Totuus

ydinvoimasta kirjoitti:

Ydinvoiman energiatase, johdanto

Ydinvoimateollisuus ja ydinvoimalobbarit puhuvat usein harhaa kertoessaan, että ydinvoima olisi muka kestävää energiaa, joka tuottaisi vain merkityksettömiä määriä CO2:sta eli hiilidioksidia. Ydinvoimalla tuotetaan maailmassa vain muutama prosentti energiasta. Ydinvoiman rooli energiatuotannossa on marginaalinen, eikä sitä pystytä kasvattamaan, sillä tämä vaatisi tuhansien voimaloiden rakentamista, mikä kiihdyttäisi uraanivarojen hupenemisen niin, että uraanivarat olisi käytetty jo muutamassa vuodessa (laskelma-16 000 uutta reaktoria):
http://www.tiede.fi/keskustelut/viewtopic.php?t=15779

Ydinvoiman CO2-päästömyytti koskee vain itse reaktorin toimintaa, jossa ei toki vapaudu hiilidioksidia kuten esimerkiksi hiilen poltossa. Tämä on kuitenkin vain pieni osa koko totuutta ja ydinvoiman koko elinkaarimallia.
Jan Willem Storm van Leeuwen ja Philip Smith osoittavat tutkimusessaan kuinka virheellinen CO2-myytti ydinvoiman tapauksessa on:
http://www.stormsmith.nl/


Tutkimuksessa rikkailla malmivaroilla ydinvoiman ydinvoiman CO2-päästöt ovat 1/5-1/3 maakaasuvoimalan päästöistä mutta siirryttäessä yhä köyhempiin malmipitoisuuksiin ydinvoiman hiilidioksidipäästöt nousevat suuremmiksi kuin maakaasulla. Tästä syystä ydinvoima on kestämätön ratkaisu ilmastonmuutoksen rajoittamiseksi koska sen CO2-ominaispäästöt ovat silloin fossiilisten polttoaineiden tasolla.

Ydinvoima tuottaa elinkaarensa aikana melko paljon energiaa. Tästä energiasta tyypillisesti menetetään heti 2/3 osaa hukkalämpönä, mikä puolestaan nykyisissä CHP-voimaloissa hyödynnetään kaukolämpönä. CHP-voimaloiden kokonaishyötysuhde on tyypillisesti noin 80-90 %, ydinvoimalla vain 33 %. Ydinvoimalat rakennetaan usein kauaksi asutuskeskuksista, jolloin sähköverkko on rakennettava laajaksi ja siirtohäviöt tälaisessa keskitetyssä sähköntuotannossa kasvavat suuriksi.

Vaikka ydinvoimala tuottaa toimiessaan paljon energiaa, koko elinkaaren aikana ydinvoima myös kuluttaa valtavasti energiaa. Itse voimalan rakennus on valtava noin kymmenen vuoden rakennusprojekti, voimala toimiessaan kuluttaa sähköä kymmeniä megawatteja, ydinjätteiden jäähdytys, loppusijoittaminen, voimalaitoksen purku myös vaativat paljon energiaa. Siksi ydinvoimalaitos tuottaa suhteessa heikommin energiaa kuin esim. tuulivoimala koko elinkaaren toiminnan aikana.


Kuva 1: energiat

Ydinvoiman käyttökerroin riippuu voimakkaasti voimalaitoksen toiminnasta. Ruotsissa ydinvoimalaitosten jatkuvat pysäyttelyt ovat laskeneet käyttökerrointa paljon. Ydinvoimalatyypeistä tavallisin on LWR-reaktori eli kevytvesireaktori, joita on noin 88 % reaktoreista. Näissä voimaloissa käytetään ydinpolttoaineen kertakäyttösykliä, jossa käytettyä polttoainetta ei enää hyödynnetä.




