Energiforskning : Expertmaterial

Ur KB:s samlingar

Digitaliserad år 2013

utarbetat

uppdrog g

av

Expertmateriol på

ä:

energiprogromkommittén

mergi Omvandling till mekanisk energi Y Omvandling till elenergi V Omvandling till mekanisk energi

Omvandling till högtemperaturvärme A

Omvandling till mekanisk energiÅ

av

Utvinning energirövoror och

n

industrieH

energiproduktion

Statens Offentliga utredningar Industridepartementet

Energiforskning

utarbetat Expertmaterial av på uppdrag Energiprogramkommittén

A Avdelning

Utvinning av energiråvaror och

industriell

energiproduktion

Stockholm 1974

Omslag Håkan Lindström ISBN 91-38-02078-5 Göteborgs Offsettryckeri AB Stockholm 1974

FÖRORD

Chefen för industridepartementet tillkallade den 28 december för att utarbeta förslag till forsk- 1973 en programkomittê och utvecklingsprogram inom energiområdet. Kommittén, ningsnamnet har genomfört dels som antog energiprogramkomittén, av den forskning och utveckling (FoU) som been kartläggning och de resurser som avsätts drivs i dag inom energiområdet av behovet av FoU. Bahärför, dels en kartläggning och analys serat material har kommittén framlagt dels förslag på detta för de samlade FoU-insatserna inom entill mål och riktlinjer under den komande tioårsperioden, dels också förergiområdet till konkreta med kostnadsangivelser för de slag FoU-program åren. Därutöver har kommittén lagt vissa synpunkter närmaste av dessa Arbepå organisation och styrning forskningsresurser. tet har slutförts under 1974 och presenteras i betänseptember kandet Energiforskning (SOU 1974:72).

ser FoU inom energiområdet inte bara som Energiprogramkommittên ett medel att effektivisera energiproduktionssystemet och öka och säkra energi utan i lika stor tillgången på utnyttjningsbar som ett medel att begränsa och effektivisera samutsträckning Detta att i princip alla samhällets energianvändning. betyder hällssektorer berörs av energiprogramkommittêns analyser. Som för kommitténs förslag har därför vid sidan av betänunderlag kandet ett omfattande utarbetats. Det har strukexpertmaterial turerats i fyra avdelningar:

A. Utvinning av energiråvaror och industriell energiproduktion B. Näringslivets energianvändning C. för transporter och samfärdsel Energianvändning D. Energianvändning för lokalkomfort och hushåll

4 Förord

Expertmaterialet har utarbetats på kommitténs uppdrag av för olika ansvariga huvudmän (sponsorer). Avdelningarna A

områden

och B har härvid uppdelats på tre respektive sex skilda områgden. Huvudmännen har biträtts av facksekreterare;

Expertmaterialet bygger på underlag dels i form av svar på en enkät som utsändes vid årsskiftet avseende pågående forskning, forskningsresurser och forskningsbehov, dels i form av ett antal hearings som genomförts inom varje expertområde under ledning av respektive områdes huvudman. Totalt har kommittén därigenom arrangerat ett S0-tal hearings vid vilka ca 400 representanter för forskning, förvaltning, näringsliv, konsumenter, anslagsgivande organ m m hörts. Dessutom har inom några expertområden vissa delar specialbelysts av särskilda författare. Sådant material presenteras som appendix till respektive expertmaterial.

I expertmaterialet ges dels en mer allmän syn på respektive område ur energiförsörjningssynpunkt och de åtgärder som kan vidtas för att ur energisynpunkt förbättra det, dels presenteras ett stort antal enskilda projektförslag inom området liksom huvudmannens förslag till forskningsprogram.

De fyra avdelningarna redovisas i var sin volym ( -76). Till näringslivets energianvändning (SOU 1974:74) har därvid även hänförts frågor rörande återvinning av energikrävande varor.

Som huvudmän för avdelning A har fungerat professor Gunnar Hambraeus (kap 1 och 2) och planeringsdirektör Bengt Nordström (kap 3). Facksekreterare för kapitlen 1 och 3 har varit civilingenjör Gunnar Nordlöf. Motsvarande funktion har för kapitel 2 fyllts av AB Atomenergi. För appendix till kapitel l svarar respektive författare (professor Olle Lindström, professor Hans Wilhelmsson, direktör Dick Lundqvist), medan huvudmannen svarar för appendix till kapitel 3.

På grund av den begränsade tid som kommittén haft till förfogande har arbetet med expertmaterialet fått genomföras under stark tidspress och med stora personliga uppoffringar från i arbetet deltagande huvudmän och sekreterare. Jag vill å energiprogramkommittêns vägnar uttrycka vår uppskattning av och tack för det arbete som utförts.

Lars Lindmark ordf.

INNEHÅLL:

Förord

samt icke-k0n- 11 1 Utvinning av energiråvaror

ventionella energiprocesser

sammanfattning 11 1.1 Inledning, för olika delområden 18 1.2 Redogörelser 18 1.2.1 Oljegeologi och oljeprospektering av importerade kol 18 1.2.2 Nyttiggörande av skiffer 20 1.2.3 Nyttiggörande av torv 24 1.2.4 Nyttiggörande av ved och hyggesavfall 27 1.2.5 Nyttiggörande 29 1.2.6 Nyttiggörande av jordbruksavfall av hushållsavfall 30 1.2.7 Nyttiggörande Bränsleceller 34 1.2.8 ackumulatorer 36 1.2.9 Elektriska 38 1.2.10 Nya energisystem 1.2.l1 Magnetohydrodynamiska (MD-) generatorer _41 Fusionsteknik 43 1.2.12 av solstrålningen för el- 46 1.2.13 Nyttiggörande kraftproduktion av solstrålningen via bio- 48 1.2.l4 Nyttiggörande system 49 1.2.15 Energiodlingar 51 1.2.16 Vindenergi icke-konventionella energikällor 53 1.2.17 Övriga 54 1.2.18 Icke-konventionell energiöverföring

över FoU-arbetets av långsik- 55 1.3 Översikt grad tighet

S7 Bihang 1 Förkortningar 59 Bihang 2 Referenser

Bihang 3 Förslag till FoU-projekt (förteckning)

6 Innehåll sou 1974:73

Appendix l Ny kemisk energiteknik 7l En redogörelse rörande främst processer för nyttiggörande av kol och inhemska energiråvaror

systemanalys, forskning och utbildning

Appendix 2 Fusionsteknik 207 l Inledning 207 2 Den internationella utvecklingen inom 210 fusionsforskningen 3 Möjligheter för svenska insatser 225

Appendix 3 Magnetohydrodynamiska (MED-) generatorer 237 l Inledning. Tekniska problem 237 Princip. 2 Ett skandinavisk: MHD-forskningspro- 238 jekt 3 Kostnader 239

Appendix 4 Energiöverföring m m på grundval av avan- 241 cerad fysik l Kraftöverföring med hjälp av laser el- 241 ler mikrovågor 2 Energilagring med utnyttjande av atom- 242 ära eller molekylära system 3 Isotopseparation med laser 243

Appendix 5 Outtömliga energikällor 245 En samanställning av möjligheterna att direkt eller indirekt utvinna energi ur solstrålningen eller jordens inre 1 Bakgrund 245 2 Översikt av olika förslag till att 254 realisera utvinningen av solenergi och geotermisk energi

2 Fissionsteknik 273

2.1 Sammanfattning 273 2.1.1 Kärnkraftens utveckling 273 2.1.2 Lättvattenreaktorer 274 2.1.3 Övriga termiska system 275

Innehåll 7

Snabba reaktorer 277 2.1.4 279 2.1.5 Kärnbränslecykeln Resursbild 280 2.1.6 280 2.1.7 Sammanställning

för området fissionsteknik 282 2.2 Expertmaterial 282 2.3 Nulägesbeskrivning för el- och värmeförsörjning 282 2.3.1 Kärnkraft Olika 286 2.3.2 reaktortyper och i Sverige 293

2.3.3 Läge, planer studier

295 2.3.4 Kärnbränsleförsörjningen Säkerhets- och 302 2.3.5 miljöfrågor

Behov av FoU 304 2.4 304 2.4.1 Inledning Lättvattenreaktorer 305 2.4.2 termiska 307 2.4.3 Övriga system Snabba bridreaktorer 312 2.4.4 317 2.4.5 Kärnbränslecykeln 322 2.4.6 Säkerhet, miljö

för FoU 326 2.5 Resurser

Internationellt samarbete på kärnenergiom- 328 2.6 rådet 328 2.6.1 Internationella organ sam- 331 2.6.2 Sverige och det internationella arbetet

till 332 2.7 Förslag FoU-program 332 2.7.1 Inledning 333 2.7.2 Lättvattenreaktorer 334 2.7.3 Gaskylda högtemperaturreaktorer termiska reaktorer 337 2.7.4 Övriga 337 2.7.5 Snabba bridreaktorer 340 2.7.6 Kärnbränslecykeln 344 2.7.7 Säkerhet, miljö

Ordlista 345 Bihang 1

347 Bihang 2 Referenser

3 Enkätsvaren 349 Bihang

8 Inneháü

3 El-, gas- och värmeförsörjning 35 3.1 Sammanfattning 35 3.2 Redogörelser för olika delområden 35 3.2.1 Vattenkraftproduktion 35 3.2.2 Produktion av värme och värmebaserad 35 elkraft 3.2.3 Värmedistribution och -ackumulering 36 3.2.4 Elektrisk kraftöverföring 36 3.2.5 Gasproduktion och -distribution 36 3.2.6 Ekonomi- och systemfrågor inom el-, gas- och 37 värmeförsörjning 3.2.7 Miljöfrågor inom el-, gas- och värmeförsörjning 3.3 Översikt över FoU-arbetets grad av långsiktighet 3.4 Resurser för FoU på berörda områden Bihang l Förkortningar 33 Bihang 2 Referenser &

Appendix 2 Produktion av värme och värmebaserad elkraft 397

Appendix 3 Värmedistribution

FoU-projekt

Innehåll 9

435 Bilagor

441 .Appendix 4 Elektrisk kraftöverföring elektrisk kraftöver- 441 l Pågående FoU inom föring till FoU- 444 2 Behov av FoU och förslag projekt FoU 446 3 Program för resurser för FoU 446 4 Tillgång till 447 Bilagor

och -distribution 451 Appendix 5 Gasproduktion Allmänt 451 1 om gas i Sverige kommande inom 453 2 Ämnesområden för utveckling gastekniken av 455 Indelning föreslagna FoU-projekt 457 4 Föreslagna FoU-projekt FoU 459 S Program för

461 Bilagor och 463 6 Ekonomi- och systemfrågor inom el-, gas- Appendix värmeförsörjning 464 Bilagor och 471 7 inom el-, gas- värmeförsörj-

Appendix Miljöfrågor

ning 471 1 Allmänt om miljöpåverkan FoU 474 2 Pågående 474 3 Behov av FoU av till 475 4 Redovisning förslag FoU-projekt för FoU 476 5 Program till resurser för FoU 478 6 Tillgång 479 Bilagor

1 UTVINNING AV ENERGIRÅVAROR SAMT ICKE-KONVENTIONELLA ENERGIPROCESSER

1.1 Inledning, sammanfattning

avser av bränsleråvaror exklu- Detta kapitel nyttiggörande sive och naturgas jämte nyttiggörande av solenergi, olja icke-konventionella energislag. I vindenergi och andra inräknas alltså kol samt inhemska råvaror bränsleråvarorna såsom torv, ved, hyggesavfall, hushållsavfall, jordbruksoch naturgas behandlas här mera avfall, skiffer m m. Olja Orsaken är att man i vårt land köper från i förbigående. andra länder praktiskt taget all FoU som avser oljegeologi Viss forskning utoch prospekteringsteknik. grundläggande förs dock vid svenska universitet och högskolor.

i detta bygger på enkätsvar, hea- Framställningen kapitel med experter och därvid ingivna promemorior samt på rings sammanfattande studier utförda av därtill utvalda särskilda Deras studier fogas som appendix till detta kapiexperter. tel. Författare är professor Olle Lindström, KTH, professor Dick Lundqvist, ASEA. Hans Wilhelmsson, CTH, samt direktör avviker i vissa fall från exper- Värderingarna i kapitlet

ternas .

i världen är mycket stor. De Tillgången på bränsleråvaror reserverna av kol beräknas sålunda även med en uppskattade av förbrukningen räcka i storflerprocentig årlig ökning 100 år. Även tillgången på inhemska bränslen leksordningen tar till svårigheter vid utvinär stor, om man icke hänsyn och till I Våra visserligen magra men dock ningen priset. skiffrar ca 900 Mton bergolja, vilket oljebärande ligger

12 Kap 1: Energirâvaror och energiprocesser

kan jämföras med vår totala oljekonsumtion om 32 Mton/år. Värmeinnehållet i Sveriges totala torvmassa motsvarar mer än 100 års bränsleförbrukning i Sverige. Skogsavverkningen av ca 70 miljoner skogskubikmeter år motsvarar ca 9 per Mton olja. Av avfall från jordbruk, industri och hushåll torde totalt ett värmeinnehåll motsvarande Mton några olja kunna tillvaratas. Skälet till att dessa energiråvaror icke kommit till användning i större skala är att vi haft riklig tillgång på billig olja, vilken gjort varje alternativt bränsle oekonomiskt. Därmed har heller tekniken ej för nyttiggörande av dessa råvaror utvecklats. med Syftet här framlagt program är att råda bot brist i på denna teknisk utveckling.

Det finns flera skäl till att vi nu söker efter energialternativ. Ett är givetvis det starkt stegrade priset på olja, ett annat är den tveksamhet som yppats beträffande utbyggnaden av kärnkraften. Men vi önskar också från svensk sida skapa en större flexibilitet i vår energiförsörjning, ett större oberoende av omvärlden, en bättre beredskap inför störningar och avspärrningar och även krigsfall, en minskad och ett större miljöbelastning utnyttjande avenergiråvaror som förnyas.

Som nyss anförts är vår kunskap om dessa energikällors utnyttjande ännu ofullständig; det behövs alltså omfattande såväl grundforskning som tillämpad och utveckforskning ling innan vi ens kan bedöma vilka vi har att möjligheter tillgodogöra oss dessa. Våra möjligheter till sådana insatser är givetvis begränsade. Mera kommernärliggande siellt tilltalande lösningar kommer att av inframtagas dustrin, i andra fall behövs ett starkt stöd för statligt att studier över huvud taget skall komma i gång. Samtidigt pågår i vår omvärld utomlands mycket Omfattande Och forskning utveckling på samtliga energislag. Det är nödvändigt att vi i Sverige arbetar i nära kontakt med omvärlden och icke i onödan dubblerar arbete som där utförs. Å andra sidan måste vi inom Sverige skaffa oss en viss för grundkunskap att kunna ta vara på de rön, och resultat som upptäckter framkommer utomlands och utnyttja dem i svensk energi-

Inledning, sammanfattning 13

produktion.

Vår nuvarande värdering av de olika energiråvarorna är i korthet följande:

Det mest närliggande energialternativet är kol, som alltså finns i stora Koltillgångarna i Sverige är mycket mängder. dock små och av låg kvalitet. De kända reserverna uppgår till ca 60 Mton (ref. 1). Man kan förutse ett ökat utnyttav kol i Sverige, både för direkt förjande importerat men också för omvandlingar till gas och eventuellt bränning även flytande bränsle.

Skiffertillgångarna är som nämnts mycket stora. Utveckling av teknik för av skiffrarnas värmeinnehåll och utnyttjande deras innehåll av flytande och gasformiga produkter pågår i stor skala utomlandsr Vad som är intressant för svensk del är en kombinerad utvinning av uran och värme, eventuellt och bränslen ur våra egna skiffrar. Här flytande gasformiga måste förmodligen en svensk teknik framtagas.

Torven är en stor inhemsk reserv som motiverar väsentliga för att reducera kostnaderna för torvutvinansträngningar och för av den så utvunna torven för förning utnyttjande eller för av gas och flytande bränsle. bränning produktion

avfall är intressant främst i samband med Skogsindustrins av fiberråvaran i skogs- och cellulosaindustrin. utnyttjande Ett direkt av hyggesavfall, grönflis m m kan utnyttjande tänkas i krissituationer, framför allt vid endast speciella eller krig. Ekonomin för fiberråvarans utnyttavspärrning för framställning av cellulosa och papper är helt jande samma materials utnyttjande för energiproduktion. överlägsen

Hushållsavfall är i första hand ett miljöproblem. Detta kan att eller av avfallösas genom man genom förgasning pyrolys let värme och gas. Man får ett visst tillskott producerar till energiförsörjningen och löser därmed miljöproblemet.

Jordbruksavfallet dels av halm, dels av gödsel. Förutgörs

14 Kap 1. Energirávaror och energiprocesser

bränning av halm borde kunna utnyttjas för energiproduktion, framför allt lokalt på jordbruken. Gödseln torde kunna rötas och producera metan för lokal användning.

Vindenergin är en stor potentiell energikälla men har hittills ställt sig helt oekonomisk att utnyttja. En teknikutveckling pågår, syftande till dels små individuella kraftkällor för husuppvärmning och hushållsel, dels större anläggningar för elproduktion. En väsentlig fråga i samband med vindenergins utnyttjande är möjligheterna till energiackumulering.

Tidvatten- och vågenergi ställer sig oekonomisk, och någon väsentlig möjlighet för en inhemsk utveckling av sådan teknik torde icke föreligga.

Våra möjligheter att utnyttja geotermisk energi i Sverige är praktiskt taget helt outforskade. De fakta man hittills haft tillgång till tyder på att denna icke skulenergiform le vara tillgänglig i Sverige, men vissa studier om temperaturförhållandena i den svenska berggrunden kan vara motiverade.

Ett direkt nyttiggörande av solenergin kan ske antingen i små individuella anläggningar för husuppvärmning eller i större solelverk. Även här är ekonomin diskutabel. Det utvecklingsarbete som kan tänkas vara aktuellt för svensk räkning torde främst gälla de små individuella anläggningarna o

På längre sikt torde möjligtvis speciella energiodlingar antingen av landväxter eller alger och mikroorganismer vara tänkbara. Viss grundläggande forskning på detta område kan vara motiverad.

Fusionsenergin skulle på mycket lång sikt kunna erbjuda den definitiva lösningen på världens energiproblem. Insatserna för att förverkliga detta mål kommer dock att bli mycket stora. Ett eget svenskt program är här otänkbart men en efter svenska förhållanden väsentlig insats för att deltaga

Inledning, sammanfattning 15 sou 197473

i det internationella arbetet synes befogad.

Elektrokemiska strömkällor av olika slag kan väntas få viss i framtida energisystem på grund av miljövänlighet betydelse och verkningsgrad. Det gäller här utom konventionella hög elektrokemiska strömkällor även bränsleceller och magnetogenerering av el, s k MHD. hydrodynamisk

Inom området har även behandlats forskning och utveckling avseende metanol framställd ur fossila bränslen och inhemska Metanol vara ett universalbränsle för avfall. synes gott svenska förhållanden och förtjänar en seriös värdering.

återfinns en sammanställning av medelsbehov för I tabell 1:1 FoU inom de olika delområden som ovan har nämnts. I tabellen har redovisats medelsbehov dels för hela tioårsperioden l975/76 - 1984/85, dels för de tre första åren av den- Man kan förutse att områden för FoU kommer na period. nya att successivt genom den intensiva internationella öppnas FoU-verksamheten. Som exempel kan nämnas framställning av och produktion av väte. I sammanställsyntetisk naturgas har en avrundande summa på drygt 1 Mkr/år ningen upptagits för sådana ändamål.

