Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
thorium energy bloghoved

Reaktor innovation: Passive kølerør

Denne blog er skrevet af Bo Miller som er HVAC ingeniør (Heat, Ventilation and Air Conditioning) og har været medlem at Copenhagen Atomics i snart et halvt år. Du kan læse lidt om Copenhagen Atomics i vores først blog.

En klog mand fik engang spørgsmålet: “hvordan byggede de dog de store katedraler dengang, og så med håndkraft?”. Han svarede så lakonisk man nu kan: “Jo, de startede med at få en ide, og dernæst tog de en sten.”

Illustration: Privatfoto

Copenhagen Atomics har ikke umiddelbart til sinds at bygge nogen katedraler. Men vores projekt minder alligevel lidt om det. Vi er en lille flok med en stor vision; vi har mange forskellige fagområder, og vi kan jævnligt smile af hinandens totale mangel på viden om det, vi selv lige ved noget om. Men vi har en fælles drøm - og vi kan se, at den er tættere på virkeligheden, end man umiddelbart skulle tro.

Da raketbyggerne fra Copenhagen Suborbitals kontaktede myndighederne med spørgsmålet: “må vi bygge en raket, der kan transportere et menneske ud i rummet”, blev der løftet øjenbryn og rystet på hovedet. Selv den daværende forskningsminister regnede ikke med, at der kom noget videre ud af det. Men da Heat 1X løftede sig fra affyringsrampen 3. juni 2011, løftede en hel verden øjenbrynene.

Den slags projekter kører altid på et to-komponent brændstof. Den ene komponent er ideen, den anden komponent er viljen til at føre ideen ud i livet - og her begynder det for alvor at blive interessant. For vi kan alle få ideer, men det er viljen til at tage det lange seje træk og få gjort ideen til virkelighed, der gør hele forskellen.

Vi arbejder i små teams, opdelt efter faglige styrker. Jeg er selv i gruppen “Mechanical Design”, som arbejder med varmeoverføring, væskeflows, samlinger af rør og lignende, og vi bidrager med praktisk viden til de andre arbejdsgrupper - som til gengæld bidrager med viden til os om det, vi skal være opmærksomme på. For eksempel har vi noteret os en mulig ophobning af en bestemt plutonium-isotop på en varmeveksler - derfor vil vi sørge for at udforme veksleren med særligt fokus på “døde zoner”, så eventuel plutoniumdannelse kan blive ført med tilbage i reaktorkammeret og forbrændt der.

Nævnte skribenten plutonium? Ja, faktisk. For tag ikke fejl, vi arbejder med højteknologi som skal tages seriøst i alle led, og sikkerheden skal altid være i fokus. Men de reaktortyper, vi arbejder med har netop også sikkerhed i højsædet. Hvis noget går galt, holder de hurtigt op med at fungere, for hvis ikke vi hele tiden holder processerne ved lige, går de simpelt hen i stå. På det punkt svarer vores projekt til en almindelig benzinmotor - fjerner man noget, går motoren som regel i stå.

Et eksempel på dette er vores ”heat sinks”. Se, vores reaktor fungerer kun, hvis den er neddyppet i væske - i dette tilfælde smeltet salt ved 800 grader. Under reaktoren findes et hul med en prop i, og proppen er lavet af det samme salt - men den holdes afkølet ved ca. 300 grader vha. et køleloop som drives af den strøm reaktoren laver. Hvis noget går galt, vil strømmen forsvinde, proppen vil smelte og al væske i reaktoren løbe ned i en depottank, hvilket vil få reaktoren til at stoppe. Hernede i depottanken vil væsken afkøles så den størkner. For at sikre, at varmen ledes korrekt væk fra saltet, borer vi simpelt hen en række væskefyldte metalrør ud i jorden. Vi kan variere deres længde, dybde, indbyrdes placering osv. og dermed regulere mængden af varme, der ledes bort, og det kræver absolut ingen vedligeholdelse eller mekanik. Samtidig er der ingen forureningsrisiko; metalstængerne leder varme ganske fint, men ingen radioaktiv stråling. En lavpraktisk løsning på et af de mange små problemer vi pusler med i dagligdagen.

På ovenstående figur vises en simpel koncepttegning af Copenhagen Atomics’ Waste Burner, hvor en række 40 fods shipping containere er placeret på højkant i betonskakte under jorden. Nedenunder containerne ligger en ekstra container på langs - og inde i denne container findes vores depottanke. I en af de næste blogs vil vi gå mere i detaljer med de øvrige komponenter i reaktoren, og hvordan de indvirker på hinanden, men lige nu tager vi blot de passive kølerør ud som eksempel.

