Innovation för ny energi

– Det var lite som att köra in huvudet i en vägg i början, säger Janne Wallenius. Han syftar på att forska inom ett område som i Sverige länge ansågs utdaterat och där ingen var intresserad av nya innovationer. Men för ett par år sedan förändrades det. Då startade den svenska stålindustrins planer på att bli fossilfria, vilket förväntas kräva en fördubbling av Sveriges elproduktion.

– Det gjorde att det plötsligt fanns en marknad i Sverige och ett intresse från svensk kärnkraftsindustri, säger Janne och menar att det blev en brytpunkt för synen på behovet av kärnkraft i Sverige.

Janne Wallenius är professor i reaktorfysik på avdelningen för kärnenergiteknik på KTH. Han började forska här år 1997, då med fokus på återvinning av kärnavfall, och år 2013 startade han och kollegan Peter Szakolos, verksam inom yt- och korrosionskemi, bolaget Blykalla. Syftet var att utveckla små, blykylda, modulära kärnreaktorer för kommersiell elproduktion.

Små, modulära reaktorer (SMR) är kärnreaktorer med en elektrisk effekt på högst 300 megawatt. Att reaktorerna är modulära beskriver Janne som att deras delar byggs ihop som legoklossar på platsen för reaktorn.

– I vårt fall är vi ännu mer modulära, då hela reaktorn är en enda enhet som man bygger i fabrik och sedan transporterar till platsen där den ska installeras, förklarar han.

De SMR som Blykalla utvecklar har en effekt på 55 megawatt jämfört med 1200-1600 megawatt hos stora reaktorer, och de är 5 meter höga istället för 20-25 meter.

– Det kan man åstadkomma tack vare blykylning. Vi räknar med att blykylda reaktorer kan bli mycket enklare och snabbare att tillverka i fabrik. Idag tar det sju år att bygga en stor reaktor och vi ska få ner den tiden till två år. Det kan vi uppnå genom att göra all kvalitetskontroll på plats och serietillverka reaktorerna i fabrik.

Blykallas resa har inte varit spikrak. Inledningsvis fick bolaget stöd från KTH Innovation och Vinnova, Sveriges innovationsmyndighet, för att leta efter potentiella kunder. Det ledde Janne till Kanadas nordkust, där intresset för tekniken var stort. Men ett stort nederlag för Blykalla kom 2017:

– Vi fick tyvärr en oseriös investerare, som tyckte att de skulle investera två miljarder kronor i projektet för att vi skulle bygga reaktorer i Kanada. Vi skrev på ett jättestort avtal och var i världspressen med det, men det kom aldrig några pengar. Det var en väldigt besvärlig upplevelse.

Åren efter det låg fokus på ny forskning, och därefter lyckades Blykalla få ett bidrag från engelska staten för att utveckla en SMR för det engelska elnätet. Den svenska elmarknaden var aldrig målet för Blykalla, då det inte fanns varken behov av eller intresse för ny kärnkraft i landet.

– Vi tyckte att vi hade upptäckt något fantastiskt bra och så visste vi att i Sverige var det meningslöst. Vi har hela tiden fått tänka att vi ska bygga de här någon annanstans, säger Janne och poängterar att det fram till juli 2006 var förbjudet att ens ta fram ritningar för ny kärnkraft i Sverige.

I och med insikten att den svenska stålindustrin skulle behöva mycket mer el för att bli fossilfri ritades dock spelplanen om.

– Då tyckte energiföretaget Uniper att de skulle kontakta mig och se om vi kunde samarbeta om att utveckla de SMR som Blykalla har designat. Och där är vi nu. Tillsammans med Uniper har vi fått 99 miljoner kronor i bidrag från Energimyndigheten och KTH har fått 50 miljoner kronor av strategiska forskningsstiftelsen. Nyligen fick Blykalla också en privat investering från riskkapitalbolaget Norrsken på 25 miljoner.

I början av terminen mottog Janne Wallenius KTH Innovation Award, ett pris som delas ut till en person med koppling till KTH som genom en innovation präglad av kreativitet, uthållighet och mod bidragit till samhället.

– Det var en överraskning, och det är fint att bli hedrad på det viset. Det där med uthållighet kan man säga att jag uppfyller ganska väl, för det här har jag hållit på med i nio år nu, och det har varit svårt att hitta finansiering och bygga det här företaget.

Janne är hoppfull inför framtiden och hoppas att priset kan rikta ljuset mot den utveckling som sker inom kärnkraften idag.

– Att det här är på väg att bli något på riktigt nu, det tror jag är nytt och spännande för många.

Det finns också en förhoppning om att öka intresset bland KTH-studenter inom fysik:

– Som det är nu har vi väldigt många studenter på masterprogrammet i kärn- och energiteknik, men de allra flesta kommer från andra länder. Så nu hoppas vi att studenterna kommer se att det finns en framtid inom svensk kärnkraft.

Blykalla är ett av många företag på en marknad under uppsegling, och i deras SMR används alltså bly som kylmedel.

– Till skillnad från vatten kokar bly först vid 1700 °C så det är svårt att få en olycka på grund av att man kokar bort kylmedlet, vilket hände i både Tjernobyl och Fukushima. Sedan är bly ett fantastiskt bra strålskydd, så här bygger vi in strålskyddet i själva reaktorn. Vi kan åstadkomma jättehög säkerhet i ett mycket mindre och billigare format.

