Kärnbränsle i Oskarshamn: Kalkyl för hundratusen år

Katastrofen i Japan – eller som den ska heta, Jordbävningen vid Tohoku 2011 – har utlöst en intensiv debatt om kärnkraften i Sverige. Tillfälligt har opinionen mot atomkraft blommat upp på nytt. Enligt Synovate vill 36 procent avveckla den nu (mars 2011) jämfört med 15 procent 2008, och bara 21 procent vill bygga ut den jämfört med 47 procent 2008.

Ett av de fundamentala argumenten mot kärnkraft är att mänsklig teknik inte kan ordna en godtagbar förvaring av det radioaktiva avfallet och det använda kärnbränslet för hundratusen år in i framtiden. Är det försvarligt att slutförvara sådant enligt SKB:s (Svensk Kärnbränslehantering AB) plan på 500 m djup i urberget under Oskarshamn?

I hundratusen år?

Arten Homo sapiens, människan, inte är van att hantera så långa perspektiv ens i tankarna.  Underarten Homo sapiens sapiens, den moderna människan, är själv bara 100 000 – 140 000 år gammal och känner sin egen början endast från spridda skelettfynd i Afrika. Verkligt språk har hon troligen bara haft i 50 000 år, konstnärlig begåvning (skulpturer, målningar, musik) i 30 000 år. Skrift (kilskrift, hieroglyfer) uppfann hon för 6 000 år sedan.

Tidig Homo sapiens idaltu ca 160 000 år gammal, Etiopien. Underarten numera utdöd.

Om arten människa kommer att finnas kvar om 100 000 år är osäkert. Kanske bär hon fröet till sin undergång i sig, slav under evolutionen som hon är. Hennes måttlöst framgångsrika fortplantning är illavarslande. Människans biomassa är 345 miljoner ton. Biomassan för alla elefanter i Afrika (jordens största landdjur) är numera 3,5 miljoner ton (en procent av människans). Alla blåvalar i havet (de största djur evolutionen någonsin har frambringat) har reducerats till en biomassa på 1,2 miljoner ton (35 promille av människans.)

Lägg därtill människans irrationella överflöd på kärnvapen (USA 8 500, Ryssland 11 000, Frankrike 300, Storbritannien 225, Kina 240, Indien 100, det fanatiska Pakistan 110, det rabiata Israel 80 och det galna Nordkorea 10; sammanlagt 20 565 helt onödiga kärnvapen varav de sista 200 hos obalanserade regimer med snäva synfält.)

I det läget försöker Förenta Nationerna ”rädda världen” genom hajpade klimatmöten om koldioxidhalten i atmosfären.

Vad händer i Oskarshamn de närmaste 100 000 åren?

Vad som inte händer: Det kommer inte att bli en jordbävning styrka 9,0 och det kommer inte att bli en tsunami med vågkrön på 18-24 m. Jordens skapnad är inte sådan. Närmaste plattektoniska kollisionszon ligger i Medelhavet och längs mittatlantiska ryggen. Östersjön är inget djuphav utan en efemär vattenskvätt med medeldjup 55 m och 20-40 m i Kalmarsund där Oskarshamn ligger. Hydrologin för en tsunami saknas. Närmaste djuphav finns väster om Irland och Skottland.

Tektoniska plattor. Notera hur utsatt Japan ligger och hur skyddat på Eurasiska plattan Oskarshamn är.

Vad som sannolikt händer: Med stor sannolikhet går Oskarshamn på femtusen års sikt mot ett kallare klimat där snön inte längre smälter bort under somrarna. Med centrum i norra Skandinavien ackumuleras nederbörden till en långsträckt glaciär som sträcker sig in i Finland och Ryssland. Den växer obönhörligt i mäktighet och börjar om gissningsvis 30 000 år att med glacial hastighet röra sig söderut.

Världshavet sjunker i takt med att vattnet binds i den stora isen. (Senast sjönk det 120 m.) Nordsjön blir en stäpp. När inlandsisen rör sig in över platsen där Oskarshamn låg är invånarna sedan länge borta. Det använda kärnbränslet 500 m ner i berggrunden är glömt. Avståndet till vår civilisation är då mycket långt, lika långt som avståndet till den sista neandertalmänniskan är för oss.

