Energia & ilmastonmuutos

Kuvitus: Ferry

Maailman kehittynein vedenkeitin

Ydinvoiman perusajatus on varsin yksinkertainen. Kyse on veden keittämisestä. Nykyisiä kevytvesireaktoreita voidaan hyvällä syyllä sanoa maailman kehittyneimmiksi ja turvallisimmiksi vedenkeittimiksi.

Lähes kaikki maailman sähkö tuotetaan generaattoreita pyörittävillä turbiineilla[i]. Valtaosa tästä turbiinien pyörityksestä tapahtuu keittämällä vettä voimalaitoksissa[ii], joissa reilu kolmannes keittämiseen kuluneesta energiasta muuntuu sähköksi. Vettä keitetään pääosin kahdella tavalla[iii]: polttamalla polttoaineita, kuten kivihiiltä, puuta ja öljyä, tai halkomalla tiettyjen atomien ytimiä hallitussa ketjureaktiossa ydinreaktorissa.

Ydinvoima on nuorin tunnetuista energiantuotantotavoista

Sähköntuotantoon soveltuvia ydinreaktoreita alettiin kehittää Toisen Maailmansodan jälkeen suurella innolla ympäri maailmaa. Erilaisia reaktorityyppejä oli monia, ja Yhdysvalloissa kehitettiin jopa lentokoneen voimanlähteeksi soveltuvaa reaktoria[iv]. Erilaisten sattumien kautta maailmalla vakiintuivat kuitenkin käyttöön alun perin sukellusveneisiin suunnitellun painevesireaktorin (PWR) suuremmaksi kasvatettu malli, ja tämän pohjalta kehitetty hieman yksinkertaisempi kiehutusvesireaktori (BWR).

Suomessa on näistä molempia, ja molemmat ovat niin sanottuja kevytvesireaktoreita. Olkiluoto 1 ja 2 ovat kiehutusvesireaktoreita, rakenteilla oleva OL3 on painevesireaktori. Loviisan molemmat reaktorit ovat painevesireaktoreita, ja painevesireaktori on myös Fennovoiman tuleva Hanhikivi 1. Muitakin reaktorityyppejä on maailmalla käytössä, mutta ne ovat toistaiseksi harvinaisempia.

Tiivistettyä energiaa

Se mikä tekee ydinvoimalasta poikkeuksellisen vedenkeittimen, on sen polttoaineen vertaansa vailla oleva energiatiheys. Ydinreaktiossa pieni määrä massaa muuttuu energiaksi monille tutun Einsteinin esittelemän e=mc2 kaavan mukaan[v]. Mittakaavaa on vaikea käsittää, mutta otetaan pari esimerkkiä. Ydinenergia on miljoonia kertoja tiiviimpää energiaa kuin kivihiilen, öljyn tai puun sisältämä kemiallinen energia.

Uraanissa on energiaa niin tiiviisti, että länsimaisen ihmisen koko elämänsä aikana käyttämä energia voidaan periaatteessa tuottaa kahvikuppiin mahtuvalla polttoainemäärällä[vi]. Kuinka pitkälle sinä ajaisit autoa kahvikupillisella bensiiniä?

Kuinka pitkälle sinä ajaisit autoa kahvikupillisella bensiiniä?

Valtava määrä lämpöä ja muutama neutroni

Energiatiheys perustuu siihen, että ydinreaktiossa epävakaan atomin, kuten uraanin U235 -isotoopin, hajoamisesta vapautuu sekä valtava määrä lämpöä, että muutama ytimessä ollut neutroni. Näistä neutroneista osa osuu lähellä oleviin toisiin epävakaisiin ytimiin, jotka myös halkeavat. Lämpöä ja neutroneita vapautuu lisää, ja reaktio jatkuu. Erilaisilla neutronikaappareilla, kuten reaktoreissa olevat säätösauvat, säädetään muihin ytimiin osuvien neutronien määrä sellaiseksi, että reaktioiden määrä pysyy vakaana. Vesi kiehuu, höyryturbiini pyörittää generaattoria, ja kotona lamppu syttyy, jääkaappi pysyy kylmänä ja sähköhella kuumenee. Katso animoitu kuva PWR:stä täältä.

Saasteeton ympäristö

Toinen asia, miten ydinvoimala poikkeaa muista vedenkeittimistä, on ympäristöön pääsevät saasteet. Tai oikeammin se, että niitä ei juuri pääse. Polttamisesta vapautuu maakaasua lukuun ottamatta aina erilaisia pienhiukkasia ja polttoaineessa olevia muita vaarallisia aineita, kuten raskasmetalleja sekä tietysti ilmastonmuutosta kiihdyttäviä kasvihuonekaasuja. Ydinreaktiossa toki vapautuu runsaasti radioaktiivista säteilyä, mutta se pysyy pääosin reaktorin sisällä. Ydinvoimaloista ympäristöön vapautuva ja niistä ihmisten keskimäärin saama säteilyn lisäannos vastaa karkeasti muutaman banaanin syömistä vuodessa[vii].