16 Kap 1 : Energirâvaror oc h energiprocesser

muwwm

|umw mo

annu

nwmwacmmxmmnww

mo N

M

|mwmH=moum

nwmmaømmxmmumw

uxz

umvmcumoxuwmuu

kx

uovmcumoxuwwun

om

.um

wømHxomu:oumum>

ma

M M mo

mo uuw M

.vowuwmmumuuu

.øavowummmummuu

uwvcn usmm

.øomuxsvoumaonmums

umm=wwwumw=m umwc«uoummam ummø«umummc«

uamm

wamumumwc« wømuwumw:m

E0

cm

nmmcacwwmacmmxmw

øwwmum

mumumw

umvøa

wcmøwwmacmmxmm øumaumwwcwcwmuuø

ummcwaxumsø uosaoxaama uwseoxaama

mmm

uwaoxaaga

.um\uxz

nwEoxaH«a uwsoxaage

ux

.umwøwø uouuw .ummømc wcwu

oa OH

nwuumcmsoøoo

nova:

umxuxz

nmummuu

o:0n

N.o H m m.a m.o | N A m.H N

o:wnmAwvoE

mumumw ømuowgwa uamuoa

0.0 m. m.a H.o m.q

uxz

m 0 m m 0

nmuuaømsoaoo

wmvs:

mwxqmma

onmn uwxuxz

N.o q N H N m.a N

o:0nma0vuZ ømvowuoamumomu

omxmmma uawuoe

Auxzv

N

oc

ax

oN od od ma oN

.

som

pmm

wømumuxmmmoumn

uououmasssxum

ononmHmwmz

Hamwwmoww›n

:oo Hox

aoummmmwumcu

Hua

HamwmmM:unvuoh nmaamuwamcmum

mumusoaon mmoaoowmwao wvmuouuoaEH aHmwmmaHmnm:m mxmwuuxoam

:oo

umwwwxm

aampme uoH vm mmz

Inledning, sammanfattning 17

.umxuxz

:mm

nmmuouona

nusmmu

uwumpum

wcauxao

wøaøxmuowwøsuw

nam:

umwømøxwmuwvca

a

.om\mmmH

uamnuwwunumumaemu

Haswmwøacwa

m

.vo«nwmmhmEwu

Hama

uxmuwv

cm

uwauv

E

mvm:u=:

.mo

.cmwoawmmmumwuu

.mannøv

o m

www

wcmømuuzcua

u M

vomummmumsmm

mvcmumu

www

uwwøm

muummuuow

umv

mum

:om

uwxuxz

am

mmummm

uwmm møwHxomu: ESEMEME uwmm

øwx som

mumumw

umvmøwwzn

møwvcsuwwuwn

amsmumo

uwwmwa:

E0

m.o cm

vomnma

som una

umuvm

axx px:

cmwwum

pmmm

.muummuuow

umvc:

uwuww

ummux

0 m N

mumm=aamaum=H

m

macov

gmwc«=x»mea .wawøwwmaøm cmamoamm .um:Emmxnm onmnwHwvwz

uwmmoamm umamoamm

.mmma

uouwmuwø wa«øEuw mmuwmum muwwm

um mcumm uwu Hamxw wqvsum .cwvøma

nmuuwcmeocmo

MWUED

umxnxz

nmuwmuu

o:mn

a m.m N.a m.o m.o m.o N.a

om

o:mnmHmvwz cwnowuma

wuwuww uHmuoH

m.m m.H 0.0 o.m

q.mm

m, N

ax: og

uwvcs

umuuaømeoømo

mmxqwma

muuow oswA umxux

| m | N.a

oswnmamvmz øwvowuommumoau

omxmmma uamuoa

^uxzV

0 N

om Na

px:

som som

0uwmmwumam

“mm

mmxuwHnuow

cmvwuño

onmnmHowmz

mHHm=omu:0=ox|mxo«

man cmx

Hawøomuøm=ox|øxuH

mo

wuemm

uwuoumumøwmramz

Hua

xmcxmumøowmsm umwøaavoawuwøm

mumuaoama wøwcamuumaom woaamxwwpwøw

uwwmanø

gmnoa0vø«

Hampus mw«u© mcwuwm msäam

«

18 Kap I: Energirâvaror och energiprocesser sou 1974:73

1.2 Redogörelser för olika delområden

De förslag till FoU-projekt, som i mera konkret form har inlämnats till energiprogramkommittên och som ligger inom ämnesområdet för detta kapitel, har sammanställts i bihang 3. Som referensbeteckning för dessa projektförslag används energiprogramkommittêns diarienummer (Dnr xxx).

1.2.1 Oljegeologi ogh_gljeprospektering

Olja och naturgas har undantagits i detta kapitel främst med hänsyn till att vi för närvarande ej har egen produktion inom landet av dessa råvaror och att endast en begränsad grundforskning har bedrivits vid våra universitet och högskolor.

Forskning och utveckling i fråga om produktion och utnyttjande av olja och naturgas bedrivs däremot kontinuerligt i stor skala av de företag och statliga institutioner som är internationellt etablerade i olje- och gasbranschen, och resultaten av deras forskning kommer också oss till del.

Genom att Oljeprospektering AB (OPAB), som bedriver prospekteringsverksamhet inom Sverige, oftast utnyttjar olika internationella expertföretag i samband med sina undersökningar, erhålles också ständig information om tekniska förbättringar i samband med eftersökning av olja och gas.

Det får emellertid anses motiverat att ge den nämnda grundforskningen ett statligt stöd av storleksordningen 0,2 Mkr/ år under hela tioårsperioden.

1.2.2 Nyttiggörande av importerade kol

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Den svenska kolimporten är nu 2,5 Mton/år. Importmöjligheter föreligger från Australien, Sydafrika, Polen och Sovjet. Den svenska energiapparaten är icke utbyggd för att ta

Redogörelsejör delområden 19

emot väsentligt större kolkvantiteter än nu och att nyttiggöra dem för husuppvärmning eller elproduktion. Endast tre kraftverk i Sverige är byggda för kolförbränning. En ombyggnad av ett kraftverk för koleldning uppges kosta ca 15 Z utöver den ursprungliga investeringen i oljeeldningssystemet.

Den närmast föreliggande möjligheten att utnyttja kol i Sverige är att i tillsatspannor konvertera kolet till gas och bränna gasen i konventionella kraftverk. Utveckling bedrivs emellertid också på förgasning av kol under tryck, alternativt förbränning under tryck för kombinerade gasturbin- och ångturbincykler. Förbränning i fluidiserad bädd medför fördelar genom att man där synes kunna avlägsna svavlet effektivt. En annan möjlighet är att konvertera kolet till flytande bränslen, företrädesvis metanol. Denna teknik är etablerad utomlands i en skala upp till 500 000 ton metanol per år och utvecklas nu mot större produktionsenheter. Det finns ett intresse i Sverige både hos kraftindustrin och tillverkande industri för att utveckla system med fluidiserad bädd och produktion av gas för gasturbin/ ångturbin. Priset för värme alstrad ur kol torde i Sverige bli något högre än för motsvarande värmemängd alstrad ur olja. Denna bedömning grundar sig på det faktum att kolet i dag i produktionsländerna är något billigare än oljan men att transport-, lagrings- och hanteringskostnaderna gör kolet proportionsvis dyrare.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Sverige kommer förmodligen att importera den större delen av koltekniken. Vi bör emellertid utveckla en egen kompetens på området som gör en god upphandling av teknik möjlig. Vi har också viss inhemsk kompetens såväl när det gäller fluidiserad bädd som andra förbränningsformer, och ett visst utvecklingsarbete är därför motiverat. Detta bör i så fall koncentreras till några få projekt som kompletterar utländsk teknik och/eller anpassar den till svenska förhållanden. Ett rimligt utvecklingsmål för programmet borde vara ett nyttiggörande av ca 10 Mton stenkol per år under

20 Kap I: Energirâvaror och energiprocesser sou 197473

perioden 1985-90 som ett alternativ till motsvarande oljeimport.

Program för FoU

Programmet för FoU bör omfatta dels ett utvecklingsarbete på förbränning av kol i trycksatt fluidiserad bädd, dels produktion av metanol från importerade kol. Till kommittén har ingivits två projektförslag som kan vara tänkbara för statligt stöd: - Fluidiserad av kol förbränning för gasturbinanläggning kombinerad med fjärrvärmeproduktion (Dnr 90, kap A 3). - Produktion av metanol från importerade kol alternativt inhemska bränslen.

Resursbehov

Med hänsyn till utvecklingsmålet torde en rimlig insats över en tioårsperiod vara ca 40 Mkr, stegrad från en initialinsats av ca 1 Mkr/år upp mot 6 å 7 mot periodens slut, när kommersiella anläggningar bör kunna tas i bruk. Forskningsarbetet torde kunna bedrivas vid etablerade institutioner och företag, där högskoleinstitutionerna bör få en förstärkning av sina resurser avseende processteknik inom bränslekemin, speciellt på metanolområdet. Mera konkret borde för de första tre åren avsättas 1,2 Mkr för teknisk grundforskning samt därutöver investeringsbidrag till industrin för uppförande av försöksanläggningar.

1-2-3 Nz2siss§5ê2§§_2y_§§i§§s:

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Världens tillgångar på oljeförande skiffer är mycket stora och detta är kanske den potentiellt största energikällan efter kol- och oljeförekomsterna. Ett mycket stort utvecklingsarbete bedrivs nu i USA och Kanada för utvinning av olja ur eller förgasning av oljeskiffer liksom även tjärsand som här kan likställas med oljeskiffer. Projekterade anläggningar har en kapacitet på 25 Mton skiffer per år

Redogörelseför delområden 21

och levererar olja till f n konkurrenskraftiga priser.

I Sverige finns, som nämnts tidigare, avsevärda skifferförekomster. Södra Sveriges alunskiffrar (Närke, Östergötland, Västergötland, södra Öland, östra Skåne) är ganska väl undersökta i samband med skifferoljeprojekt. Halten organiskt kol ligger vid 10-15 Z, mängden avdestillerbara kolväten i bästa fall vid 5-6 Z. Svavelhalten uppgår till 5-8 Z och är alltså mycket hög. Stora nyfynd inom Sverige är knappast tänkbara. Totala förrådet räknat som oljeinnehåll ligger mellan 250-450 Mton olja. Den rikaste skiffern finns i Närkes Kvarntorp men den är ändå endast hälften så rik som goda amerikanska skiffrar. Tillgångarna där räcker endast något tiotal år vid drift i en skala på 25 Mton/år, som är en normalstorlek för ett skifferoljeverk i dag.

Den svenska skiffern innehåller också betydande mängder uran. En eventuell utvinning av uran i Ranstad kan ge 5-6 Mton skifferlakrester per år som utgör ett miljöproblem. Förgasning eller förbränning av lakresterna skulle lösa ett miljöproblem och dessutom ge ett tillskott till energiförsörjningen. Något egentligt utvecklingsarbete har emellertid ännu inte drivits på detta område.

Under Kvarntorpsepoken bearbetades som mest 3,4 Mton skiffer per år varav 60 Z kunde nyttiggöras i pyrolysugnarna. Den teknik som utvecklades i under svåra betin-

Kvarntorp

gelser är av föga värde i dag frånsett de erfarenheter som gjorts på miljösidan. Den svenske uppfinnaren Aspegren utvecklade vid den tiden ett pyrolysförfarande med värmeöverföring med hjälp av heta kulor i en roterugn. Processen har vidareutvecklats av The Shale Oil Corporation i Amerika och anses nu vara den längst komna skifferprocessen.

En frestande lösning vore pyrolys in situ. Stora regionalt utbredda skador på grundvatten kan dock befaras. Även hittillsvarande metoder för pyrolys i ugn ger stora svaveldioxidutsläpp och därmed stora miljöskador.

22 Kap 1: Energirâvaror och energiprøcesser SOU l974z73

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Det vore angeläget att skapa förutsättningar för att ta till vara de svenska skiffrarnas energiinnehåll. Prognosen är dock inte särskilt gynnsam. Det synes i dag icke vara ekonomiskt motiverat att driva en inhemsk processutveckling avseende enbart tillgodogörandet av kol- och kolväteinnehållet i skiffrarna. Stora summor måste i så fall sättas in innan en process är färdig för praktisk drift och de svenska skiffrarna har mindre goda egenskaper, framför allt låg kolhalt och hög svavelhalt. Det är icke uteslutet att utländsk och svensk utveckling av olika metoder för pyrolys, förvätskning eller förgasning av andra energiråvaror kunde drivas så att metoderna även blir intressanta för tillvaratagande av svensk skiffer. Detta kommer emellertid att ta tid och något eget utvecklingsarbete på just skifferförbränning, -förgasning och -förvätskning bör alltså icke företas.

Mer intressant är dock utnyttjande av lakrester efter uranutvinning ur skiffer, framför allt i Ranstad. Mängden skifferlakrester som kommer att produceras de närmaste åren är liten men därest en storskalig brytning och en storskalig produktion av uran kommer till stånd blir detta en intressant möjlighet. Här föreligger flera projektförslag men miljöproblemen är icke helt lättlösta. Oavsett om ett svenskt FoU-program på utnyttjande av lakresterna för energiproduktion kommer till stånd och energianläggningar därvid uppbyggs bör emellertid lakrester som nu faller vid driften i Ranstad deponeras så, att de medger framtida utnyttjande för energiproduktion från kolinnehållet. Det finns också vissa förekomster av grafitskiffer i Vittangiområdet, vilka skulle kunna utgöra råvara för ett tillskott till den svenska elproduktionen vid väntade prisnivåer på olja i framtiden. Den geologiska kännedomen om förekomsterna är ännu bristfällig. Provundersökningar har visat att askinnehållet är stort men att en förgasning i flytande bädd är väl möjlig. SGU har framfört förslag om ett begränsat borrprogram omfattande 5 å 10 diamantborrhål inom de större förekomsterna i avsikt att skaffa fram ett gott underlag för mera noggranna tekniska och ekonomiska bedömningar.

Redogörelseför delområden 23

Projektförslag

Tre skilda projektförslag har diskuterats under hearings. Det första har utarbetats inom Stiftelsen för Värmeteknisk forskning vid KTH och avser en studie av möjligheterna att bygga skiffereldade kraftverk baserade på i första hand lakrester från Ranstad. I olika alternativa utföringsformer skulle här kunna antingen utvecklas ett virvelbäddbaserat ångkraftverk, ett gasturbinkraftverk eller en anläggning för gasgenerering. Huvudproblemen torde vara möjligheterna att hålla nere svaveldioxidutsläppen och att få en godtagbar ekonomi. Kontakter har tagits med bl a Statens Vattenfallsverk och olika organisationer inom energiområdet. En anslagsansökan har ingivits till STU. Vissa leverantörskontakter har också tagits. Utvecklingskostnaderna bedöms vara 16 Mkr till första pilotanläggning och en andra pilotanläggning skulle kosta 30 Mkr. En årskostnad på 3 Mkr under inledningsfasen anges.

Ett andra projekt har framlagts av AB Atomenergi i en promemoria 1974-02-28 och i form av ett projektförslag (Dnr 80). Projektet avser förgasning av lakrester i Ranstad och andra svenska skiffrar samt distribution och konsumtion av syntetisk gas. Som en tredje punkt redovisas gasframställning i en högtemperaturreaktor. Arbetsinsatsen fram till halvstor skala beräknas vara 20 manår till en kostnad av 4,5 Mkr plus 10 Mkr för investering i den halvstora anläggningen.

Ett tredje projekt (Dnr 204) har framlagts av Institutet för lnnovationsteknik och avser sex delprocesser nämligen pyrolys för gas- och oljeavdrivning, fluidiserande rostning, autooxidation av svaveldioxid, uranutlakning och separation, tillverkning av cellkeramik och slutligen gipsframställning ur svavelsyran. Utvecklingsarbetet under 2 l/2 ä 3 år beräknas kosta ca 2 Mkr. Några investeringskostnader för försöksanläggningen är icke angivna.

24 Kap 1. Energirâvaror och energiprocesser SOU 197473

Resursbehov

Sammanfattningsvis kan man konstatera att två projekt synes motiverade, ett avseende en energiutvinning ur lakrester från Ranstad och ett andra en förberedande studie geologisk av Vittangiförekomsten. Totalramen för dessa två projekt kan beräknas bli ca 3 Mkr/år under en första treårsperiod, investeringskostnader i försöksanläggningar oräknade. Därefter torde tillräckligt underlag för ett beslut föreligga om en vidareutveckling i större anläggningar.

1-2-4 §2ssiss§s22és_êy_s9:z

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Bränntorvförrådet i södra Sverige beräknas motsvara 700 Mtoe. Torvmossarna i övriga Sverige motsvarar 4 000 Mtoe. Torv är en miljövänlig bränsleråvara med låg svavelhalt och kan nyttiggöras som bränntorv eller som t ex råvara för produktion av syntetiska bränslen.

Torvmossarna håller en fukthalt över 90 Z. Torven måste torkas till 50 Z fukthalt för att kunna nyttiggöras som bränsleråvara. Torkning i fria luften är det enda möjliga i dag och tillämpas vid tillverkning av maskintorv resp frästorv.

Vid maskintorvmetoden grävs torven upp t ex med skopelevator och formas till stycken som får torka på mossens yta. Två skördar erhålles per säsong. Vid av fräsframställning torv fräser man upp ett 5-20 mm tjockt skikt med hjälp av en bred fräs. Det uppfrästa skiktet vändes med harv flera gånger till dess man kommit ner till en fukthalt Z. på 40-55 Frästorven är billigare i produktion än maskintorven men lämpar sig mindre väl för förgasning etc på grund av den luckra konsistensen.

Speciella maskintyper för produktion av maskintorv har utvecklats särskilt efter krigsåren i början av 1940-talet. I samarbete mellan AB Svensk Torvförädling och ÖEF ägde ett

Redogörelse/ör delområden 25

ganska omfattande utvecklingsarbete rum under 1960-talet just i fråga om maskintorv. Statsanslag utgick ur den dåvarande s k bränsleforskningsfonden med l Mkr. Maskinutför torvtäkt i olika skalor utvecklades - dels rustningen s k enmansmaskiner anpassade till normalt förekommande traktortyper och avsedda för drift i kombination med jordbruk/skogsbruk (årsproduktion kanske 2 000 - 3 000 ton), dels maskinkombinationer (upptagare, vändare, hopsamlare) för drift i mera industriell skala.

Den svenska är inriktad på odlingstorv med torvproduktionen AO kr/ton 50 Z-ig frästorv. Torvproduktionskostnad omkring eldade kraftverk förekommer i Sovjetunionen, Finland och Irland, och även i Sverige pågår visst utredningsarbete på sådana projekt.

Torvtäkt i stor skala i Sverige kommer att råka i konflikt med naturskyddsintressena. Torvmossarna täcker omkring 15 Z av Sveriges och det borde därför vara möjligt att komma yta överens om ett nyttiggörande av en mindre del av denna yta för energiproduktion.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Man bör inte värdera torven som bränsleråvara med utgångsi nuvarande Kostnaden för torvpunkt produktionskostnad. täkt från en nivå kr/ton år i Sverige har stigit på 10-12 1956 till 40-50 kr/ton 1974. I Finland upptas emellertid torv till en kostnad på ca 20 kr/ton. Ett mål borde vara att utvecklingsinsats komma fram till genom en koncentrerad metoder och utrustning som medger en produktionskostnad i området 10-20 kr/ton vid storskalig utvinning. Torven skulle därvid bli ett bränsle. Transportkostnaderna för billigt torv blir emellertid höga och torven måste därför utnyttjas i närheten av mossen där den tas upp.

är en billig så till vida att ener- Lufttorkningen process för står gratis till förfogande. Å andra gin torkningen sidan blir torvutvinningen säsongbetonad med produktion under endast l/3 av året. En billig artificiell metod för

26 Kap I: Energirâvaror och energipracesser sou |974;73

torkning av torv skulle möjliggöra produktion året runt. Detta skulle ge en jämn permanent och förutsysselsättning sättningar för anskaffning av mer kvalificerad maskinell utrustning som inte skulle behöva stå för fäfot 2/3 av året.

Om lufttorkningsmomentet faller bort kan torven tas upp i massiva sjok och avrymmas till låg kostnad. Man borde under sådana förhållanden kunna komma ner på en nivå under lO kr/ COD.

En möjlighet som nu är föremål för förstudier är att utnyttja spillvärme från kärnkraftverk för torkning av torv. Man avvattnar då torven genom pressning till ca 75 Z vattenhalt och använder sedan torven som kylmedel i kyltorn eller fluidiserande bäddar vid kraftverk. Ett kärnkraftverk på l 000 MW elektrisk effekt skulle kunna medge en torkning av ca 5 Mton torv per år räknat som torrsubstans. Ett andra utvecklingsmål bör alltså bli en effektiv process för utnyttjande av spillvärme för torkning av torv i stor skala.

