Grundämnet torium har varit energiproduktionens framtidslöfte i årtionden nu, lite som fusionskraften.
Och vad är toriumenergi då? Det korta svaret är att det är kärnkraft. Det lite längre svaret är att det kunde kallas snäll kärnkraft, fortfarande fission, alltså den sorten där man klyver atomer, men inte lika farlig.
Det här har man noterat inte minst i Kina, som sitter på enorma toriumfyndigheter. Fyndigheter som i princip kunde förse landet med all energi landet behöver för de kommande 20 000 åren. Därför har Kina sedan 2011 plöjt ned enorma summor i att utveckla toriumkraften. Redan 2029 ska den första seriösa experimentreaktorn stå färdig.
Men vad är det som gör själva grundämnet torium så speciellt, och varför borde du bry dig? Har det överhuvudtaget några beröringspunkter till ditt liv?
Sannolikt har du åtminstone kommit i kontakt med torium. Kanske minns du Aladdin- och Petromaxlamporna som lyste upp stugan när det begav sig. Den där lampan med glödstrumpan som lyser med ett klart och starkt vitt sken.
Om du någonsin har haft en sådan lampa så har du säkert bytt glödstrumpa på den i något skede. Då har du rört vid torium. De där strumporna var åtminstone på den tiden gjorda av bomull mättat med torium.
Både torium och uran är radioaktiva grundämnen. Men uran, som vi numera använder i våra kärnkraftverk, förekommer relativt sparsamt i jordskorpan. Torium däremot ligger och skräpar lite varstans, det finns uppemot fyra gånger mer torium än uran i jordskorpan.
Torium-232 är, som alla toriumisotoper, radioaktivt (olika isotoper är alltså atomer med olika många neutroner i kärnan). Men just torium-232 sönderfaller otroligt långsamt.
Torium-232 har en halveringstid på 14 miljarder år – ungefär lika länge som universums nuvarande ålder. Det vill säga, har du ett kilo torium så tar det 14 miljarder år innan ett halvt kilo återstår på grund av det radioaktiva sönderfallet.
Torium kan förvandlas till uran
Men om torium är så lågaktivt, hur kan det då funka som bränsle i en kärnreaktor?
Jo: trots att torium inte är värst fissilt så är det fertilt. Fertil är fysikerjargong för ett grundämne som inte är klyvbart i sig självt, men som genom kärnreaktioner bildar klyvbara ämnen och som kan underhålla en kedjereaktion. I toriumets fall är det uran som bildas.
Så här tillreder du uran med hjälp av torium: tag en toriumatom av isotopen torium-232. Bombardera den med neutroner tills atomen absorberar en neutron. Det här gör att en av toriumatomens neutroner omvandlas till en proton. Det kallas betasönderfall.
Sedan måste du upprepa proceduren en gång till och förvandla ännu en neutron till en proton för att nå atomnummer 92.
Och vilket grundämne har atomnummer 92? Jo, det är uran, så nu har du en uranatom. Uran-233 närmare bestämt. Och uran-233 är fissilt så det sprakar om det. Nu kan kedjereaktionen rulla på.
Men om nu uran-233 är så bra som kärnbränsle, varför kör vi inte våra kärnkraftverk på det direkt, utan att gå omvägen via torium?
Problemet med U-233 är att det finns så otroligt lite av det i jordskorpan att det inte är lönsamt att bryta det. Torium-232 finns däremot som sagt i massor och mängder. Det kan brytas och bearbetas relativt enkelt. Med hjälp av torium-232 kan man alltså skapa uran-233 inuti själva kärnreaktorn.
Det är lite som att du skulle hälla äppelsaft i bränsletanken och så skulle det förvandlas till bensin i själva motorn, snudd på magi.
Uran-233 har dessutom den fördelen att det skapar mycket färre radioaktiva restprodukter. Mängden högaktivt kärnavfall blir alltså mindre – mer än tusen gånger mindre än från en ”vanlig” kärnreaktor, de facto. Det avfall som uppstår strålar dessutom en mycket kortare tid – cirka 500 år, jämfört med kanske tio tusen år för konventionellt kärnavfall.
Smältsaltreaktor i Gobiöknen
Just nu kan vi alltså eventuellt stå inför en toriumrevolution. Kina meddelade nyligen att de bygger en stor, experimentell toriumreaktor i Gobiöknen, som ska vara klar för start kanske så snart som 2029. Den reaktor som Kina nu planerar, som sannolikt blir den dominerande modellen för den framtida kärnkraften överlag, är en smältsaltreaktor. Den använder alltså smält salt som kylmedel i stället för vatten.
Då talar vi alltså inte om vanligt bordssalt. Det finns ju en massa olika salter baserade på olika ämnen utöver natriumklorid. Fluorid är ett av de mer använda salterna i det här sammanhanget, litiumfluorid till exempel.
Det handlar som sagt om en metod att kyla ned reaktorn. Traditionella kärnreaktorer, av den sorten som vi har i Lovisa och Olkiluoto, kyls med vatten. Problemet med vatten är att det har en så låg kokpunkt, 100 grader Celsius.