Inlandsisen ligger sannolikt kvar 70 000 – 100 000 år. Mäktigheten kan växa till tre kilometer varvid den 1,9 miljarder år gamla fennoskandiska skölden pressas ner en kilometer. Den har gjort det fyra gånger förut under den senaste halvmiljonen år.

När den glaciala isen glider fram över berggrunden tar den med sig krossmaterial i form av block, stenar och grus som följer med söderut. Ytskiktet av berggrunden slipas bort men förlusten mäts i meter, inte hundratals meter. Indikation på detta: Den isolerade bergklacken Blå Jungfrun (86 m) i Kalmarsund och de mjuka kalkbergarterna som utgör Öland har överlevt åtminstone fyra inlandsisar den senaste halvmiljonen år.

Isostasi. Belastningen från isen trycker ner jordskorpan i manteln som flyter undan. Då belastningen upphört fjädrar jordskorpan upp och mantelmateria strömmar tillbaka igen.
 
Efter istiden: När Oskarshamn-nedisningen (jfr Weichsel) upphört och berget med kärnbränsleförvaret efter tiotusen år åter höjt sig till nuvarande nivå genom postglacial landhöjning är det ett nytt och fräscht landskap som presenteras. Om några betongfundament av den (då) preglaciala hundratusen år gamla bebyggelsen från 2000-talet återstår är en fråga man kan fundera på.

Att människan dyker upp bland de livsformer som då koloniserar det obebodda området är inte uteslutet. Vilken civilisationsgrad hon då har vet ingen. Men att nyckeln till SKB:s slutförvar för använt kärnbränsle sedan länge är förkommen kan man vara säker på. Depån ligger ostörd på 490 m djup i berget.

Om förvaret alls kom till stånd. Kanske uranet brändes upp i breeder-reaktorer istället. I så fall kan vi se fram mot nästa istid utan samvetskval.

Kära gamla vindkraft

Rotorisjakt av Anton Flettners modell. Roterande cylindrar fungerade som segel. Idén användes även på större fartyg.

 
Stimulerad av kommentarer ska jag vända på några grundbegrepp inom vindkraften och energiproduktionen i allmänhet. Eftersom mänskligheten obönhörligt går mot tider då de fossila bränslena olja (37 % av världens energiproduktion) kol (30 %) och gas (23 %) tar slut måste man efter hand utnyttja alla tillgängliga alternativ och då är vindkraften självklar. Invändningar som att vindkraftverk förfular landskapet, låter illa och dödar fåglar kommer att köras över.

Påverkan är måttlig jämfört med bilen som medfört de största förändringarna av människans närmiljö sedan uppkomsten av jordbruket för tiotusen år sedan. På hundra år har bilen lett till den ohemula förfulningen av landskapet med stora motorleder, katalyserat människors bosättning i stora städer och ändrat det västerländska levnadssättet i grunden. Vem har påverkat vår livsmiljö mest, Karl Marx eller Henry Ford?

Grundbegrepp:

Debatten är full av demagogiska knep för att överdriva vindkraftens fördelar. Att den är gratis (den är dubbelt så dyr som el från kärnkraftverk), att den ger mycket el (i Sverige runt 3 TWh/år av 120) och att den kan ersätta värmekraft och kärnkraft. För att genomskåda rökridåerna måste man kunna skilja på (installerad) effekt och (producerad) energi samt känna till SI-prefixen kilo (k tusen 10³), mega (M miljon 10⁶) giga (G miljard 10⁹) och tera (T biljon 10¹²).

Generatorn i vindsnurrans nacell har en maximal el-genererande förmåga som anges i MW, megawatt (miljon watt). Vanligen 1 eller 2 MW, rekord 7 eller 10 MW. När en 1 MW vindturbin går för fullt en timme producerar den 1 MWh energi (en miljon watt-timmar Wh, eller mer familjärt ett tusen kilowatt-timmar kWh).

Vindkraft i Sverige:

Läget liknar Vilda Västern. I Kungliga Vetenskapsakademiens Energiutskotts uttalande om vindkraft 17 september 2009 hävdade 13 professorer att svenska vindkraftverk har en verkningsgrad på 23 procent. Det är en siffra jag trott på. Men räknar jag på tillgängliga uppgifter blir den betydligt sämre.