Torvtäkten innebär emellertid miljöproblem. Torvprogrammet måste därför inrymma studier av vilka mossar som kan komma i fråga för torvtäkt, hur miljöpåverkan av torvupptaget skall kunna minskas och hur de utvunna torvmarkerna senare skall kunna återföras till skogsproduktion. Från miljöhåll har man hävdat att endast en mycket ringa del av Sveriges totala torvmarker får koma i fråga för intensiv torvtäkt. Programmet kan därför icke ges alltför stor omfattning och man bör i stor utsträckning bygga på samarbete med andra länder t ex Finland och Irland. Det vore vidare en stor fördel om torven kunde omvandlas till flytande eller gasformiga bränslen och ett utvecklingsmål borde ytterligare alltså vara förgasning av torv och framställning av metanol ur sådan gas. Det framtida av torv nyttjandet i Sverige kommer att begränsas dels av miljöhänsyn, dels av den tekniska utvecklingen och den därmed förknippade ekonomin. Man kan grovt räknat säga att per procent mosstäktareal som engageras för torvtäkt kan produceras en energimängd motsvarande 2 Mtoe/år under ungefär en 20-årsperiod.

Redogörelse/ör delområden 27

Projektförslag

skisseras till de ovan angivna De projekt som kan anknyter Ett antal förslag har framkommit vid komutvecklingsmålen. mitténs förhör men är som regel av mindre genomgripande karaktär. utredning bör ägnas frågan om ett Ytterligare nationellt I avvaktan på detta kan följande torvprogram. projekt anges: - Studier avseende metoder och maskiner för utvinning av torv samt utveckling av torkningsmetoder som medger torkning året runt. - av torv vid samtidig kylning av turbinånga Torkning från värmekraftverk. - av torv för förbränning i fluidiserad bädd Pelletering (Dnr 119). - av torv samt framställning av metanol ur syn- Förgasning tesgas från torv.

Resursbehov

Det totala torvprogrammets omfattning för tioårsperioden är svår att men torde ligga inom området 10 ä 20 uppskatta Mkr vartill kommer investeringsbidrag för uppförande av En initialinsats på utredning, förförsöksanläggningar. studier och forskning bör ha omfattningen av grundläggande l Mkr första 1,5 Mkr andra och 2 Mkr tredje året. året,

1.2.5 Nyttiggörande av ved och hyggesavfall

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Det totala virkesbeståndet motsvarar i lufttorkat tillstånd 500 Mtoe vilket är en storleksordning mindre än torvmossarnas bränsleinnehåll. Bruttoavverkningen svarar mot ungefär halva oljeimporten. Mycket lämnas kvar i skogen som hyggessvarande mot 20 Mton torrsubstans årligen. Moderna avfall, maskinella metoder för som nu är under utskogsavverkning att ta tillvara åtminstone hälften provning ger möjlighet av detta avfall i form av flis.

lider brist fiberråvara och ser därför Skogsindustrin på helst att som möjligt av råvaran kan användas för så mycket

28 Kap 1. Energirâvaror och energiprocesser sou 197473

produktion av fiberprodukter och spånskivor.

Kostnaden för tillvaratagande av flisen med moderna metoder motsvarar ett ekvivalent

oljepris på omkring 150 kr/m3 om

flisen skulle användas som bränsle. Det lönar dock bättsig re att nyttiggöra även denna råvara för fiberproduktion i första hand och i stället importera för olja skogsindustrins behov av energitillskott. Skogsindustrin har också sedan länge använt avfall såsom bark och avlutar för energiproduktion och kemisk produktion.

Ved är en bränslereserv som tas till vid så avspärrningar som skedde under andra Metoder har därvid världskriget. utvecklats för av ved, förgasning s k förugnar, samt i gengasaggregat för fordon.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Det är önskvärt av beredskapsskäl att skaförutsättningar pas för att man vid behov skall kunna en stor nyttiggöra del av virkesproduktionen, som bränsleråvara säg hälften, som ersättning för bortfall av importerade bränslen såsom

olja och eventuellt kol. Det naturliga är att konhärvidlag vertera det fasta vedbränslet till bränsle t ex flytande metanol. Om man bygger upp en inhemsk av produktion flytande bränslen från importerade kol bör således den inhemska vedråvaran vid behov kunna sättas in i stället för importkolen. Ett mål är därvid att utveckla en process för produktion av syntesgas för metanoltillverkning från inhemsk vedråvara i anslutning till en kolbaserad anläggning.

Projektförslag

Utöver mera konventionella projekt som torde omhändertagas av industrin föreligger endast egentligen ett, nämligen det redan omnämnda: - Produktion av syntesgas ur vedråvara för framställning av flytande bränslen företrädesvis metanol.

Redogörelse/ör delområden 29

Resursbehov

Behovet av forskning och utveckling för detta projekt är relativt och kan uppskattas till ca 0,5 Mkr/år unblygsamt der en treårsperiod. Därtill kommer emellertid avsevärda medel för av försöksanläggningar, omfattande föruppförande ugn, förbränningsugn för flis och gasgenerator. Maskininvesteringen här uppskattas till ca 15 Mkr och driftkostnaderna under till ca 10 Mkr. Dessa medel bör en treårsperiod då anvisas som investeringsbidrag för försöksanläggningen.

1 - 2 - 6 än:iggåsâeásâx/-ágxébzyäâêyâêll

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Jordbruket är en storproducent av bränsleråvara. Volymen är lika stor som mängden åtkomligt hyggesavfall d v s ungefär sammanlagt omkring 10 Mton torrsubstans från gödsel och halm. Betraktat som bränsleråvara svarar detta avfall mot 3 Mtoe/ år i form av gas eller flytande bränsle. Halmen borde kunna i anläggningar avsedda för nyttiggörande av nyttiggöras torv, grönflis och hushållsavfall när transportekonomin så tillåter. Halm kan också nyttiggöras tillsamans med gödsel i anläggningar anpassade för gödselråvaran. Gödsel innehåller också rätt stora mängder halm. Problemet med gödseln är dess höga vattenhalt som är ungefär samma som för torv eller 92 Z. Gödseln förekomer dessutom på många små lokaler och genereras kontinuerligt. Gödseln är därför ur många synpunkter ett sämre alternativ än torv. Å andra sidan utgör gödseln ibland ett miljöproblem, skadar grundvatten etc.

Mellanvärdegas innehållande 50 Z metan eller något däröver kan produceras genom rötning av gödsel i rötkamare. Denna metod har praktiserats på många håll i världen för lokal energiförsörjning. Med nuvarande teknik blir kostnaderna höga vid mindre och medelstora kreatursbesättningar. Arbetet är heller inte riskfritt, förgiftningar har inträffat.

Det bör emellertid påpekas att jordbruksavfallet har stor betydelse som jordförbättringsmedel och att en återföring

30 Kap I: Energirâvaror och energiprocesser

av en stor del av både halmen och gödseln redan sker för att bilda humus och tillföra näringsämnen i den brukade marken. Man bör därför icke sätta alltför stora förhoppningar till möjligheten att nyttiggöra jordbruksavfall för energiproduktionen.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Jordbruksavfall skulle kunna användas för lokal generering av värme och gas, eventuellt metanol, i jordbruket. Man kan vänta att för framförbränningsanläggningar värmeproduktion kommer kommersiellt liksom också rötningsanläggningar för gasproduktion. Målet för arbetet med jordbruksavfallet bör därför icke sättas högre än en studie önskvärdbelysande heten av en återföring av jordbruksavfallet i jordförbättrande syfte alternativt produktion av energi för lokal användning. Först när resultatet av en sådan studie föreligger kan man ta ställning till ett vidare program för jordbruksavfallets utnyttjande för energiproduktion.

Projektförslag

- Analys av naturgödselns roll i jordbruket jämfört med dess användning som energiråvara.

Resursbehov

Detta projekt torde endast kräva ca l års arbete av en utredare och kosta i storleksordningen 100 000 kronor under detta år.

1.2.7 Nyttiggörande av hushållsavfall

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Hushållsavfallet är i första hand ett miljöproblem som uppmärksammats senare än vatten- och luftföroreningarna. Det faller ungefär 4 Mton hushållsavfall per år i landet med ett energiinnehåll på omkring 10 kJ/kg. Detta motsvarar totalt ca 1 Mton olja.

Redogörelse för delområden 31

En statlig utredning (ref 2) har nyligen uppskattat de praktiska möjligheterna att utvinna denna energi till betydligt lägre belopp.

Hushållsavfallet behandlas i stort sett fortfarande på samma sätt som vid seklets början genom deponering, kompostering och förbränning. Merparten hamnar på soptipparna på ett sätt som förstör miljö, mark och grundvatten. Deponeringen är den skenbart billigaste metoden om man bara tar hänsyn till de direkta kostnaderna och bortser från de negativa effekterna.

Förbränning är ett sätt att destruera avfallet och reducera dess volym men är en dyrbar metod. Kostnaderna kan dock reduceras genom återvinning av energin i rökgaserna i en ångpanna. Många sådana sopförbränningsstationer är i drift i Tyskland och USA liksom i Sverige, t ex Högdalens sopförbränningsstation. Förbränningsanläggningar är dyra och drabbas ofta av driftstörningar med låg tillgänglighet som Ett sätt att reducera dessa problem är att använda följd. hushållsavfall som tillsatsbränsle exempelvis till kolpulvereldade kraftverk.

Det bästa sättet att konvertera avfallet torde vara till eller flytande bränsle. Ett stort antal procesgasformigt ser för detta är under utveckling i USA och även i Sverige. Det förefaller som om förgasningsprocesserna är mest lämpade för hushållsavfallet även om det är möjligt att genom och/eller framställa olja ur avfallet. En hydrering pyrolys STU-kommitté har funnit att schaktugnen är den lämpligaste typen för pyrolys av hushållsavfall och rekommenderar prov i fullstor skala. AB Motala Verkstad har genomfört ett föroch utvecklat ett system kallat Motala Pyrogas. söksprogram En första anläggning är beställd och kommer att användas för ett begränsat försöksprogram. Den termiska verkningsrenare än från en graden är hög och rökgasen väsentligt konventionell sopförbränning. Kostnaderna är också lägre. Behov föreligger av ett pyrolyssystem som har större kapacitet bränslevärde att anoch som kan producera gas med högre vändas som stadsgas eller för konvertering till syntesgas

32 Kap 1: Energiråvaror och energiprocesser

flytande bränsle. Regionplanekontoret vid Stockholms läns landsting planerar att successivt eliminera ett 30-tal tippar i regionen till förmån för en eller två stora behandlingsstationer, och man förutser att år 1985 därur kunna producera t ex flytande bränsle. KTH:s institution för kemisk teknologi har utarbetat en process kallad Ferrugasprocessen avsedd för pyrolys och förgasning av hushållsavfall och andra fasta bränslen till eller mellangas syntesgas utan tillförsel av syrgas.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Det synes angeläget att goda metoder för behandling av det fasta hushållsavfallet i Sverige utarbetas snarast möjligt även utan avseende till Prov med energiförsörjningsfrågan. praktisk drift i större skala av de utarbetade processerna bör snarast komma till stånd. Man bör då köra en eller flera gasgeneratorer under varierande betingelser och på avfall med olika sammansättning och olika tillsatser för att kunna planera för framtida anläggningar. Ett andra mål är att skapa förutsättningar för pyrolys i större skala till lägre kostnader och med inriktning på en bättre gas. Det är också betydelsefullt att utreda hur gasen skall nyttiggöras och möjligheterna att använda kombinationer av avfall med andra bränslen. Ytterligare ett mål för utvecklingsarbetet vore en metod för produktion av mellanvärdegas från hushållsavfall genom rötning. I detta fall bör en kombinerad process avseende såväl fast hushållsavfall som rötslam från reningsverk vidareutvecklas. Med hänsyn till de relativt begränsade energimängder som kan utvinnas från hushållsavfallet torde en väsentlig del av forsknings- och utvecklingskostnaderna få skrivas på miljövårdens konto. Därmed måste också beaktas alla problem som uppkommer genom avfallets innehåll av tungmetaller, kemiskt avfall och andra föroreningar.

FoU-program

FoU avseende avfallsbehandling bör drivas som ett sammanhängande program eller storprojekt, vari energiåtervinningen

Redogörelse/ör delområden 33

ingår som ett delprojekt. En första treårsperiod bör inrymma uppbyggnad av en försöksstation jämte teknisk grundforskning över hela fältet från teknik för insamling och transport till studier av förgasning. Försöksstationen byggs upp kring en gasgenerator av Motalatyp.

Om programmet avseende en tredje generationens förgasningsprocess ger ett positivt resultat byggs en demonstrationsanläggning på samma plats. Arbetet skall i så fall resultera i specifikationer för en fullstor produktionsanläggning som skall kunna tas i drift 1985, förslagsvis i Stockholmsregionen. Högdalens sopförbränningsstation är en lämplig plats för denna försöksstation med möjligheter till tekniskt samarbete med institutioner och laboratorier i Stockholm. Det föreligger också ett intresse inom Stockholms kommun och Stockholms län för en sådan verksamhet.

Projektförslag

Vid hearings och i enkätsvar har framförts önskemål om försöksverksamhet på detta område som kan samanfattas med följande rubriker: - Inrättande av en försöksstation för i första hand pyrolys av hushållsavfall men med möjlighet att också evaluera andra bränslen. - Förstudier avseende för av Ferrugasprocessen förgasning fasta avfall och andra fasta bränslen. - Teknisk-ekonomisk av centraliserad kontra decenanalys traliserad behandling av fast avfall. - för Förutsättningen produktion av syntesgas genom förgasning av hushållsavfall med beaktande av eventuell förekomst av katalysatorgifter. - lnverkan av olika mekanisk för förbehandling förgasningsförlopp och förbränningsförlopp. - Fullskaleförsök med hushållsavfall som tillsatsbränsle till existerande industriella förbränningssystem.

Resursbehov

Medelsbehovet för ett program avseende nyttiggörande av hushållsavfall blir stort beroende främst på att stora försöksanläggningar måste uppföras. En enda stor förbrännings-

34 Kap 1. Energirávaror och energiprocesser sou 197473

station ligger i prisklassen 25 Mkr med driftkostnader på ca 10 Mkr/år. Från AB Motala Verkstad har framförts önskemål om statligt stöd för uppförande av en försöksanläggning enligt deras system till en kostnad av 5-6 Mkr i anslutning till värme- eller kraftanläggningen hos någon kommun eller industri.

Forsknings- och utvecklingsarbete därutöver torde böra bedrivas till en omfattning motsvarande ca l Mkr/år under hela den framförliggande tioårsperioden. Därutöver kommer kostnader för industrins eget forsknings- och utvecklingsarbete jämte kommunala investeringar för avfallshantering.

1.2.8 Bränsleceller

Teknikens nuvarande ståndpunkt

De utvecklingsarbeten som bedrivits sedan 1960-talets början på bränsleceller för i första hand tillämpningar inom rymd- och försvarstekniken syns nu resultera i produkter och processer som kan bli av betydelse för energiförsörjningen mot slutet av seklet och in på 2000-talet. Några omedelbara effekter kan man dock inte vänta beroende på att systemomställningarna kräver lång tid.

Pratt & Whitney Aircraft i USA bygger vidare på den bränslecellteknik som utvecklades för de amerikanska månskeppen och är nu tillsammans med den amerikanska kraftindustrin engagerat i ett stort utvecklingsprojekt avseende bränslecellkraftverk. En första demonstrationsanläggning på 26 MW skall levereras och evalueras 1978 varefter följer leverans av 56 likadana enheter till ett uppgjort pris på 800 kr/kw. Detta pris avser en komplett enhet. Den låga anläggningskostnaden, den höga verkningsgraden även vid små enheter och framför allt den stora miljövänligheten gör dessa bränslecellkraftverk särskilt lämpade för s k dispersa energisystem som är ett alternativ och komplement till system med stora centrala kraftverk.

Vidare är Exxon (Esso) i USA och Alsthom i Frankrike

Redogörelseför delområden 35 sou 197473

engagerade i utveckling av metanolluftceller för fordon 100 Mkr). Metanolluftcellen är på sikt ett in- (projektram tressant alternativ också för kraftverk.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

utveckling utomlands, särskilt Pratt & Whitney Air- Pågående crafts kraftverksprojekt, bör följas upp och förutsättninför en introduktion av denna teknik i Sverige bör värgarna deras mot den specifika svenska försörjningsbakgrunden. Teknisk grundforskning bör drivas avseende såväl lämpliga elektrodmaterial som alternativa systemkoncept vilka anpassas till inhemska bränslen. Detta arbete bör associeras med motsvarande utvecklingsinsatser avseende bränslecellsystem för traktionära tillämpningar, särskilt metanolluftcellen. Mål är bränslecellmoduler för en kostnad på omkring 200 kr/ kw och en livslängd överstigande 5 år. Detta ger också underlag för bedömning av alternativa framtida energisystem med inslag av gas- alternativt metanolekonomi.

Projektförslag

Projektförslag har ingivits som harmonierar väl med det föreslagna programmet. Projektförslagen avser i allmänhet inte hela utan i första hand de närmaste tre tioårsperioden åren. Bland förslagen kan nämnas: - Teknisk avseende elektrodmaterial för grundforskning bränslecellkraftverk (Dnr 135). - Metanolluftbatterier för fordon.

Resursbehov

Detta arbete är att se som teknisk grundforskning på sikt och bör stödjas med statliga medel inom en ram på l Mkr/år under hela tioårsperioden.

36 Kap 1: Energirâvaror och energiprocesser

1.2.9 Elektriska ackumulatorer

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Alltsedan Waldemar Jungners dagar har ett betydande utvecklingsarbete ägt rum i Sverige särskilt på alkaliska batterier och på blybatterier. Blybatteriet har hittills varit den dominerande strömkällan för truckar och elbilar med en prestandanivå på omkring 20 Wh/kg vid l timmes urladdning. Prototyper av förbättrade blybatterier, nickeljärnbatterier och nickelvätebatterier ger i dag ungefär dubbla prestanda dvs 40 Wh/kg, vilket är av stor betydelse för en introduktion av eldrift i större omfattning. Prototyper för järnluftbatterier som utvecklats i Sverige ligger på nivån 50-60 Wh/kg vid 5 timmars urladdning och kommer inom en nära framtid att förbättras mot nivån 80 Wh/kg. Strömkällor med goda prestanda kommer således att vara tillgängliga inom ett fåtal år. Det finns anledning att stödja den fortsatta utvecklingsverksamheten som kan leda till bättre miljö och lägre energikonsumtion samt till en livskraftig exportindustri.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Elbilen behöver billiga och energirika batterier. De elektriska ackumulatorernas höga verkningsgrad ger många tilllämpningar i de framtida energisystemen bl a som utjämningsbatterier vid kraftstationer.

Det är svårt att skilja på utvecklingsmål i fråga om miljö och i fråga om energi vad gäller strömkälleutvecklingen. Pâ kort sikt torde miljöeffekten vara av större betydelse. Arbetsmiljön i verkstäder och gruvor kan förbättras avsevärt med elektrisk drift med nya energitäta strömkällor. På grund av den långa tid som erfordras för en systemomställning mot eldrift i stor skala måste ett FoU-program i första hand skapa förutsättningar för en senare övergång till eldrift. Man kan därvid fästa mindre avseende vid energibesparingar på kort och medellång sikt. Det är därför angeläget att bedriva den fortsatta utvecklingen av järnluft-

Redogörelse/ör delområden 37

batterier i oförminskad takt även om denna strömkälla primärt inte kan förbättra energibalansen.

Arbete bör också bedrivas på blybatterier, zinkbatterier och järnnickelbatterier som inte lovar så höga prestanda som metalluftbatterierna men i gengäld har högre energiverkningsgrad och i övrigt egenskaper som gör dem särskilt väl lämpade i fordonstillämpningar och som utjämningsbatterier.

Projektförslag

Bland projektförslagen kan nämnas: - Studier för utveckling av utjämningsbatterier. - Systemanalys av blybatterier för fordonstillämpningar (Dnr 146). - av ett Framtagning nytt nickeljärnkoncept, det s k Superfenikonceptet för fordonstillämpningar. - Teknisk avseende grundforskning zinkelektroder (Dnr 216). - Analys och uppföljning av högtemperaturbatterier samt fortsatt utveckling av järnluftbatterier (Dnr 106, 149, 214, 215).

Resursbehov

Man kan vänta att en betydande del av kostnaden för utvecklingsarbetet kan bäras av industriföretag. Till en del är arbetet dock av grundforsknings- och utvecklingskaraktär som bör stödjas med statliga medel inom en ram på ca 1,5 Mkr/år under hela tioårsperioden. Projekten bedrivs dels vid institutioner,de1s vid företag som har erfarenhet av sådant arbete, t ex Svenska Utvecklingsaktiebolaget, Nife- Jungner AB, AGA AB (AB Tudor), NOACK AB och eventuellt andra företag samt strömkällegrupperna vid KTH och vid Försvarets forskningsanstalt. Anslutande forskning kan förläggas till andra institutioner vid universitet och högskolor.

