Avfallet är inte så radioaktivt
De senaste årens argument om gammalmodig kärnkraft och nedläggning på grund av olönsamhet börjar äntligen ”klinga av”. Till och med media börjar förstå att de argumenten inte håller. Så nu är vi tillbaka till frågan om avfallets farlighet. Högaktivt i 100 000 år påstås det ofta. Men när man tittar lite närmare på siffrorna visar det sig att avfallet bara är högaktivt några år. Efter 30 år är den värsta radioaktiviteten borta och efter 300 år är det förvånansvärt lite kvar. Vid det laget har avfallet snarare tagit steget från avfall till värdefull råvara.
Jag läste Aftonbladet härom dagen (28 januari). Där berättade Lena Mellin om hur det svindlade för henne när hon tänkte på att ofattbara 120 000 ton radioaktivt avfall skulle grävas ner i ofattbara 100 000 år.
Nåja, lite längre ner i texten hade hon åtminstone lyckats få ner mängden till korrekta 12 000 ton (vi har hittills producerat mindre än 8 000 ton), men jag antar att även 12 000 ton svindlar för henne. Det kanske blir lite mindre svindlande om man räknar om till sådär 700 kubikmeter (det mesta är uran med en densitet på 19 ton/kubikmeter), alltså ungefär samma volym som en ordinär villa.
Egentligen borde det svindla för Lena Mellin när hon inser att man kan producera bortåt 70 TWh el per år i mer än 50 år och bara få totalt 12 000 ton avfall. Vi talar alltså om 3,4 ton avfall per TWh eller futtiga 3,4 g per MWh. Det är verkligen fantastiskt lite.
Om vi i stället hade eldat torv för att få fram samma mängd energi hade vi haft ca 45 miljoner ton aska att ta hand om (enligt siffror från strålsäkerhetsmyndigheten). Askan kan innehålla upp till 200 ppm uran vilket innebär att 50 års idog torveldning skulle resultera i 9 000 ton uran.
Ännu värre hade det varit om Sverige gjort som alla andra och eldat stenkol för att generera el. Stenkolsaska har många gånger högre uranhalt än torvaska så 50 års koleldande skulle förmodligen ge tiotusentals ton uran. Flera gånger mer än avfallet från kärnkraften faktiskt.
Uran är ganska ofarligt
Nu är i och för sig inte uran särskilt radioaktivt. Halveringstiden är flera miljarder år och de få alfapartiklar som genereras stoppas av ett vanligt papper. Däremot är uran giftigt, på samma sätt som många andra tungmetaller. Ett problem är också att uran vid sönderfall bildar små mängder radium vilket i sin tur bildar radon och slutligen ett antal ganska obehagliga radondöttrar (bland annat Polonium 218). Radondöttrarna är farliga om de inandas.
Men här har egentligen avfallet från kärnreaktorer ingen som helst betydelse. Den svenska berggrunden innehåller otroligt mycket större mängder uran än de vi diskuterar i samband med kärnkraftsavfallet. De radondöttrar som ger problem i betonghus och i grundvatten kommer till hundra procent från bergrundens naturliga uran. Om det bara var för kärnkraftsavfallets uraninnehåll (ca 96 procent av avfallet) skulle vi i utan vidare kunna blanda ut det med grus och använda det som vägfyllning.
300 år
Om uran är ganska ofarligt – varför måste vi då vara rädda för kärnkraftsavfallet?
Svaret finns framför allt i de klyvningsprodukter som utgör ungefär tre procent av avfallet. De bildas när kärnkraftsreaktorn körs och består av radioaktiva isotoper av t ex barium, krypton, jod, cesium och strontium. Klyvningsprodukterna har det gemensamt att de är mycket radioaktiva och att de har ganska korta halveringstider. Det handlar för det mesta om dagar eller månader och som allra mest 30 år.
Efter 30 år har alltså radioaktiviteten för den mest långlivade klyvningsprodukten minskat till hälften och de mera kortlivade (och mest radioaktiva) produkterna har i stort sett försvunnit (omvandlats till stabila grundämnen). En enkel tumregel är att en tusendel av radioaktiviteten återstår efter tio halveringstider, en miljondel efter 20 halveringstider och en miljarddel efter 30 halveringstider.
De flesta av klyvningsprodukterna är borta redan när kärnavfallet efter några årtionden flyttas från mellanlagret (vid Oskarshamn) till det tänkta slutförvaret. Och efter 300 år är det inte mycket radioaktivitet kvar. Till och med den mest långlivade klyvningsprodukten har vid det laget minskat till en tusendel.
