Annonse
maritim
Studie: Mer plass og raskere seiling med atomreaktor
En studie for det amerikanske energidepartementet viser at containerskip kan øke lastekapasiteten, øke farten og klare seg med én «drivstoffylling» i skipets levetid ved å benytte to blykjølte atomreaktorer. Et norsk prosjekt ser på thorium-baserte løsninger.
Internasjonal skipsfart bidrar til cirka tre prosent av de menneskeskapte klimagassutslippene. FNs skipsfartsorganisasjon IMO har satt som mål at skipsfarten skal følge opp Parisavtalen og kutte utslipp dramatisk.
Med atomreaktorer i sivile fartøy kan framtidas skipsfart bli utslippsfri. Derfor fikk det amerikanske klasseselskapet American Bureau of Shipping (ABS) i fjor oppdrag fra Departement of Energy i USA å studere hvordan atomreaktorer kan tas i bruk i sivile skip.
Sammen med Hebert Engineering Corp (HEC) har ABS studert hvordan to ulike skipstyper, et Panamax containerskip på 14.000 TEU og et Suezmax tankskip på 157.000 dødvekttonn (dvt.) kan benytte atomreaktorer til framdrift.
Containerskipet er tenkt utstyrt med totalt 60 MW effekt (80.000 hestekrefter), mens tankskipet vil ha reaktorer med samlet effekt på 20 MW (27.000 hestekrefter). USA har mange års erfaring med atomdrevne marinefartøy og ubåter, der ABS har vært en aktiv medspiller.
Sikkerhet
– Nullutslipps skipsfart er lettere å realisere med kjernefysisk framdrift. Med denne studien legger vi grunnlaget, sa styreleder og administrerende direktør Christopher J. Wiernicki i ABS tidligere i sommer.
– Avanserte eller små modulære reaktorer løser flere av problemene som tradisjonelt er knyttet til kjernekraft for sivile maritim bruk, med økt sikkerhet og effektivitet, reduserte kostnader, mindre avfall og liten fare for spredning. Likevel må mange spørsmål besvares. Det er avgjørende at industrien vurderer disse teknologiene med intens fokus på sikkerhet, sa Wiernicki.
ABS og University of Texas skal også forske termisk-elektrisk integrasjon av et kjernefysisk framdriftssystem for et eksisterende skip.
Annonse
Nuproship 1
Flere norske aktører er også i gang med studier rundt atomreaktorer til framdrift av skip. I fjor fikk prosjektet Nuclear Propulsion of Merchant Ships I (Nuproship) 10 millioner kroner i støtte fra Forskningsrådet. I tillegg til norske, er flere internasjonalt anerkjente miljøer også med i Nuproship I.
Professor Jan Emblemsvåg ved NTNU leder det toårige prosjektet. Han skriver i en e-post til TU at det gjenstår å gjøre mer grundige studier av tilgjengelig reaktorteknologi, men mener ABS-studien peker i riktig retning. Kjernekraft er mest aktuelt for «deep sea» shipping, det vil si store, havgående bulkskip, oljetankere og containerskip. De står for rundt 55 prosent av utslippene fra skipsfart.
Emblemsvåg har skrevet en artikkel om resultater av en forstudie rundt thorium-baserte saltsmeltereaktorer. Han tror skepsisen til atomdrevne skip er knyttet til ulykker med gamle atomkraftverk basert på eldre teknologi med uran/plutonium. Derfor mener han at thorium og saltsmeltereaktor med innebygget sikkerhet er et godt alternativ.
– Alt tyder på tyder på at potensialet er veldig bra, skriver han.
Når Nuproship I er ferdig neste år, håper Emblemsvåg med å følge opp med Nuproship II som skal ta neste steg med konkretisering og detaljerte spesifikasjoner.
DNV-initiativ
Klasseselskapet DNV er også med i Nuproship-prosjektet. Eirik Ovrum, seniorrådgiver i maritim miljøteknologi i DNV, opplyser at selskapet i tillegg jobber med forskjellige interne initiativ for å øke forståelse for kjernekraft for handelsskip.