Enligt Vindkraftföreningen fanns i januari 2011 exakt 1639 vindkraftverk med en total installerad effekt på 2046 MW. Hur mycket de producerar anger föreningen inte. Enligt Energimyndigheten fanns vid början av år 2010 bara 1419 verk med en installerad effekt på 1560 MW.  De producerade under 2010 sammanlagt 2 305 GWh (2,3 TWh). Men den siffran tror Energimyndigheten inte själv på utan hänvisar till utfärdade elcertifikat som antyder en total vindkraftsproduktion på 3 485 GWh (3,5 TWh).

Löpande driftuppföljning (vad den nu är värd) för svensk vindkraft finns på Vattenfalls sida vindstat.nu.

Kalkyl: Antag 1419 verk med installerad effekt 1560 MW som producerar 2 305 GWh/år. 1560 x 8760h = 13 665 600 MW = 13 665 GW, avrundat 13,7 TWh/år nominell årsproduktion. Verklig produktion 2 ­305 GWh, 2,3 TWh/år, vilket ger 17 procent verkningsgrad. I genomsnitt för svenska verk både till lands och till havs.

Att elcertfikaten anger 3 485 GWh, 3,5 TWh vittnar om dålig statistik och/eller mygel med subventionspengar för 1,2 TWh. Med dem når man 26 procent verkningsgrad. Det påminner om fallet i Madrid nyligen då solkraftverk ertappades med att generera 4 500 MWh el nattetid med hjälp av dieselgeneratorer. Se också George Monbiots artikel om läget i England.

De som prisar vindkraften undviker ofta att sätta in den i större energisammanhang. Ta Tyskland. År 2009 hade landet 21 163 vindsnurror med en installerad effekt på 25,8 GW som producerade 37,8 TWh. Nästan nio (8,6) gånger större installerad effekt än Jänschwalde som har 3 GW men bara 1,7 gånger större produktion än Jänschwaldes 22  TWh/år.  Det visar en av svagheterna hos vindkraften, den låga verkningsgraden.

En annan är oregelbundenheten. Så länge vindkraften bara är sju procent av elproduktionen (som i Tyskland) går det bra att reglera variationerna med annat. Men blir andelen större kommer problemen. Som i Danmark som har 20 procent vindkraft och ibland behöver dumpa överproducerad el i Tyskland. 

Slut på överflödet

Man kan tycka om vindkraften och se den som en viktig del i projektet "Rädda världen" eller man kan betrakta den som en inkräktare med lagen bakom ryggen, en störningsfaktor som ger migrän och epileptiska anfall. Den enskilde medborgaren kan lika lite värja sig mot vindkraftverk som 1940-talets bönder kunde värja sig mot högspänningsledningarna som drogs över åkrarna. Eller försöka hindra expropriationen av privat mark för nya motorleder.

I takt med att jordens resurser ansträngs, världens befolkning ökar och tillgångarna fördelas jämnare mellan folken så kommer det att knipa för västvärldens medelklass. Tiden då bensin bara kostade 14 kr litern kommer att framstå i rosenskimmer.

Då kan det vara gott att veta att till helgen får man sin rullande tilldelning av el från vindkraftparken i kommunen. Gråanden som blev ihjälslagen av rotorvingarna kan bli en god frikassé.

Man kan vänja sig vid mycket.

Caspar David Friedrich (1774-1840): ”Die Lebensstufen”, Skeden av livet (1835)

 

Kärnkraft: Varför inte vindkraft?

Jordskalvet och den efterföljande tsunamin har skapat stora problem för kärnkraften i Japan. Och för kärnkraftsindustrin globalt. Ett mycket instruktivt inlägg om Japans läge finns på bloggen The Automatic Earth i blogglistan till höger. Den ena av det skrivande paret – Nicole ”Stoneleigh” Foss – gjorde sin Masters-avhandling om kärnkraftssäkerhet vid Warwick University 1999 (tillgänglig på nätet genom The Automatic Earth). Hennes slutsats 13 mars:

We are closer to the beginning of this disaster than to the end. (Vi är närmare början av denna katastrof än slutet).

Bra sammanfattning också på DN 14 mars 2011 av Jenny Stiernstedt. (Kommentar kl. 20:25 tisdag 15 mars: När jag kollar länkarna finner jag att DN tagit bort Jenny Stiernstedts utmärkta artikel. Den har ersatts av osakligheter om "härdsmälta" i Forsmark 2006 av den i ärendet partiske Anders Forsström. Gamla DN spökar igen.)