Det var faktisk mig, som fik ideen til at bruge disse rør som passiv køling. Udfordringen er nemlig, at saltet i en depottank bliver ved med at producere varme, efter at reaktoren er lukket ned på grund af henfaldsvarme fra de forskellige fissionsprodukter. Man ønsker, at selv hvis der er faldet en bombe, og flere systemer er ødelagt, og strømmen er forsvundet, så skal man stadig kunne køle saltet i depot tanken så den forbliver størknet. Igen, sikkerhed først.

Vores beregninger viser at jorden rundt om værket let vil kunne optage varmen, man skal blot have varmen ledt fra saltet i depottanken og ud i jorden. Spørgsmålet er, hvordan sådanne varmeledningsrør skal dimensioneres, så de dels fungerer, dels bliver ved med at fungere. Og hvad skal der forresten til, for at de vil kunne godkendes til et atomkraftværk? Vi har i den forbindelse drøftet følgende problemstillinger, som vi endnu ikke har fået afklaret:

Det er en udfordring at få opbygget en god heat flow simuleringsmodel på computeren, så vi kan afprøve forskellige designvalg. Vi kan let finde tal for varmeledningsevne og varmekapacitet for forskellige jord- og sandarter, såvel våde som tørre. Men hvordan er varmeledningsmodstanden imellem metalrør og jorden, og hvordan ændrer det sig, når jorden varmes op, og damptrykket ændres? Næste udfordring er, hvor lange og hvor tykke de rør skal være … samt, hvad de skal laves af? Stål er nok oplagt, men hvilken væske skal der være inden i?. Og i øvrigt … det hele skal helst være til at bygge med nogenlunde almindelige midler, såsom denne her boremaskine til styret boring af rør i jord:

For at få godkende et atomkraftværk, skal man enten bygge en fuldskalamodel i de rigtige materialer og så måle på den eller også skal man lave en matematisk model og eftervise, at den højst afviger med et givent interval i forhold til virkeligheden. Selvsagt så har vi hverken tid eller penge til at gøre dette arbejde nu, så vi leder efter forskere og firmaer, som har erfaring med den slags. Tips modtages meget gerne på info@copenhagenatomics.com

Vil alle reaktorer i fremtiden have denne designdetalje? Det ved vi ikke. Men det er i virkeligheden slet ikke pointen. Pointen er snarere, at vi løser et problem og derved føres hele arbejdet videre.

Vores mål er klart: Vi vil bygge en thoriumreaktor som forbrænder mere affald end den skaber. Det har ingen gjort før. Andre derude arbejder også med thoriumenergi, men ikke med affaldsforbrænding. Det kræver løsning af en hel række små og store delmål - og dem tager vi, et problem ad gangen.

Copenhagen Atomics er opstået ud af denne ”meet up gruppe”: www.meetup.com/Thorium-and-MSR-Energy-CPH/ Den har nu kørt i 2 år og holder som regel møder 1. mandag i hver måned kl. 20. Næste møde er således mandag d. 6 juli, og hvis vejret holder. så bliver næste meet up nok afholdt ved søen i fælledparken, hvor vi kan drikke en øl og grille. Det er gratis, så kom forbi og hør mere om disse meget værdifulde teknologier, som du helt sikkert ikke har lært om, da du selv gik i skole. Dit bidrag vil være værdifuldt. Og en dag vil det resultere i en katedral.

Reklame: En af de vigtige mennesker i verden, som hjælper med til at sprede værdifuld viden om Molten Salt Reactors er Gordon McDowell. Han har arbejdet mange tusind timer på dette helt gratis i en årrække. Nu har han startet en crowd funding kampange for de næste film. Jeg kan på det varmeste anbefale at støtte ham og se hans gratis film.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jeg tror det store spørgsmål på alles læber er: Må i bygge og tænde den i Danmark?
Kunne forestille mig at selv internationalt hav er forbudt...

Kan du evt. sige noget om, om man kan producerer Thorium i Danmark? Mener det er ret normalt i jorden, så er det bare at grave og sorterer/smelte/destillerer?

  • 2
  • 0

Mht til dine kølerør er det enkleste jo nok at bore ind med et massivt bor og så lade det blive siddende. Javist, et rør med kølevæske som man har brugt i Kina for at forhindre at tundraen tør op under jernbanen til Tibet er mere effektivt, men også mere kompliceret, og vi vil nok foretrække at det med garanti kan virke også om 100 år.

