prosessen krever kun varme med høy temperatur. Til dette formål vil en høytemperaturreaktor være egnet.

I noen land kjøres kjernekraftverk som kogenanlegg for kombinert produksjon av kraft og varme. Det gjelder i særlig grad Russland, men også i land som Ungarn, Slovakia og Sveits blir noe av energien som utvikles i en kjernereaktor brukt til å forsyne fjernvarmenettet med varme.

Kina har utviklet egne kjernereaktorer som er spesialkonstruert for produksjon av varme. Reaktorene er små (200–400 MWₜ) og opererer under lavt trykk og varme (90–110 °C), noe som forenkler konstruksjonen og gjør dem sikrere i bruk. De kinesiske reaktorene NHR-200 (Nuclear Heating Reactor) og DHR-400 (District Heating Reactor) er ventet å komme i kommersiell drift i løpet av få år.

Når det gjelder utslipp av klimagasser, kan kjernekraften ses på som en form for tilnærmet utslippsfri elektrisitetsproduksjon som kan sammenlignes med kraftproduksjon fra fornybare energikilder. En livsløpsanalyse gjennomført av IAEA viser at kjernekraft er den form for kraftgenerering som har lavest utslipp av CO₂-ekvivalenter per produsert kWh, nemlig 21 gram CO₂/kWh mot kullkraft cirka 1300 gram CO₂/kWh, hvorav rundt 1000 gram CO₂ kommer direkte fra forbrenning av kull. De samlede miljøkostnader under normal drift er også små, særlig sammenlignet med kullkraft som er den energikilden som bidrar mest til luftforurensning.

En overgang fra kraftproduksjon basert på fossile brennstoffer til kjernekraftproduksjon vil derfor føre til en vesentlig reduksjon av utslipp til atmosfæren. Som eksempel kan nevnes at utbygging av kjernekraft i Frankrike fra 1980 til 1992 reduserte landets utslipp av CO₂ med 60 prosent, SO₂ med 77 prosent, NOx med 60 prosent og støv og partikler med 86 prosent.

Kjølevann som benyttes i kjernekraftverket varmes opp med 6–8 °C, og der det slippes ut kan det påvirke livet i elver, vann eller hav. Brukes elvevann til kjøling kan temperaturen i elven bli så høy at kraftverket må stanse driften gjennom en varmeperiode om sommeren.

Miljøinngrep skjer også ved anlegg der det utvinnes uran til kjernebrenselet, og som følge av bygging og fabrikasjon av utstyr til slike anlegg. Disse ulempene kan sammenlignes med vanlig gruvedrift og anlegg av andre typer kraftverk.

I flere land ble det gjort forsøk på å innføre kjernekraft som ikke førte frem. Det gjelder blant annet i Danmark, Norge og Irland. Fem land – Polen, Italia, Østerrike, Sveits og Sverige – har hatt folkeavstemninger der utfallet var nei til utbygging og/eller stans i utbyggingen av kjernekraft. I Polen og Østerrike stanset man byggingen av igangsatte kjernekraftverk, Italia stengte sine to kjernekraftverk, og i Sveits ble all nybygging stanset. I Sverige ble det ved folkeavstemningen i 1980 vedtatt en nedleggingsperiode på 15 år fra 1995. Som et første skritt vedtok Riksdagen i 1997 å stenge den ene av reaktorene ved Barsebäck-anlegget i 1998 og den andre innen 2001. Den første ble endelig stengt ned i 1999 og den andre i 2005. Tyskland vedtok i 2011 å avvikle all kjernekraft innen 2022.

På begynnelsen av 2000-tallet oppsto det en ny interesse for å øke bruken av kjernekraft. Dette ble omtalt som en renessanse for kjernekraften. Omslaget hadde blant annet sin bakgrunn i en erkjennelse av at dagens kraftproduksjon, som i hovedsak er basert på fossil energi, har bidratt til de klimaendringene som verden nå er vitne til. Kjernekraftteknologien kan tilby en tilnærmet utslippsfri kraftproduksjon som også er stabil nok til å fungere som grunnlast. For å løse problemene som er forbundet med dagens reaktorer tok USAs regjering i 2001 et initiativ til å opprette Gen IV-programmet, som er et internasjonalt forum som skal samarbeide om å utvikle en ny generasjon kjernereaktorer. Dette arbeidet pågår fremdeles, men det er ikke ventet at de nye reaktorene vil komme i kommersiell bruk før etter 2030.