38 Kap I: Energirâvarør och energiprocesser

1-2-10 §z§_s9szgi§x§2se

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Den s k väteekonomin diskuteras en hel del för närvarande. I en spekulativ och renodlad utföringsform användes kärnkraftvärme för att i kemiska processer klyva vatten i sina beståndsdelar väte och syre. Väte tjänar som universalbränsle och transporteras i rörledningar eller i flytande form till förbrukarna. Storförbrukare som bränslecellkraftverk och processindustri förses också med syre från vattenklyvningen vilket distribueras på samma sätt som vätet.

Väte kan även produceras på rent kemisk väg och ett omfattande utvecklingsarbete på detta pågår utomlands.

Förespråkare för väteekonomi betonar de låga distributionskostnaderna jämfört med distribution av elektrisk energi, miljövänligheten och beroendet av fossila bränslen. Miljövänligheten har två orsaker, dels bortfaller luftledningar för elkraft och dels nyttiggöres dessa bränslegaser vid kemotermisk reaktion (förbränning) eller kemoelektrisk (bränsleceller) med ringa luftförorening.

Även andra energibärare diskuteras, såsom metanol, ammoniak och syntetiska bränslen snarlika dagens eldningsolja och motordrivmedel. Metanol kan tillverkas från fasta bränslen med en termisk verkningsgrad på 65 Z varvid den tyngsta posten i produktionskalkylen utgöres av det fasta bränslet. Det är kanske fel att tala om ett nytt energisystem i samband med metanol. Metanol kan upptas av det existerande systemet både i distributionsledet och förbrukningsledet med förhållandevis ringa modifikation. Metanol kan i en första etapp blandas med motorbensin i en mängd på ungefär 30 Z varigenom blytillsatsen kan elimineras och motorbränslets egenskaper i övrigt förbättras. Metanol borde också kunna användas t ex i villapannor eller oljeeldade värmekraftverk. Metanol kan också användas i gaseldade installationer och är därmed något av ett universalbränsle. Metanol kan dessutom få stor användning för nitratreduktion

Redogörelse/ör delområden 39

i För närvarande importeras 120 000 ton metaavloppsvatten. nol till Sverige per år som råvara för plastindustrin.

De olika energibärarna kan väl utnyttjas i s k dispersa som karaktäriseras av att den tunga delen av energisystem energitransporten sker med gasformiga eller flytande energibärare varefter konverteringen till elektrisk energi sker nära konsumenten t ex i bränslecellkraftverk. En extrem form härvidlag är att varje fastighet är försedd med sitt eget elektricitetsverk varvid förlustvärmet utnyttjas för Dispersa energisystem ger fördelar fastighetsuppvärmningen. i fråga om miljövänlighet, låga distributionskostnader, redundans och nyttiggörande av förlustvärmet i förekommande fall. Dispersa system kan utvecklas inom ett etablerat system med stora centrala kraftverk.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

En import av naturgas till Sverige och uppbyggnad av ett gasnät innebär en naturlig början på en gasekonomi med tillsats av naturgas tillverkad företrädesvis från insyntetisk hemska bränslen alternativt importerade kol. Naturgasfrågan ligger emellertid utanför ramen för detta avsnitt (se kap A 3).

En konvertering av kol eller inhemska bränslen till gas för distribution i ett gasnät är ett mera avlägset liggande proför svensk del. Ståndpunkt till forskning och utveckgram för ett sådant program bör tas sedan man sett huruvida ling naturgasen kommer att introduceras i Sverige över huvud eftersom uppbyggandet av ett särskilt gasnät baserat taget på syntesgas icke torde vara motiverat. En mera närliggande är emellertid att förädla naturgas eller mellanmöjlighet som framställs från kol eller avfall, till synvärdegaser, tesgas och därur framställa metanol för distribution i tankvagn. Metanol kan, som tidigare anförts, införas successivt i existerande utan stora engångsinvesteringar. Metasystem nol kan också lagras enkelt. Man bör satsa avsevärda resurser på en studie av en metanolförsörjning för svensk räkning baserad även på inhemsk metanolproduktion.

40 Kap 1: Energirävaror och energiprocesser

Det är också nödvändigt att i detalj utreda förutsättningarna för produktion av metanol inom Sverige. Tekniken kan i stor utsträckning köpas utifrån men en uppbyggnad av inhemsk kompetens bör ske som en förberedelse till ett svenskt metanolprogram. Som ett led i detta bör man bygga en försöksanläggning för metanolproduktion och senare uppföra en fullstor anläggning att tas i drift 1985. Det är mycket möjligt att en väsentlig del av vår med flytande bränsförsörjning len, speciellt för fordonsdrift, kan baseras som på metanol då till en del importeras men även till en del tillverkas inom landet.

Projektförslag

Specifika projektförslag avseende insatser på nya energisystem har inte inkommit men däremot har ett stort mycket intresse uttryckts vid hearings och på annat sätt varvid man understrukit det angelägna i att och utveckforskning ling initieras på området.

- Studier av metanol som tillsats till motorbensin resp som enda drivmedel. - av metanol Värdering som bränsle för lokaluppvärmning och elproduktion. - Värdering av metanolanvändningens miljöeffekter och hälsorisker. - Studier av en successiv övergång till en metanolekonomi, särskilt med avseende på distribution och lagring. - Analys av möjligheterna att etablera metanolproduktion i Sverige för den kemiska industrins behov och för drivmedelsförsörjning. - Försöksanläggning för produktion av metanol i stor mängd från inhemska bränslen till grund för konstruktion och upphandling av fullstora processystem (Dnr 199). - Ekonomiska studier av metanolförsörjningen.

Resursbehov

En väsentlig del av utvecklingsarbetet kan bekostas av industrin men de som projekt nämnda studierna bör genomföras med statliga medel. Investeringsmedel bör också ställas till förfogande för försöksanläggning för metanolproduktion. För forskning och utveckling torde böra ställas till förfogande 2 Mkr/år under hela tioårsperioden. De utredningar som benämns studier i projektlistan kan bedrivas vid olika hög-

Redogörelseför delområden 41

skolor och universitetsinstitutioner och vid IVA. Ett intimt samarbete med industrin måste etableras.

1.2.1l Magnetohydrodynamiska (MHD-) generatorer

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Magnetohydrodynamiska generatorer innebär ej någon ny energikälla utan kan betraktas som en termisk maskin som är mera effektiv än tidigare använda. I princip åstadkommer man en elektrisk ström mellan tvâ elektroder med hjälp av upphettad gas med en temperatur av ett par tusen grader, vilken får strömma mellan elektroderna. Det existerar redan mycket stora prototypanläggningar på effektnivån 20 å 30 Mwe. Den för närvarande största är en 25 Mwe anläggning utanför Moskva, i drift sedan 1971. Kommersiella användningar av MHD-generatorn kräver dock aggregatstorlekar över 100 Mwe och prototyper till dessa kan inte väntas förrän i slutet av 1970-talet.

Kraftverk med MHD-generatorer har sitt främsta användningsområde för topp- och mellanlastproduktion (drifttider upp till ca 2 000 timmar/år) i konkurrens med olje- och kolbaserade ångkraftverk. Däremot kan de ej konkurrera med kärnkraftverk för bottenlastproduktion.

Forskningen på MHD-generatorer gäller främst tekniska frâgor och materialproblem, i mindre utsträckning teoretiska och plasmafysikaliska problem. Utveckling krävs av delvis nya teknologier beträffande högtemperaturmaterial, högtemperaturvärmeväxlare, supraledande magneter, växelriktare och kaliumåtervinning.

Kring den stora MHD-anläggningen utanför Moskva har byggts upp ett bilateralt rysk-amerikanskt samarbete. Till detta ansluter sig nu den tredje stormakten på MHD-området, Polen.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

AB Atomenergi har i särskilt yttrande beskrivit ett projekt som har till mål att inom en femårsperiod skapa underlag

42 Kap 1: Energirâvaror och energiprocesser

för ett beslut beträffande ett MHD-prototypkraftverk för toppkraftproduktion i storleken 50-100 Mwe. Man avser att om möjligt bedriva arbetet i nordiskt samarbete. Arbetet skall även omfatta en fördjupning och utvidgning av övriga internationella kontakter.

Under ett mångårigt arbete har man från svensk sida kunnat arbeta upp mycket goda internationella kontakter, vilket har medfört att man kunnat få ta del av mycket stora beräkningsprogram till ringa kostnad.

Program för FoU, projektförslag

Det av AB Atomenergi beskrivna projektet är uppdelat på fem faser: Fas 1: Studium av lämpliga MHD-kraftverksprocesser. AB Atomenergi har nyligen lagt fram ett förslag till MHDkolförgasningsprocess vilken även ger möjligheter till energilagring. Fas 2: Systemstudier samt anpassning av valda processer till landets speciella förhållanden. Fas 3: Val av lämpliga experimentella undersökningar. Fas 4: Uppbyggnad av experimentanläggningar samt genomförande av experiment. Fas 5: Utvärdering, framtagning av prototypunderlag.

»Fas 4 kan vara avslutad år 1978, och man bör då ha ett underlag för beslut angående en prototyp. Därefter vidtager mera kostsamma prototyputvecklingsarbeten med sikte på idrifttagning av en prototyp i mitten av 1980-talet. Förslag till FoU-projekt från AB Atomenergi föreligger: - Experimentellt och teoretiskt studium av MHD-kraftverk med speciell hänsyn till ny typ av kolgaseldat kraftverk (Dnr 190).

Resursbehov

Enligt projektförslaget är medelsbehovet under 1975/764 0,6 Mr och därefter under 4 budgetår 1,2 Mkr/år, dvs totalt 5 ä 6 Mkr. Personalinsatsen beräknas till ca 20 manår vilket innebär ett personalbehov på 4 ä 5 personer.

Redogörelse/ör delområden 43

Från industriellt håll (ASEA) har betonats att en statlig satsning är angelägen beträffande grundläggande forskning som syftar till att finna billiga högtemperaturbeständiga material respektive en tillräckligt billig supraledande Statens vattenfallsverk har visat principiellt inmagnet. tresse för studium av MHD-kraftverk, och man anser att i det fall att kärnkraftens utbyggnad i Sverige skulle försvåras bör detta arbete få hög prioritet, eftersom det ger till en effektiv utnyttjning av kol som bränsle möjlighet i kraftverk.

l.2.l2 Fusionsteknik

Teknikens nuvarande ståndpunkt

mål är att åstadkomma kon- Den pågående fusionsforskningens trollerad termonukleär fusion (vätekraftgenerering) i första hand under laboratoriebetingelser samt att i nästa steg tekniskt vätekraften för reaktorändamål - ett i exploatera tiden vida mål i synnerhet vad gäller fullmera avlägset skalereaktorer med beaktande av praktiska och ekonomiska krav samt säkerhetskrav under driftförhållanden.

har den internationella fusionsforskningen lik- I dagsläget som den svenska grundforskningskaraktär. Paralväsentligen lellt med denna bedrivs emellertid tekniska grundforskning fusionsreaktorstudier världen över för att på sikt få ett bättre utgångsläge att bygga vidare på då grundforskningen har nått sina mål. Trots tjugo år av intensiv forskprimära har man ännu ej lyckats någonstans i värlning på området den att åstadkomma den erforderliga reaktioexperimentellt nen. framsteg har dock gjorts och det synes tro- Betydande ligt att man nått en väl underbyggd principlösning (eller dvs före 1985, och att teknikflera) inom en tioårsperiod, sidan till dess har utvecklats väsentligt.

Flera olika vägar till fusionsproblemets slutliga lösning Man är allmänt av den uppfattningen att det är är möjliga. att inte utesluta någon lovande variant i den påangeläget För framtiden gäller att endast USA gående utvecklingen.

44 Kap 1. Energirâvaror och energiprocesser

och Sovjet kan ha resurser att ensamma de stora bygga enheter som nästa större generation av inom fuexperiment sionsforskningen kräver. Inom EG:s (Euratoms) fusionsprogram projekterar man nu en gemensam europeisk satsning på en större forskningsenhet JET (Joint European Tokamak), vilken beräknas bli färdigställd mot slutet av 1970-talet till en kostnad på i runt tal 250 Mkr. Inom EG satsar man samtidigt på ett flertal andra typer av experiment fördelade mellan medlemsstaterna. Kostnaderna för enskilda plasmafysikaliska fusionsprojekt uppgår ofta till l-l0 Mkr/år.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Det är ett primärt svenskt intresse under den närmaste tioårsperioden att samarbeta med omvärlden och få in informationer från pågående arbeten i olika länder samt att samverka med utländska laboratorier och institutioner. Detta förutsätter en aktiv fusionsforskning nivå inom på hög landet.

Fusionsfcrskningen spänner över ett utomordentligt brett fält. För svensk del bör härvid koncentration ske kring väsentliga delproblem och principfrågor som vilar på direkt grundvetenskaplig bas. Det ges även möjligheter för insatser på materialfrågor och kemiska i problem anslutning till reaktorteknologiskt inriktade studier.

Fusionskraftområdet omfattar ett helt komplex av problemställningar med plasmafysikaliska, reaktorteknologiska och driftekonomiska problemgrupper vilka representerar helt olika kostnadsramar och olika verksamhetsfält. Det är väsentligt att ta hänsyn till detta när man bedömer möjligheterna att göra svenska insatser.

Inom den plasmafysikaliska delen är kvalificerade svenska

forskare beredda till stora ansträngningar för att från

svensk sida bidrag skall kunna lämnas som kan ge väsentliga byggstenar till fusionsproblemets lösning. Noggrann uppföljning av den internationella bör ske forskningen från svensk sida.

Redogörelse/ör delområden 45

Beträffande de reaktorteknologiska problemen får man med hänsyn till kostnadsnivån räkna med att svenska insatser måste begränsas till punktinsatser på väldefinierade problem som inte är alltför stort upplagda. Uppföljning av den allmänna internationella utvecklingen av fusionsreaktorär väsentlig. Inom svensk industri bedömer man teknologin det för dagen vara för tidigt att börja tänka på materialfrågorna direkt för fusionsreaktorproblemen men har visat intresse för att följa utvecklingen på tekniksidan genom observatörer.

Fusionsreaktorteknologin aktualiserar även råvarufrågor och vid sidan av materialproblemen även kemiska frågeställningar som man kan hänföra såväl till grundforskning som till teknisk forskning. Frågor av denna art kan beaktas vid materialcentra som bildats vid CTH och KTH samt vid AB Atomenergis materiallaboratorium.

Program för FoU, projektförslag

Med förbehåll för svårigheterna att bedöma fusionsforskframtida utveckling anges här uppskattade riktvärningens den för tre tänkbara resursnivåer, av vilka den lägsta (1) motsvarar ett minimum av resurser för meningsfull verksamhet och den högsta (3) ett maximum av resurser som kan utnyttjas optimalt vid en kraftig expansion av forskningsverksamheten. Vidare anges en medelnivå (2) mellan dessa båda ytterligheter.

Berörda institutioner vid KTH och CTH samt AB Atomenergi har till kommittén redovisat verksamhetsplaner bl a i form av förslag till FoU-projekt (Dnr 189 resp 103). Vidare har från STU översänts Utredning angående fusionskraftforsknuläge (AE-FF-135), utarbetad av AB Atomenergi som ningens ett led i arbetet inom en arbetsgrupp hos STU.

Resursbehov

Anslagstilldelningen för fusionsanknuten forskning belöper f n till 2 Mkr/år totalt för landet i dess helhet. sig

46 Kap 1. Energirâvaror och energiprocesser Huvuddelen, ca 1,6 Mkr, faller på den vid KTH bedrivna fusionsforakningen som f n utgör den enda experimentella forskningen på fusionsområdet inom landet. Återstoden faller på CTH och AB Atomenergi. Medlen avser i allt Väsentligt gkundforskning. Uppskattade resursbehov redovisas i nedanstående tabeller. Personalbehov (manår) Resurs- 1975/76 1976/77 1977/78 1978/79 t 0 m 1984/85

Medelsbehov (Mkr) Resurs- 1975/76 1976/77 1977/78 1978/79 t 0 m 1984/85 Hela tioårs-

nella utvecklingen torde kunna uppskattas till ca 50 Mkr i dagens penningvärde för den kommande tioårsperioden.

Med hänsyn till karaktären av den fusionsforskning som kan överblickas för den kommande tioårsperioden måste denna forskning finansieras helt av staten.

l.2.l3 Nyttiggörande av för elkraftproduktion

solstrålningen

Teknikens nuvarande ståndpunkt

För nyttiggörande av solstrålningen för elkraftproduktion är i första hand två metoder aktuella, dels direkt omvandling till elektrisk energi med hjälp av solceller, dels

Redogörelseför delområden 47

elkraftproduktion i ångkraftverk där ångan produceras med hjälp av solstrålning.

Solceller: Föreslagna processer bygger på den moderna halvledartekniken. Solstrålningen får falla in mot en tunn skiva av ett lämpligt behandlat halvledarmaterial, varvid en elektrisk ström alstras i en yttre strömkrets. Den mest avancerade halvledarteknologin är i dag den som arbetar med kisel som basmaterial. Såväl forskning som teknisk utveckom solceller av kisel är i huvudsak klar. ling i fråga Ekonomiskt tycks dock praktisk tillämpning befinna sig helt utom räckhåll. Beräknat för förhållandena i Saharaöknen skulle energikostnaden bli av storleksordningen 6 å 7 kr/ kWh exklusive kostnad för erforderlig energilagring för utjämning. Det är knappast realistiskt att räkna med att energipriset kan komma ens i närheten av vad som krävs. Alternativt har föreslagits att använda solceller av galliumarsenid. Sådana celler får högre verkningsgrad än kiselcellerna men befaras bli väsentligt dyrare än dessa. Även andra solär tänkbara men cellsystem med lägre tillverkningskostnader verkningsgraden blir väsentligt sämre och även andra problem uppträder. Ur miljösynpunkt förefaller solcellsystemen att vara nära idealet även om ianspråktagandet av stora ytor måste beaktas i detta sammanhang.

Solångkraftverk: Den infallande solstrålningen koncentreras mot rörsystem i vilka vatten eller annat medium upphettas. Ett särskilt optiskt system erfordras för att släppa fram av infallande strålning och samtidigt hindra huvudparten värmestrålning från ångrören att passera ut. Utlångvågig förbarheten har demonstrerats i liten skala men mycket utåterstår. Försök har pågått i Arizona men vecklingsarbete lär ha avbrutits svårigheter. Om försöken p g a uppträdande skulle leda till finns förhoppningar att för anframgång läggningar nära ekvatorn uppnå ett energipris som inte ligalltför långt från acceptabelt värde. Emellertid skulle ger

en anläggning för 1 000 MW i Sverige kräva minst 65 kmz yta

och energipriset skulle bli minst 25 öre/kwh.

48 Kap I: Energirâvaror och energiprøcesser

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Någon mer omfattande FoU i Sverige på solceller eller solångkraftverk synes knappast vara aktuellt. Intressanta arbeten beträffande solceller av galliumarsenid har bedrivits vid professor Herman Grimmeiss institution i Lund. Visst stöd till sådan forskningsverksamhet kan vara motiverat även i fortsättningen men anslag härför torde i den rymmas normala forskningsrådsbudgeten.

Nyttiggörande av solstrålningen för direkt uppvärmning av byggnader har på ett helt annat sätt aktualitet även för Sverige. Detta problemkomplex behandlas emellertid inom kommittén i annat sammanhang. För fullständighetens skull noteras blott här tre förslag till som inkommit: FoU-projekt - Uppvärmning av byggnader med kombination av värmepump och solvärme (Dnr 126). - Projekt soluppvärmda hus (Dnr 145). - Prefabricerat väggelement för sol- och eluppvärmning av byggnader (Dnr 208).

1.2.l4 Nyttiggörande av solstrålgingen via biosystem

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Solenergin är ursprunget till all den energi som finns lagrad i fossila bränslen, där solenergin via kemiska och biologiska system har upplagrats i växtsubstanser. Man har nu börjat penetrera möjligheterna att systematiskt utnyttja sådana system för att bygga upp en kontinuerlig försörjning med energi. Man kan då skilja mellan odling av högre växter i s k energiodlingar och produktion med hjälp av mikroorganismer. Vissa förslag har framlagts till processer för omvandling av solenergin enligt det senare alternativet. Som exempel kan nämnas: fotolys av vatten till väte och syre, biokonversion till högvärda bränslen (metan, alkohol, .dekan).