Plutonium
När neutroner fångas in i uran bildas också en liten mängd tyngre grundämnen, så kallade transuraner. Den viktigaste är plutonium, men det finns också en rad andra.
Också de flesta transuranerna har mycket kort halveringstid, men plutonium-239 har faktiskt en halveringstid på hela 24 000 år. Å andra sidan är plutonium inte särskilt radioaktivt och strålningen når bara 5 cm i luft. Så precis som med uran bör man i första hand undvika att äta plutonium.
Ett problem med plutonium är förstås att det är praktiskt att ha om man vill bygga atombomber. Men plutonium från våra vanliga kärnkraftsreaktorer är faktiskt inte mycket att ha i de sammanhangen. Bland annat innehåller avfallet alldeles för stor andel plutonium-240 och det är inte alls bra (för bombtillverkare).
Nej, om man vill ha vapenplutonium gäller det att bygga andra typer av reaktorer, till exempel av den typ som Sverige byggde, men aldrig färdigställde, i Marviken i slutet av sextiotalet. När behovet av atomvapen försvann i Sverige fanns det heller ingen anledning att bygga reaktorer som kunde producera vapenplutonium.
Många tusen år?
Nåja – nog om detaljer. Det viktiga att komma ihåg är att kärnkraftsavfallet är extremt radioaktivt när det plockas ur reaktorn. Då behövs flera decimeter vatten för att stoppa strålningen. Efter sådär trettio år har den mesta radioaktiviteten försvunnit, men avfallet är fortfarande farligt. Sedan minskar radioaktiviteten stadigt och efter 300 år är avfallet egentligen inte särskilt radioaktivt alls. De sista 99 000 åren händer inte mycket.
Problemet är att reglerna kräver att radioaktiviteten skall ner till samma nivå som naturlig uran från en vanlig gruva. Det förutsätter att transuranerna med lång halveringstid hinner försvinna och det tar som sagt väldigt lång tid. Men den vitt spridda bilden av att våra ättlingar om några tusen år skulle gräva fram högaktivt avfall och omedelbart dö av strålningssjuka stämmer absolut inte.
Då är det mycket farligare för våra ättlingar att gräva fram något av våra många deponier av till exempel kadmium. Giftiga tungmetaller är giftiga i evig tid.
Ett ganska utmanande (och inte allvarligt menat) förslag publicerades härom veckan på klimatupplysningen.se. Om man efter 300 års förvaring i mellanlager krossade avfallet, och blandade det med det grus som används som vägfyllning skulle den resterande radioaktiviteten vara så låg att ingen skulle kunna märka skillnaden. Det handlar då om ungefär 2 ppm avfall i gruset.
Förslaget var som sagt inte allvarligt menat, utan bara ett räkneexempel på hur märklig avfallsdebatten blivit.
Snabba reaktorer
Det finns förstås andra sätt att ta hand om avfallet än att gräva ner det. Den traditionella metoden är att upparbeta avfallet och skilja uranet från de radioaktiva restprodukterna. Ett annat sätt är att använda avfallet som bränsle i modernare reaktorer (”snabba reaktorer”).
Här kommer vi osökt in på ett grundläggande problem med att ”elda” uran i en konventionell kärnkraftsreaktor. Vanliga reaktorer av den typ som vi har i Sverige kan bara använda isotopen uran-235. Det är synd med tanke på att nästan all uran som finns naturligt är uran-238. Bara ca 0,7 procent av den uran som bryts är uran-235.
Det bränsle som de svenska reaktorerna använder är upparbetat för att nå en tillräckligt hög andel uran-235. Hög andel betyder i det här fallet ca 4 procent. Fortfarande är 96 procent av bränslet oanvändbar uran-238.
Avfallet från reaktorerna har fortfarande kvar en procent uran-235 och dessutom all uran-238. Därutöver finns nu tre procent klyvningsprodukter och en procent plutonium.
En ”snabb” reaktor kan använda både uran-235 och uran-238 som bränsle. Den kan dessutom elda upp det plutonium som bildas. Kvar blir den lilla mängden klyvningsprodukter med kort halveringstid. Efter ca 300 år har det avfallet omvandlats till stabila och icke-radioaktiva grundämnen.
Det här är naturligtvis den optimala lösningen och en rad företag arbetar med olika typer av reaktorkonstruktioner enligt den här principen (bland annat två danska och ett svenskt). Det finns också färdiga reaktorer av den här typen, även om de framför allt är framtagna för att destruera vapenplutonium.