– Nackdelen är att bly är ogenomskinligt vilket gör det svårt att titta på bränslet, så vi måste utveckla nya metoder för det. Bly fryser vid 327 °C, så istället för överhettningsolyckor kan man få frysningsolyckor, så vi måste säkerställa att bränslestavar och ångeneratorer inte går sönder när blyet fryser. Bly är också väldigt tungt så pump-impellern har kort livstid. Därför ska vi bygga en pumptestanläggning på KTH nästa år där vi ska visa att vi kan köra pumpen i tolv månader utan att den går sönder.

En viktig innovation för Blykalla är ett stål som har utvecklats på KTH av Peter Szakolos och som är tänkt att täcka alla ytor i reaktorn som står i kontakt med bly.

– Det är ett stål som är både strålnings- och korrosionstolerant i bly och den kombinationen är helt unik, förklarar Janne och berättar om det aluminiuminnehållande stålet:

– När aluminium växelverkar med syre bildas aluminiumoxid på ytan och det är ett fantastiskt korrosionstolerant material. Det är dessutom det näst hårdaste materialet efter diamant så det är väldigt tolerant mot mekaniska skador. Det är också självläkande, för om man lyckas göra en repa och skadar ytan kommer nya aluminiumoxid bildas på ytan. Våra konkurrenter har inte den här lösningen.

De har visat att de kan svetsa stålet och nu ska stålet bestrålas i en forskningsreaktor. Blykalla utvecklar också metoder för att kunna titta på stålet och bränslet under blyet, exempelvis med ultraljud.

– Det här är ingenting vi förväntar oss kommer utgöra fundamentala risker för projektet, utan det är mer en fråga om livslängden för olika komponenter. Det kommer ha en inverkan på ekonomin, och om det blir något sämre eller något bättre än vi förväntat oss.

– Vi har fått pengar från energimyndigheten för att bygga en demonstrationsreaktor i Oskarshamn, som ska tas i drift om två år. Där kommer vi göra integrerade experiment där vi provar alla komponenterna och hur de fungerar tillsammans, med eluppvärmda bränslestavar. Då kommer vi även se om vår naturliga cirkulation av kylmedlet, ett säkerhetssystem för att kunna kyla bort restvärme när reaktorn har stängts av, fungerar som tänkt. Efter det kommer det slutliga beviset och det är att bygga en nukleär demonstrationsreaktor, vilket vi planerar att göra innan 2030.

Blykalla planerar också att starta en bränslefabrik för att tillverka ett särskilt kärnbränsle – urannitrid. På KTH har en avancerad tillverkningsmetod utvecklats, som går ut på att man pressar urannitridpulver genom att köra en stark ström genom det, vilket tar tre minuter istället för tidigare åtta timmar.

– Det här funkar jättebra i labbet, men nu måste vi visa att det fungerar i en industriell anläggning så då är tanken att bygga en pilotbränsletillverkningsanläggning. Man har använt urandioxid som kärnbränsle i 60 år, men volymen i bränslestavarna upptas huvudsakligen av syre, så om vi byter det mot uranitrid får vi in 40 procent mer uran i samma bränslestav. Dessutom har det sju gånger högre värmeledningsförmåga, så då eliminerar vi risken för bränslesmältning.

Just nu ser Janne positivt på framtiden för kärnkraft i Sverige:

– Det har vänt från ena sidan till den andra väldigt fort. Vi skulle ju avveckla i Sverige, i princip ända fram till förra året, men nu finns både klimatkrisen och energikrisen. Politiken har spelat en väldigt stor roll i Sverige i och med att det har funnits en politisk vilja att inte fortsätta med kärnkraft. Det har inneburit att vi inte har fått så många intresserade studenter. Vi hade till exempel inte en enda doktorsavhandling i reaktorfysik på 17 år och det var väldigt illa för forskningen. Men nu finns det ett stort politiskt stöd för att utveckla ny kärnkraft.

– Nu tänker vi oss att det är Sverige som är först ut på banan med vår innovation, då vi har ett system som gör det lättare att få tillstånd för en helt ny teknik här än i andra länder. Sedan har Sverige fortfarande begränsningen att man bara får bygga tio reaktorer och bara på tre platser, och för att det här ska kunna bli kommersiellt behöver lagen ändras. Det var inte så troligt med den förra regeringen även om de tillsatte en utredning för att kunna göra det, men med en ny regering kommer det förhoppningsvis gå ganska fort. Då kommer Sverige vara en väldigt bra plats för att bygga de första kommersiella reaktorerna.

Slutligen skickar Janne med ett par ord till studenter med egna innovationsdrömmar:

– Om man har en idé, prata med en industri som ligger någorlunda inom området, för att få lite återkoppling från dem. Många forskare jobbar väldigt långt ifrån industrin och då utvecklar de saker som är spännande på pappret men som kanske inte vare sig industrin eller samhället har ett behov av. Nu när jag jobbar nära kärnkraftsindustrin blir det mycket tydligare vad som är viktigt och går att göra, och samtidigt får man tillgång till deras kompetens. Och de är jätteglada att få tillgång till dig som ung och påhittig ingenjör eller forskare.