Kjernekraftens renessanse fikk et tilbakeslag etter kjernekraftulykken i Fukushima, som førte til at flere utbyggingsprosjekter ble kansellert, og var også den utløsende årsak til at tyske myndigheter besluttet å avvikle kjernekraften innen 2022. I andre land skjer det derimot et oppsving i utbyggingen av kjernekraft. Det gjelder i særlig grad i Russland og Asia. Per 2019 er 60 nye reaktorer under oppføring, og det foreligger konkrete planer om å bygge ytterligere 150 reaktorer.

I påvente av at den teknologiske utviklingen skal gjøre det mulig å utnytte nye fornybare energikilder også i stor skala, anses likevel kjernekraft mange steder å være den energikilden som kan tas i bruk for å erstatte eldre kraftverk drevet med fossilt brensel. Dette forhold, sammen med problemene man står overfor med den store økningen av elektrisitetsproduksjonen i for eksempel Kina og mange utviklingsland, der det er få alternative løsninger til kullfyrt varmekraft, gjør at kjernekraft kan fremstå som en økonomisk og miljømessig interessant løsning. I Europa har både Storbritannia og Finland valgt å møte utfordringene med å begrense utslippene av klimagasser gjennom blant annet å bygge nye kjernekraftverk. Der kjernekraft utbygges, skjer det i henhold til bestemmelser og internasjonale avtaler om sikkerhet og inspeksjon organisert av Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA).

De kjernereaktorene som er i drift i dag omtales som annen- og tredjegenerasjonssystemer.

I det tidligere omtalte Gen IV-programmet deltar 14 land i arbeidet om å utvikle en ny generasjon kjernereaktorer som kan løse mange av de problemene som er forbundet med dagens reaktorteknologi. De nye reaktorene skal redusere behovet for langtidslagring av radioaktivt avfall, oppnå en vesentlig bedre utnyttelse av kjernebrenselet samt bedre sikkerheten ved å konstruere reaktorene med en form for innebygd passiv sikring.

• Les mer om Gen IV-programmet og fjerdegenerasjonsreaktorer.

Kjernekraft basert på kjernefysisk fusjon regnes for å kunne bli vesentlig sikrere og mindre miljøskadelig enn det som forbindes med fisjonsreaktoren. Forskning knyttet til fusjonsreaktorer ble trappet opp rundt 1970, men vanskelighetene har vært større enn de man først forestilte seg. Arbeidet med å bygge en eksperimentell fusjonsreaktor, som skjer innen det internasjonale samarbeidsprosjektet ITER, har vært utsatt for mange forsinkelser. Det forventes at reaktoren ikke vil komme i full drift før i 2027. Kommersiell kraftproduksjon basert på fusjon vil neppe finne sted før etter 2050.

• Les mer om fusjonsreaktor, ITER – fusjonsreaktor.

Hybrid kjernekraft produseres ved å kombinere kjernefysisk fusjon med fisjonsprosesser. Metoden går ut på å bruke hurtige nøytroner fra en fusjonsreaktor til å utløse fisjon i isotoper som ellers ikke er fissile, slik som ²³⁸U og ²³²Th. Dette gjør det mulig å utnytte kjernefysisk brensel som er uegnet i konvensjonelle reaktorer, og i tillegg behandle («brenne opp») de transurane elementene som er i det radioaktive avfallet som dannes i en fisjonsreaktor. Ideen ble fremmet av den tysk-amerikanske kjernefysikeren Hans Albrecht Bethe på 1970-tallet, men ble først ikke ansett som realiserbar. Etter flere fremskritt innen fusjonsforskningen ble ideen gjenopptatt etter 2009.

Hybrid kjernekraft kan sammenlignes med det som skjer i andre reaktorsystemer. I en hurtigreaktor er det reaktoren selv som frembringer hurtige nøytroner, mens i et akseleratordrevet system frembringes hurtige nøytroner uten buk av kjernereaktor.