Ydinvoiman energiatase, elinkaaren CO2-päästöt

Ydinvoiman hiilidioksidipäästöt riippuvat voimakkaasti malmin uraanipitoisuudesta ja maaperästä (hiekkakivi, graniitti), sekä siitä kuinka huolellisesti voimalaitoksen purku ja ydinjätteen loppusijoitus tehdään.
Kuvassa 2: nähdään, kuinka ydinvoiman CO2-päästöt kasvavat kun malmipitoisuus heikkenee. Kuvassa on omat käyrät, sekä hiekkakivi- että graniitti maaperille ja voimalaitoksen hävitysperiaatteille.


Kuva 2: CO2-päästö

Kuvasta nähdään se, että ydinvoiman CO2-päästöt alkavat kasvamaan voimakkaasti kun malmipitoisuus laskee alle 0,1 %:n. Kun malmipitoisuus on noin 0,01 %, ydinvoima tuottaa jo enemmän hiilidioksidipäästöjä kuin fossiilinen maakaasuvaihtoehto.


Ydinvoiman energiatase, malmista sähköksi

Uraani on metalli, mikä on kemiallisesti eroitettava uraanimalmista. Uraanimalmi on rikottava hienoksi pölyksi ja käsiteltävä kemikaaleilla kuten rikkihapolla. Tämän jälkeen käsitelty uraani viedään keltakakun valmistukseen.
Tyypillisesti ydinvoiman CO2-päästöiksi ilmoitetaan joku karkea luku perustuen yhteen malmipitoisuuteen eikä riippuvuutta malmin rikkaudesta anneta. Tämähän on selvää sillä 0,1 %:n malmimaita on louhittava kymmenkertaisesti vastaavan U3O8 määrän aikaansaamiseksi kuin 1 %:n malmimailla. Energiankulutus on vahvasti riippuvaista malmipitoisuudesta ja siksi tämä tekijä rajoittaa järkevästi hyödynnettävien uraanivarojen määrää oleellisesti.
Kaivostoiminnan louhinta ja louhitun aineen murskaus ja hienonnus pölyksi vaatii pienillä malmipitoisuuksilla valtavasti energiaa, jolloin koko ydinvoiman elinkaaren aikana tullaan sille malmin pitoisuusrajalle, jossa ydinvoima tuottaa lopulta vähemmän energiaa kuin se kuluttaa. Storm ja Smith osoittavat tämän malmipitoisuuden olevan 0,01 %.


Kuva 3: 0,01 %

Ydinvoiman uraanilouhokset ovat typillisesti avolouhoksia kun esiintymien syvyys maan pinnalta on alle 200 metriä. Esiintymiin käsiksipääseminen vaatii paljon ylimääräisen maan siirtelyä. 0,1 %:n malmipitoisuuksilla saavutetaan tyypillisesti yli 90 %:n saanti (erotetun uraanin osuus). Kuitenkin malmipitoisuuden tästä heiketessä saanti romahtaa nopeasti.


Kuva 4: Yield –romahdus


Ydinvoiman energiatase, uraaniesiintymät

Rikkaiden uraaniesiintymien kehittyminen maapallolla on vaatinut poikkeuksellisia oloja. Suuri joukko riippumattomia, satunnaisia esiintymiä muodostavat suurten lukujen lain mukaan todennäköisyysjakauman, jonka huippu kertoo sen, minkäpitoisten malmivarantojen määrä on suurin maapallolla.
Maapallon uraaniesiintymien lukumäärä on suurimmillaan noin 0,0003 pitoisilla mailla (malmipitoisuus 0,0003 % eli 3 ppm U). Taloudellisesti hyödynnettävien uraanivarojen malmipitoisuusraja-arvo on Storm ja Smith:n mukaan 0,01 %. Näitä esiintymiä on maapallolla erittäin harvassa ja yli 99 % maapallon uraaniesiintymistä on tätä heikkopitoisimmilla mailla.

Kuva 5: jakauma.

Uraani esiintyy myös merivedessä ja makeissa vesissä, mutta pitoisuus on tällöin alle 0,001 ppm U (eli 0,000 0001 –m-%).