Annonse
– Dette er en teknologi som har et potensial til å bidra til dekarboniseringen av skipsfarten, og vi som klasseselskap må forstå sikkerhets- og de regulatoriske aspektene ved bruk av kjernekraft om bord på skip, sier Ovrum.
4. generasjon
ABS og HEC samarbeidet med ulike leverandører og utviklingsmiljøer for fjerdegenerasjons små, modulære atomreaktorer (SMR). Drivstoffet er beregnet å vare i cirka 25 år, som er normal levetid for skip i handelsflåten.
Containerskipsstudien viser at to blykjølte reaktorer på 30 MW hver tar mindre plass enn et ordinært fossilt framdriftssystem. Dermed kan det bli plass til flere container og skipet kan tilpasse skrogdesign for økt hastighet.
Ifølge studien er ikke blykjølte reaktor benyttet i sivile skip, men ble brukt på Alfa-klasseubåter i Sovjettida. Den sovjetiske marinen brukte en bly-vismutkjølt hurtigreaktor. Fordelene med en lavtrykks- og høytemperaturreaktordesign er kompakthet og innebygget sikkerhet ved at kjølevæsken (bly) størkner i tilfelle lekkasje eller driftsstans. Dermed stanser reaktoren.
Mikroreaktor
For tankskipet utredet ABS og HEC installasjon av en serie på fire 5 MW-reaktorer av en annen type, såkalte mikroreaktorer. De er fortsatt på eksperimentstadiet. En mikroreaktor med varmerør bruker et passivt kjølesystem som inneholder lange, hule rør fylt med en selvsirkulerende varmeoverføringsvæske. Teknologien går tilbake til forskning fra den kalde krigen på atomreaktorer for romapplikasjoner.
ABS/HEC-studien trekker fram reaktorstørrelse og færre bevegelige deler som fordel samt hastighet. Lastekapasiteten er imidlertid den sammen. Tekniske fordeler inkluderer liten reaktorstørrelse og færre bevegelige deler.
Annonse
For både reaktorteknologier og fartøydesigntilfeller vil drivstoffkjernen vare i 25 år – den typiske driftslevetiden til et handelsskip – og fartøyet ville ha null CO₂-utslipp.
10–15 år
Professor Emblemsvåg fortalte TU i fjor at interessen for småreaktorer for handelsskip er stor blant finansinstitusjoner og shipping. Så langt er det få andre aktører som er direkte konkurrenter.
– Krav om nullutslipps skipsfart kommer raskt. Vi kan ta en lederrolle på skipssystemer og sikre oss patenter og teknologisk forsprang, sa Emblemsvåg til TU.
Han påpekte også at det vil ta lang tid før vi vil se sivile skip på vannet med atomreaktorer om bord.
– Det vil gå minst 10–15 år før vi kan se dette på skip. Regelverk og godkjenning vil ta mest tid, tror Emblemsvåg.
Sikkerhetsaspektet mener han er mulig å ha god kontroll på.
– Kjernekraft med moderne saltsmelte- eller blyreaktorer kan ikke sammenliknes med eksisterende reaktorer for atomkraftverk. Skulle et skip synke med en fjerdegenerasjons reaktor om bord, vil den gå til den ebber ut av nøytronabsorberende elementer. Hvis det skjer det på grunt vann, hentes reaktoren ut av skipet, sier han.
Annonse
Første skip i 2035?
Tidligere DNV-sjef Henrik O. Madsen har klokkertro på kjernekraft som ett av de beste alternativene for havgående skip, «deep sea».
– Utviklingen av små, modulære og standardiserte atomreaktorer som kan brukes til framdrift av skip vil være svært viktig for å dekarbonisere shipping, sa Madsen til TU.
I mai i fjor var han med og arrangerte World Maritime Technology Conference 2022. Der var nullutslippsteknologi og kjernekraft på agendaen.
Tre ulike miljøer presentere sine alternativer; danske Seaborg, britiske Core Power og et konsortium med japanske selskaper, DNV og ABB som har et konsept for fusjonsreaktor.
– Felles er at de utvikler små og modulære anlegg med en sikkerhet som ikke kan sammenliknes med kjernekraftanlegg på land som benytter helt andre teknologier, sier Madsen.
Han tror vi vil se kjernekraft på skip i 2035.
