Pienydinreaktoreilla tavoitellaan suoraviivaisemman rakenteen ja sarjatuotannon etuja. Samalla pienempi koko mahdollistaa uudenlaisia käyttökohteita ydinvoimalle. Itse termin alle mahtuu suuri kirjo erilaisia teknologisia ratkaisuja.
Pienydinreaktorit (SMR, Small Modular Reactor) ovat viime vuosina näkyneet otsikoissa ja politiikkapapereissa yhä useammin. Niiden avulla saadaan Suomi nousuun, joko uusiutuvien energialähteiden kanssa tai sijasta, kirjoittajasta riippuen. Mutta mitä muuta kuin muodikas uudissana nämä pienreaktorit ovat, ja miksi niistä puhutaan?
Perinteisesti ydinvoimalat on rakennettu tuottamaan sähköä valtakunnanverkkoon. Yleisesti on ajateltu että mitä isompi laitos, sitä vähemmän tarvitaan materiaalia ja työtä tuotettua energiayksikköä kohden. Skaalaedulla isommasta laitoksesta saa siis halvempaa sähköä. Laitosten kasvaessa on kuitenkin kasvanut myös tekninen monimutkaisuus. Kun tämä kehitys on yhdistynyt rakentamisrutiinien hiipumiseen, tuloksena on ollut kustannuksiltaan ja aikatauluiltaan paisuneita hankkeita. Näistä tunnetuin on tietysti kotoinen Olkiluoto 3.
Pienreaktoreissa ajatus on hakea hyötyjä koon sijaan yksinkertaisemmalla toteutuksella ja sarjatuotannolla. Yksinkertaistus ja pienemmät lämpötehot tekevät turvallisuustoiminnoista helpommin toteutettavia, ja kokoluokka mahdollistaa suoraviivaisemman sarjatuotannon. Perinteinen, suuri ydinvoimala suunnitellaan ja rakennetaan kuin yksittäinen tehdas. Pienreaktori taas olisi tehtaassa valmistettu laite, joka tuodaan ja asennetaan tuotantopaikalle useamman yksikön muodostamana pakettina.
Pienet ydinreaktorit eivät itsessään ole uusi asia. Tutkimuskäytössä on pieniä reaktoreita ympäri maailman, myös Suomessa Espoon Otaniemessä, jossa jurnutti FiR-tutkimusreaktori vuosina 1960-2015. Useiden maiden laivastot ovat hyödyntäneet ja hyödyntävät pieniä ydinreaktoreita sukellusveneiden, lentotukialusten ja jäänmurtajien voimanlähteinä. Venäläinen Rosatom ehti jo valmistaa kelluvan Akademik Lomonosov -voimalan, ja on kaavaillut siitä sarjatuotettua mallia. Pakotteiden alla tämä ajatus tuskin etenee varsinkaan vientiin.
Yleisesti sarjatuotetulla pienydinvoimalla SMR-termin alla viitataankin kaupalliseen käyttöön suunniteltuja, uusia modulaarisia reaktorityyppejä. Näitä ei vielä kaupan hyllyllä ole, mutta erilaisia suunnittelu- ja rakennushankkeita on maailmalla käynnissä kymmenittäin.
Itse SMR-termin alla on suuri määrä erilaisia teknologioita. Jokainen niistä pohjaa energian tuottamiseen ydinfissiolla, mutta reaktorityyppejä on erilaisia. Eri reaktorityypit vaihtelevat muun myassa jäähdytys- ja polttoaineratkaisuiltaan ja operointilämpötilaltaan. Jäähdytys ja lämmönsiirto voidaan toteuttaa esimerkiksi vedellä, kaasulla tai sulalla metallilla. Viime vuosien internetsuosikki on sulan suolan sekaan sekoitettu uraani, jossa polttoaine on itsessään lämmönvälittäjäaine.
Eri pienreaktorien kokoluokka vaihtelee konttikoon muutaman lämpömegawatin mikroreaktoreista satojen megawattien laitoksiin, jotka ovat jo lähellä perinteistä ydinvoimaa.