Förslag har också framlagts till integrering av sådana processer i ett solenergimatat system för produktion av syntesgas ur organiskt avfall med hjälp av mikroorganismer.

Redogärelseför delområden 49

Nyttiggörande av solenergin med hjälp av energiodlingar behandlas i följande moment (l.2.l5).

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Det är inom detta område fråga om ett lockande men långsiktigt arbete på grundforskningsnivå där svenska grupper har hög kompetens och ingår i internationella samarbetslag (International Federation of Institutes for Advanced Study, IFIAS) .

Projektförslag

Fyra förslag till FoU-projekt (Dnr 97 t o m 100) har lämnats till kommittén genom professor Carl-Göran Hedén, Karolinska Institutet. Samtliga avser studier för att klargöra möjligheten att förverkliga olika mikrobiologiska processer (feasibi1ity studies).

Resursbehov

Resursbehovet för de inlämnade förslagen till FoU-projekt omfattar totalt en personalinsats på ca 52 manår och ett medelsbehov på ca 3,5 Mkr totalt. FoU-insatserna avses huvudsakligen att utföras under en treårsperiod vilket innebär ett personalbehov på 15-20 personer och ett medelsbehov något över l Mkr/år. Sannolikt erfordras statligt stöd för hela kostnaden.

1-2-15 Eeszsieélinsâs

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Med energiskog, energiplantage och energiodlingar menas växtodlingar som är inriktade på produktion av bränsleråvara. Ved har tidigare varit ett viktigt bränsle. Människan hade då inte anledning att öka produktiviteten i skogen, veden var inte en bristvara. Det har legat annorlunda till i jordbruket, där man måst höja produktiviteten flerfaldigt genom växtförädling och rationell odling. Fotosyntesen är

50 Kap l: Energiråvaror och energiprocesser

naturens hittills oöverträffade metod att ta vara på och lagra solenergi. Verkningsgraden kunde vara bättre men produktionskostnaderna är låga. Det finns växtslag i dag som ger en verkningsgrad i fotosyntesen som svarar mot solcellernas. Fotosyntesen utnyttjas i vårt land för en konkurrenskraftig produktion av fiberråvara. Det borde vara möjligt att nå ett liknande resultat med energiinriktad växtodling. Vi har också anledning att söka öka produktiviteten i fiberproduktionen, ett arbete som väl kan samordnas med en energiinriktad forsknings- och utvecklingsverksamhet.

Minirotationsskogsbruk (MRS) har framförts av Skogshögskolan som ett sätt att utnyttja sumpmarker etc för snabbväxande träd. Landet förfogar över 800 000 ha mark av detta slag som inte utnyttjas för skogsbruk. Införandet av minirotationsskogsbruk på dessa marker skulle år 2000 avkasta en flismängd på 7,5 Mton råflis per år, motsvarande något mer än 1 Mtoe/år. Utnyttjade torvmossar borde också kunna användas för mark- eller Vattenburen energiodling utan att detta behöver inkräkta på skogsindustrins intressen.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Ett önskemål på sikt vore att man söker basera Sveriges energiförsörjning helt på energiodlingar som inte inkräktar på vitala ekonomiska intressen eller på naturskyddsintressen. Huruvida detta är möjligt eller inte går inte att avgöra i dag.

Ett mål för ett FoU-program bör ändå sättas upp, exempelvis att genom studier pröva möjligheten att genom energiodling täcka en väsentlig del av landets energibehov på en yta motsvarande några procent av landarealen. Detta kräver dock att man skulle kunna uppnå en flerfaldigt högre produktivitet jämfört med vad som nu synes kunna presteras vid minirotationsskogsbruk.

För att eventuellt kunna nå detta mål bör möjligheterna att få fram högproduktiva system studeras grundligt och förutsättningslöst och i tillräckligt stor skala. Försök av

Redogörelseför delområden 51

detta slag tar mycket lång tid och det är därför nödvändigt att redan nu starta även om resultaten kan komma att utnyttjas först efter år 2000. Ett förhållandevis näraliggande mål är dock att värdera olika sätt att ta vara på torvmossarna efter den intensiva torvtäkt som kan förutses kunna starta omkring 1985. Det är inte möjligt att finna en rationell metod att härleda lämplig storlek på FoU-insatsen.

Projektförslag

- av teoretiska för olika slag av Analys förutsättningar energiodlingar i Sverige. - av olika sätt att avverkade torvmossar Analys nyttiggöra inklusive energiodling. - av olika för svenska Växtförädling högproduktiva system klimatiska förhållanden. - Försök i stor skala med algodlingar. - av olika metoder för av bio- Evaluering nyttiggörande massa från energiodlingar.

Resursbehov

Ett program av denna innebörd är väsentligen av grundforskningskaraktär. En initialinsats på 0,5 Mkr/år som under en femårsperiod stegras till 1 Mkr synes icke orimlig. Arbetet bör bedrivas helt med statliga medel.

1-2-16 2229292551

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Vindenergin har sedan mycket lång tid tillbaka utnyttjats men den totala energi som nyttiggjorts har varit mycket blygsam i förhållande till dagens behov. De projekt som man i dag har börjat diskutera gäller vindkraftutvinning av en helt annan storleksordning och med nya förutsättningar. Här bortses från småanläggningar för försörjning av mer eller mindre isolerade platser med relativt låga effekter för vilka ändamål utrustningar finns kommersiellt tillgängliga och där väsentligt högre energikostnad kan tolereras än i samhället i övrigt.

52 Kap I . Energirâvaror och energiprøcesser

I fråga om vindkraftutnyttjande i större skala föreligger i dag inga invändningsfria ekonomiska kalkyler. Många faktorer är ännu okända. De mest ambitiösa utvecklingsprogrammen har startats i USA och syftar bl a till en så komplett studie av hela systemet att realistiska kostnadsuppskattningar skall bli möjliga. Satsningen är 150 Mkr över en femårsperiod. De underlag som i dag är tillgängliga ger ett högt energipris, tämligen oberoende av anläggningsstorleken. Preliminära uppgifter från en studie utförd vid Statens Vattenfallsverk bekräftar de uppgifter som kan hämtas ur litteraturen. Man har kommit fram till en kostnad på 20 öre/ kwh för en aggregatstorlek på 2 MW med anläggningskostnaden 4 000 kr/kw installerad effekt. Kostnader för ackumulering av ungefär samma storleksordning per kWh kan tillkomma.

Miljöpåverkan måste analyseras och utvärderas eftersom vindkraftanläggningar av denna storleksordning komer att starkt påverka landskapsbilden, avge buller och även på annat sätt inverka på omgivningen.

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Med det i dag föreliggande underlaget saknas ekonomiskt incitament till storskalig exploatering av vindenergin i Sverige. Det synes dock vara skäl att noga följa upp resultaten av de fortsatta undersökningar som kommer att genomföras av Statens vattenfallsverk och STU. Grundliga studier över vindarnas geografiska och statistiska fördelning över landet bör genomföras.

Projektförslag

Till kommittén har inkommit fyra förslag till FoU-projekt: - Anskaffning av vindunderlag för vindenergiutvinning (Dnr 140). - Successivt införande av system för utvinning av vindkraft, ca 15 TWh/år (Dnr 141). - för Översiktlig planering utveckling i Sverige av vindenergisystem för olika tillämpningar (Dnr 226). - av de tekniska och ekonomiska förutsätt- Klarläggande ningarna för vindkraftbaserad husuppvärmning i Sverige (Dnr 227).

Redogörelse/ör delområden 53

Resursbehov

Inga närmare uppgifter om resursbehov för de fyra projekten har Önskemål om statligt stöd kan förutses och angivits. torde totalomfattningen för en svensk inuppskattningsvis sats kunna till 2 Mkr under en femårsperiod. Resultaanges ten av dessa studier och eventuellt utvecklingsarbete får sedan avgöra huruvida arbetet skall fortsätta.

l.2.l7 Övriga icke-konventionella energikällor

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Som övriga icke-konventionella energikällor karaktäriseras här ur havsvågor, ur tidvatten och ur energi temperaturskillnader i haven samt geotermisk energi.

Det finns ännu i världen icke någon anläggning för utvinav energi ur havsvågor och de studier som har gjorts ning synes visa att kostnaden blir mycket stor. Tidvattenenergi är icke aktuell för Sverige. Utvinning av energi ur temperaturskillnader i haven är heller icke aktuell men en anläggför sådan har projekterats för södra ning energiproduktion delarna av USA. Geotermisk energi utvinns t ex på Island och i Italien. I Sverige saknas helt vulkanisk verksamhet och de studier som gjorts beträffande temperaturgradienter i berggrunden synes peka på att lämpliga temperaturnivåer föreligger på mycket stora djup, vilket gör att en sådan skulle ställa sig utomordentligt dyrbar om energiutvinning den över huvud taget är tekniskt möjlig.

Projektförslag

Ett projekt avseende utvinning av energi ur havsvågorna (Dnr har inkommit till kommittén. Detta bedöms dock 225) som orealistiskt.

Temperaturförhållandena i den svenska berggrunden är mycket Det kan icke uteslutas att s k ofullständigt kartlagda. termiska fickor finns, och ett projekt för insamling av

54 Kap 1: Energirâvaror och energipracesser

temperaturdata från borrningar i Sverige borde genomföras vid SGU.

Resursbehov

En studie av temperaturförhållandena i den svenska berggrunden inklusive vissa fältstudier torde kunna göras med en måttlig resursinsats av storleksordningen 0,2 Mkr/år under 3 år och totalt 3 manår. Med ledning av resultaten från denna studie får frågan om fortsatta undersökningar avgöras efter den första treårsperioden.

l.2.l8 Icke-konventionell energiöverföring

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Laser och mikrovågor utgör former av elektromagnetisk strålning. Med modern teknik är det möjligt att alstra sådan strålning med betydande intensitet och med god sammanhållning av strålknippet över större avstånd. Man har spekulerat över att använda dessa intensiva strålkällor för energiöverföring. I fråga om deras användning för optisk kommunikation har man teoretiskt och experimentellt kommit långt och även utfört omfattande tekniska undersökningar. Kraftlaserutvecklingen pågår med betydande intensitet internationellt. Däremot utgör knappast kraftöverföring med laser något bearbetat forskningsfält för närvarande internationellt sett.

Av stort intresse är också de arbeten som pågår utomlands på framställning av syntetisk naturgas samt produktion av väte i stor skala för distribution i rörnät.

Ett centralt problem för den moderna energitekniken är lagring av stora mängder energi inom små volymer. Den moderna fysikens utveckling inom atom- och molekylfysik liksom inom fasta tillståndets fysik kan komma att öppna nya möjligheter i detta avseende. Om man lyckas lagra energi i betydande mängder inom små volymer kan detta ha betydande konsekvenser på möjligheterna att transportera energi.

FoU-arbetets grad av långsiktig/ret 55

Utvecklingsmål för FoU i Sverige

Inom nämnda områden liksom andra av väsentlig grundforskfår man från svensk sida söka följa den interningsnatur nationella utvecklingen och utföra viss kompetensutbyggande Omfattningen av insatsen uppskattas till ca grundforskning. 1-2 Mkr/år.

1.3 Översikt över FoU-arbetets grad av långsiktighet

I nedanstående översikt innebär ej ordningsföljden någon prioritetsordning.

FoU på kort och medellång sikt (Första kommersiella anläggningen i drift inom 10 år)

- Icke-konventionella för utnyttjande av stenkol. processer - Inhemska bränslen och icke-konventionella processer för utnyttjande av sådana. - av metanol för användning som motorbränsle. Framställning - Ackumulatorer för elektrisk energi. - Vindkraftverk.

FoU på lång sikt (Första kommersiella anläggningen i drift inom 10-25 år)

- Bränsleceller biokemiska), bränslecellkraftverk. (även - Introduktion av nya energibärande medier för energiöverföring i stor skala, exempelvis metanol eller gas (natureventuellt framställd i gas och/eller syntetisk gas, kärnreaktorer). - MHD-teknik. - med icke-konventionella metoder. Energiackumulering

FoU på mycket lång sikt kommersiella i drift senare än inom (Första anläggningen 25 år)

- Fusionsteknik. - av solstrålningen för elkraftproduktion Nyttiggörande och via biosystem. - Energiodlingar.

BIHANG 1

Förkortningar

Kommittéer, organisationer, företag m m

AE AB Atomenergi AFR Statens råd för atomforskning CDL Centrala driftledningen CTH Chalmers tekniska högskola EPK Energiprogramkommittên EPU Energiprognosutredningen FOA Försvarets forskningsanstalt IFIAS International Federation of Institutes for Advanced Study IVA lngenjörsvetenskapsakademien KTH Kungliga tekniska högskolan LTH Lunds tekniska högskola SGU Sveriges geologiska undersökning STU Styrelsen för teknisk utveckling su Svenska Utvecklingsaktiebolaget sv Statens vattenfallsverk ÖEF Överstyrelsen för ekonomiskt försvar

BIHANG 2

Referenser

1. energiförsörjning. Energipolitik och Sveriges organisation. SOU 1970:13. 2. Avfall som energikälla. Rapport från arbetsgruppen för avfallsfrågor. Jordbruksdepartementet stencil Jo 1974:5.

BIHANG 3

.uxz

|=msEmm

:E0 m um non

ummøacmumm

omm av

Løonm

nmmmampww

pmm

umwaumum

UNHMUCOEBMOU

.anooo

M

øwwmcumox

mm

ommwuucm .mcaumnuwuw

E00

ømmwwuouamwmumømm

ooa

maawmuopo

:wx

mummwvau

cwwcaøvuomxwauoum

Haga

uwmacwv

HL...

xwwumw

mo

sme

mwcewø

.HW

mmamuwm Aøwumaamum mcwumum wvcmwmu mawcwau

vwum UOUWH Sodom :mn unmumv umwømn Hamn.

ma

uoum uøoum

a

umumwmxm

pmm

zoo ucw

mums

:pm

nmocøH

cm

|mumaaMu

ovmumumoaaxo

mwcøwu:

:oo

Hama

mumumw

wpmumpumvmü

zum

umuwswmvnzwumwwwxm

mmxoo

øovoumumumumwwwxm

umsamn

uum

Eousmmmn

cmvwumwaaøxwa

amp: umw

mxmøom

aamu

mucmuuuz

amwumumsmvmømwxn

mu

.mwmmmamuø

:oo

umnmzcm

:mm

mwwp

M

oxuw

mumaxuwu=

mn :oo

.mmm

umu=u«umøH

:mmmmuoummvmumamm

M

muvcm

m m

wd«cømu=

mm

.ucmsaam

HOW

.maaumvuowum

acsw

uwmmwm

mu«wuxmmn

xmmumucam

Hawuum

mmmmmoommaommzm

cwvouøz

:oo Dam oaxa nuo

mvumx

:owmmooum

uwmaøw

amaamumnu

ømumaamuwwwmamumm

|

umaamnwøøw

wM

mumumuw

m mo

wavausmm

.wmumoaqnma

.auouxmmnmmwooumlmam

Hmm>m

um

vas

wmumømm

cmøcw

wcmcoummw

m ma

ømvmm vmum

.xmamumx

vmumcmm muømmwca

.ammumumamu

.umucoaoaäox

aamu

m

owawummsmm

.m4

muovøma

www uwe

mu›mH0m>m

m

.øamcmn

.mummaamuwøouon

øomusnmøox

.H0u

uumwmwxm

M

umwømamuouww

umu«uamxumww«xm

umummuxma

:oo um:

.^mmHoV

Eoøm

umaøaawu

.Nm

øzmømn

mmmuoum

sousmmwv

qgmzoHHzmzou-mmoH

M

umwamema

mum

uuumouxma

0 UOS

mmmwv

H m

.mwao

umwwm

m

uwmwwuoumawv

:oo

uox vma

wømømmwuwwaox

m cm m

Hmwnmums

wummaamu

mmmøm

:oo

mums

um:

uum

mømcaamumsmuwmmo

.umwøwavøms

m

mvcmmuuzcusamuoa

waemm

.uwmuxam

wømømnxmunuxwmoum xwmumumwaâumumzmm

øo«u=nmuum«n

.amwumumsmwmøwwmn

pmm

wcwauuwuuuon

umuwnumu:

m

mamømwmumm

.øwuumasoxamuw umavøumuxmmoum wømwaamuwmuwøo w:Mumaommmw

mamma:

uuw

mxmwcmmuo

ezm

xmøxoumøoqu

av

mcmømmwpwm

uamm

mm«umm mvømwmu mvømmmaa mucmm mmaam:

Aa AN Am man ømx amy: cmu:

mom«mHummzm umumwxm

uww

ummuww

uou

www

mumaamuwmmmamumm x«cx0umøomumoøøH

m m

mwuw:mEou

uwusuwumca =mmHmu›umum© uxmasocoxm

wvcmnw

ozHzzHaa

wvømuw

m

om

qom maa

Bi/ufng 62 Kap 1, 3: Projekt/Isa:

nuoum

cm

.gx :mn

Ieocmm

cm

uusuwm

:www

|:EEox

new

ooo

uwvc:

pm uum

vwwmamnmm

cmwmcumoxume

um«Humum

px: nwum

mm

mcøsx

.awvmamumuw

pmm

uwuxmmoum

uwauv

.^mxw:omv

m.o vwi

.cmumum

Hamxw

mAwm:mm=«uø«mamø«m

Hawa

uwwacmv

wcagwuxumopagmm

:oo

mcwavuomxma .wøomwmmmcwøvaw

wøaøuummusuwu

uum vme

mmuwmmcmcmm

Acmumaamum

mao: zoo

wmamumm umuwnum .wmumu muuwm mmamu Hmuammx mmuoumw

vmum mmm uwc

:mun

|uum

uwwwum

mccøx

.ucmumm

;pmm

us uu:

vumox

Map

|v==LV

ronmmwcwcmu

inom uoum

cmspmw uumE«ua

mcmumnnmuuou

uos

wwawunwäww

m co mmu

mmøc«uwuw

una

u«um

vmeumw

mumwmumumHH«u

M .AN

vw vme Hama

ams

uw«Hucwmm

:mv cm

maamnum

uuw om

M um: M

vmeumv øoamsmun

wwuo=mmEum

m

uamn:wuum

mmvvmxm

.Hmuucwu:uuumumn

man

.muummuw

wcmnemm

cmx

v«uw>

uouxzvopm

um:

ummwwmwøwøcmunumw

wx

wawaxuwu:ux=voua

uwmuv

umwmuwusam

m

maasxm

umuasmwu

Hwvmsmmcmuuuwnuwwvuow

w=«cvmumm

:oo umm

mqMwv

nmx M

aamswccwwwpmøm

xumuu

sax

mHHmucwum:

mms

mxmsmsøw

:oo

Amum amux

:ax

uawamumu

uamn=muum

xu0ww:wcwummm0a>m

mHHmumsmuw

vwe www

mwawu

cmwwawmucm

som :oo

wawcxuou

m

umvc:

OH oom um:

Haag

Hmuu=mucouumuwn

maøwø

wøwaxuwaamu

.mmawcwum

mwøumuxswoummwømccwunuwm

øwnuww

muznus

.cawwunwaaauwmao

muuv

m m

ømamøwun

nu

.mamøwun

uumvcaxwm

uwaam

.umaamnmcøwawpocw

umumnum

.mwmuuzcus

wøwuwmacmaamä

muu som

umssmam

vua som a

mm«

xuzuu

x

mcwøaamumeo

uemm

m

uamn

uwaawnmccwqwuwøw

w

:www

mummw

m

uou uumw

uouwm

Emamuwu

Eow

møm=ømumum«wpwøm

uaammmuosox

uuw

wcqcvauwwaw

.wmcxumemwwuwnwuwm

cwx M m

cumwoe

umw

Emam

nova:

vwcmEmEum

pmm

mamømun

uum

uwumscwumwum

m :oo uum

uuounm

pmm

.aamummwoxm

som

vmxuouuwsa

cmmumcw

A m som

.uuoamzmuu

oumaxmwEum>

ma cm

umxm

umwum

.som

wum

m

cmvmu

vvs

.uaumummamu

wø«ømuxmmnux0woum

mucamaumwm

umxw

www som

wzacømununw umuxsvowa

www umw

umumm

møwøvaw:m

øwsmwømøcwunuwm Hamsmccaawuocw

co ann

ømmcmumnsmunoa

cm umw

mcvøan

ømuw

ømwømcamun vuomwmquumø HmmumwaH«H uwwuwopm muuoxumw mmuwvum

uow cm

øwmwaxmm uwsaume maHw:ux vmmmmnøm uwvoumz Mmamumm

HHmwwmmwwm:

mamxm wuumum :mmmwu

www: mw umø .uou mmmm w« vme uma w« øwvm: Eom

HHmwmmHHw:m::