Eftersom den här typen av reaktor använder bränslet sådär hundra eller ett par hundra gånger effektivare än dagens reaktorer (genom att elda uran-238) räcker världens lättillgängliga uran för all världens energibehov i överskådlig tid. Om vi dessutom bygger toriumbaserade reaktorer talar vi i praktiken om oändlig tid (men det är en annan historia).
Det avfall som finns i det svenska mellanlagret i Oskarshamn (CLAB) skulle uppskattningsvis räcka som bränsle åt Sverige i ett tusental år även om vi ökar kärnkraftens elproduktionen dramatiskt.
Dagens reaktorer är OK
Billiga serieproducerade kärnkraftsreaktorer av generation fyra kommer säkerligen att finnas tillgängliga om ett eller ett par tiotal år, men man bör inte glömma att dagens teknik är helt OK den också. Till och med våra sjuttiotalsreaktorer är otroligt mycket bättre än alla vind-, sol-, gas- eller kolkraftsanläggningar och även om vi bygger ut världens energibehov med ”gamla” reaktorer räcker bränslet oerhört länge. Vi kan mycket väl kosta på oss ytterligare en omgång konventionella reaktorer i väntan på de nya.
Och även om det svindlar för Lena Mellin när hon tänker på det radioaktiva avfallet är verkligheten mycket mindre svindlande. Avfallet från dagens kärnkraftverk är inte alls högaktivt i hundratusen år utan bara i 30 år och efter 300 år är radioaktiviteten nere i väldigt hanterliga nivåer. Vid det laget har avfallet dessutom förmodligen ”uppgraderats” till ”värdefullt bränsle”.
Under tiden har vi undvikit att släppa ut fantastiska mängder koldioxid och svavel plus att vi har kunnat njuta av stabil och billig el.
Filed under: Göte Fagerfjäll
Det där med stabil el kan förresten illustreras med elproduktionen i Danmark i går och i dag.
I går mitt på dagen (12.00) producerade dansk vindkraft 5,3 GW vilket var 117 procent av Danmarks elbehov just då. Värmekraften var neddragen till ett minimum (1,1 GW) så landet exporterade 1,7 GW till lågpris.
Samma tid i dag producerade dansk vindkraft 0,026 GW, vilket var 0,5 procent av landets elbehov. Värmekraften hade ökats till strax över 3 GW och exporten bytts till 2 GW import av väldigt mycket dyrare el.
Vi har alltså en kraftkälla som under loppet av ett enda dygn varierar med en faktor 200. Lokalt är skillnaderna ännu större. Behövs det några fler argument?
/göte
#Göte
Det behövs ingen kärnkraft. Här är lösningen på problemen med den ojämna elproduktionen enligt SVTs expert: ”Det behövs upprustade elnät, stöd till batterilösningar så att energi från vind-och sol kan lagras”
https://www.svt.se/nyheter/utrikes/analys-27
Ja milde himmel. Erika Bjerström och SVT förnekar sig aldrig.
Det är väl bara att bygga några gånger fler vindkraftverk och batterilager med sådär 1,5 – 2 TWh kapacitet. Då klarar vi att lagra en veckas energi motsvarande kärnkraften (innan nedläggningen av R1 och R2).
Fast billigt blir det förstås inte. Om vi räknar på 2 kronor per Wh för batterierna (det är lågt räknat) hamnar vi över 3 000 miljarder kronor bara för batterierna och sådär 300 miljarder per år bara för att ersätta uttjänta batterier.
Och om det svindlade för Lena Mellin när hon tänkte på 12 000 ton kärnkraftsavfall lär hon svimma när hon tänker på 10 miljoner ton batterier. Eller ännu värre – 50 miljoner ton kastade batterier under en femtioårsperiod. Det blir en mäktig hög.
/göte
Hej Göte!
700 kbm (stor villa! med källare kanske?) uran som blandas med väggrus!!!
Intressant vinkel på avfallsdebatten 🙂
Räcker ju inte så långt när man bygger väg dock, men varför inte. Men om det blandas med väggrus i låg proportionalitet så blir ju inte ”den ökade” radioaktiviteten mätbar.
Beträffande Danmarks elproduktion från 117 % vindkraft;
Vet du hur stabilt deras elnät är när det är 100 % vind som står för elproduktionen?
Elkraftsexperter hävdar ju att det behövs svängmassa i elsystemet för att få stabilitet, dvs kunna hålla 50 Hz +/- 0,1 konstant.
Hur fixar danskarna detta utan tunga turbindrivna elgeneratorer?
