I stället för kärnkraft

Glöm kärnkraftsolyckor och mångtusenårig slutförvaring av radioaktivt avfall, glöm smutsig kolkraft och dyr, sinande olja. Framtidens energi är ren, säker, lättillgänglig och så billig att vartenda land i världen i framtiden kan bli helt självförsörjande. Så låter det när fusionsenergins försvarare beskriver tekniken som de tror ska bli lösningen på världens ökande energiaptit.

Med katastrofen i Fukushima i färskt minne, med stigande oljepriser och en hårdnande kamp om det svarta guldet, med klimatförändringar och global uppvärmning, har jakten på framtidens energi blivit alltmer intensiv. Sverige använder sig till 50 procent av fossila bränslen, de flesta länder har en betydligt högre andel än så.

Just nu, i Cadarache i södra Frankrike, byggs världens största tokamak – det ryska namnet på denna typ av ringformade, magnetiska behållare som producerar fusionskraft. Den kallas för Iter, en förkortning för International Thermonuclear Experimental Reactor.

Det första experimentet väntas genomföras i november 2019. Iter bygger nämligen på ett samarbete mellan sju parter, där EU och Japan tar det största ansvaret. Olika delar till tokamaken produceras runt om i världen, för att sedan fraktas till Frankrike där de monteras på plats.

Fusionskraft handlar i likhet med kärnkraft om att utvinna energi ur atomkärnor. Den stora fördelen är dock att det inte blir något långlivat radioaktivt avfall kvar att ta hand om. Metoden bygger på samma energiprincip som i solen och stjärnorna, att små atomkärnor smälter samman och blir tyngre kärnor. Den nya kärnan väger mind-re än de ursprungliga kärnorna gjorde tillsammans och det är denna mellanskillnad i massa som  blir till energi.

Fusionskraftverken använder sig av två typer av bränsle som det råder så gott som obegränsad tillgång till. Dels deuterium som finns i vanligt havsvatten, dels tritium som tillverkas av metallen litium. Och det krävs extremt små mängder. Ett tiotal gram av vardera substans skulle täcka en människas elförbrukning under en hel livstid.

En tank med havsvatten motsvarar 250 tankar med olja på sammanlagt 320 000 ton, och kan förse tre miljoner hushåll med varmvatten, enligt Michel Claessens, kommunikationsansvarig på Iter.

Målet för projektet är att lyckas producera tio gånger så mycket energi som det går åt för att värma upp reaktorn till 150 miljoner grader. Men ännu har ingen fusionsreaktor i världen ens lyckats producera mer energi än vad som går åt för att skapa de enorma temperaturer som krävs. Jet i Storbritannien har nästan lyckats, men har ännu en bit kvar.

– När den sätts i gång så drar den fyra procent av landets elförbrukning, så det gäller att inte köra den mitt under en köldknäpp eller när England spelar final i fotbolls-VM, säger Michel Claessens.

Fusionsenergin föddes när människan började förstå hur solen fungerar. De första experimenten utfördes under 1940-talet, bland annat i andra världskrigets Tyskland. Under 1950-talet tog tekniken fart i Europa, USA och Ryssland. 1958 hölls den första konferensen anordnad av FN där de olika länderna presenterade sin fusionsforskning och hemlighetsstämplen togs bort. Sedan dess ordnas en FN-konferens vartannat år för att följa upp utvecklingen inom fusionsforskningen.

De vetenskapliga modellerna tyder på att fusionstekniken verkligen fungerar, men problemet hittills har varit att reaktorerna helt enkelt är för små för att kunna producera tillräckligt mycket energi. Och det enda sättet att ta reda på om det fungerar är att bygga en jätteanläggning och prova sig fram för att se om det i praktiken är en ekonomiskt konkurrenskraftig energiform.

Det avgörande är framförallt om det går att åstadkomma tillräckligt stora och starka magnetfält som stänger inne plasmat och hindrar det från att komma i kontakt med de mer värmekänsliga väggarna i tokamaken. Om slitaget på materialet visar sig ske snabbt så kan tekniken bli alldeles för kostsam.

Det pågår också en kapplöpning inom själva fusionstekniken där två metoder konkurrerar, magnetisk inneslutning, den metod som Iter bygger på, och tröghetsinneslutning. I den senare belyses en millimeterstor kula av fruset deuterium tritium med hundratals starka lasrar så att den komprimeras ungefär 2 000 gånger och värms upp till omkring 50 miljoner grader. Stora forskningsanläggningar för denna metod finns bland annat i Kalifornien, Frankrike och i Japan. Problemet med tröghetsinneslutning är att lasrarna drar stora mängder energi och att kompressionen kräver stor precision.

En variant av den magnetiska inneslutningen kallas för stellarator och den största byggs nu i Tyskland. Den påminner om en tokamak men är skruvad till formen. Den har en hel del tekniska fördelar men dess nackdel är att den är betydligt svårare att både bygga och förstå, enligt Torbjörn Hellsten, professor i teoretisk fusionsplasmafysik vid KTH i Stockholm.

Om allt går enligt plan och Iter:s tokamak producerar energi i överskott så finns det ändå inget sätt att ta tillvara den producerade energin. Det har helt enkelt bedömts vara alltför dyrt och därför ska Iter enbart fungera som en forskningsanläggning som ska rivas när testerna är slutförda.

