KÄRNKRAFTENS FRAMTID

Professor: ”Kärnkraft kommer ta över fraktfartygen”

Alla tunga handelsfartyg kommer inom en relativt snar framtid att drivas av kärnkraft menar forskaren Jan Emblemsvåg vid NTNU i Norge. ”Det är det enda realistiska alternativet bortsett från fossilt. Det kommer att bli billigare, säkrare och snabbare”, säger han till TN.

Vid fullständig klyvning innehåller uran-235 över tre miljoner gånger energiekvivalenten i kol och olja. Bortsett från eventuell framtida fusion gör detta fissionen oslagbar när det handlar om kraft i förhållande till vikt.

Detta är den primära orsaken till att små modulära reaktorer redan i dag driver den amerikanska flottans hangarfartyg, så kallade ”supercarriers”. Totalt finns enligt World Nuclear Association 160 kärnkraftsfartyg, inklusive ubåtar, och på den civila sidan är det främst extremt kraftfulla civila ryska isbrytare som använder tekniken.

Kärnkraftsdrivna fartyg blir oerhört kraftfulla och kan glida runt i månader och år utan att ”tanka”. Och då är detta bara "gammal” teknik, menar Jan Emblemsvåg.

– De lösningar som normalt diskuteras för att ersätta fossila bränslen i fartyg är normalt både dyrare och sämre. Kärnkraft är undantaget eftersom det kommer att bli både billigare och öka prestandan. Kärnkraften har andra utmaningar än material och bränsle, vilket drivit upp kostnader. Men det är just det som håller på att förändras – och när den utvecklingen är klar kommer de att konkurrera ut de andra bränslena helt på kommersiell basis. Min uppgift är att hjälpa till på den resan, säger han till Tidningen Näringslivet.

Han är professor på Department of Ocean Operations and Civil Engineering vid Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet i Ålesund sedan 2020 och har en doktorsgrad i maskinteknik från Georgia Institute of Technology. Han har i många år varit verksam inom näringslivet i olika roller och bland annat suttit med i ledningen för Rolls-Royce Marine.

Nu leder han ett forskningsprojekt som kallas NuProShip I, Nuclear Propulsion of Merchant Ships I, som ska ta fram fartyg som drivs med generation 4 SMR-kärnkraft. KTH i Sverige liksom flera stora rederier är med i projektet. Tre SMR-bolag har valts för ändamålet och det handlar inte minst om Ultra Safe Nuclear i USA samt Blykalla från Sverige, men vi kommer till det senare i artikeln.

– Med dessa reaktordesigner kommer vi att täcka alla de stora fartygstyperna i världen, säger han och summerar atomfartyg enligt följande:

Fördelar:

* Snabbare skepp.

* Lägre kostnad.

* Inga utsläpp.

* Komplett ”walk away-safety” under alla omständigheter.

Utmaningar:

* Regleringar.

* Politisk acceptans i vissa länder.

Jag minns en föreläsning om klimatutmaningarna i fartygstrafiken för något år sedan där man vände och vred på problemet med att ersätta tjockoljan utan att vikten blir för hög. Jag ställde då frågan; tittar ni på kärnkraft som ett alternativ? Det blev ganska tyst i rummet. Är det här något som det pratas om under bordet?

– Ja, alla världens stora rederier tittar på detta, men man pratar inte så mycket om det offentligt. Det räcker med lite simpel grundskolematte för att se att det här är lösningen, säger Jan Emblemsvåg.

Stora containerfartyg i världen går normalt på tjockolja och slukar många tusentals liter i timmen vilket förstås innebär omfattande koldioxidutsläpp.

– Om fartygstrafiken vore ett land så skulle utsläppen motsvara Tyskland, säger Jan Emblemsvåg.

Han exemplifierar med ett räkneexempel på skeppet Cadiz Knutsen, en 248 meter lång LNG Carrier med ångturbiner och en kraft på 28 megawatt.

– Det här skeppet använder ungefär 40 000 ton tjockolja per år och släpper ut ungefär 120 000 ton koldioxid samt tungmetaller, exempelvis 4 kilo kadmium. Sätter du i stället en reaktor där så får du bort allt detta.

Batterier bara att glömma

Men den stora volymen bränsle som behövs sätter också stor press på fartyget i förhållande till utrymme och vikt. Denna ekvation har ingenjörerna vänt och vridit på i generationer för att ta fram kostnadseffektiva modeller med så mycket yta som möjligt att packa på, samtidigt som bränslet får plats och fartyget blir driftsäkert.