:oo

:oo

nww

ummuww

qnnmonwz

:muum

vm

mumaawummwmamumm

m m

=mmHmuzumuu© xummamoH>

uunumømwm uxmwsoøoxo mñaonxuoum

mvzmunwwwuuzz

wvømpmwwauumz

Mmm nam How maa “HN

Projektlisra 63

S()lJ 1974:73

.Dem nov :cm :aux

.onxmm

:mxmmav

.ømumum

-am

Ioma

:am

møumvmcumox

mm una

.mHmH

.mmuwmmcmcmm Iomumcumucm

mmm

umwwmmumm

uwmmumum mmmmsuxm awwmmmws

ma

uumwmvmu

:oo

mama

m

muxumu

.vwum .DHm

vmøumox

mm

uwmmmm

mmamwmumn

ummn

m

mN\m

cmwcwn

m m

um

uwvaom

um

Hama

cmwmme

øvuou

uwmmsmv

uwmmumum

c

mwumum

mmuuwmuaumm

pmm

mumuxomoum

mmxomu

m

:em

Asmummamum =muummv::m mmvmuumwn

vma

ummmwmmp

Hou

wmmwumm muwuxmm

gm

vwum mmm muuuz ams pmm cmxmm mamma Hmmu .^u=mm

mm cm wc

m

nmumx

.Dom

Eocww

mm

|øomumn

uwmvsum

|umv=:

m

umummxm

:oo

nusumummemumwn

:mn

ummvma

uøumc

mmm pmm

wmmsxm

mmm vme

umvouuxwam|^mu›mvum:m

mxmmcmwuo

.cuoumanaøxummmn

m

mmmumuma

.^mmmumumE

mamma:

mumu

ummuvmmmpmm

ummmmnemm .ummuvmmmnmm

mmemumm

mama

umuoumz

ømwømømamuwsmum

xmmcmwuoo

:oo

mammamouoummzanxummmn

mmusaommwunaox

.uoumv

mcmcvømam

aux

»Emm

m

mmmmm

pmm

comuxauummv

man

www .axma

xw

som

mumpmamm

co

m pmm

uwummn

uwaoummw

mxmmuocmxwøomuxmmu

mumv

m m 0 u

uwn

wmmouuam

pmm Hmm Hmm

mamvos

.cmwcmømmwumemum

mmm

ummumuumnzmn

uouoummmmmumx

umuxm

cm

ummømumn

mwuommumemummm

mmmmm

m

uumamwømøømumuw

ummmm

umucmcomsoxawv uwuoumwzmmumx

.mmuovsum

mwmmwømwmmmu

xcmnmdmummmu

nwmumuumnzmn

umømcwzuommummmmuma

mwumøm

.mmmumumsvoumx xmmumawuma

mamman

m

mmuxmøn

uammmuømuoa

:oo :oo

vm

m

uum

wcmumøommw

ouvcms

uwuopuxmmm

muvcm

mmmmmmuuw:ucm

Honom

m cm

mxmm

una

uucomumxmammm

m

wcmumamuno

cm m

umseox

m

mmumøu

mxmmamøzvosnwu

ømusumumuumm

Hmmuømsmuomxm

mwømmwøm

cmw

uum vws

uwmux

mmm

mxmømx

ummuumavøm

wømcmmmxmm

.ammnmumevoømv

w=mHxumu=

mumsämom

wmmm

m

wømuoamumo

.smmnoummmmme

umxdunumm

:oo

.umwvmmumuumn

som som

Aumvmxovammn

a

Hmmmm ummm

umumwp

umømcumox wømøvvmmus

uwøomuwømnaoxmmmuuums

m m :oo

cam:

wucmomm

:oo

mcmømuxm@nuxmwonm .umwømcwummmmmume

mumøomumuw

pmm :oo av Eom

Homommaawnmøm

:oo

uwmumuumn uwuoummxm uwuxmmoum xmmumuoou

mumuwm

møm=cmumum .umumumsmmm

pmm

oumxmuom

vm

wømmaoøoo

mzc

umvouwz mvcmvmu Eouømmwv cwm›mm:

xo

øwøam uomom Esmwøum

:oo uøue m H av mv mmm

mmm

HOUCOMDUNO mumøomuxøpu

mwomodxmu

aoøomuøumumøm

umuwmummc=

mummmwuwmmmmmuwm

pmm

memonxoouw .esuucmumswm

xmmswx

uommmxsmuum

mm< mvønq .max

com mmm o«H

Mmm usa OMN

64 Kap 1, Bihang 3, Projektlista

:cum

:Hm E00

uaon

.awwmanbam

namn

.awvwåubhm

vmuw

muuma

som

umqaumum nmmmamnww

Eocww

muumwunow

c

vmuw

mwamwnmw mmammumw

w

.muuwmuuow

.am

um: vøä vms

um:

zoo

añwu

mwwaumum

:

uwwaøuv

w

una

Acoumaawum uouxwmoum uwuxwmoum

:am

uwuxmm .mmmv«u= mmumwmømcmw umuxwmoum mmuwwmømcww

wmñmumm vwum amuw wmum

umø E00

nu: |um

:mamma

was

zmxam

m um

wwE

umcsmacm

nømm

:oo M :mn um»

nH« :www :mmm omm

numvøs

M

.oumHox

cm

mmammumuww

m

.mmuwwøum

mvzmmmwamumc

wmmuumcus

aamu

mxmwuuxmaw

umnumumwuocw

.uwzalxcmu

comumäuowcm

wumømu

uwvouuxmawxcwu

.Hamwm

m vw

.cowuxsvoua

vas

cmumu

cowumnwmww

umumnumnsom

nvmunu:

.ummumuumnzan

.umxuøuu

umccm

.umwøwcmcmummn

Hamxm

www

.umwuwuumnuaumumasmuwwn

øoauxønmu

ummumuumn

wcwcumøxcm

uoaaw

uxmmcmwuo

ams

msønx

.uwvmueo

mEocoxmwmmum

vmuuumnuww

um

umwz

vmuwwamumv

mvvwmm

wmamuwwuxomoumv

mamma wmaaw

umw cm

ummuwmcmubom uvcmumsaawu

mvcmummHH«uu«s

mm

aamxm

.umxusuu mHxumu:

mmm

uaawøuxm

:oo

Eocm Hamu

mvvmmw

pmm

wumøomuxmuu xømunawxuwc

.wwmumw

umaam

cmwcacuummamz

umemuw Eocmm aoømuus

uouxmonnowm

cmm

.ummpwuuma

vmcxmm

cum

umuwnwwawms

mcuwuouuxmam

umn.wu

muuwuw

umvmueo

a

ummsumz

møcnx

.omm

w=mwuuw

vas

umwwwxm

mvcwwwuumw«

m

vas uum

cwuw

umv

wwumuoHmxw

.mmuxmon

Eomwm

m

weocoxommw

maaauums

mmum

mvcmum:ø

um M

mn :oo uzq am

muammuuzaus

.uumumuumnumsancumn

umwouuxmauxamu

umnmum

hmmumuumn

uuwumuumnuwsanøumm

mumøomuxwuu

wøuoämmcmxoa

.Hoz

Eom

wøwøxawmmm

E0 :oo »mn

.uaauaamnma

mmumuzuoum

cmumnumnaom

.øovuowuuommømuu

am om

novuow=um

ømmcaøuummamz

^.uwmuxv›m

mnw

m

.amummmwumuumn

mmm«

:oo

uzammn

M

.umwcmømcwuwwn

mcwEmum›mu:umuwmEmummn

umw

umøwmwmvmum

:oo

umaumumwumcm

amp

Eamwnum

.:woMmwwuwøw:

mmuømumw

uxmumw

vas mm wxm xm

uuzumuawnocm

w

mumuaømmu

wa

pmm

Eomwm

maaw:0wunmpox

:mmm

w:mc«nxmwaux0moum

u

wncmwwmavøsuw

møwuwma

amp

vmanmox

:oo

.summa

wcqøvwuus

aux mw

mxmuawumcw

uumun

wøwHxomuD wv:mnmunw«uo wuwnnmlzom =muwnum›=om uxøvoummwcmm

muumv

nmvuom mawumnh Euomuumaa .novuow mmuam mxmmømxws mwmauøww waoøoxu uaaoau awwmw umaam

opwwn E0 cwx cm xmwa mn mms uum cm mm .uuom

|wwø«HxumuD

nuwmuz

m m m

mumaamummwmamumm

umcmasn

BUU

umwmaonwwuxm

uocwøsw guøwøan

uowmaonwwuxm

mxmømmv›m wwmmwpmcw

mxmøww owwz om«z muaz

Mmm man meg qam mam cam NXZ HNH

Projekrlista 65

numuwm

uum

nun

mmumoxwn wuumawca

NHNHM

|mmcaHxumu:

mmcxmumn

nmum

nmwmamumw

wøwøxmuow

umsox

umaaumum

mmm.

.awøme

.møqøuxwpcwmmcmcxmuowvøøum

.mcwcEumam:mwmumon

wvamm«nwuwm

nam: mwwn aamu

uwqñumum

mcwmamoumw umumuasmwu comcacxmuow

Hawa møcwn

uwmacmv

una

mwaaumum

pmm

.^:sm

ømmøm:

Aswumaamum

m una

wmamumm umumnum mwamnzu mumoxwn

vmum umø vws Eom mum zoo vw: Eom .Wu .mmv

amvcsm

.uou

wvcmuzaw umsmaamu

mxm

:mmm

uweauao

|xuou:

www

.mzuououa

.uäumummnm

Hozmume

øwm

umaao

uamcoaumcuwuøw

m

.mamman

mmammEmxm uouxwwoum

:mx voe +

uum

.msmmaanummma

cm .uum

.vm:umoxmw:«uwummcm

uwvuwmEuw>

m

uoxwwuwmux

umqvøum

M Hox

maaocomumcuwucm

umwvsum

wvcommcm

m

com=«cxumHHwH

ummm

xmacxmuwswx

xmsmxoe

xumummux|nmz

nmmmmuoua

.oua

:oo m

.xumuwmuM

wsmcxumaH«u

wcacaamumamuw

m umw

.umwøwaasmaamu mxmmumuomu

Hocmums anamma

uum

mvcmwwmawønuw

mxmmuxmum

maaønawwmms

\m

wma www

.mamman

.ummm

awxzm

m m umw

uoumanmmwømaxuou:

.msmmamuummma

pmm .was www

umnammmwaox

aamu

.wøaøuaammøca

w M

mcouonox

Esmvsum

.mwaomwømcvam

m«amaEmxm

Huv

umwm

mvaaxm

mcmcmamwmmd

um

ømmuwux

mumuxmwmw

mnommsw mamman

uwxmunmm wmaumva: .wcmdxmuow .ummmmooum

usumuoasmu

cm

umcowumsuxnam

mwøams

umamcwun

.ammumuwñmwømwua

M

uww

uemw

:oo

umuxmnoum

uxmwumuomu

m M

:oo

.ummmmmamwmmmw

pmm

mmvcmcw

muummuuom

cmx

Hawu uwwøm

«uxm

.wcaøxmuou

a›u

møoamsw mamaoøm

umuxmwuw

ummmwuoum

.uwmvsuwmwøwaxuou=uouxmwM

:oo mm:

mxmmumoøwmav

.mawcmunuouoa

za som

mvma

wøwøuumwum uwuqummmx wømøuumnma:

ømwømauummømswm

som cmx umv

umuwuavcmmamuumøouuxmam

maoanoum

xumuu

:oo umn zoo

aawu

.wamømup

.wcm:Enmma=mvmumon

Hmm

muxm

.:ww=mHxu0u:

uwmmw

m

uou

vmumusvcauwmmq

m

mummn«a|wxuH wxwmummxoum

mcmøMpxmwnuxmw0um

Hmwuwumsmu

uaamucmsaummxm

som som www

ummnuww

øuoumazsaxummuam

Houm

ømwcmn

m

nmawaanuøa

mmvøwcm

uxmmumuc

.mmaommøqøvaw

umuoumumøow

mamuøms

m

.ømmøwa

.xm.u

uwvummEuw>

m›amø

m

mama

ma

aoømuuz oamømua umxuaz aaomu aamxm

ams m ømuz som maa» Hmm :mx .H .N .m .q .m .o .m

Annzv

comzuwwpuose øwcomuauwumøa

pmm

muwmamumwwmmwuwm xwøxwuwco«umocøH

mpoouuammam

«wuoaosou

mxmmsmøavouvmnoumøwmz

umu:ugumøH

xmøxmu

uwøwm m .mao “mm

masa

Mmm maa maa mom omg mam Moa

66 Kap I, Bihang 3: Projekt/isla

mcmumum

mpmzmm

mmuwuouuw

:oo

uwmmamwcwcxmnow

ucmuom

:xmmp Ixmmu

zmaoxmwmm

Iøwuom

:cum

umwaumum

usa

cmmmauwwm« cmm«Huwmm«

umwmamuww

mxuoa mxuoa

.nam

uwaaumum

m

Eocmm xmaøxwu

uwwuaam

Anmmunmmu .uwuxmwoum

pmwuaam

xmmuxmua

wcwøxmuoueoum

uxuznuus xmwuxmum

waaaxm

uum smyg uum

umcam

ma

vems

mxmasxwä

um: um:

m

AH_u

um um

uwmacmv

pmm pmm

m=«axumu=mumvm>

mm

uumwmn

.wmuumnmuumsvcm

pmm

.mmuwwnwuuwnvøw

uomux

pm:

:mun ømE

vcauw

uwuxmmoum ovcmvauon

:me

Acmumaawuw uwuxmmoum

mumuww

mv

www

wmñmumm .awssz mvmww«u:v .umuxom umcouwn mmmmuu mvømukumn umcouon

vmum H www :mm Hamn mm :oo Hmau umum oHo> amma

nwme

numvzs

:cum

møama

nmumaaouucox

:mn

;ams

nuww

Ehucw

uum

.AOGWUUE

noum mwab

.cmxmv

aamuwamcmun

cmaaoa

mucmxmuwwmH

uum

ømwuuHom mwüucmbvmc

M

uum

.uamwumcwma mxmaumamcm

Hamwmmmamxuwum

uwaamwm

aaau

umsmuw

HSM

mawwanouxwa

nuo

.nwuøumpwmsmu

maamuømeqummxw

mwmummwaanossm

.øowmømsom

cow

.umwam

mcmamnawuwøm

mmm

wømammox

am

.uxwmmm>

M

uxmwvocw

:oo um

uum

M

pmm

mxumum

cmmñopuxwam

.^zH

HAUUOAWEWHD

Eouwzm

umumvaum

øwmamaxmuouwcnuw

m .cv

maanxm

:mms

um

m :mv

M :oo mmm:

:oo

uuumuaømmunaom

muomøm

:www

muømwwwumvcmømuwñ

mmuwvmxo

«uwwwøm:vømøw

nova:

øwwcwcmmaawuøwua

wvmuwusvcm

aaqu

umumuwwuaa

smuxcsmmwcmwua

mamman

wGwaUCmE0

.Su

mxmwumuomu

wvømuvøwnumw

umwøaammoxxovmu

:mmmwum XMMEUMOMD

umumawnwuw

.wmummmuczmøuow

.OV

wcmcusammcøw

cmo G2...

umamman

.mmwwmuamm

m

:mvwm

mxmmamxmmawmsmmam

cmuuommømpuøouuxøam

vas www

aoamumñ

xmweoxown

mvmucmumw .mvømwuuxcuø

umccm

:oo

mvømuwu

uww

353555 WUGMHDH

Haau Eom

wa«øEuwmm: wvmuouøuoua

m

mEum

.oamøwunaummav

uuw

mumwu

umvouws

.øwumHoM

:oo

mmämmam

Hmm

|mum

vouma

vanan

mmuvwn

Amvam

cm

umvoums

uwv uum ma

umswuum wøaumnoøwm mummøoummx

m

muwwmcmmouvxnwvaoømuwz

.øqwuoøm

w m

uum

Hm

:oo

suv mun umm

umuumwso

mumw:

:oo

uwwwummøomummwmw

mxmwumwmam

umavauämm

mømwuwcomcowmsw

mmv=um|:›uwH«nmwwmm:

SU

wmv:um|:›u«Hmnqmmwm:

nmuouuxoawahuøw

wumøma

m

wam=auxmmnuxunoum

um«Hucmmm

uEmm

wømuwuxmawm wø«HxoøuD

uum

wømaxowu:

Hawa aamu

mn«=u=Hm0=øH

uomvsum

uuxwnoumaoo cmwømcuummamz mxmmuuxmao uuxunoumawn

mupouv

nmmcwcxwm mxmmuuxøaw umwømøuuwm Ham«nouxmE

aamu

um

uwuxmm uamwumc mmmuw mamma ømmmmu mmmuuzøu:

uuu mv .H .N .m Hamu som .a .N

cmwømøawuumaom

umnmumm

nomnouxwn

.umusuauwøa

mvzum

vas

mmuvuwumøw

www

.uwu«muo«ø:

xmøxouoan

mumaamummwmamumm

m

vwucmv

mcwcxmuowmøowmøw

HDM

xwwmwmemmam

.umcH

Ezuuømuaswm amaomumøuwuøm

wo

mxmømaoumx cmnmauo

mncmnwwwauumz

.max xmawoa mvcsq øoau now

uu Nm mm mm

Mmm own

Projekt/ista 67

|Ha«

uxman

ncmuom

naom una

.xmmu

awwmHpmmm«

mvcmwwmavnsuw

nwwmamumw

mxooa

vvs

nazxmmwcaøamumnumum

umgaumum

møwømummuwwawuwcm

.umuaømmu uwwuaam

xmmuxmum wmamvmuwn

.w

umø«uwwuoz

wvømvmumn

uuw

um:

um

Haag

uwmacwv

www

umuwmoa

.wmuvanauumsvcm

.cmsdw

wa

vas

uwuxwmoum mvcmvzuwn

:ma

wmamumm Aøouwaamum uwnoumn wmaucwmm

vmum mama wwauox .umnmmu wuwnum mmc mumvøma

Hmau vw

.cwvøz

umumszaoa

vma

naom

øwuxmm

ms:

mumuww

mumucmmwum

mmm=axca

uuoe

.commumq

.mv

.uwmumuxmnusmuam

mmm vvs

uuowv

comaucmum

:

umumoau

rwaneous mzuououm

:oo

.umvmcumoxwmc«Hxuuu=

uwm Hamu

mumnumsmm

:oo

mvEummm:aow

.mv was

uawemaw

nu

wEummummHa«u

mccsx

nE:m0Eum

un

.øo«ux=voumwuw

cm

coMuuomoum

:mmm

man nova:

M

mwEumma:|Hw

uwvouwsmwcmumwwawnoeem

cmwømcuummamz

cowuxsvoummwamwouøzswvaoømuos

umaamuøamømun

.øomøqcamuumaom

Haau

m

m

mmu

Esqusumuwu

mvøwwmuanmmEwm

uamm

mumumømam

;oo

mcwcumsuua

møuwmmumss

mcuwmmømwouvhn

wwasau

um

mvmn

ummømøuwu

xmmuwsxnøw øowumcwnsox

.mmmu

us

: :msn

um:

awwømøxmuow

amumcm

cm

wømuuaøasxum

wxm«Emxo«n

umux«u:«

.xmcxmumvmcwwmn

mums

:oo m M :oo

nwwao

m

:msm

vvs

Euou umuw

m m

wcoaE=mmEum mnEummm=aom:

ømx

wvømuwu

comumcwman

www www

cwuw

wvømuwummxm uxmauxmum

ams

M

øomuxmøoxømmm

.