Det er et skide godt science-project, men som rigtig energi producerings metode er problemet at udvikling og opnåelse af tilladelser ikke kan følge med de hastigt faldende priser på vedvarende energi, og lagring deraf.
Der er dog et ikke ubetydeligt marked for skibe, hemmelige baser, arktiske poster, og ikke mindst rumudforskning, men der er en løsning med fire containere overkill. Så det bringer mig til mit spøgsmål, hvor lille kan sådan en fætter laves?

  • 2
  • 0

"Andre derude arbejder også med thoriumenergi, men ikke med affaldsforbrænding."

https://www.google.dk/webhp?sourceid=chrom...

I har helt klart brug for konkurrenter og de er der så altså også derude, hvadenten det er koncepter eller nogle, der yder en konkret experimentel indsats.

En ordentlig waste burner bør løbende separere de værdifulde fraktioner fra de problematiske.

Det er en stor udfordring. USEC brugte en mlliard dollars før de gik bankerot på at udvikle en egnet separationsteknologi og har været igennem en US government rekonstruktion. Arreva er som det vil være bekendt i store problemer.

Silex der har laser separationsteknologi har nu indgået partnerskab med GE og har fået beskyttelse fra US government, så deres patenter ikke skal offentliggøres.

  • 1
  • 0

Hvorfor vil I grave alt ned? En core catcher til en almindelig PWR laves som en stor pandekageform, det mindsker behovet for varmetransport samtidig med at coriumet spredes tilstrækkeligt til at undgå ny kritikalitet og for meget koncentreret radiolyse.

  • 1
  • 0

"Folketinget pålægger regeringen at tilrettelægge den offentlige energiplanlægning ud fra den forudsætning, at atomkraft ikke vil blive anvendt. "

Det er faktisk lidt sjovt. Nu har meget jo aendret sig siden beslutningen og det er i mindre grad regeringen og i heojere grad et liberaliseret reguleret faelleseuropaeisk el-marked der staar for den offentlige forsyning saa teoretisk set burde der ikke vaere noget i vejen for at de kroniske stoetter for A-kraft i DK placerede deres penge hvor deres talestroem er og soegte Miljoegodkendelse til at opfoere et A-kraftvaerk paa en eller anden mark.

De skal sflg lige rejse pengene og vaere friske paa at saelge stroemmen paa Nord-pool til markedspris.

  • 2
  • 0

Hvor mange Watt skal der køles væk
Hvor mange Watt genereres per m3
Hvilket salt er der tale om?
Hvor stort er det samlede volumen?
Hvilke materialer kan modstå den smeltede salt ved så høje temperature?

  • 1
  • 0

Du kan ikke have et sådan værk i drift uden at det er planlagt produktion. Den produktion må ikke finde sted.

Nu må du lige fjerne skyklapperne.

Folketingsbeslutningen siger intet om produktionsplanlægning eller for den sags skyld, som du underforstået antager, at atomkraftværker skal være kæmpe store GW blokke.

Man kan sagtens, rent fysisk, lave en atomreaktor på nogle få hundrede kW eller måske en enkelt MW eller to, som kan køre som vinden ikke blæser uden produktionsplanlægning af nævneværdig omfang.

Så Oluf har i teorien ret: Der er intet i folketingsbeslutningen der forhindrer et 100% rent privat initiativ i at bygge et atomkraftværk og operere 100% på kommercielle
vilkår.

100% kommercielle vilkår indbefatter naturligvis at man har købt en ansvarsforsikring.

Det er endnu aldrig lykkedes nogen, noget sted på jorden, for en elproducerende reaktor (og kun i helt særlige tilfælde for forsøgsreaktorer og da kun for den "phd-sikre" TRIGA model).

Og så er vi tilbage til atomkraftens evige problem: Økonomien er ikke god nok til at betale for ansvarsforsikringen.

  • 7
  • 0

@ Mikael. Det store spørgsmål er ikke om vi kan bygge det i dk, men tværtimod hvor i verden vi kan bygge det. Som nævnt i tidligere blogs så er ideen bag waste burneren at den skal opføres i forbindelse med et eksisterende a-kraftværk. Måske med tiden vil alle delene blive produceret herhjemme og skibet ud med salt i dog uden fuel. Når thorium engang bliver en etableret energiform så kan vi kigge på den herhjemme

@erik.
Ideen med de massive rør har vi været igennem og vi er simpelthen ikke sikre på at de kan fjerne nok varme i starten hvis man dumper fuelsaltet. Hvis du har mulighed for at hjælpe os med data eller udregninger så send gerne en mail til adressen i bloggen højere oppe.