Trots att fusionsenergi enligt forskarna har potential att bli en energikälla som i framtiden kan ersätta dagens smutsiga fossila bränslen så jublar inte miljörörelsen. Tvärtom så hörs nu högljudda protester mot hela Iter-projektet och krav på att det läggs ned. Argumenten är till viss del samma som de emot kärnkraft; fusionskraften hävdas vara alltför osäker med sitt radioaktiva material samtidigt som de potentiella riskerna vid ett haveri är för stora. Miljarderna bör i stället satsas på förnyelsebara energikällor som vind, våg och solkraft, hävdar bland andra Greenpeace och den franska miljörörelsen.

Det är argument som forskarna själva har svårt att förstå. Ett worst case-scenario är att tritium läcker ut. Men tritium späds snabbt ut till låga nivåer och har en halveringstid på bara elva år. Dessutom är mängden tritium i plasmat relativt liten då själva plasmat är 500 000 gånger tunnare än vanlig luft.

– Efter 100 år så är radioaktiviteten till och med mind-re än den som du får från ett kolkraftverk. Det som hände i Fukushima skulle aldrig kunna ske i en fusionsreaktor. Vid en olycka så slocknar allt på en gång och radioaktiviteten klingar snabbt av, säger Torbjörn Hellsten.

Men skepsisen är stor, och många tror helt enkelt inte att tekniken fungerar.

– Det är extremt dyrt och kommer förmodligen inte att leda någonvart, säger Frankrikes förra miljöminister, miljöpartisten Yves Cochet.

Iter får även hård kritik från både kärnkraftskramare och vissa forskare. »Lägg pengarna på att förbättra säkerhet och utveckling inom kärnkraften«, är ett vanligt argument. Och Pierre-Giles de Gennesden, fransk Nobelpristagare i fysik, har liknat projektet vid en vacker, men fullkomligt orealistisk, tanke.

Inte ens de som arbetar med Iter säger sig vara hundra procent säkra på att tokamaken verkligen kommer att leva upp till förväntningarna. Michel Claessens och Torbjörn Hellsten är visserligen optimistiska, men poängterar att garantier saknas.

Och trots att miljard efter miljard redan plöjts ner i Iter-projektet är det inte helt säkert att det verkligen blir av. I enlighet med fransk lag kräver alla satsningar av denna typ att allmänheten får lov att säga sitt. Mellan den 15 juni och 20 juli pågår denna medborgarnas utfrågningsperiod  runt Cadarache i Provence. Då får vem som helst, oavsett hemvist eller nationalitet, möjlighet att på plats ställa frågor och komma med synpunkter till de franska myndigheterna, som enligt lag är skyldiga att utvärdera medborgarnas farhågor och komma med rekommendationer till regeringen om huruvida projektet bör drivas vidare eller stoppas helt.

Samtidigt har EU redan långt gångna planer för nästa generations fusionsreaktor, med en kapacitet som är tre gånger högre än Iter. Projekteringen av demonstrationsreaktorn Demo är redan i full gång och planen är att år 2030 sätta igång bygget. Storleken? Den ska rymma mellan 1 000 och 3 500 kvadratmeter plasma, att jämföra med Iter:s 800.

Kostnaden? Det är det ännu ingen som vågar tänka på.

***

Fakta | Iter

Så funkar det:
Iter bygger på magnetisk inneslutning av deuterium – som finns i vanligt havsvatten – och tritium – som tillverkas av metallen litium. För att atomkärnorna inte ska stöta bort varandra utan smälta samman krävs en mycket hög hastighet, det vill säga hög temperatur. När bränslet hettas upp till över 100 miljoner grader bildar fusionsbränslet ett plasma, en joniserad gas, där elektronerna inte längre är bundna till atomkärnorna. Detta sker genom uppvärmning i ett ringformat magnetfält, som till viss del bygger på samma teknik som den i en mikrovågsugn. När de olika partiklarna kolliderar med bränslet i inneslutningen smälter atomkärnorna samman och blir till energi.

***

Fakta | Iter-projektet i siffror

23 000 ton: Så mycket kommer tokamaken att väga. Det är lika mycket
som tre Eiffeltorn.
32 miljarder: Den uppskattade kostnaden i euro för hela Iter-projektet, inklusive nedmontering. EU står för 45 procent av kostnaden.
1 000 000: Så många komponenter kommer maskinen att bestå av.
840 m2: Så mycket plasma kommer Iters tokamak att innehålla. Det är drygt åtta gånger mer än dagens största maskiner av samma slag.
360 000 ton : Vikten på den jordbävningsskyddande grund, bestående av 500 betongkolonner, som byggs under tokamaken.
7: Antalet medlemmar som bidrar med forskning och tillverkning av Iter. EU, Japan, USA, Ryssland, Sydkorea, Kina och Indien.
150 miljoner: Så många grader kommer plasman att bli. Det är tio gånger
varmare än solens kärna.
61 meter: Så hög blir Iters tokamak över marken. Plus 13 meter
som byggs under jord.
180 hektar: Ytan på hela området där Iter byggs. Det blir Europas
till ytan största forskningsanläggning.