Kuva 6:merivesi





OSA2-CO2-päästön laskenta ja jätteiden synty eri prosesseissa

Ydinvoiman elinkaaren aikana syntyy CO2-päästöjä erityisesti polttoaineen valmistusprosessissa. Selvityksiä CO2-päästöistä on tehty monia:
http://www.tiede.fi/keskustelut/viewtopic.php?t=13547

Täältä löytyy kokooma ydinvoiman CO2-päästöistä, jossa on tulokset yhteensä 31 tutkimusta aiheesta, mistä löytyy mm. luku 140-230 g/kWh, sivu31:
http://www.sd-commission.org.uk/publications/downloads/Nuclear-paper2-reducingCO2emissions.pdf



Päätin ottaa selvää, kuinka suuri olisi suomalaisen ydinvoiman CO2-päästö kun tuotamme jatkossa ydinpolttoainetta tulevilta uraanikaivoksilta. Suomalaiseen uraanikaivostilanteeseen voi tutustua vaikka tämän esitelmän avulla:

http://www.ats-fns.fi/archive/esitys_soderholm.pdf

Sieltä poimin kaksi eri laskentalähtötietoa; Pääkaupunkiseutua lähellä sijaitsevan Askolan malmipitoisuus on 0,1 % ja Solkin Rautaruukin ja Kemira Growhon omistamalla alueella vastaava pitoisuus on 0,01 %.

Ydinvoiman CO2-taseen laskemiseksi kannattaa käyttää vaikkapa tätä excel-pohjaa:
www.peakoil.org.au/isa.nuclear-calculator.xls

Laskentapohjan päivitys voidaan tehdä niin, että käytämme Olkiluoto-3:n tietoja:

soluun
-B4 laitetaan 1550 (MW)
-E13 laitetaan käyttökertoimeksi (load factor) 90 (%)
-E14 laitetaan eliniäksi (lifetime) 60 (years)
-E16 laitetaan termiseksi hyötysuhteeksi (thermal efficiency) 37 (%)

Tämän jälkeen soluihin

-E26 laitetaan joko 0,1 % (tai 0,01 %) (malmipitoisuus, ore grade)
-E25 laitetaan 90 % (tai 20 %) (recovery rate eli saanti)*

*saanti saadaan arviona Storm ja Smithin saantikuvaajasta.

Tällöin solusta

-A4 nähdään, että kun malmi on 0,1 %:sta niin ydinvoiman CO2-päästö on 51,3 g/kWh ja kun malmi on 0,01 %, niin ydinvoiman CO2-päästö on peräti 260 g/kWh!!!

Mikäli saanti putoaa 0,01 %:n malmilla 10,5 %:iin niin tällöin ydinvoima Suomessa OL-3:lla tuottaa vähemmän sähköenergiaa kuin mitä energiaa kuluu sen tuottamiseen kuten Storm ja Smith ovat simuloineet!

Siis yhteenvetona saatiin, että ydinvoiman CO2-päästö eli hiilidioksidipäästö on Suomessa luokkaa 50-260 g/kWh. Tämä on peräti 10-55 kertainen määrä verrattuna tuulivoiman sähköntuotannon elinkaaren aikana syntyneisiin hiilidioksidipäästöihin!!! (Tuulivoimalla noin 4,6-5,3 g/kWh)

http://www.vestas.com/NR/rdonlyres/CB1E6A32-EB4E-4845-9451-4B5255BBB111/0/LCA_V9030_20MW_onshore_og_offshore_samt_energibalance_202005.pdf



Lopuksi tarkastellaan ydinvoiman elinkaaren osaprosesseja, joissa syntyy kaikissa CO2-päästöjä ja muita päästöjä

Mining kaivostoiminta (louhinta)
Milling malmin jauhanta
Conversion konversio (UF6)
Enrichment rikastus (nostetaan U-235 osuutta)
Fuel fabrication polttoaineen valmistus
Construction rakennus
Operation käyttö
Re-processing jälleenkäsittely (ei Suomessa)
Storage säilytys
Disposal loppusijoitus
Decommissioning käytöstä-poisto
Transport kuljetukset