//Ove
Hej Ove
Tja, redan i en ganska ordinär tvåplansvilla utan källare med en byggyta på 90 kvadratmeter och hyfsad isolering får man en utvändig volym över 700 kubikmeter (om man räknar bort vinden). Bjälklag och isolerade väggar och tak tar mycket plats.
Med tanke på alla dessa ”fotbollsplaner” hit och dit i media kan det kanske vara kul med den här typen av jämförelse för att hyfsa debatten.
Idén om att blanda avfallet med väggrus är ett skojigt sätt att göra avfallsfrågan lättare att förstå. Det var Johan Montelius från KTH som gjorde den kalkylen på klimatupplysningen.se. Det är för övrigt en intressant källa till information eftersom många av debattörerna och kommentatörerna är utomordentligt välutbildade i sina ämnen (om än ofta med ”emeritus” efter titeln). Vår internationellt sett mest meriterade klimatforskare, Lennart Bengtsson, finns ofta med bland kommentarerna och hyfsar debatten när någon springer iväg för långt.
Och visst skulle väl Danmarks elsystem ”balla ur” om man bara körde vindkraft. Det är väl därför man aldrig låter värmekraften gå under 1 GW eller lite drygt 20 procent. Dessutom ”lånar” man stabilitet från det svenska nätet.
/göte
Jag vet inte om den där vägmakadamidén är så bra. Rent tekniskt kan man säga att man i första steget tog bort radioaktivt uran från naturen som hade sönderfallit ett dussin gånger längs Uran-238s sönderfallskedja och besparat oss en massa strålning. Rent tankemässigt kan man säga att man lägger tillbaks detta och vilken skada har då skett?
Skillnaden är att obruten uran är bundet i stenen man utvinner den ur, medans det som kommer ut från reaktorn inte är bundet. Det kommer därmed lätt att kunna åka med vattnet och det är väl just det man inte vill.
Apropå MPs kärnkraftnedläggelse
Det är ett fel med dagens demokrati att en majoritet av partier snabbt kan förstöra gemensam egendom. I detta fall elförsörjningen. Det hade löst sig lättare om just de personer som förordat utbyte kärnkraft mot vindkraft+import (eller elavbrott) blev drabbade av sitt dumma val än att man drar med oss som förstod idiotin i fördärvet.
Det är som att man kollektivt blir beordrad att skrota sin bil och tvingad att köpa en ny elbil. Sedan upptäcks att det inte finns el till dem och plötsligt måste alla skaffa ett dieselelverk för att ladda bilen med.
De enda skyldiga man ser nu är de partiföreträdare för de skyldiga partierna i energiöverenskommelsen. De borde sättas på en lista av hushåll man först stänger av strömmen till vid elbrist. Fast listan blir för kort för att göra annat än symbolisk rättvisa.
Det finns fortfarande vindkraftförespråkare och man skulle kunna komma runt det hela genom att varje elkund gör ett aktivt val av elkälla. Väljer man vind och dyr import/elbrist eller enbart kärnkraft. Vattenkraften reglerar som vanligt sommar/vinter. De som vill ha vind kan välja det med pris och eventuell elbrist vid bister kyla. Fast det här kräver en helt annan marknad än dagens spotpriser. Spotpriserna kan förstås fortfarande finnas som komplementköp, men mer av PPA för enskilda hushåll.
Nja jag får det till 3.4 mikrogram per kWh.
x (gram/kWh) = (12000*1000*1000(gram)/ (70*10^9 (kWh)*50)
x (gram/kWh) = (12*10^9(gram)/ (7*5*10^11 (kWh))
x (gram/kWh) = (12/35 *10^-2 (gram/kWh)) = 0.0034 gram/kWh
Jag skulle gärna se vettig källhänvisning kring påståendet att radioaktiviteten fallit till tillräckligt låga nivåer efter bara 300 år. Eller vad som nu menas med ”förvånansvärt lite”, ”inte mycket radioaktivitet kvar”. Jag snabbgooglade lite och hittar ett antal grafer över olika avfallsprocesser som visar att klyvningsprocesserna visserligen dämpas oerhört fort men en början på avstanning ser man inte förrän kanske 1000 år. 10000 år är ganska mycket i ett historiskt perspektiv. Efter 300 år är det också något som kallas aktinider som tar över som största strålkällan.
Tanken att blanda upp det med t ex väggrusa (jag ser inte att det var en tydligt ironisk artikel på klimatupplysningen.se utan snarare ett exempel) angavs att föreslagen inblandningshalten var 2 ppm. För att veta om det är vettigt behöver man veta vilka halter som faktiskt kan vara skadliga. T ex skulle man kunna jämföra med den halt av radioaktivitet nedfall som trillade ner över Norrland från Sverige och hur stor andel av det som renare fick i sig med maten. 2 ppm säger faktiskt ingenting utan jämförelse. Radioaktiviteten har efter 300 år sjunkit mer än 10 000 ggr men räcker det för att det ska vara vettigt att sprida ut det?