Vattnets låga kokpunkt innebär att kylvattnet i en kärnreaktor måste hållas under ett enormt tryck. Det här medför säkerhetsrisker. Om det blir en läcka i systemet så kan skållhet ånga spruta ut, kanske explosivt, med farliga följder – inklusive att reaktorn inte längre går att kyla ned. Det här var vad som hände i Tjernobyl.
Smält salt har däremot en väldigt hög kokpunkt, uppemot 1 400 grader Celsius. Så en smältsaltreaktor kan köras mycket hetare, vilket ger bättre verkningsgrad, samtidigt som trycket i rören kan hållas mycket lägre. Vilket i sin tur är bra med tanke på säkerheten, det eliminerar risken för ångexplosioner.
En torium-smältsaltreaktor av den typ som kineserna nu planerar har dessutom den ytterligare fördelen att bränslet inte sitter i hårda stavar mitt i reaktorhärden, så som i vanliga kärnreaktorer. I stället är toriumbränslet uppblandat med kylvätskan, det smälta saltet. Bränslet är i flytande form, med andra ord.
Det här betyder att om någonting oväntat händer, kan man i lugn och ro leda ut bränsle-saltblandningen till en för ändamålet reserverad yttre tank.
Planer sedan andra världskriget
Om toriumreaktorer med smält salt nu är det bästa sedan skivat bröd, varför har vi inte en mängd sådana redan nu? Speciellt som det har förekommit planer och prototyper ända sedan slutet av andra världskriget.
Forskningen i torium var en del av det amerikanska Atoms for Peace-programmet som var på gång just då. I det programmet ingick bland annat planer på att spränga upp en ny Panamakanal med hjälp av atombomber. Det var den stora atomoptimismens tidevarv, som tog slut när attityderna gentemot kärnkraft surnade på sjuttiotalet. Det innebar också slutet på forskningen i smältsaltreaktorer.
I stället satsade världen på de billigare och enklare ”vanliga” urandrivna kärnkraftverken, av den sort som vi har kört med allt sedan dess. Då med baktanken att de ju också producerade plutonium för alla härliga ballistiska robotar som generalerna på båda sidorna av järnridån ville hota varandra med.
Experimentell energistad
Kina inledde sin nuvarande satsning på torium 2011. Då plöjde man ned motsvarande 450 miljoner dollar i forskning kring torium. 2018 inleddes byggandet av den experimentella torium-smältsaltreaktorn TMSR-LF1, som stod färdig 2021. En intressant detalj med den reaktorn är var den är belägen – mitt i Gobiöknen i norra Kina.
Det här för oss in på ännu en praktisk egenskap som smältsaltreaktorer har. Nämligen att man inte behöver placera dem nära vattendrag eller kuster, eftersom de inte är beroende av vatten för sin kylning. Så man kan bygga dem mitt i öknen om man vill – hundratals kilometer från närmaste bebyggelse.
TMSR-reaktorn är ännu i allra högsta grad en prototyp, en icke-kommersiell experimentreaktor som inte används till att producera el. Däremot har den av allt att döma varit en sådan framgång att de kinesiska beslutsfattarna nu är sålda på idén. Och nu ska man alltså bygga en större toriumreaktor baserat på det man lärde sig.
Byggstarten för den nya, större reaktorn är inprickad till 2025, och färdigt ska det vara 2029. I samband med den nya reaktorn bygger kineserna en hel experimentell energistad, bland annat med en energilagringsanläggning baserad på smält salt, en anläggning för vätgasproduktion plus stora vind- och solfarmer. Den här förnybara kraftstationen ska sedan leverera billig och kolneutral energi till den lokala kinesiska industrin.
Allt det här är en del av den storskaliga kinesiska energistrategin som siktar på fullständig kolneutralitet fram till år 2060. Samtidigt hoppas kineserna på att det ska ge dem ett försprång gentemot övriga länder och göra dem till en stormakt som energiproducent. De siktar också i slutänden på att sälja små, modulära toriumreaktorer till omvärlden.
Vad gör då den övriga världen för att svara på den kinesiska utmaningen? Tja, det finns projekt som siktar åt det här hållet också i väst, bland annat Microsoftbossen Bill Gates och hans Terrapower och det franska Nuclear Abundant Affordable Resourceful Energy for All (NAAREA).
Det återstår ju att se vad det blir av det i praktiken – om det blir någonting alls. Fjärde generationens kärnkraftverk har som sagt länge handlat mest om kaxigt prat och väldigt lite resultat, lite som med fusionsenergin.
Men den som lever får väl se. Utmaningarna som måste övervinnas är ännu många. Smältsalttekniken ställer hårda krav på materialen, smältsalt är helt superfrätande. Lagstiftningen, för att inte tala om alla tekniska standarder som måste få stämpel i pappret, är fortfarande helt och hållet i startgroparna.
Men det verkar i alla fall röra på sig just nu på ett sätt som ger skäl till en viss försiktig optimism.