Størrelsen er vel bestemt af behovet. Det der bestemmer container størrelsen er Thomas jam Petersen og Peter Boje
Påtænker man at bruge en msr type til små decentrale opgaver som lokalfjernvarme eller mobil el, her tænkes på sammenligning med en mobil trykvands reaktor, så er formatet med 3-4 containere ret indbydende. Til rumfart kan størrelsen jo reduceres både med hensyn til effekt og til lagring affalds stoffer samt dumptank.

@jens
Du har helt ret i at vi ikke er de eneste med ideen, jeg mener sågar også at der er et andet thorium team som har samme ide.
I forhold til de projekter du henviser til så er flere baseret på eksisterende reaktordesigns. Og har dermed disses svagheder og farer. Den potentielle gevinst ved at bruge en thorium formerings reaktor med smeltet salt er at neuton økonomien er ret snæver og dermed standser fissions processen af sig selv hvis man ikke aktivt formerer thorium til spaltbare stoffer, og derved minimeres muligheden for nedsmeltning.

@lars

Vi har faktisk haft emnet om nedgravning oppe at vende uden nogen gode argumenter for eller imod. Dog gør det byggeriet lidt lettere i forhold til transport af containere, hvis vi graver ned.
Grunden til at vi har valgt en dumptank er dels at vi vil have muligheden for at holde på saltet i smeltet form således at det kan pumpes tilbage ind i kernen hvis man vil genoptage driften, og dels bruge dumptanken aktivt under drift til visse processer.

  • 0
  • 0

Og så er vi tilbage til atomkraftens evige problem: Økonomien er ikke god nok til at betale for ansvarsforsikringen.

Det undrer mig dog.
Fukushima står nu til at ville koste $105 mia.
Der er 440 A-kraftværker, så hvis de deltes om regningen ville det blive 230 mio pr værk. Det lyder dyrt for den menige borger, men hvert værk producerer jo mindst 1 GW, eller 8800 MWh pr år, så de kunne betale beløbet på 1 år ved at lægge $0,028 på elregningen.

Ligeledes burde det heller ikke tage mere end et år at smække en pulje op der kunne berolige en vilkårlig borger og politiker.

I mere generelle termer vil et uheld til 100 mia pr 10.000 reaktor-år a 1 GW koste 100.000 pr år- peanuts for et a-kraft værk.

  • 2
  • 0

Ideen med de massive rør har vi været igennem og vi er simpelthen ikke sikre på at de kan fjerne nok varme i starten hvis man dumper fuelsaltet.

Nu har jeg kun haft et begynderkursus i atomkraft (Coursera) og så vidt jeg husker vil den afgive 10% af reaktorydelsen lige efter nedlukning, og så falde til ca 1% efter en time, (varme afgivet af kortlevede fissions produkter) Så hvis det er så kortvarigt kunne man vel klare sig med en termisk buffer.

Lad os sige du har 5 GJ i overskud, og vil tillade en stålplade at blive 700 grader. Så skal du have 16 ton stål, eller en 70 mm plade i bunden af en 40 fods container.

  • 0
  • 0

Men jeg maa godt bygge en vindmoellepark hvis jeg har plads nok? Det lyder ikke rigtigt.


Balladen begynder for alvor ved 25MW. Se Loven om elforsyning §10. Elproduktion fra anlæg med en kapacitet på over 25 MW kan kun udøves af virksomheder, der har opnået bevilling fra klima-, energi- og bygningsministeren.

For kernekraft er historien dog en anden, det forberedende lovarbejde startede i midthalvfjerdserne som en konsekvens af oliemangel. Der blev vedtaget nogle indledende love for anlæg, affald, placeringer, teknik og erstatning, men der blev aldrig vedtaget en egentlig ikrafttrædelseslov for en kraftreaktor, selvom denne blev diskuteret i Folketinget. Efter 10 års debat, lukkede debatten med et påbud fra Folketinget om at Regeringen ikke måtte planlægge med kernekraft. Dermed var alle muligheder for ikrafttrædelseslov udelukket. Og det gælder også idag, den ansvarlige minister skal jo stadig overholde Loven! Hvis du begynder at rode med fissionsbasret elkraft hjemme i kælderen, så overtræder du atomanlægloven, og ministeren kan ikke ændre det faktum før Folketinget ændrer Loven.

Så det er selvfølgelig en grov gang historierevisionisme fra dem der kaster sig ud i egenfortolkninger af Folketingets historiske behandling af kernekraft.

