Pienydinvoimaloista (Small Modular Reactor SMR) toivotaan energiakriisin ratkaisua. Ensimmäisiä SMR-voimaloita odotetaan valmistuvan ulkomailla vuonna 2028 ja Suomessa hiukan myöhemmin. SMR-voimalabuumi johtuu monesta tekijästä.
”Sähkönkulutus kasvaa tulevaisuudessa johtuen liikenteen ja raskaan teollisuuden sähköistymisestä, sekä vedyn käytön lisääntymisestä. Vähähiilistä tuotantoa halutaan lisätä. SMR-teknologia kehittyy tällä hetkellä nopeasti”, kertoo tutkimusprofessori Jaakko Leppänen VTT:ltä.
”Suomen tapauksessa erityinen haaste on kaukolämmön päästöjen leikkaaminen. Matalan lämpötilan pienreaktorit tarjoavat tähän vaihtoehdon bioenergian ja lämpöpumppujen rinnalle”, Leppänen jatkaa.
Sekä sähköä että lämpöä tuottavia, kooltaan noin 200 megawatin pienydinvoimaloita, voitaisiin sijoittaa Suomessa kaupunkeihin, joissa on riittävä kaukolämpöverkosto. Sen sijaan pelkkää sähköä tuottavia SMR-voimaloita voidaan sijoittaa mihin tahansa, myös asutuksen keskelle.
”Hollywood-fysiikkaa”
”SMR-reaktorit eivät ole uusi keksintö. Niitä kokeiltiin jo 1960-luvulla Yhdysvalloissa, mutta yksikään niistä ei onnistunut”, sanoo teknillisen fysiikan professori Peter Lund Aalto- yliopistosta.
”Jostain syystä Suomessa luodaan parhaillaan mielikuvaa SMR-voimaloiden turvallisuudesta ja tekniikan helppoudesta. Niihin liittyy silti samat riskit kuin suuriinkin ydinvoimaloihin”, Lund muistuttaa.
Hän peräänkuuluttaakin kriittisyyttä SMR-voimalakeskusteluun. Lundin mukaan SMR-buumiin tuotu positiivinen ajattelu on niin sanottua Hollywood-fysiikkaa, jossa asiasta halutaan näyttää vain sen parhaat puolet.
SMR-voimaloiden rakentamistapa poikkeaa suuresta ydinvoimalasta siinä, että ne valmistetaan sarjatuotantona ja kootaan sijoituspaikalla valmiista osista. Tämän ajatellaan tekevän niiden rakentamisesta helpompaa ja halvempaa. Minkäänlaisia todisteita tästä ei kuitenkaan ole olemassa. Esimerkiksi yhdysvaltalaisessa NuScale Corporationin demolaitoksessa kustannukset ovat räjähtäneet 5,8 sentistä kilowattitunnista yli 10 senttiin.
”Tuuli- ja aurinkoenergian kustannukset ovat alle puolet noista hinnoista ja niiden hinta tippuu jatkuvasti”, huomauttaa Lund.
Turvallisuushuolia
Leppäsen mukaan SMR-reaktoreissa voidaan saavuttaa korkea turvallisuustaso yksinkertaisemmalla teknologialla. Perinteisesti esimerkiksi reaktorin hätäjäähdytykseen on käytetty sähköpumppuja, joiden käyttöä turvataan moninkertaisin varajärjestelmin.
”Pienreaktorissa samat toiminnot on toteutettu veden luonnolliseen kiertoon perustuvilla passiivisilla järjestelmillä, joiden toiminta on sähkön saannista riippumatonta. Näitä järjestelmiä on suunniteltu myös isoihin laitoksiin, mutta SMR-kokoluokan reaktoreissa ne ovat enemmän sääntö kuin poikkeus”, sanoo Leppänen.
Passiivinen järjestelmä tulee aktiivista järjestelmää huomattavasti halvemmaksi. Lundin mielestä tässä rikotaan kuitenkin ydinturvallisuuden perusperiaatteita.
”Logiikkana on se, ettei onnettomuutta voi tapahtua.”
Kysymyksiä herättää myös voimalaa ympäröivä turvavyöhyke, joka suurissa voimaloissa on kilometrin.
”Miten kaupungissa voisi olla näin suuri vyöhyke?” Lund kysyy.