Problemet blir desto mer gigantiskt om världen nu menar allvar med att dessa energibärare ska fasas ut och ersättas. Batterier är bara att glömma när det handlar om tunga fartyg, menar Jan Emblemsvåg.

– Världens största batteri i Moss Landing i Kalifornien har en kapacitet på 3 000 megawattimmar. Ett containerskepp tömmer det batteriet på 24 timmar samtidigt som det tar ungefär sex till åtta veckor att köra mellan Asien och Europa. Dessutom skulle skeppet sjunka av vikten innan det ens lämnat hamn, säger han.

Vätgas är högexplosivt samt världens minsta molekyl och måste därför förvaras under högt tryck, vilket i grunden gör det till ett olämpligt bränsle, menar han.

– Tar du ett kilo vätgas och trycker det samman i en tank så får du samma sprängkraft som ett kilo TNT. Har du då tusen kilo vätgas och får en antändning exempelvis från statisk elektricitet så är hela skeppet väck, så det finns den utmaningen. För ett större skepp tar det också för mycket plats. Det skulle kunna funka för korta sträckor exempelvis i fjordarna i Norge men ett annat problem är att det produceras för lite och att så många andra sektorer springer efter vätgas just nu, menar Jan Emblemsvåg.

Om vätgas för fartyg blir aktuellt så kommer den att tillverkas av SMR, hävdar han.

– Generation 4-reaktorer är mycket bättre på att tillverka vätgas än vad andra kraftslag är dels av effektivitet, dels av att den kan tillverka med direktleverans utan att ha ett lager emellan, vilket elektrolysvarianten behöver ha med intermittent kraft. För korta sträckor är det inte otänkbart att man sätter en reaktor vid hamnen och tillverkar vätgas, syntetisk metanol eller något åt det hållet. Vi har tittat på den varianten men oftast blir det nog bättre med direktdrift.

”Ammoniak har halva brännvärdet”

Det har också diskuterats att omvandla vätgas till ammoniak, men det faller också bort, hävdar han.

– Det räcker med lite enkel överslagsräkning för att utesluta det. Ammoniak har halva brännvärdet jämfört med marinbränsle och för att ersätta tjockoljan i EU:s fartygstrafik så skulle man behöva över 600 miljoner ton ammoniak. Om det dessutom ska göras utan kärnkraft så behövs 2,7 gånger hela EU:s totala kraftproduktion 2022 för det ändamålet. Så om vi knäcker hela elsystemet för att ställa om fartyg så skulle det vara möjligt att åtminstone halvera utsläppen från marint bränsle, men det känns inte så realistiskt. Kostnaderna behöver vi inte ens gå in på.

– Dessutom kommer du inte undan vikten här heller. Fartygen har under generationer trimmats för att klara vikten i bränslet. Du kan inte helt sonika byta till ett bränsle med halva effekten.

– Så kan man jobba sig ner längs listan en efter en. Ganska snabbt kommer man fram till slutsatsen att det är fossilt eller kärnkraft som gäller, säger han.

Men hur kommer det sig att många av de stora rederierna har olika tester med vätgas och ammoniak då?

– Det är en bransch där det finns en hel del bidrag tillgängligt så man testar i väldigt liten skala. Det ger goodwill och dessutom kan man bygga fartygen som kombimotorer som kan gå både på vätgas och fossilgas. När det inte finns någon vätgas att köpa så byter man över och går på marin gas i stället.

Biobränsle är en utmanare för kortare sträckor

Det enda rimliga alternativet i dag bortsett från kärnkraft, menar han, är biobränsle. Biobränsle kan användas precis som fossilt bränsle med ungefär samma verkningsgrad.

– Problemet med biobränsle är att det kommer att bli omöjligt att ta fram tillräckliga volymer innan du tvingas att odla enkom för att få fram etanol. Biobränsle fungerar men det kan inte utgöra en så stor del utan snarare några enstaka procentenheter innan det börjar bli problem. Fartygstrafiken slukar enormt mycket bränsle och det finns andra skepp där det är mer logiskt med biobränsle, säger Jan Emblemsvåg.

Danska Maersk hade sin jungfruresa när det nya fartyget Laura Maersk efter 2150 mil nådde Köpenhamn i september, med grön metanol i tanken. EU-kommissionens ordförande Ursula von der Leyen liksom pressen hyllade satsningen och det skrevs spaltmeter om den nya tekniken. Jan Emblemsvåg var lite mer skeptisk och kollade upp siffrorna.