I Sverige återuppstår kärnkraftsdebatten ur askan från folkomröstningen 1980. Att centerledaren Maud Olofsson offrade sin kärnkraftsjungfrudom på alliansregeringens altare i februari 2009 blir ännu mer ifrågasatt. I klagoprogrammet Ring P1 (som denna vecka 11 glädjande nog leds av programmets superstjärna Täppas Fogelberg) menar bekymrade telefonörer att jordbävningar också kan inträffa i Sverige. Vore det inte bäst att ersätta våra svenska kärnkraftverk med vindkraft? 

Ring P 1:s glädjekälla Täppas Fogelberg med döttrar

Kan man ersätta den svenska kärnkraften med vindkraft?

Sverige har tio kärnkraftsreaktorer som är mer eller mindre i drift. Ringhals fyra reaktorer på 860, 870, 920, 910 MW; Oskarshamn tre på 500, 630, 1 450 MW; Forsmark tre på 1 018, 1 028, 1 230 MW. Sammanlagd installerad effekt 9 416 MW.

 - - - - - - -

Några termer. (Tillägg 16 mars):

Installerad effekt = generatorstyrka.
Typiskt vindkraftverk 1 MW (megawatt) = 1 million watt = 1 000 kW.
Reaktor 1 Oskarshamn 500 MW.

En timme full effekt av 1 MW ger 1 MWh = 1000 kWh (kilowatt-timmar) energi. Ett dygn 24 MWh, ett år 365 x 24 = 8 760 MWh avrundat 8,8 GWh (gigawatt-timmar) energi.
Ett vindkraftverk med installerad effekt 1 MW som ger 2 GWh/år har alltså en verkningsgrad på 23 procent.

SI-prefix:
Kilo k = tusen 10³
Mega M = miljon 10⁶
Giga G = miljard 10⁹
Tera T = biljon 10¹²
- - - - - - -
Som jämförelse har Andas lugnt-bekantingen kolkraftverket Jänschwalde en installerad effekt på 3­ 000 MW och producerar i genomsnitt 22 TWh/år energi. Med samma utbyte per installerad MW borde Sveriges kärnreaktorer producera 69 TWh/år men resultatet stannar runt 60 TWh/år. Det säger något om kvalitén på driften.

Kan man ersätta kärnkraftens 60 TWh/år med vindkraft?

Enkelt svar: Nej.

I ett tankeexperiment 11 november 2009 räknade jag ut hur många vindkraftverk av svensk modell som skulle krävas för att watt för watt ersätta Jänschwalde. År 2008 producerade svensk vindkraft 2 TWh med hjälp av 1 100 vindkraftverk. Den genomsnittliga årsproduktionen per vindkraftverk blev avrundat 2 GWh/år. Det var faktisk produktion på årsbasis med alla tekniska stopp, alla perioder med stiltje, alla stormar med för stark vind inräknade. 

För att ersätta Jänschwaldes 22 TWh/år skulle det ha behövts elvatusen (11 000) vindkraftverk av den svenska genomsnittsmodellen. Och Tyskland har cirka 30 andra kolkraftverk som i konsekvensens namn också måste ersättas. Och dessutom 20 nya under byggnad. Att vindkraft inte kan bli en ersättning för kolkraft i Tyskland är klart.

För att ersätta de 60 TWh/år kärnkraft som Sverige producerar skulle det behövas trettiotusen (30­ 000) vindkraftverk. I Sverige finns nu (januari 2011) 1 639 vindkraftverk med en total installerad effekt på 2 046 MW.  Det är femhundra fler än 2008 men bara fem procent av vad som skulle behövas för att nominellt ersätta kärnkraften.

Genomsnittsproduktionen per vindkraftverk är fortfarande 2 GWh/år. Produktion för all vindkraft 3,3 TWh/år. Fjärran från de 30 TWh/år regeringen och Energiverket pratade om som mål till 2020. Om nio år.

Det är mycket luft i vindkraftsförkunnelsen.

Rullande mörkläggningar

Kalkyler på gjorda på grundval av årsproduktionen kamouflerar två av vindkraftens stora nackdelar: (a) oregelbundenheten och (b) frånvaron av lagringsmöjligheter.