couwmuv

mus

.^uwu=u«umcH

.mcumnmoumwøaøummamn

wcqummmamnmum

umvmamwmn

muzmvmumon

:

www

mømuoswuao

E

mvEhmaa=aom: umvmcumox

cacmwa

zman

uummuuon

omg

.^umummuom:=

øowgamawa

Emummmvouuxmauouzm

mauomus

uuw www pmm

umuxmwoua

mqvsumnzxumamnwmmwmz

w cm

øomusumumøm

mumu=m=«

mm

Eocwm

wc«ømuxmwauxwmoum

cmvwm

.^uoumwwm«=:

uwuww

vuzumuoumn

xmmøxwu

Eom

ømuzmvmuwon cmwmaumox

uxmmoum

.uum

mxmømaouwz uwvmøumox

uum

wv=mnmm

ouxmm mumax

M

.vomuma

mc«øEhwmA=

mvøøq

mmuoøwpeox

uum uum cm :oo Uwe

vms .mEhw Eoaww Amumwøm øøuwsa uum uum wnmyz øwwmw

.m .q um Am An

Imuwvmh zwsum

mmuøuwuwøw Ewuuwwcm øwøowunuaumcm

nxmmamxmmxm

wumaamummmmamuwh

am=omumcumu:H

vwuømw

wo

Amuuom

ømmumuw mxmmsmx

cowu now .mHM

I

@%M mmv ooa oua maa

68 Kap I, Bihang 3. Prq/ektlista S()lJ 1974:73

um |um

wvmxmøae

uøwEmHwwwm

.vwum

umxa«

ummmamunw

uuoum

pm

uwwaumum uwaaumum

umum

uxumum

m

.wmmmuuøwmaamsemm

.uaawsuxm .mmmmuuøa

uwvmøum0xmmømaEnmmm:

um

mvmuwomunmmmnm

Haau

uwaacmv

ummwme uwaaumum

uwuxmwoum .umum«uoE

vw

wmampmm Aømumaawum ucweaam umumauoE

vwum .ø.m som uum pay

|wEum

m

Ipm zoo cmx

uwmvmuwnoa

mmuemn

mu

E0

|mmømcxum

umuøz

|ucmmm

sov

.ummmwuoum .umvmcmwzn

:oo

|ucmmw

umw

.wømcvuoam

oucmummuoE

uum :ax :mx

nuommwuaeox

|Ehmmm:mvmumon

umvoaumm

pmm

.cmmE=mwEum

Eomuwumm

mxwao

uxmaumquwuxmumz

.mmmmxm

wc«øu=wøm

uman

ømaame

cmwøwccwwnmz

m :ma :www

Hmmm

.vuwom>w

cos

mama:

so m

ømuaumuomawuumuuz

amemxma

covmcuwoxamuwmmx

m

Mwuwcwaom

cm

mnøwcm

uaon

Aoowv

cmuuauv

.M

pmm

mwuumøun

M

.xm vvs mmm

mcuwaawnwnmmw

uwmw

zmvmcaamxmxuzuu

now

Amxmwmouuøoowmv

oow

.mmmuumcuø cwvmøaamxm mvcemøumwm

pmm

uwaam

Hmqumumsn

M

vas

møcwv

wdw=spwmm1am

uum

.mama pmm

.awumcmaom øuvmøumox

:oo

øuommuumaox

wmamuww

suv

.amxwmsazx mmvamcm vvømaamwsw

ømwww

uxwwwowummaaau

m um

waaauuqn

uumm

w=møvouwn:muumEuw>

m

m«amv

aux .acw

ooom

:oo

.w:aøEnwam:mvmaww›n

uwuw umvø:

øwx

.mE=mmEuw

mmuu›au:

m

uum

ovømoumn

:oo

ømaaws

uwaaamn

uum

.m.Hn

mHnwwuomu

cm

wucmuxmuuwn

N

umaaw aamxw mmuv

cmaawe

m

ovcmwwmawuwm

aow

øwwww

uHmnmmummu

mm

:acw

NH

ummM:u:umummEwu

xwøxuumwmcwwan

m

muuuwn

uum

w=møwwwH:mmEsmwEuw

am

www

øwuxmwwomummaawu

HOUMU

uxumuw

uum

.wmumuwaa«u

:oo

.vwummw:«øxum

pmm uoe

.amma

maamsuo

aE:mmEum

:oo

vmuaam

M

Eoømw Eoømw

cmwømcvuoøm .wmaucwwmno

uwu va

vmcaawxmunumummäwu

wvømmuuzøuz

uawxam

uum

N

uwumwmuwwmmE5mwEum

mmm«

uwmuxwumwaawu

N

uwmauømwm

Aooqv

.mwumamnaw

uøoEoawwww

.Emmxmu

øwumca

pmumwøsw mmmmxm

um

cmuxowwwmummaamu

Som

muwwa mm:un

wmmuuzøus

uuw

umvøa

nmwmcumox wvømumumaxm

mn:

øuw

Hamnmøøwwwuwøm

cm

Amvwm

www

umuowasm

vmuwmwcaøxum

ømumwø

um

umwøwummmmpwwuwøm

uum vos vma

mumpum ummm

:acw uum

cmuxwwwowwaaøawuumaom

:oo m«

ømøowuxøuumøox

cm

pmm

umeaax

møw=muxmwnuxwwoum wø«øeuwmm=mvmumon

mamma

coø«xmmEmmwEum uwumuaunmwmum

uwvmu

Hmmu

so

wumaamnwnmmw øwvmcaawxmxuzus

.wwuwømaom

=«xmmEmmwEum

uwwvma

ummmummmmeømws .usumuumsmuumø

mums:

uwumwmummm vwuuwaamam

=mm

mmucwum

øwuumvoHw umuxwmoum

xmmv=::

mc«øspmam= wmumumaA«u

um

muoaawx mxm«uwuowu wmumømaom

uum

umuwzm Husman: amma vmum .uwwoum mcaø som muvøm mwma muuomv

M us H m umw

commwmumao

pmm xacxwu

NEW

mumaawummmmamuwm x«øxmumøoMumocøH

vwmsuuoo uwusumumzm uwuaumumøH mcomumxøoøøH

Mmm man maa cow wow

Prq/ektlista 69

nu

coumum

umvmcumox

mumnw

Iwmmxmam

umw

wumøm |xum

uøammm uøammm

E0

wvuou møamv

wøacmumm

smwmamunw

|=«u:«wum=wv:«>

mwnon

una uum

Mwuosm

uwwaumum

ovømwwmuumn

uum

wvawmwmm

mm .ac

mmcma

uwmcmuwca

:oo

www

vmum

E0 nw

vmum

.muwwmu

.wvcmuwwu:v:ø=

øww

Hawu

wa uum

usammn

Hag»

umwacwv

muwøwmuam

aaoauumsnøw

una nom

uwwaumum

cmuozumxmmo

muxm»m

wøumvaumwøwc

um:

Acmumaawum mwmaumum mxmmuwucø wcmmaaau umumxmmu

wmampmm wnum maamu .aonmxmwu mwumcm cmumum .uwnsmm

man E0 mcwø pmm ao man

umssox

.cwwmw

M M

mmuwuowpw

\coøw name

.umwøwcume

oEpwmwcacHmpuw

um:o«ummum

mnnmn Eoømw

umwcqcumawmawe

soc

uumuxvøm

wwaaumvuowum

Eom

cmwø«cEuwaa:mE:p

m oxm

wc«:Eumam:

.uovwu

mwwauwøuomuo

.mH.«N-omm

onon

:oo

øwwc«

m

uwza

:oo

:omumH«u:w

wcm=:wu:«wuoamvc«>

som

E0

wumøma

mmuomcmmmv

w:mcawu=

.N uum www

m=:oum

uommxmcsx

mumwu:

mus

uwmvausmm

vEummm= umvcn

m

pmm

umwcaøvuocm

uum

vmuw

.mumHxmwEum>

uomamuw

mmmuw

m

mN.qm-omm

umw av

wwumcm

m

Emumzm

.mH.«Naomm

cowumsuowcm

vumxmcw

mwmmxm

cowumcwnsox

mumuww

mumamm

ovømuwuøm

za

.^uumuxHm

m

mamwwaumuum

wmHumv:=vø«

Eom

ovømunmaaa

uum nu zm

aux

H

uvamuwmcw

mgamumunmmm

mumwasw

|

H mm

wam=cwu:wmumømv:m>

ao www

umwm umxnze

m

maamumanmmm

.wmnoømam

.ESR

wcmwammu

mwca

Eouømmmn

Eocmw

wcwøwuxmmnuxmwoum

uuw

Emum›wuwmuxvca

na

zoo

uwumnEmmxuw

uum =mw

umuxmnoum wøm:wwmxm=

oxm

mmwzwup ummcma u«mmwu0=m

vmu

mmnwu mxgquv

mm mm

uEmm .uoman .muumv

uum | www m I

m m

wumaamummmmamnmm

mmømumunmmm mmømumunmmm

Awuuow

|

wwnwøovøäø

mmm MED wouv oqa Hcg

70 Kap I , Bihang 3: Projektlisra

mummcw

uxz

mwu:

uwwaumum uwwmamunw

a

umøgemamum

non

umcwe

g

mvøoomm

vnum

Haau

uwwaøwv

uwxuzev

cowmaamum .aHmwcmuum

mmamumm uwmaumum Awcqøemwwn Ammxqmv

nwum vws

uaon

m

mcøøx

.xumuwmuxvcm>

mw«umm mxH«

mamxm

mxmweoøoxm

.wcmcmnwmuwwmmuoaw

ww«uwm

umwmawumwuohm

M

-owwmwwmwøwwwcmu

mmcxmumn .kanssa

mwcmvmuwn

M

cmum

:oo

wc«cEumam:w=n

:mxa« amucm

wc«Hxumu: mxmmcxwu

M

um

.Eouwzmpmumnøäwg

u

m«u«cww0v

wcmøEummm=m:n

:

uuoum

EOCM

.wøgøawvuwwwvwu

mn

www

:

umwøwømsmaawu

.wcmuumu

mm

aan

.uuommmnuwmuxuø«

uuw

uuoxmaamuwwuwcm

vmummmnummuxvc«

SUG

wcmpwcmaa

uum

.qnma

m

MMMMMMMMOWMNMWMWMMWM“mmmwwøww

pmm

.umemumzm

:oo um

.uumuxvøm

IHOUOH

umuwøn

.pmmHmunumm

mxwao

umnamuaom uwuxmmoum

w

m:w:o«ux=wonmmEuw

wuasm

umwmøwwan

øowuxavounawumam

wwaux«mHmw

www uww

uuun

uwxH«

UANEMUQO

mumuemuw

wnwuwawumo

m

m

mummn

www

I mwcw N Hamu

ømwuwn

..

wøw=muxmwnuxomoum

wummøwaøom

Ewummmmwuwøovø« muumwaaøuummuauww

uamuou

m

uum m m

.xumuwmnxm>mm

M

wsmøuummamz

uoaamxmwuoøw

wummøwubom wmmwwüww MEHHMU®UD w=wammmmø xmasoøoxm .mvwmaumax

.

namn aama umsox mama: EDMUSUW m›Hm: mw«uv

Awmamnwu

|ma«mw=wuum

mHam:0au=m:ox|mxu«

wumaawummwmamuwm

Emuummcnng

guawax øcsavwm

uwwacomnwmv

oaao mømumum xuo oH›m mwawm

mwau©

ua

Mmm omm mmm mmm

APPENDIX 1

Olle Lindström;

NY KEMISK ENERGITEKNIK

En redogörelse rörande främst processer för nyttiggörande av kol och inhemska energiråvaror

Sammanfattning

Framtida system för energiförsörjning bör nyttiggöra flera och oberoende energikällor. En inhemsk försörjning med miliövänliga fasta, flytande och gasformiga bränslen främst på torvbas kan bli av samma storlek som och billigare än den nuvarande oljeimporten. Metanol kan spela en jokerroll som universalbränsle i detta system.

Energiscenarios presenteras som kan utgöra underlag för komposition av olika alternativ genom tillägg (t ex av kärnkraftutbyggnad) eller strykningar (t ex av torv). Dessa scenarios synes tillmötesgå önskemålen om stabilisering och säkerställande av energiförsörjningen genom

- av alternativ) diversifiering (införande - klara bortfall av av beredskap (att energikällor tekniska eller politiska orsaker) - redundans (reservmöjligheter) - konvertibilitet (omställbarhet)

Ett sådant scenario inrymmer en ökning av elkraftproduktionen med en faktor 2,7 och av bränsleförsörjningen med 60 Z, jämfört med 1971, och kostar mer än 100 000 Mkr i investeringar inkl investeringar i kärnkraft samt följdinvesteringar. Ett produktionstillskott på l Mtoe/år i form av miljövänliga, inhemska bränslen kostar omkring l Gkr medan samma tillskott i form av elektrisk energi kräver en

72 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

investering som är omkring 10 Gkr. Det finns därför all anledning att söka nå en ekonomisk balans mellan elektrisk energi och övriga energiformer.

Den så kallade 5 Z-regeln användes genomgående i detta appendix för uppskattning av rimliga FoU-ramar. Dessa nominella ramar har reducerats med hjälp av en så kallad teknik- och resursfaktor. Ytterligare reduktion får sedan ske i en prövning av realismen i målformuleringen. Den statliga andelen av FoU-insatsen måste också avgöras.

Förslag till FoU avseende viktiga avsnitt av den icke-nukleära energitekniken 1975 - 1985 Energi- Andra betingad motiv FoU Nya energiråvaror (främst torv

Nya energisystem (metanol) 25 - Grundforskning Resursförstärkning vid högskolor m m 25 - Övergripande m m 25 analyser - Programledning och samordning 25 Summa 605 170

Merparten av den energibetingade ramen avser nya energiråvaror och nyttiggörande av dessa i en skala som svarar mot den nuvarande oljeimporten. Föreslagna ramar ligger i underkant jämfört med motsvarande planer i USA och Västtyskland (med lika mycket i kända koltillgångar per capita som har - Sverige torv). Tillämpning av 5 Z-regeln för utveckling av ny kärnkraftteknik i syfte att få ett tillskott på l 000 till 6 öre/kWh per år under perioden 1985 - 1990

Mwel

ger en nominell ram på 300 kr. Även ekonomiska skäl talar således för en balans mellan FoU i nukleär och icke-nukleär energiteknik.

Inledning 73 sou 1974:73

1 Inledning

Detta appendix är en avkortad version av ett utredningsunderlag angående utvinning av energiråvaror (främst inhemska bränslen) och icke-konventionella metoder för nyttiggörande av kemisk energi samt icke-konventionella system för distribution och omvandling av kemisk energi.

Redogörelsen är disponerad på fyra avsnitt: nya energiråvaror, strömkällor och nya energisystem jämte ett avsnitt om gemensama frågor. Avsnittet om energiråvaror berör också kortfattat möjligheten av framtida energiodlingar samt processindustrins förbrukning av energiråvaror. Avsnittet om nyttiggörande av jordbruksavfall för biogasproduktion behandlar också biokemiska processer för andra liknande bränsleråvaror främst hushållsavfall. De olika avsnitten sammanfattas var för sig.

Denna inledning knyter främst an till avsnittet om energiråvaror men synpunkter avseende uppskattning av anslagsramarnas storlek gäller även de övriga avsnitten.

Målet för detta arbete har varit att formulera förslag avseende program för forskning och utveckling som kan förutsättningar för att göra Sverige mindre beskapa roende av olje- och ev gasimport och/eller kärnkraft. Det finns flera skäl för att detta område bör ägnas ett stort intresse:

- kan teoretiskt klara en energiförsörjning av Sverige nuvarande storlek med hjälp av inhemska bränsleråvaror under lång tid framöver. - i de svenska torvmossarna motsvarar Energiinnehållet 600 ton olja per svensk, kända koltillgångar i USA och Tyskland är lika stora (600 resp 750 ton olja per capita). - bör stabiliseras och säker- Sveriges energiförsörjning ställas genom en diversifiering mot olika slag av

74 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

bränsleråvaror, särskilt inhemska. - Även en snabb utbyggnad av kärnkraften i landet kan täcka endast en mindre del av energibalansen inom överskådlig framtid. Det torde dessutom mycket lång tid framöver finnas en större naturlig marknad för (flytande) bränslen än för elektrisk energi. - Det är svårt att spå en framtida prisnivå för olja och naturgas (denna osäkerhet är i och för sig ett motiv för FoU på alternativa bränslen) men nog bör man för säkerhets skull räkna med nuvarande nivå för perioden 1985-2000, vilket skapar en bättre ekonomisk miljö för de inhemska bränsleråvaror som utkonkurrerades av oljan under 1960-talet.

Hur mycket bör man satsa i FoU på detta viktiga avsnitt av energibalansen under perioden 1975-1985? En ren lönsamhetsbedömning bör ligga i botten av denna värdering. En ytterligare satsning kan vara motiverad av miljö-, beredskaps- och säkerhetsskäl samt även av politiska värderingar. Man kan fråga sig om staten har anledning att satsa pengar i lönsam FoU, är det inte industrins sak - inklusive den statsägda industrins? Staten måste dock gå in eftersom det inte finns huvudnågon naturlig man för den nya bränsleindustrin som är tillräckligt kapitalstark för de mycket stora som FoU-satsningar synes motiverade.

Det finns många alternativa målformuleringar att välja mellan beroende på vilken framtidsvision man föredrar- Följande konkreta formulering kan anpassas till mål som formuleras för andra sektorer av energiekonomin men kan även tänjas till ett hypotetiskt oberoende av kärnkraft och bränsleimport under en del av 2000-talet:

Skapa förutsättningar för produktion av inhemska bränslen med början år 1985 mot nivån 30 Mtoe/år vid sekelskiftet.

Inledning 75

För lönsamhetsbedömning behövs förutom produktvolymerna också en idé om produktpriserna. De internationella oljepriserna ger prishorisonten. Oljan kostade före krisen $ 2.80 per fat och kostar nu $ 13.20 per fat (svavelfattig olja från Libyen). Den libyiske premiärministern deklarerade våren 1974 att oljan rätteligen borde kosta $ 20-25 per fat. VD för det libyiska oljebolaget Oasis tror i en SvD-intervju (S aug 1974) på en stabilisering på nivån $ 11.00 per fat, vilket motsvarar

300 kr/m3 eller 8,3 kr/GJ. I denna utredning användes

som riktmärken för miljövänliga men i övrigt

§kr/GJ

ospecificerade bränslen. vari inkluderas svavelfattiga fasta och flytande råvaror såsom torv, syntetisk råolja, syntetisk naturgas samt 10 kr/GJ för raffinerade bränslen för förbränningsmotorer etc.

användes ibland För överslagsmässig lönsamhetsbedömning den s k 52-regeln. 5 Z av försäljningen under fem år anses vara en rimlig FoU-insats på ny teknik. Detta nominella anslag reduceras sedan i proportion till det uppskattade risk- Den tänkta produktionen under de första fem tagandet. åren målet ovan efter start 1985 blir totalt enligt 30 Mtoe vid ett tillskott på 2 Mtoe produktionskapacitet varje år (motsvarande l 1/2 st l 000 MW kraftverk (40 Z verkningsgrad, 6 500 h utnyttjning). Denna kalkylbas ger vid nollrisk en rimlig satsning på nya energiråvaror på 300 Mkr. Vid prisnivån 5 kr/GJ är en årsproduktion efter 2000 värd 6 000 Mkr, vilket skulle på 30 Mtoe/år motivera FoU för 1 S00 Mkr.

avseende bränslen att Till en grundsatsning primära

i stora .kommer FoU avseende för-

utnyttjas anläggningar till företrädesvis sekundära flytande bränslen ädling för bilar etc. Om hälften av produktionen förädlas på detta sätt till t ex metanol för 10 kr/GJ ger kalkylbasen åren 2000-2005 en nivå på sammanlagt l 750 Mr (65 Z vid medan kalkylbasen åren verkningsgrad konverteringen) 1985-1990 ger 350 Mkr för FoU vid nollrisk.

76 Kap I, Appendix 1: Kemisk energiteknik

Till bilden hör också FoU avseende annan teknik: ny strömkälleteknik, ny teknik för nyttiggörande av primära och sekundära bränslen, ny teknik för distribution av bränsle och energi, etc. Det begärs också av den nya energitekniken att den skall förbättra vår miljö, vilket torde vara värt en betydande FoU-insats som dock är svårare att precisera med hjälp av företagsekonomiska tumregler såsom SZ-regeln. Rimliga satsningar i här nämnda områden behandlas inom respektive utredningsavsnitt.

Överslagen indikerar således att det kan vara rimligt att satsa storleksordningen 350-l 750 Mkr i bränsleteknisk FoU om detta kan leda till en inhemsk produktion motsvarande 30 Mtoe/år i primära, miljövänliga bränslen. Som riktvärde kan således anges storleksordningen l 000 Mkr för den totala anslagsramen vid nollrisk.