– Det visar sig att man slukade i stort sett hela världens gröna metanol på en tankning. Och då råkar världens kommersiella fartygsflotta bestå av runt 80 000 skepp, säger han.

Däremot ser han definitivt en marknad för biobränslen när det gäller kortare transporter, något dygn eller så. Till exempel inrikes i de norska fjordarna och inom Europa.

– Men det kommer så småningom att uppstå en situation där flera aktörer slåss om biobränslet, så priserna kommer att stiga. Jag tror på kärnkraft så småningom även här, men det är de längre transporterna som kommer bytas först.

Kärnkraft ger ett oslagbart lätt och snabbt fartyg

Tack och lov finns ett annat bränsle för de tunga fartygen, uran-235, som inte bara är realistiskt, utan också långt mycket effektivare än de traditionella bränslena, menar han.

– Med kärnkraft får du ett oslagbart lätt fartyg som kan lastas tungt och som kan gå 25-30 knop i stället för 15-20 knop, vilket kommer att effektivisera och därmed konkurrera ut fossila fartyg på sikt.

Faktum är att kärnkraftsfartyg knappast är någon ny teknik, utan väl beprövat både civilt och militärt. Fartyget NS Savannah tillkom exempelvis som följd av Eisenhowers linjetal ”Atoms for peace” 1953, sjösattes 1959 och var i drift till 1970. Fartyget fungerade väl rent tekniskt men problemen med ekonomi, politik och säkerhet skickade ingenjörerna tillbaka till ritbordet. Och där har de förblivit sittandes med vissa, främst militära, undantag fram tills nu. Politiska motgångar har dessutom desarmerat skaran. I Sverige fanns till och med tankeförbud kring kärnkraft.

– Alla fartyg som gått på kärnkraft hittills har varit tryckvattenreaktorer och av generation 2 eller 3. Det krävs många ingenjörer för att operera denna typ av reaktorer så personalkostnaderna blir höga och projekten har därför drivits av bidrag och militär finansiering. I exempelvis hangarfartyg, har man en väldigt stor besättning som också driver reaktorn. Kärnkraftsfartyg har alltid drivits av subsidier eller militära intressen.

Ny teknik minskar kostnaderna och ökar säkerheten

Med ny teknik kan denna kalkyl ändras av flera orsaker. Bland annat för att delarna kan fabrikstillverkas och för att reaktorerna behöver färre operatörer.

– I de nya skeppen kommer reaktorn att kunna opereras med samma besättning som ett vanligt fartyg, det vill säga 2-3 anställda i maskinrummet, vilket sänker kostnaderna rejält. Man kommer också att kunna fjärrstyra reaktorn från land om det behövs.

I en reaktor skiljer man på elektrisk och termisk effekt. Själva klyvningen bildar värme som kokar vatten till ånga som därefter drivs genom en turbin. Den termiska effekten är ungefär tre gånger så hög som den elektriska vilket gör att potentialen ökar när vatten byts ut mot andra medium, vilket vi redan sett det första exemplet på när Kina nyligen invigde världens första heliumstyrda generation 4-reaktor.

Dessutom blir de säkrare. Bly, i fallet Blykalla, har en kokpunkt på 1 700 grader vilket är högre än vad som bildas i själva klyvningen och därmed elimineras enligt bolaget risken att tappa kylmediet, vilket föranlett alla stora kärnkraftsolyckor.

– På samma sätt kommer reaktorerna att bli oerhört säkra med det nya TRISO-bränslet. Även om man skulle tappa kontakten med reaktorn så händer inget eftersom bränslet tål omkring 2 000 grader. Dessutom är de stenhårda.

Hur ser du på risken för illvillig användning och att länder som kanske inte ska ha kärnkraft tar tekniken för att bygga bomber?

– Det är precis dessa typer av säkerhetsfrågor som de nya reaktorerna har jobbat med. Jag vill påstå att dessa utmaningar är lösta med nya reaktorer och TRISO-bränsle och därför ser jag det som en ickefråga. Generation 4-reaktorerna kommer inte att vara intressant att ge sig på i dessa syften. Sedan bränner de upp bränslet mycket bättre än tryckvattenreaktorer samt har passiv säkerhet.

Enligt Ultra Safe Nuclear är deras TRISO-bränsle tillräckligt hårt för att motstå en direkt missilträff.

Och om skeppet skulle sjunka?