SMR-reaktoreiden, kuten muidenkin ydinvoimaloiden, rakentamisessa pitäisi noudattaa varovaisuusperiaatetta, eli ottaa huomioon pahin mahdollinen tapahtumaketju. Siitä huolimatta yhtäkään SMR-voimalan täysimittaista onnettomuustestiä ei ole tehty.
Vaarana on myös se, että voimaloiden valvonta siirtyy yrityksille eikä valtion toimijat, kuten STUK enää ole mukana valvonnassa. Mikäli startup-yritykset alkavat rakentaa ydinvoimaloita, ollaan Lundin mukaan vaarallisella polulla.
”Kuka tarkistaa, että voimalat rakennetaan oikein ja turvallisesti?”, kysyy Lund.
Ydinjätevarastoja keskellä kaupunkia?
Leppänen selittää, että suurin osa pienreaktoreista on suunniteltu toimimaan samanlaisella matalasti väkevöidyllä polttoaineella kuin isotkin laitokset. Tämä tarkoittaa sitä, että jätehuolto ja polttoainekierron loppupää toimii samalla periaatteella.
”Laitospaikalle on järjestettävä tilat myös ydinjätteen välivarastoinnille. Polttoaineen pitää jäähtyä reaktorin yhteyteen rakennetussa vesialtaassa”, sanoo Leppänen.
Kestää noin 20 vuotta ennen kuin jäähtynyt polttoaine voidaan loppusijoittaa Olkiluodon Onkaloon. Mikäli SMR-voimala sijaitsee kaupungissa, olisi siis myös ydinjätevarastoja ihmisten naapurissa.
Lisäksi tutkimukset osoittavat, että tietyn tyyppiset SMR-voimalat tuottavat 2–30 kertaa enemmän ydinjätettä kuin tavallinen ydinvoimala. Niiden fissiotuotteilla on korkea konsentraatio, mikä vaikeuttaa jätteen varastoimista.
Ympäristöystävälliset ratkaisut ajavat ydinvoiman ohi
Tuuli- ja aurinkovoimatuotanto elävät voimakasta kasvua ja niiden hinta halpenee jatkuvasti. Maailmalla ydinvoiman osuus on laskenut 15 prosentista prosenttiin. Sen sijaan Suomessa 34 % sähköstä saadaan ydinvoimasta. Nykyisen energiakriisin pelastajiksi ei SMR-reaktoreista ole niiden valmistuessa vasta tämän vuosikymmenen lopulla.
”Ydinvoiman kannattavuutta yritetään parantaa eri tempuilla, mutta totuus on se, ettei se ei ole kilpailukykyistä. Uudet teknologiat ajavat väkisin sen ohi”, selittää Lund.
Lund on itse mukana muun muassa kehittämässä vetyteknologiaa, jossa aurinkosähkön avulla tuotetaan vedestä vetyä, josta voidaan edelleen tuottaa helposti varastoitavia synteettisiä polttoaineita, kuten metanolia ja ammoniakkia.
”Olemme jo hyvin lähellä vedyn läpimurtoa.”
Tuttuun tapaansa Peter Lund vääristelee faktoja ja esittää jo moneen kertaan tyhjentävästi vastattuja kysymyksiä. Kerrataanpa hieman:
“Jostain syystä Suomessa luodaan parhaillaan mielikuvaa SMR-voimaloiden turvallisuudesta ja tekniikan helppoudesta. Niihin liittyy silti samat riskit kuin suuriinkin ydinvoimaloihin”, Lund muistuttaa.
Kevytvesitekniikkaan pohjautuvissa pienvoimaloissa turvallisuus nojaa samaan syvyyssuuntaiseen ajatteluun kuin isoissakin voimaloissa. (i) Poikkeustilanteessa, esimerkiksi sähköjen katketessa laitoksesta, sähkömagneettien varassa riippuvat säätösauvat putoavat painovoiman vaikutuksesta reaktoriytimeen pysäyttäen fissioreaktiot. (ii) Kiinteässä metallisessa muodossa oleva polttoaine muodostaa ensimmäisen radionuklidien leviämisesteen. (iii) Sekä jäähdytteenä että neutronihidasteena toimiva vesi tarjoaa negatiivisen takaisinkytkennän tehon ja lämpötilan välille: tehon noustessa, lämpötila ensin kasvaa, veden tiheys putoaa, neutronien hidastuminen vähenee, hitaiden neutronien aiheuttamat fissiot vähenevät ja teho laskee. (iv) Sähköntuotantoon tarkoitetut pienet kevytvesireaktorit vaativat myös paineastian, joka toimii radionuklidien leviämisesteenä aivan samoin kuin isoissakin reaktoreissa.