Oregelbundenheten: Att vinden växlar är en självklarhet.  Vindkraftverk kan inte producera vid för svag vind (< 5m/s) och inte vid för stark (> 25 m/s). Perioder av totalt kraftbortfall är inbyggda i konceptet.  Svenska vindkraftverk levererar ström motsvarande 2 000 timmar full effekt per år (av årets 8 760 timmar), en verkningsgrad på 23 procent. 

Hos nätansluten vindkraft måste variationerna omedelbart kompenseras med reglerbar kraft. Kärnkraften är för långsam och då återstår vattenkraft. Men i Sverige är dess kapacitet som reglerkraft nästan helt utnyttjad, låst som den är av vattendomar om vattenmagasinsnivåer och flödesändringar.

Att vi skulle ha 30 TWh/år vindkraft om nio år är centerpartistiskt struntprat. Kanske en orsak till att C ligger på 4,9 procent i väljarundersökningar.

Inga lagringsmöjligheter: Elektricitet måste förbrukas i samma sekund som den tillverkas. En period av kraftiga höststormar kan inte lagras för att generera vindkraft senare, men en period av höstregn kan lagras i vattenmagasinen för att sedan användas i torrare väder.

En teoretisk mix av 60 TWh vattenkraft och 30 TWh vindkraft (och bantad kärnkraft) skulle inte kunna ge en stadig elförsörjning. Med 60 TWh vattenkraft  och 60 TWh vindkraft utan kärnkraft skulle läget bli katastrofalt. 

Vanligt folk finge vänja sig vid återkommande kraftbortfall och mörkläggningar av samma slag som nu väntar i Japan. Industrier som massafabriker, stålverk och cementfabriker skulle tvunget ges förtur till vattenkraftens 60 TWh/år (i den mån de inte blivit utlokaliserade till Kina och Indien).

Energialternativ

Några tekniska möjligheter till snabba och grundläggande förändringar av energiproduktionen i industriländerna finns inte. Politiker kan mumla lugnande om att skjuta på beslut om kärnkraft, granska säkerhetsåtgärderna ännu en gång och försöka utstråla trygghet. 

Lägga ner kärnkraften har ingen klarat, inte Thorbjörn Fälldin som inte ville "dagtinga för en statsrådspost", inte Olof Johansson som snubblade på Öresundsbron, inte Maud Olofsson som istället blev frälst. Inte heller Maria Wetterstrand trots hennes engagerade predikan:



Orsaken är enkel. Det finns inga alternativ.

Än.

Det förstår folk när de ser siffrorna.

Speglar i rymden

 Solnergång visande atmosfärens skiktning sedd från ISS


Så sent som vid klimatmötet COP16 i Cancun i december 2010 (någon som minns det?) var tanken på speglar i rymden aktuell.  Chefen för IPCC, Dr Rajendra Pachauri, tog upp idén i sitt inledningsanförande.  Kring midsommar i år 2011 ska en expertgrupp mötas i Peru för att diskutera klimatreglerande geo-engineering typ speglar i rymden och ett täcke över Grönland så isen inte smälter.

Andas lugnt är bloggen som ligger ett steg före så låt oss titta på konceptet speglar i rymden. (Credd till kommentatorn Raketvargen för tanken.)  Mest diskuterat är ett förslag från 2006 av professor Roger Angel, University of Arizona, Tucson, Arizona.  Han är en bona fide forskare med lång och distingerad karriär i astronomi och mitt intryck är att han la fram projektet som en tankelek. Att klimatknuttarna nappade på idén tolkar jag mer som bevis på deras enfald än på Roger Angels.

Det stramar i vänstra hjärnhalvan när jag försöker ta projektet på allvar. Det skulle handla om 16 biljoner (16 x 10¹²) ljusbrytande tunnfilmsdiskar 0,6 m i diameter vägande 1,2 g per styck. Sammanlagd massa cirka 20 miljoner ton. (Lika mycket som Kinas hela aluminiumproduktion 2011.)