– Inga problem, och sen måste jag passa på att bromsa dig där. Egentligen borde allt kärnfysiskt avfall lagras på havsbotten och den enda orsaken att det inte gör det är för att Londonkonventionen förhindrar det. Det är något man egentligen borde ha tagit tag i. Havet i sig innehåller 4,6 miljarder ton uran och det stiger 15-16 tusen ton uran in i havet från jordmanteln varje år. För att inte tala om alla natriumisotoper som är radioaktiva. Havet vilar i stort sett på en gigantisk reaktor skulle man kunna säga.

– Vilket också leder oss in på en annan sak. Urantillgången kommer inte bli något problem, som vissa skeptiker hävdar. För det första finns det väldigt gott om uran på land, både prospekterat och framför allt det som inte är prospekterat, vilket är den stora delen. Dessutom kan dessa reaktorer återanvända befintligt bränsle, och vissa av dem kan gå på torium i stället för uran. Och sedan finns i stort sett obegränsade mängder uran i havet, vilket jag menar inte är särskilt svårt att bryta faktiskt. Det kommer inte att vara ett problem.

Territoriella jurisdiktioner en utmaning

På de svenska kärnkraftverken finns enligt Strålsäkerhetsmyndigheten cirka 1 050 ton uran och där ingår allt färskt och bestrålat bränsle, det vill säga allt som den svenska kärnkraften hittills använt.

Ett annat problem som kärnkraft inom fartygstrafiken kommer att behöva övervinna är av politisk karaktär, nämligen att olika länder har olika territoriella jurisdiktioner.

– För att detta ska kunna bli en realitet så måste vi få till en harmonisering av regelverket, för i dag är exempelvis inte en sydkoreansk APR1400-reaktor nödvändigtvis laglig i Sverige. Detta är ett stort problem när det gäller sjöfart som vill kunna gå mellan olika länder, säger Jan Emblemsvåg.

Han tror däremot att länderna inte kommer ha så mycket val, oavsett inställning till kärnkraft, när tekniken väl börjar komma. Detta eftersom det kommer att vara en rejäl konkurrensnackdel att inte tillåta tekniken.

– Till exempel ville de norska rederierna runt 1900 fortsätta med segelfartyg när kolkraften i sjöfarten kom. En stor del av dem stod emot en tid för att sedan gå i konkurs.

Så summa summarum då, vad blir kostnaderna för kärnkraftsdrift?

– Jag gjorde en analys för några år sedan på en japansk smältsaltsreaktortyp. På 30 år, med en kapitalavskrivning på 6,5 procent per år så skulle skeppet komma ut 50-60 miljoner dollar billigare än ett motsvarande skepp med tjockolja.

Tunga investeringar

Som med all kärnkraft krävs dock tunga investeringar inledningsvis. Reaktorerna är dyra, vilket naturligtvis är ett problem i sig. Därför tror Jan Emblemsvåg att den mest populära investeringen inledningsvis kommer att vara någon form av leasing.

– De första fartygsprototyperna kommer att komma någonstans runt 2030-2032, sedan beror det lite på finansieringen. De första prototyperna kommer vara mycket dyrare än de nästkommande reaktorerna och det är möjligt att militären kommer att gå före och tjinga de första. Rederierna kommer sannolikt att vänta lite men runt 2035 räknar vi med en kommersiell produkt och därefter kommer det att gå snabbt framåt av den enkla orsaken att fartygen kommer att vara en uppgradering ekonomiskt.

– Det kommer att vara en konkurrensfördel att kunna köra helt koldioxidfritt, slippa tanka och samtidigt köra 10 knop snabbare.

När det gäller val av reaktor till val av fartyg skiljer det sig. Blykylda reaktorer som den svenska varianten passar utmärkt till bulkfartyg, förklarar Jan Emblemsvåg.

– Blykylda reaktorer kan hålla en hög effekt och passar därför mycket bra till långa transporter med hög fart. Heliumreaktorerna är mer flexibla i upp- och nedreglering vilket passar bättre för skepp med mer variabelt kraftbehov, förklarar han.

Och smältsaltsreaktorerna då?

– Smältsaltsreaktorerna ger mycket snabb respons i upp- och nedrampning och de kan sänka effekten mycket långt. De är också är enkla och har hög energitäthet.

Jan Emblemsvåg visar upp sin presentation med exemplet Cadiz Knutsen igen. På skärmen syns en bild av fartyget från baksidan.

– Ser du längst bak i aktern här? Det finns massor av plats där om man skulle vilja göra om skeppet.

Så man behöver inte bygga nya då?

– Just precis, vi kan med lite enkla modifieringar plocka upp fartygen på ett varv och installera reaktorerna.