Tarjolla sähköä ja lämpöä
Eri pienreaktoreita suunnitellaan eri tarkoituksiin. Ydinreaktio itsessään tuottaa lämpöä, josta voi sitten tehdä sähköä. Valtaosa pienreaktoreista on lähtökohtaisesti kaavailtu nimenomaan tuottamaan sähköä verkkoon laitosalueelta, eli tekemään sitä mitä nykyisetkin ydinvoimalat. Näiltä osin uusi teknologia ei ulospäin toisi välttämättä dramaattisia muutoksia, sillä taloudellisin vaihtoehto sähköntuotannossa voi hyvin olla usean pienreaktorin rivi yhden suuren reaktorin sijaan ydinvoimalaitoksen sisällä. Toisaalta pieni koko mahdollistaa hajautetumman rakenteen ja sijoittelun, jolla voidaan saavuttaa turvallisuushyötyjä. Esimerkiksi Ukraina onkin ollut kiinnostunut pienydinvoimasta, ja tekee jo valmistelevaa yhteistyötä Yhdysvaltojen kanssa.
Pienempi kokoluokka tarjoaa kuitenkin myös joustavampia mahdollisuuksia lämpötehon hyödyntämiseen paikallisesti. Monissa teollisuuslaitoksissa tarvitaan sähkön ohella korkeapaineista höyryä, ja maailmalla on kehitteillä useita kilpailevia pienreaktorimalleja, joiden ajatuksena on toimia erilaisten teollisuuden prosessilaitosten yhteydessä tuottamassa energiaa. Myös puhtaan vedyn tuotanto onnistuu paikallisesti ydinsähköllä tai -lämmöllä.
Etuina laitosalueelle sijoitetussa pienreaktorissa on sähkön ja höyryn siirtämiseen liittyvän infran ja hinnan välttäminen. Erityisesti höyryn siirto pitkien etäisyyksien yli on hankalaa. Tällä hetkellä näihin teollisuussovelluksiin kaavaillaan erityisesti korkean lämpötilan kaasujäähdytteisiä reaktoreita.
Kiinteistöjen lämmityksessä kaukolämpöverkoissa tarvitaan puolestaan yksinkertaisesti kuumaa vettä. Sen tuotanto pienydinvoimalla on vielä höyryäkin huomattavasti yksinkertaisempaa, sillä matalat lämpötilat ja paineet mahdollistavat höyryn- ja sähköntuotantoa kevyemmät rakenteet ja uusia tapoja taata turvallisuus. Kaukolämpölaitoksissa turvallisuusvaatimukset tulevat silti olemaan tiukat, sillä kaukolämpöä tuottava reaktori on järkevää sijoittaa mahdollisimman lähelle asutusta. Esimerkkeinä suunnitelluista kaukolämpöreaktoreista ovat Helsinkiin jo 1980-luvulla tarjottu ruotsalainen SECURE sekä nyt VTT:n kehittämä LDR-50.
Tavoitteet tällä vuosikymmenellä
Pienreaktoreihin liittyy tällä hetkellä laajaa kiinnostusta ja intoa. Samalla moni topuuttelee ja laskee teknologian tulevaisuuden lupaukseksi, jota ei ole nyt aikaa odottaa. Tosiasiassa suunnitelmat uuden, sarjatuotetun pienydinvoiman hyödyntämiselle ovat monessa maassa ja yrityksessä varsin pitkällä.
Useat läntiset toimijat tavoittelevat reaktoritoimituksia jo 2020-luvulla. Kanadassa Ontario Power Generation on hakenut Darlingtonin voimalaitosalueelleen rakentamislupaa BWRX-300 -reaktorille, jonka se arvioi saavansa ensi vuonna. Tavoitteena on valmis laitos vuonna 2028. Puolassa ja Virossa on aikeita hankkia samoja reaktoreita kunhan ensimmäinen projekti Kanadassa käynnistyy. Nämä ajoittuisivat 2030-luvun alkuvuosille.