Hele kernekraftdebatten er fint beskrevet her.
https://tidsskrift.dk/index.php/politica/a...

  • 0
  • 0

Uanset om der kan gives tilladelse til en thorium reaktor i Danmark (og det bør vi nok holde os fra, bl.a. i betragtning af alle de problemer, der er med affaldet fra Risøs små reaktorer), så har konceptet en lang række problemer. Thorium er som bekendt ikke selv fissilt, og reaktoren skal derfor starte med et fossilt materiale som uran 235, uran 233 eller plutonium. Den skal så køre som en formeringsreaktor, der sender et overskud af neutroner til et tæppe af thorium, hvoraf en stor del vil blive omdannet til Uran 233 og resten til en række andre radioaktive stoffer. Så skal det meget radioaktive U233 renses op og laves til brændselselementer, hvilket ikke er med i den anlægsskitse, der er vist til artiklen. Herefter skulle U233 kunne bruges som brændsel. Problemerne med at realisere denne transmutation + formeringsreaktor er ganske overvældende, bl.a. med at håndtere det meget radioaktive U233 og det flydende salt, der skal moderere reaktoren. Den kraftige stråling vil også gøre en lang række af de omkringliggende materialer radioaktive og dermed skabe endnu et radioaktivt affaldsproblem.
Hvis projektet handler om andet en ingeniør-hygge og en undskyldning for at holde grill-fest, så ville det være en god ide at tage fat på noget, der kan være med til at løse verdens problemer, ikke skabe nye, f.eks. bidrage til en hurtigere omstilling til vedvarende energi.

  • 4
  • 3

Hvis projektet handler om andet en ingeniør-hygge og en undskyldning for at holde grill-fest, så ville det være en god ide at tage fat på noget...

Ikke nødvendigvis enig heri. Det er en fremragende ide at formindske mængden af affald fra atomkraftværker, men en ide der ikke rigtig hører hjemme i DK. Bortset fra de små problemer med Risø har vi jo ikke rigtig noget at være urolige for. Det er "someone elses problem".

Hvis I har andet end grillaftener i tankerne, så skulle I gå sammen med nogle andre, Hvad med et fælles - nordisk projekt mellem Norge, Sverige og Danmark? Norge har lokationen - Halden - og råmatrialet, Sverige har affaldsproblemet og erfaringer med design og drift af a-kraftværker, og Danmark har jeres ide?

  • 0
  • 0

Denne tråd er desværre gået i selvsving og misforståelserne har overtaget. Lad mig prøve at forklare. Vi har ikke som hovedmål at bygge a-kraft i Danmark. Vi vil bygge teknologi til at reducere verdens atom affald, det vil sige 100% teknologi eksport. Ja SELVFØLGELIG vil vi samarbejde med folk i andre lande som har affald eller noget af den viden vi ikke har. Det gør vi faktisk allerede, f.eks. har jeg et møde med en gruppe fra Holland senere i dag. Men nu er det tilfældigvis sådan, at Danmark har noget unikt viden på kemi og måleteknologi, som de ikke har i Norge, Sverige, USA, Indien, Kina, etc. Så det giver da god mening at samarbejde.

Som alle ved, så er der ikke mange penge til forskning i thorium energi, primært fordi der er mange misforståelser, og befolkningen og beslutningstagere aldrig har modtaget et minimum af uddannelse i atom fysik. Faktisk er den første del meget nem at lærer: Se f.eks. en video her: https://collegerama.tudelft.nl/Mediasite/P... (fra 4 min - 25 min). Der er også mange gode videoer i Gordon McDowell's Youtube channel.

Vi har desværre ikke mulighed for at få støtte i milliard klassen som andre "grønne" industrier, så for at holde gejsten oppe og skabe sammenhold, så folk på vores projekt kan tåle at arbejde tusindvis af timer uden løn, ja så er grill-fester måske bare et moderne ledelsesredskab, som ikke er nødvendigt i de andre "grønne" industrier, hvor man kan betale med guld.

For dem som synes det er til grin, så skal jeg bare lige gøre opmærksom på at sådan starter alt ny teknologi og disruption. Det er op af bakke i starten. Hvis du kun er til ned af bakke og medvind, så er thorium energi ikke noget for dig :-)

Hvis du synes det er farligt, så forklar mig hvorfor kul slår ca. 1000 gange flere mennesker ihjel hvert år. Det er OK at have fly skræk, når fly slår halvt så mange ihjel som biler. Men 1000 gange.... ???

  • 1
  • 0