Ylläolevaa laskentapohjaa käyttämällä voidaan edelleen tarkastella eri osaprosessien aikana syntyviä jätteitä kun tarkastelukohteena on vuoden aikana OL-3 laitoksen käytöstä syntyvät jätteet suomalaisilla malmipitoisuuksilla. Eli kun
malmipitoisuus on 0,1 %, niin vuoden aikana OL-3 tuottaa:

-337 048 000 kg mine tailings eli kaivosjätettä
-35 200 kg U3O8 –jätettä
-1900 kg UF6-jätettä (konversiosta)
-317 000 kg UF6-jätettä (rikastuksesta)
-400 kg UO2-jätettä (valmistuksesta)
-41 000 kg UO2-jätettä (käytetty polttoaine)

Vastaavasti kun uraanimalmipitoisuus on puolestaan 0,01 %, niin luvut ovat Olkiluoto-3:n tapauksessa vuodessa:

-15 180 830 000 kg mine tailings eli kaivosjätettä
-1 216 100 kg U3O8 –jätettä
-1900 kg UF6-jätettä (konversiosta)
-317 000 kg UF6-jätettä (rikastuksesta)
-400 kg UO2-jätettä (valmistuksesta)
-41 000 kg UO2-jätettä (käytetty polttoaine)


Näiden jätteiden vaarallisuutta voidaan tutkia vaikkapa aktiivisuuksien avulla. Laskurina voi käyttää esim. tätä sivustoa:
http://www.wise-uranium.org/nfca.html

Sinne Material Balance –kohtaan Power plant riville sijoittamalla luvun 13578 (GWHe) ja kohtaan -Process Parameters- muuttamalla:

-Ore Grade: 0,1 % U
-Efficiency: 37 % (ikävä kyllä poistopalamaa ei voi muuttaa ja siksi laskuissa UO2-jätettä kertyy enemmän -Fuel Burnup: 38 GWd/t U-)

Tämän jälkeen calculate-näppäintä painamalla saadaan selville eri jätteiden radioaktiivisuusmäärät ajan funktiona.


Kuva aktiivisuudet.

Tästä nähdään, että Suomessa UO2-ydinjäte, joka loppusijoitetaan, pysyy radioaktiivisena peräti tasan miljoona vuotta ennen kuin se palaa 0,01 %:n radioaktiivisen jätemaan tasolle!
Vastaavasti nähdään, että kaivosjätettä on vuorostaan säilöttävä 75 000 vuotta enen kuin ollaan 0,01 %:n jätekiven aktiivisuustasolla.


Tällä laskimella voidaan tarkastella myös tilannetta, jossa arvioidaan sitä aikaa, mitä vaaditaan sekä ydinjätteeltä, että kaivosjätteeltä, milloin palataan Suomalaisen graniitin tasolle (0,0003 % graniitissa uraania). Tämä onnistuu niin, että laitetaan -Process Parameters- kohtaan Waste Rock Grade: 0,0003 % U.

Tämän jälkeen calculate-näppäimen jälkeen tärähtää eteen se tilanne, että edes louhintajäte ei miljardin vuoden aikana palaa graniitin säteilytasolle!

Tämä vahvistaa sen, että erittäin vaarallisen ydinjätteen lisäksi myös uraanin louhinnasta syntyvät jätteet vaativat satojen tuhansien vuosien säilönnän, eikä kukkamullan tasolle päästä ikinä:
http://www.tiede.fi/keskustelut/viewtopic.php?p=405033&highlight=#405033


Kun puhutaan kerran omavaraisesta sähköntuotannosta ja ”kotimaisesta” ydinvoimasta, niin ylläoleva tarkastelu osoittaa sen, että suomalainen ydinvoima tuottaa jatkossa lähes fossiilisten polttoaineden luokkaa olevat CO2-päästöt, erittäin vaarallista ydinjätettä tuhansia tonneja (60 vuoden käyttäaika), järkyttäviä määriä louhintajätettä ja hiukkasia, jotka säteilevät kymmeniä tuhansia vuosia.



http://www.tiede.fi/keskustelut/viewtopic.php?t=17134

kirjoitti:

Anonyymi

Kirjoita kommentti

5000

Lähetä