Brittiyhtiö Rolls Royce on valitsemassa lähikuukausina paikkaa tehtaalleen, jossa valmistettaisiin ensimmäisten UK SMR -reaktorin osat. Itse reaktorityyppiä kaavaillaan kaupalliseen käyttöön vuosikymmenen vaihteessa.
Yhdysvaltalainen Ultra Safe Nuclear Corporation suunnittelee valmistavansa ensimmäisiä korkean lämpötilan mikroreaktoreitaan useaan maahan vuosille 2026-2029. Pitkään pienreaktoriskenen paalupaikkaa pitänyt yhdysvaltalainen NuScale pyrkii paraikaa löytämään lopullisia omistajia Yhdysvaltojen Idahoon rakennettavaan ensimmäiseen laitokseensa, jonka nykysuunnitelmilla pitäisi valmistua vuoden 2029 paikkeilla. NuScale on jo saanut reaktorilleen yhdysvaltain säteilyviranomaisen NRC:n sertifioinnin. Ranskassa SMR-innostus heräsi hitaammin, mutta työn alla on nyt ranskalainen Nuward-pienreaktori, joista ensimmäinen pyritään saamaan valmiiksi 2030.
Pienydinvoimaan panostetaan myös Kiinassa,jossa ensimmäisen virallisen pienreaktorin ACP100:n sisäosia asennetaan ja sen suunnitellaan olevan kaupallisessa käytössä vuonna 2026. Kiina otti määrätietoisesti valta-aseman aurinkopaneelien tuotannossa, ja on nyt länsimaita edellä myös pienreaktoreiden rakentamisaikataulussa. Tilanteessa kannattaa olla hereillä.
Pienreaktorit eivät siis ole jokin kaukainen haave, vaan käytännössä kulman takana ja näillä näkymin useampi reaktorityyppi on kaupallisessa käytössä 5-10 vuoden sisällä. Niiden kehittämiseen käytetään paraikaa miljardeja eri puolilla maailmaa.
Aikatauluja pohtiessa on joka tapauksessa tärkeä ymmärtää, etteivät pienreaktorit tupsahda taivaalta odottamalla, vaan tekemällä. Rakentaminen on puolestaan parhaimmillaan itseään nopeuttava prosessi, kun oppimiskäyrä nousee kokemuksen karttuessa ja sarjatuotanto pääsee täyteen vauhtiin. Rakentamisinnon puolestaan sanelee pitkälti politiikka, ja sen luomat kannustimet.
Kehitys voi yllättää nopeudellaan siksikin, että viime vuosikymmenet lännessä ydinvoimaa on kehitetty ikään kuin käsijarru päällä, kun energiapolitiikka on erikseen ohjattu kohti uusiutuvia ja ydinvoiman mahdollisuuksia on vastaavasti rajoitettu. Mikäli teknologianeutraali kysyntä päästöttömille ratkaisulle pysyy korkeana eikä ydinvoimaa suoraan tai epäsuoraan suljeta työkalupakista pois tai hidasteta epätarkoituksenmukaisella sääntelyllä, on pienydinvoimalla mitä todennäköisimmin edessään loistava tulevaisuus ja parhaimmillaan hyvinkin pian.
Tähän kannattaa ehdottomasti pyrkiä ja sitä edistää, sillä vaihtoehtojakaan ei oikein ole. Tuuli- ja aurinkosähkö kasvavat nyt hurjaa vauhtia, mutta niiden heikohko energiatiheys ja vaihtelu säilyvät haasteina. Samalla vesivoimaa ja bioenergiaa rajoittavat niiden vaikutukset luonnolle, ja näiden osalta painetta on enemmänkin purkaa ja vähentää kuin rakentaa ja lisätä. Ydinvoiman etuna on myös edellä mainittu kyky tuottaa sekä sähköä että korkeita lämpötiloja.
Jos tahtoa löytyy, Suomessa voidaan ensimmäinen pienreaktori saada käyntiin vielä tällä vuosikymmenellä.
Ville Tulkki, tekniikan tohtori, ydinenergiatutkija, Espoo
Atte Harjanne, kansanedustaja, diplomi-insinööri, Helsinki
Kirjoittajat ovat eduskuntavaaliehdokkaita.