Ydinreaktio ei myöskään vapauta kasvihuonekaasuja kuten hiilidioksidia, joten se on todella vähäpäästöistä energiaa[viii]. Käytetty ydinpolttoaine on toki vaarallista esimerkiksi radioaktiivisuutensa vuoksi. Se ei kuitenkaan ole jäähdyttyään mitenkään erityisen vaarallista verrattuna moniin muihin arkipäiväisiinkin aineisiin. Se on kiinteässä muodossa ja sitä on todella vähän, joten se on myös verraten helppoa säilyttää turvallisesti.

Nykyisiä kevytvesireaktoreita, ja eritoten nyt rakenteilla olevia edelleen paranneltuja malleja, voidaan hyvällä syyllä sanoa maailman kehittyneimmiksi ja turvallisimmiksi vedenkeittimiksi. Mutta pohjimmiltaan ne ovat kuitenkin vain niitä; isoja vedenkeittimiä. 

Viitteet:

[i] Poikkeuksen tekee valosähköiseen ilmiöön perustuvat aurinkosähköpaneelit.

[ii] Veden keittämisen lisäksi turbiineja pyöritetään esimerkiksi polttamalla maakaasua kaasuturbiineissa tai nestepolttoaineita polttomoottoreissa, tai ohjaamalla veden tai tuulen liike-energiaa turbiineja pyörittämään.

[iii] Myös geoterminen sähköntuotanto, jota hyödynnetään muutamassa siihen soveltuvassa paikassa maailmassa, perustuu kuuman veden ja höyryn hyödyntämiseen.

[iv] Katso esimerkiksi https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear-powered_aircraft

[v] E=mc2 eli energia on massa kertaa valonnopeus toiseen potenssiin, ja koska valo kulkee nopeasti, on massassa energiaa erittäin tiiviisti.

[vi] Uraanista käytetään nykyisissä reaktoreissa lähinnä sen harvinaisempaa U235 isotooppia, jota on 0,7 % kaikesta uraanista. Myös U238 isotooppia, jota uraanista on 99,3 %, voidaan muuntaa polttoaineeksi niin sanotussa hyötävässä reaktorissa. Viinilasi-esimerkki nojaa tähän uraanin koko potentiaalin käyttämiseen. Nykyisissä kevytvesireaktoreissa määrä on siis hieman suurempi, mutta muihin polttoaineisiin nähden silti todella pieni.

[vii] Ydinvoimaloiden aiheuttama lisäannos on noin 0,2 mikrosievertiä vuodessa, siinä missä yhden banaanin syömällä saa noin 0,1 mikrosievertiä. ”Banaaniannoksesta” lisää https://en.wikipedia.org/wiki/Banana_equivalent_dose

[viii] Hallitustenvälinen ilmastopaneeli IPCC:n arvioin mukaan ydinvoimalan koko elinkaaren kasvihuonekaasupäästöt ovat keskimäärin 12 g hiilidioksidia per tuotettu kilowattitunti, eli samaa luokkaa tuulivoiman ja vesivoiman kanssa.

 

Energia & ilmastonmuutos

Energia & ilmastonmuutos

Energiavallankumous antaa odottaa itseään

Eurooppa on energiavallankumouksen syntypaikka. Paitsi, että mitään kovin kummoista kumousta ei ole tapahtunut muualla kuin median otsikoissa ja päättäjien juhlapuheissa.

Energia & ilmastonmuutos

Ilmastopaketin ydinpalanen

Ydinvoima on tärkeä palanen ilmastonmuutoksen vastaisessa taistelussa, jossa jokainen oikea askel on tarpeellinen.

Energia & ilmastonmuutos

Maailma tarvitsee pikaisesti uusia ydinvoimaloita

Ydinvoima-alan maailmanjärjestö WNA:n mukaan neljäsosa maailman sähköstä on tuotettava ydinvoimalla 30 vuoden kuluttua. Uutta ydinvoimakapasiteettia pitäisi rakentaa jopa 1 000 gigawattia lisää.

Energia & ilmastonmuutos

Miksi tarvitsemme erilaisia sähkövoiman lähteitä?

Sähköntarve vaihtelee voimakkaasti vuorokauden eri aikoina ja vuodenajasta toiseen. Ydinvoimalla on järkevää tuottaa tasaisen pohjatarpeen tyydyttävää perusvoimaa. Säätövoima joustaa kulutusvaihteluiden mukaan.