Annars är det rimligt att ifrågasätta om det ska vara nödvändigt att radioaktiviteten sjunker till motsvarande uranmalm innan det kan anses hanterbart. Men jag tycker nog att 1000 år ser bättre ut i mina ögon än 300.
Hej Bengt
”Tillräckligt låga” är förstås väldigt oprecist. Samma sak med ”förvånansvärt lite”.
Syftet med krönikan var heller inte att hävda att kärnkraftsavfall är ofarligt efter 300 år. Så är det inte. Däremot har radioaktiviteten sjunkit oerhört dramatiskt i och med att de allra flesta klyvningsprodukterna försvunnit. Enligt wikipedia har den totala radioaktiviteten minskat till en tusendel efter bara fyrtio år. Efter 300 år är det så vitt jag kan se i stort sett bara alfastrålare som uran, plutonium och någon isotop av curium kvar. Alfastrålning är lätthanterlig.
Men i tidningsartiklar och radio/TV-program argumenterar man fortfarande som om avfallet är lika aktivt efter 100 000 år. som när avfallet lämnade reaktorn.
/göte
Jag får det till 3.4 mikrogram/kWh
Jag förstår. Ja i viss media presenteras nog inte radioaktiviteten som avtagande även om jag vill påstå att det händer. Men det finns flera saker där det brister och där har du dina poänger. Framför allt att det inte finns en diskussion kring vilken nivå avfallet ska ner till innan det kan anses ofarligt. Att sätta nivån till noll (bakgrundsstrålningen) måste anses galet. Så gör man inte med några andra ämnen. Målarfärg eller vad som helst vi utsätts för.
Mycket i problemet ligger i de flestas oförmåga att förstå exponentiellt avtagande. Att man i tekniska artiklar då så gott som uteslutande visar logaritmiska grafer gör inte saken bättre till den förståelsen. Ta en graf som visar avfallets strålning över tid och rita om den linjärt och sätt in ett vettigt tröskelvärde på 2, 10 eller kanske 100 ggr bagkgrundsstrålningen, då fattar man inte varför vi ska kräva 100 000 år.
Jan Blomgren tar upp frågan om avfallet i sin bok ”Allt du behöver veta om: Sveriges elförsörjning” på sidan 106 – 108. Timbro förlag 2021.
Hej, får inte ihop siffrorna..ca 3 g per kwh låter mycket om vi hittills har ca 7-8000 ton avfall.
Av någon märklig anledning fastnade flera kommentarer i publiceringssystemet. De är synliga nu.
Och visst har ni rätt. 3 g per kWh är alldeles för mycket. Jag vill minnas att jag ”egentligen” tänkte skriva 3,4 g/MWh. Det har jag i alla fall ändrat till nu.
Men visst blir väl det 3,4 mg/kWh och inte 3,4 mikrogram/kWh?
/göte
Hej Göte, de där 100000 åren upprepas ideligen och ingen verkar vara speciellt intresserade av vad det egentligen innebär.
Att radioaktivitet är omvänt proportionell mot halveringstid förstår visst inte många.
Att upptagen dos är det som är farligt och att radioaktiviteten i sig inte nödvändigtvis leder upptagen dos funderas inte heller på. IAEA menar att en dos på upp till 120mSv/år är ofarlig för alla. Och ingen i Sverige har varit i närheten av såna doser och knappt i Tjernobyl heller, mer än alldeles i början då man tyvärr inte skyddade befolkningen från den radioaktiva joden.
Hur man nånsin ska lyckas kunna drabbas av alfastrålningen från nedgrävt kärnbränsle är ju en gåta. När det räcker att lägga ett papper på det så skulle inte 500m inte räcka..
Tid tills bränslet nått ner till uranmalmsnivå är några tusen år. Se graf i nästa inlägg.
https://physics.stackexchange.com/questions/489408/how-long-is-spent-nuclear-fuel-radioactive
Hej Henrik
Tack för grafen. Jag letade efter något sådant, men gav upp innan jag hittade ända fram.
Och jag gissar att det som har med radioaktivitet att göra alltför ofta förväxlas med magi. Eller kanske det snarare handlar om när olika människor väljer att stänga av hjärnan. För kulturpersoner brukar det räcka med addition. För andra handlar det om klimatet eller evolutionen.
/göte