Pienreaktorit – ässä ilmastonmuutoksen torjunnan hihassa

Pienillä ydinvoimaloilla voi tulevaisuudessa olla merkittävä rooli ilmastonmuutoksen hillinnässä. Etenkin lämmöntuotannossa paikalliset pienreaktorit ovat joustava vaihtoehto.
Kuva: Miikka Luotio / Unsplash. Kuvankäsittely: Milo Toivonen

Pienreaktorit tai SMR:t kuten lyhenteisiin tykästynyt ydinteollisuus niitä kutsuu, ovat olleet Suomessakin mukana ilmasto- ja energiakeskustelussa jo jokusen vuoden.

Pienreaktori-termi pitää kuitenkin sisällään valtavan joukon aivan erilaisia ja erikokoisia teknologioita ja laitoksia.

Siinä missä iso ydinreaktori on sähköteholtaan yleensä gigawatin (1000 megawattia) luokkaa tai isompi, pienreaktorit ovat 50-300 megawattia. Lämpöteholtaan ne ovat 100–900 megawattia. Joitain malleja on jo markkinoilla ja rakenteilla – ja useita lisää on tulossa 2020-luvun edetessä.

Koon tai oikeammin tehon lisäksi käyttökohteen kannalta tärkeää on itse tuote.

Pienreaktorit tuottavat ensisijaisesti lämpöenergiaa eli kuumaa höyryä.

Höyrystä toki voi tehdä normaaliin tapaan sähköä ajamalla se höyryturbiiniin, mutta sen voi myös ajaa höyryä tarvitsevan teollisuuden prosesseihin tai vaikka kaukolämpöverkkoon. Eri prosessit tarvitsevat erilaisia lämpötiloja.

Oheisessa kaaviossa on erilaisten teollisuusprosessien käyttämiä lämpötiloja sekä eri reaktoriteknologioiden tuottamia lämpötiloja (joita voidaan nostaa tarpeen mukaan tulistamalla).

Mikä tästä nyt sitten tekee niin kiinnostavaa?

Se, että vain viidennes ihmiskunnan käyttämästä energiasta käytetään sähkönä. Noin puolet käytetään lämpönä ja se lämpö tuotetaan lähes yksinomaan polttoaineita polttamalla. Suurin osa lopusta energiakäytöstä on liikennepolttoaineita.

Esimerkiksi yksi Suomen suurimpia yksittäisiä päästölähteitä, Kilpilahden öljynjalostamo, tuottaa jalostuksen vaatiman lämmön ja vedyn lähinnä fossiilisilla polttoaineilla. Se käyttää energiaa muutamien satojen megawattien teholla, joten se on jo pelkkien jalostusprosessiensa puolesta sopivan kokoinen kohde parille pienreaktorille.

Jatkossa, mikäli raakaöljy hiljalleen väistyy raaka-aineena, tarvitaan vetyä todella paljon enemmän. Senkin tuotantoon pienreaktorit voivat olla kustannustehokkain tapa, sillä ne voivat ajaa elektrolyysereitä jatkuvasti täydellä teholla.

Kustannustehokkuuden kannalta keskeinen ajatus on reaktoreiden usein lähes kolminkertainen lämpöteho sähkötehoon nähden.

300 tai 500 asteista höyryä tulee siis 2–3 kertaa enemmän kuin sähköä saataisiin, joten myös sen hinta per tuotettu megawattitunti on vain reilun kolmanneksen sähköön verrattuna. 

Jos tarvetta on 100-asteiselle kaukolämmölle, se voidaan tuottaa sähkön ja lämmön yhteistuotannolla.

Tämä onkin kustannustehokasta, sillä tällöin kuumalla höyryllä voidaan ensin tuottaa jonkin verran sähköä, jonka jälkeen se ohjataan hieman jäähtyneenä kaukolämmöksi, eikä hukkaenergiaksi päädy kuin pieni osa lämpötehosta.

Tarpeen mukaan samassa laitoksessa voidaan tuottaa sähköä, höyryä ja kaukolämpöä erittäin joustavasti paikallisiin tarpeisiin.

Monenlaisiin käyttökohteisiin soveltuvien pienreaktoreiden ansiosta päästöjen vähennyspotentiaali on huima, etenkin kohteissa, joihin esimerkiksi tuulella ja auringolla vaihtelevasti tuotettu sähkö soveltuu heikosti.

Parhaimmillaan pienreaktorit ovat sektori-integraation ytimessä ja joustavuutensa ansiosta mahdollistavat myös vaihtelevatuottoisten uusiutuvien kustannustehokkaamman lisäämisen energiajärjestelmään.

Rauli Partanen

Kirjoittaja on energia-asiantuntija ja tiedekirjailija

13.11.2020 18:42

0 kommenttia