Tro inte att diskarna skulle spridas i yttre mesosfären eller termosfären och ligga som ett speglande skikt runt klotet ovanför jetflyg och annat. Nej, de skulle placeras som ett avlångt moln med diameter samma som jordens (12 750 km) och längd omkring 100 000 km på vägen till solen. Denna gigantiska korv skulle ligga vid den inre Lagrangepunkten (L1) 1,5 gigameter (1,5 miljon km) från jorden. En elftetiondel av sträckan till solen, fyra gånger avståndet till månen (384 403 km).

Lagrangepunkter. Spegelmolnet skulle placeras vid punkt L1
 
Finessen är att när molnet väl placerats vid Lagrangepunkten skulle det följa med i en bana mellan solen och jorden och sprida solstrålningen så bara 98 procent av effekten nådde jorden. Detta skulle "rädda" mänskligheten från AGW-hypotesens antagna klimatkatastrof under molnets livstid på 50 år.  Händelsevis motsvarar minskningen den som uppstod vid Krakatoas utbrott 1883 och sänkte den globala temperaturen med 1,2 grader C i fem år.

Elektromagnetisk avskjutning. Projektilhastigheter på mer än tio gånger mynningshastigheten för en gevärskula kan nås. Luften bakom projektilen omvandlas till plasma.
 
Som astronom har Roger Angel inga problem med stora tal.  (För oss andra är de svårare att fatta.)  Hjälpsamt räknar han ut hur hans 16 biljoner plastfilmsdiskar ska komma på plats. Buntar på 800 000 diskar i taget skulle kunna skjutas ut med hjälp av elektromagnetisk uppskjutning. Tjugo samverkande elektromagnetiska avskjutningsramper som sköt en laddning à 800  000 diskar (ett ton per laddning) var femte minut (288 per dygn, 105 120 per år) under tio år skulle ta upp dem i rymden. Väl där skulle de styras till Lagrangepunkten med soldrivna jonmotorer.

Rymdfarkost med soldriven jonmotor.

”Lätt fixat”, sa Bill. ”Enkelt”, sa Bull.

Beräknad kostnad ”några få” biljarder US dollar (kanske fem). Verklig kostnad XYZ gånger större. Jämför tunneln genom Hallandsåsen som initialt skulle kosta 0,6 miljarder kr och bli klar på tre år; nu 2011 ska den vara klar 2015 efter 13 år och 11 miljarder kr. Och den består bara av två 8,7 km korta tunnlar genom ett berg som ligger där det legat sedan yngre kritperioden för sådär 70 miljoner år sedan. 

Angels solskärm ska dessutom inte tas som en slutgiltig lösning på ”klimatproblemen” – vilka de nu är och hur tillgängliga de kan vara för administrativa åtgärder.  Nej, den enda permanenta utvägen är att utveckla förnybar energi (självklart eftersom de fossila bränslena tar slut om 100-300 år). Speglarna är tänkta som en tillfällig hjälp om planeten skulle råka ut för en abrupt klimatkris som kan avhjälpas med svalka.

Mot den bakgrunden kostar det bara snuspengar att låta politiker, administratörer, finansfolk, ingenjörer och en och annan betrodd klimatforskare sammanträda på platser med hög hotellstandard och fina golfbanor här och där i världen. Miljoner, 10⁶ är dock bara ppm (miljondelar) av biljarder, 10¹². Ett sätt att hålla de mest högljudda i schack.

Dryas octopetala, en fjäll- och tundrablomma vars pollen är signatur för köldperioderna Äldre och Yngre Dryas vid övergången till Holocen.
 
Man får hoppas att de illustra skarorna innehåller en och annan som vet mer om jordens klimat än vad som står i klimatmötenas FAQ (Frequently asked questions).  Kanske någon botanikintresserad geologitjej som vet vad Dryas octopetala är och känner till den tusenåriga köldsvackan Yngre Dryas för elvatusen år sedan. Då temperaturen sjönk tillbaka till istidstemperaturer för att avslutas med en stigning med åtta grader på tio år. Ett tecken på att det finns fler faktorer än koldioxiden som påverkar jordens klimat. Och att man kanske ska tänka sig för innan man försöker skruva på kranar man inte behärskar. 

Min tro är att Roger Angel skulle le blitt och hålla med min tänkta geologitjej om hon predikade sådant för honom vid lunchen. Det skulle förvåna mig om han inte har en räv bakom örat. 

 Escher:  Still Life with Spherical Mirror 1934.