Turvallisuusnäkökulmasta katsottuna pienreaktoreiden pienempi yksikkökoko tarjoaa kuitenkin yhden potentiaalisen edun isoihin laitoksiin verrattuna. Pienempi tehotiheys mahdollistaa reaktorin sammutuksen jälkeisen fissiotuotteiden hajoamisesta syntyvän jälkilämmön poistamisen passiivisilla keinoilla huomattavan pitkään, tarvittaessa jopa viikkojen ajan ilman ihmisen aktiivista toimintaa laitoksessa. Fukushiman ydinonnettomuuden perimmäisenä syynä oli jälkilämmönpoiston häiriintyminen. Dieselillä käyvät varavoimageneraattorit jäivät tulvan alle, eivätkä käynnistyneet pyörittämään pumppuja, joilla jäähdytteen kierto reaktoriytimessä olisi mahdollistettu jälkilämmön poistamiseksi. Kun jälkilämmönpoisto pienreaktorissa voidaan perustaa aina voimassa olevaan fysiikkaan, eli lämpötilan muutoksen ja sitä seuraavan veden tiheyden muutoksesta syntyvän luonnolliseen veden kiertoon painovoiman vaikutuksesta, turvallisuus paranee.
Kysymyksiä herättää myös voimalaa ympäröivä turvavyöhyke, joka suurissa voimaloissa on kilometrin. “Miten kaupungissa voisi olla näin suuri vyöhyke?” Lund kysyy.
Sähköntuotantoon kaavailtuja pienreaktoreita ei tarvitse sijoittaa kaupunkien keskustaan. Ne voivat vallan hyvin sijaita vähintään kilometrin päässä lähimmästä asutuksesta. Sähköhän tunnetusti voidaan siirtää johtoja pitkin. Myös tonttimaa voimalan rakentamista ajatellen on taajamien ulkopuolella yleensä huomattavasti halvempaa kuin esimerkiksi Helsingin keskustassa. Olisi syytä myös muistaa, että Espoon Otaniemessä keskellä pääkaupunkiseutua ja vilkasta yliopistokampusta, toimi ydinreaktori vuodesta 1962 aina vuoteen 2015. Myös Lund tietää tämän vallan hyvin, sillä hänen oma toimistonsa sijaitsi vuosien ajan noin 100 metrin päässä reaktorirakennuksesta. Tämä ei häntä kuitenkaan ole tuntunut huolettavan.
“Kuka tarkistaa, että voimalat rakennetaan oikein ja turvallisesti?”, kysyy Lund.
Suomessa tietenkin noudatetaan ydinvoimalainsäädäntöä. Paikallisena valvovana toimijana on STUK ja kansainvälisenä valvonaja toimii IAEA. “Varmistaakseen ydinlaitosten turvallisuuden STUK valvoo ydinlaitoksia niiden suunnittelusta aina käytöstä poistoon asti. Valvonta koskee niin teknistä toimintakuntoa kuin organisaatioidenkin toimintaa sekä ydinmateriaaleja ja ydinjätteitä. Kohteina ovat muun muassa käyttötapahtumat, vuosihuollot, ikääntymisen hallinta, säteilyturvallisuus, valmius- ja turvajärjestelyt, henkilökunnan pätevyys ja koulutus sekä johtamis- ja laadunhallintajärjestelmät.” https://www.stuk.fi/stuk-valvoo/ydinturvallisuus/stukin-ydinturvallisuusvalvonnan-tehtavat.
Myös toimittajalla tuntuu olevan vääristynyt kuva tilanteesta. Kirjoittamalla “Ympäristöystävälliset ratkaisut ajavat ydinvoiman ohi” toimittaja virheellisesti yrittää antaa kuvan, ettei ydinvoima olisi ympäristöystävällinen teknologia. YK:n tuore raportti vuodelta 2021 sähköntuotannon teknologioiden elinkaarenaikaisista ympäristövaikutuksista toteaa ydinvoiman olevan vähiten luontoa kuormittava vaihtoehto. Raportti on ladattavissa ja luettavissa osoitteesta https://unece.org/sed/documents/2021/10/reports/life-cycle-assessment-electricity-generation-options.
Terveisin
Eero Hirvijoki
Akatemiatutkija
Yliopistonlehtori
Aalto-yliopisto