Nuklear fremdrift på skibe

Et stort skib i den internationale handelsflåde bruger cirka 3.300 MWh om dagen. Det er lige så meget som verdens største strømsystembatteri – Moss Landing Energy Storage Facility. Med andre ord vil store skibe aldrig blive elektrificeret, medmindre energitætheden i batterierne kan øges mindst 50 gange (5000%).

Ikke nok brændstof til rådighed

Når det kommer til grønne brændstoffer og brændselsceller, er situationen en anelse bedre. Hovedproblemet dér er ikke selve teknologien i forhold til skibet, men det simple faktum, at behovet er så stort, at man ikke har strøm nok til at lave nok brændstof. Hvis du skal lave nok grøn ammoniak til den internationale handelsflåde, skal du bruge cirka 2,7 gange al elproduktionen i hele EØS-området i 2022. Der vil med andre ord ikke være brændstof nok til rådighed.

Det betyder ikke, at grønne brændstoffer for små skibe kan være velegnede, men selv kystflåden i Norge vil kræve mere end 30 TWh/år i kraft til produktion af grønne brændstoffer. Grønne brændsler vil derfor formentlig blive fremstillet på land som et biprodukt fra store atomkraftværker. I USA har de sat det ambitiøse mål at skaffe brint til en sådan produktion for 1 USD/kg. Det vil slå al anden produktion af brint ud - selv langt størstedelen af grå brint.

NuProShip-projektet

Ved udviklingen af en nuklear løsning til handelsflåden arbejdede vi i NuProShip I projektet først meget på at udvikle et sæt kriterier, der er robuste nok til både at sortere de bedste reaktorer fra de mindre gode (til vores formål) og også tager tilstrækkelig højde for forhold til fremtidig udvikling. Dette arbejde er nu afsluttet og er blevet offentliggjort på ASME International Nuclear Engineering Conference i Prag i august 2024 og på IAEA Small Modular Reactor Conference i Wien i oktober 2024.

Resultatet af dette arbejde er, at projektet nu står tilbage med tre reaktorleverandører (ud af 80+, som vi har analyseret), der opfylder de strenge krav, der er stillet. Disse tre – Ultra Safe Nuclear Corporation (USA), Kairos Power (USA) og Blykalla (Sverige) – har tre forskellige teknologier inden for Generation IV SMR-segmentet.

Ultra Safe Nuclear Corporations reaktor er en heliumgaskølet reaktor med TRISO-brændsel med 7,2 GWh elektrisk energi eller omkring 22 GWh termisk energi pr. brændstofpåfyldning. På grund af den høje temperatur giver det mening først at udvinde højtemperaturenergi, derefter producere elektricitet og derefter bruge restenergien til forskellige formål. Selve reaktoren er veletableret teknologi, og nu er TRISO-brændstoffet også licenseret og godkendt. Dette brændstof tillader store termiske spændinger, så op og ned kan klares på få sekunder. Den første reaktor forventes at stå færdig i 2028. Vi forventer, at den første på et skib er på plads omkring 2030.

Kairos Powers reaktor er en saltfusionsreaktor med TRISO-brændsel. Den kan løbende fyldes med brændstof og har derfor ingen begrænsninger på sin levetid udover hvad stålet kan holde til. Fordi brændstoffet er TRISO-brændstof, er de korruptionsproblemer, som de ældre reaktorer med smeltet salt havde (som ganske vist blev løst med et dyrt stål kaldet Hasteloy N) blevet løst. Denne kan også køres op og ned ekstremt hurtigt. Den har den sjove egenskab, at for hver kubikmeter salt øges effekten med 20 MW. Dette kan derfor parametrisk beregnes rent designmæssigt, men grundet licensudgifter vil der formentlig blive udviklet og kommercialiseret 2-3 varianter. Testreaktor er under konstruktion. Vi forventer, at kommercielle varianter er klar omkring 2030, da Kairos Power har indgået en banebrydende leveringsaftale på 7 noget større reaktorer til Google med levering af det allerede i 2030. Vi forventer, at den første på et skib vil være på plads omkring 2030.

Blykalla har designet en blykølet reaktor. Dette er en hurtig reaktor i modsætning til de to første. Det betyder, at den forbrænder brændslet i meget lang tid og kan levere 55 MW strøm i 30 år (ca. 14.000 GWh). Blykølingen er dog ikke særlig velegnet til hurtige effektændringer, så den har den begrænsning, og de korruptionsproblemer blykølede reaktorer har været kendt for kræver et nyudviklet system, der skal bestå test. Testreaktor er under konstruktion. Hvornår kommercielle varianter vil være klar er endnu lidt uklart, men formentlig også omkring 2030. Blykalla har for nylig indgået et samarbejde med ABB.

Stort marked

Vi har også analyseret skibsstørrelserne og konkluderet, at vi kan håndtere alle skibe med behov for 5 MW eller mere installeret effekt. Mindre skibe skal bruge syntetisk brændstof. Dette marked er gigantisk, og vi taler om en industri, der skal levere cirka 1.000 – 2.000 reaktorer hvert år til en værdi (inklusive dampturbiner og andet udstyr) på cirka 500 – 1.500 milliarder NOK om året. Herudover vil industrisegmenterne på land være relevante, da de kan investere i reaktorer på anlægget og derved reducere behovet for strøm fra elnettet drastisk. Vi taler derfor om en industri til en værdi af over 2.000 milliarder NOK om året – hvilket er på samme skala som landbaseret atomkraft i dag.

Hvad angår omkostningsniveauet, er det overvejende sandsynligt, at vi kommer under det omkostningsniveau, som DNV har vurderet er nødvendigt for, at det er rentabelt i shipping, men det vil blive analyseret mere i fremtiden.

Der er derfor al mulig grund til at tro, at vi er på et spor, der faktisk kan resultere i en dekarbonisering af skibsfarten. Det vil give store industrielle fordele på grund af det store antal reaktorer. I 1908 var der mere end 250 bilproducenter alene i USA. 40 år senere var der fem igen. En lignende konsolidering af SMR-industrien vil formentlig også finde sted. I 1908 var bilfremstilling en nicheindustri, indtil Henry Ford industrialiserede industrien. Ford Model T kostede oprindeligt $850 i 1908, men gennem industrialiseringen faldt prisen til $350 i 1916! Det hed sig, at Ford tog jernmalmen ud i om mandagen og afleverede den færdige bil pm fredagen!

Dette viser industrialiseringens kraft og løftet om små og modulære reaktorer (SMR). For at denne industrialisering kan finde sted, skal licensreglerne mellem de store søfartsnationer harmoniseres, og det er det, der mangler på land og er drivende for omkostningerne. Dette vil naturligvis have store afsmitningseffekter for landbaseret atomkraft, og det kan faktisk blive tilfældet, at Gen IV SMR på grund af den internationale handelsflådes betydning først lanceres der og derefter spredes på land.

Om NuProShip

Hovedformålet med NuProShip I (Nuclear Propulsion of Merchant Ships 1) er at tilpasse en Generation IV SMR til den internationale handelsflådes behov. Projektet skal herefter danne grundlag for et nyt projekt kaldet NuProShip II, hvor den bedste løsning fra NuProShip I vil blive analyseret yderligere med det formål at udvikle en fungerende løsning. I NuProShip III vil denne løsning blive testet. (Norges forskningsråd.)

Denne artikel er oprindelig bragt i vores norske søstermagasin - Skipsrevyen