När man sedan söker uppskatta en realistisk ram kan man i detta fall ansätta två faktorer för av omräkning ramen från den nominella nivån till en realistisk nivå. Den ena faktorn behovsfaktorn är en värdering av realismen i målformuleringen. Behöver vi ett tillskott på 30 Mtoe/år omkring år 2000 i form av inhemska bränslen? Det sannolika behovet är kanske hälften så stort tack vare säkrad import av olja och och en snabb naturgas utbyggnad av kärnkraften. I så fall reduceras ramen till 500 Mkr genom multiplikation av den nominella ramen med behovsfaktorn 0,5. Den andra faktorn är en teknik- och resursfaktor som anger sannolikheten för att det avsedda resultatet skall kunna uppnås. En tredje och i detta sammanhang lika viktig faktor är en rimlig statlig andel av den framräknade ramen.

Teknik- och resursfaktorer för de olika delområdena har uppskattats i detta appendix. har däremot inte Ställning tagits till de båda övriga faktorerna.

Inledning 77

En granskning av motsvarande amerikanska och tyska indikerar att beslutsfattarna i dessa länder FoU-planer ansatt för såväl behovsfaktorerna som höga värden teknik- och resursfaktorerna jämte den statliga andelen.

De amerikanska planerna att satsa 50 000 Mkr under en tioårsperiod avseende nyttiggörande av kol och skiffer motsvarar således en svensk nivå på 2 000 Mkr (lika satscapita). De kända amerikanska kol- och skifferning per förekomsterna (proved and currently recoverable) uppskattas till 600 toe kol och 50 toe skifferolja per capita. Återstående reserver (estimated total remaining recoverable) är en storleksordning större. Det totala i de svenska torvmossarna svarar också energiinnehållet mot 600 toe torv per capita medan skifferoljan ligger på nivån 20-55 toe per capita.

Det västtyska FoU-programmet startar med en satsning på den nya bränslekemin på nära 2 000 Mkr under perioden 1974-1977. Omräknat till en tioårsperiod motsvarar detta minst 7 000 Mr (vid obetydlig uppskalning) eller omräknat till svenska förhållanden 1 000 Mkr. De omkring västtyska koltillgångarna svarar mot 750 toe uppmätta kol per capita, totalt uppskattade tillgångar är omkring 3 ggr större.

En FoU-satsning på storleksordningen l 000 Mkr i torvlandet Sverige synes således harmoniera med storleken på planerade satsningar i kolländerna USA och Västtyskland.

kan resas mot detta resonemang. Torv Många invändningar och kol är förvisso inte likvärda bränslen. En jämförelse utfaller dock inte enbart till torvens nackdel. Bland fördelarna kan nämnas:

- luftförorening låg svavelhalt, ringa - med Vattenförsörjning för processerna inga problem - med vattenförorening ringa problem

78 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik

landskapet kan förnyas t ex för skogsbruk eller odling av energiväxter med förhållandevis enkla medel efter avslutad torvtäkt möjlighet till utveckling av ny teknik för utvinning och torkning som kan göra torv till en mycket billig bränsleråvara.

Dessa fördelar betyder mycket för och har även miljön direkt ekonomisk betydelse eftersom kostmiljöbetingade nader t ex för svavelrening elimineras. Tekniska nackdelar är - förutom nuvarande alltför höga utvinningskostnader - torvens lägre värmevärde och lägre bulkdensitet. Torven bör därför helst nyttiggöras nära mosskomplexet i värmekraftverk och/eller för anläggningar konvertering till gasformiga och flytande bränslen, företrädesvis metanol.

Varje ingrepp i naturen leder också till konflikt med naturskyddsintressen. Det borde dock gå att komma fram till en lösning som tillgodoser alla samhällsintressen någorlunda väl. En produktion av 30 Mtoe/år i form av fast torvbränsle skulle engagera 15 Z av mossmarken, en yta som uppgår till hälften av ytan av den helt utbyggda Ångermanälvens sjösystem.

Övriga inhemska bränsleråvaror saknar förutsättningar att spela samma roll som torven. Skiffer och skifferlakrester från uranutvinning är mycket sämre bränslen än torv p g a exceptionellt höga halter av svavel och aska.

Skogsråvara och jordbruksavfall kan ge rätt stora tillskott men till priset av uppoffringar av annan produktion. Dessa bränsleråvaror har betydelse från beredskapssynpunkt. Hushållsavfallet är en svavelfattig bränsleråvara som bör tas tillvara främst av miljöskäl.

Torven framstår således som vår förnämsta bränsleråvara

SOU 197473 Nya energirávaror 79

från alla synpunkter och bör utgöra den tunga komponenten i ett system för bränsleförsörjning baserat på inhemska bränslen.

Torvmossarnas energiinnehåll är av samma storlek som den tillgängliga brytvärda uranmängden i Ranstad vid nuvarande reaktorteknologi. Hithörande frågor skall belysas i de följande avsnitten.

2 Nva energiråvaror

2-1 Eelâêsâêzieiesee

Inledning

Kol tar vid när oljan sinar låter enkelt och problemfritt. Så är dock inte fallet. Det är inte bara fråga om processutveckling och uppbyggnad av anläggningar som kan konvertera kol till miljövänliga bränslen eller att sätta in vid koleldade anläggningar. Minst lika svårt gasrening är att få fram tillräckliga mängder kol tillräckligt snabbt.

Även ett land utan egna koltillgångar har stor anledning att följa utvecklingen på kolområdet. När kan Sverige importera stora mängder kolbaserade bränslen och till vilket Det är en avgörande fråga vid beslut om pris? satsning på inhemska bränslen pch kärnkraft-

har presenterat en studie av den in- Ångpanneföreningen ternationella kolindustrin och kolhandeln i världen på uppdrag av EPU. En slutsats är att det borde vara möjligt för Sverige att om 5-10 år nå upp i en kolimport av 10-15 Mton/år, jämfört med nuvarande 2,5 Mton/år. Importen skulle komma i första hand från Australien (5 Mton/år), Sydafrika (2-5 Mton/år), Polen (3 Mton/år) och Sovjetunionen (2-3 Mton/år).

80 Kap 1. Appendix 1: Kemisk energiteknik sou 197473

Detta kapitel är tänkt komplettera ÅF-rapporten. Syftet är att belysa problem som uppkommer när man söker öka kolproduktionen snabbt i ett land med exemplifiering mest från USA.

Exempel på utveckling i USA

Kol svarade för 70 Z av USA:s energiförsörjning år 1900, andelen är nu 18 Z. Nedgången beror på oljans och kärnkraftens frammarsch samt svaveldioxidproblemet. Det anses i USA att kol kan säljas till ungefär hälften av oljans energipris beroende på transportkostnaderna samt kostnaderna för - Detta innebär att man svaveldioxidrening. borde kunna lägga ner ungefär 4 kr/GJ för konvertering och (räknat förädlad avsvavling på produkt).

Mellan en femtedel och tredjedel av de bättre amerikanska kolförekomsterna ligger inom 30 meters räckhåll från markytan. Ungefär hälften av den amerikanska brytningen äger rum i dagbrott. Sådan brytning kan etableras snabbare än underjordsbrytning och är fördelaktig från många synpunkter: mindre olycksrisk, 100 Z-ig utvinning etc. Produktiviteten är tre gånger bättre än vid underjordsbrytning.

Ett stort problem är markförstöringen som är särskilt besvärande vid brytning i kuperade områden. Massorna rutschar efter sluttningarna och förstör stora områden. Det är emellertid möjligt att återställa landskapet i ett acceptabelt skick med landskapskirurgi. Schaktmassorna läggs tillbaka med truckar. Kostnaderna för brytningen ökar med 60 Z Vilket dock snart kompenseras av produktivitetshöjningen.

Great Northern Plains innehåller stora mängder kol. Fort Union-formationen som sträcker sig över North

Dakota, Montana och Wyoming håller mer än 1012 ton kol,

varav 80 000 Mton kan tas i dagbrott. Den modernaste tekniken på området lär tillämpas vid Deckergruvan i

SOU 1974373 Nya energiråvaror 81

sydöstra Montana. En grävskopa tar upp kol och lastar på truckar som kör upp kolet till silos. Kolet lastas på unit trains som inte stoppas ens under

lossningenl

Deckergruvan producerar nu 27 Mton kol per år som fraktas hela vägen till Chicago och Detroit. Värmevärdet för dessa subbituminösa kol med 0,3 Z svavelhalt är 75 Z av värdet för goda Virginiakol men bolaget kan ändå sälja kolet för ungefär 18 kr per ton så att fraktkostnader på 45 kr per ton kan tolereras.

Burlington Northern planerar att under första halvan av 1980-talet frakta ut 90 Mton kol per år från Northern Plains, tre gånger regionens produktion 1973. Järnvägsbolaget kan dock få konkurrens. Man diskuterar nu en ledning för transport av 25 Mton kol i uppslammad form från Wyoming till ett kraftverk i Arkansas. Järnvägsbolagen har tidigare hotats på samma sätt och tvingats sänka fraktsatserna.

Ett andra alternativ är att elda upp kolet på platsen och transportera energin som elektricitet. Ett tredje alternativ är att använda kolet som råvara för produktion av syntetisk naturgas och olja. Enligt National Coal Association har redan 7 000 Mton av kolen i Northern Plains reserverats för kraftverk och förgasningskomplex.

Bromsande effekter

Ny teknik för brytning i dagbrott gillas inte av fackföreningarna som ser sin betydelse minska i och med att behovet av arbetskraft reduceras. Den allmänna opinionen och lagstiftningen är dock ett större orosmoment för kolgruvefolket, även om man lyckas återställa landskapsformationerna i ett acceptabelt skick. Inverkan på grundvatten och möjligheten att åter få till stånd en vegetation som kan bära ett jordbruk är besvärliga frågeställningar som säkert kan försena men sannolikt inte förhindra utnyttjandet av de amerikanska koltillgångarna.

82 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik

Det behövs också en hel del riskvilligt kapital för utbyggnaden. National Coal Association meddelade december 1973 att kolindustrin kunde höja sin nuvarande produktion på 500 Mton/år med 110 Mton under gynnsamma omständigheter. d v s stabilitet på arbetsmarknaden, tillräcklig transportkapacitet, uppmjukad priskontroll, fördröjd tidtabell för miljöregler och stopp på onödigt avstängande av kolgruvor. Järnvägsparken måste kompletteras för 27 000 Mr i detta syfte.

En viktig omständighet för kolindustrins goda vilja är att den måste känna säkerhet i fråga om det långsiktiga lönsamhetsperspektivet. Det torde därför dröja in på 1980-talet innan kolproduktionen kan accelerera så att koltillskottet märks i den nationella energibalansen. Det är också den tid det tar innan teknik för miljövänligt utnyttjande av kol är framme. Under tiden kommer särskilt lågsvavliga kol att användas i kolpulvereldade kraftverk. De amerikanska västkustkolen har låg svavelhalt, vilket gör dem väl lämpade för direkt eldning.

Det föreligger fortfarande tveksamhet beträffande reglerna för tillåtna svaveloxidemissioner. Dessa regler kommer nog inte att skärpas ytterligare men de kan mjukas upp. Många hävdar att svaveloxiderna trots allt är ett lokalt problem. I Kanada litar man till höga skorstenar och drift på lågsvavliga bränslen när de meteorologiska betingelserna är ogynnsamma. Man kräver inte rökgasskrubbrar för därför att

SOX-eliminering,

tekniken anses inte vara färdigutvecklad. Provinsen Ontario har tecknat ett kontrakt med US Steel Corporation om leveranser på totalt 90 Mton med 1,8 Z svavel från en nyöppnad underjordsgruva i Pennsylvania. Samma inställning föreligger i Storbritannien. Svaveloxidutsläppen ökar fortfarande men skadeverkningarna har reducerats tack vare högre skorstenar.

Amerikanska miljövårdsstyrelsen driver emellertid en konsekvent politik att SOX-rening skall införas så snart som möjvid kraftverken. Som bekant hävdar många att det inte ligt finns effektiv teknik för rökgasrening, medan andra menar att

Nya energirâvaror 83

processerna är framme men ännu inte mogna för drift i full skala. En ändrad amerikansk inställning till SOXproblematiken torde också påverka FoU på konvertering av kol till flytande och gasformiga bränslen. Ett Viktigt motiv för brådskan på den kanten är ju miljökraven.

Kraftindustrins reaktion

Den amerikanska kraftindustrin har av miljöskäl tvingats byta från kol till olja och får nu order att gå tillbaka till kol. En återgång till kol leder till många problem. Det är ibland mer lönsamt att bygga en ny koleldad panna istället för att konvertera en existerande oljeeldad. Följande exempel belyser den amerikanska kraftindustrins situation och ställningstaganden. Potomac Electric Power Co, Washington D.C. investerade 1971 13 Mkr för konvertering av en anläggning vid Buzzard Point från kol till olja. Bolaget har nu fått direktiv att konvertera tillbaka till kol, vilket ger tre månaders driftstopp och betydande kostnader. Samma bolag har beställt två kolpulvereldade pannor på 900 MW vardera som också kan kö-

ras på olja, eventuellt med hushållsavfall som tillsats-

bränsle. (Sådana försök har genomförts i St Louis vid Union Electrics kolpulvereldade anläggning.) Den ena pannan tas i bruk 1977 och den andra 1978. Samma bolag bygger vid Chalk Point, Maryland, två st 660 MW oljeeldade pannor för start sommaren 1974 och 1976 för komplettering av två äldre kolpulvereldade pannor. De nya pannorna vid Chalk Point kan köras på svavelrik olja och är försedda med rökgastvätt. Konvertering till kol kräver två års anläggningsarbete och de kan sedan bara köras på dellast.

En 650 MW anläggning för Allegheny Power System Inc. vid St. Mary, West Virginia, leverans 1978, kostar 1 800 kr/kW inklusive utrustning för miljöskydd. Som jämförelse kan nämnas att en liknande 650 MW enhet togs i bruk december 1973 på samma plats till en kostnad av 900 kr/kW, utan utrustning för miljöskydd.

84 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik

Kraftindustrin satsar i första hand på känd teknik, främst kolpulvereldning. Den högre verkningsgrad som är möjlig vid förgasning och/eller förbränning under tryck kommer dock så småningom att styra investeringsbesluten.

2.2 êynpunkter på nyttiggörande av kol i_§gegigg

Osäkerhet synes föreligga beträffande förutsättningar för kolimport på kort och medellång sikt. Den nuvarande prisnivån i Sverige, 200 kr/ton (7,4 kr/GJ), skulle under gynnsamma förhållanden kunna reduceras till nivån under 1973 100 kr/ton (3,7 kr/GJ), vilket förutsätter långtidsavtal avseende leveranser och fraktsatser.

Amerikanska bedömare hävdar att kol för att vara konkurrenskraftigt med olja får kosta hälften medan svenska bedömare anger en tillåten kostnadsdifferens på 1,5 kr/GJ. Det ekvivalenta priset för olja vid ett kolpris på 100 kr/ ton uppskattas således till 5,2-7,4 kr/GJ eller 190-270

kr/m3. Prisnivån 200 kr/ton (1974) svarar mot ett ekvi-

valent oljepris uppskattat enligt samma grunder på

320-530 kr/m3. Den nuvarande prisnivån på importerade

kol ger inget ekonomiskt incitament för omställning

till kol vid nuvarande oljepriset (300 kr/m3).

En tillkommande kolimport på 10 Mton/år omkring 1985 (total import 12,5 Mton/år) kan nyttiggöras för produktion av - elkraft - värme - bränslen eller flytande (metanol metylbränsle) gas (syntetisk naturgas) - koks - etc kemikalier, plaster

Alternativen elkraft och flytande bränsle skall beröras på denna plats. Importen räcker för 4 st 1 000 MW koleldade värmekraftverk (6 500 h, 33,3 Z). Om halva mäng-

SOU 197473 Nya energirâvarør 85

den kräver blir kraftverksinvesteringen

SOX-rening

6 000 Mkr och den årliga kolkostnaden l 500 Mkr (150 kr/ton). Motsvarande kapacitet i kärnkraftverk kostar 8 000 Mr med en väsentligt lägre bränsleterm, säg 300 Mkr/år.

Kolet kan också konverteras till flytande eller gasformiga bränslen i en bränslefabrik vid importhamnen. Denna möjlighet skall illustreras med bränslealternativet metanol. Produktionen blir 9 Mton metanol per år för en investering på 2 000 Mkr, vilket räcker till 3 st 1 000 MW metanoleldade kraftverk (6 500 h, 40 Z). Den specifika investeringen är lägre bl a därför att system för rökgasrening inte behövs. Kombinationen gasturbin-ångturbin med högre verkningsgrad är ett naturligt system för metanol. Investeringen i de tre värmekraftverken uppskattas därför till 2 500 Mkr. Kolet för denna produktion antas också kosta 1 S00 Mkr/år och syrgasen för förgasningsprocessen 750 Mkr/år (100 kr/ton).

Tabell l summerar de tre alternativen. Kärnkraftens ekonomiska överlägsenhet vid dagens spelregler och kostnadsbild tarvar ingen kommentar. Merkostnaden för det rena kärnkraftalternativet balanseras redan efter ett par år av de högre bränslekostnaderna i de andra alternativen. Ett billigt och svavelfattigt fast bränsle för 3,2 kr/GJ ger break-even med kärnkraftalternativet, medan en hypotetisk syrgasfri metanolprocess skulle behöva en bränsleråvara för 1,6 kr/GJ, vilket motsvarar t ex 32 kr/ton torr torv.

Metylbränslet är ett universalbränsle som kan ersätta olja eller bensin. Produktionskostnaden för metylbränslet i detta exempel är 280 kr/ton, varav 170 kr/ton är kostnad för kolet, 80 kr/ton för syrgasen och återstoden övriga rörliga och fasta kostnader. Bränsleråvaran domi-

nerar bilden. Priset motsvarar 14 kr/GJ, d v s 600 kr/m3

eldningsolja eller bensin. Flera skäl talar ändå för att

86 Kap I, Appendix 1: Kemisk energiteknik sou 197473

Tabell 1: Några alternativ för nyttiggörande av 10 Mton kol per år, jämfört med kärnkraft 4-1000 MW ( 6 500 h)

Koleldade kraftverk Metanoleldade Kärnkraft 2-1000 MW (låg S-halt) kraftverk 4-1000 MW 2-1000 MW (hög S-halt) 3l0O0 W

ÃEY§§E§EiB8êE Kraftverk 4 000 Mkr 2 500 Mkr 8 000 Mkr 2 000 Mkr - - Rökgasrening Metanolfabrik - 2 000 Mkr - Summa: 6 000 Mkr 4 500 Mkr 8 000 Mkr

Årskostnader Bränsle, råvaror l 500 Mkr 2 250 Mkr 300 Mkr Övriga kostnader, 15 Z av inv 900 Mkr 675 Mkr 1 200 Mkr Summa: 2 400 Mkr 2 925 Mkr 1 500 Mkr

Produktionskostnad 9,3 öre/kWh 15,0 öre/kWh 5,8 öre/kwh

en eventuell import på 10 Mton/år bör konverteras till metylbränsle, nämligen: - reduceras kolbetingade investeringar - större tolerans gentemot olika slag av kol än andra processer för konvertering till flytande bränslen, passar därför ett importland processerna kan anpassas till inhemska bränsleråvaror - existerande metylbränslet passar anläggningar.

2›3 §92ze:ss:i2§_â!_E2l

Det historiska perspektivet

Elementet kol (C) är naturens byggmaterial och kemistens nyttigaste grundämne beroende på att kolatomerna kan bindas till varandra i kedjor och ringar av olika struktur och egenskaper. Två miljoner sådana föreningar har syntetiserats hittills. Några av dessa föreningar

Nya energirâvaror 87

såsom plaster och lösningsmedel tillverkas i skalan flera hundratusen ton per år vid de stora petrokemiska anläggningarna. En ökande andel av oljan och gasen används i dag för detta ändamål, merparten blir dock bränsle.

Den bränslekemiska industrin kommer att byggas upp mot år 2 000 och i första hand utnyttja mineralet kol, som är ett kolväte i fast form. Länder utan egna koltillgångar har att utnyttja andra egna liknande råvaror såsom oljeskiffer, torv, avfall etc. Dessa bränsleråvaror har lägre bränslevärde men kan ofta utvinnas till låg kostnad i det egna landet. Bränslefabrik nära fyndigheten torde göra förädling av sämre inhemsk råvara till ett konkurrenskraftigt alternativ jämfört med konvertering av importerade kol. Det blir dock den kolbaserade bränslekemin som kommer att styra utvecklingen och bestämma vilka flytande och gasformiga bränslen som kommer att dominera marknadsscenen.

Lysgas producerades industriellt från kol och andra bränslen redan under 1800-talet och har en modern motsvarighet i stadsgasen. Mycket av den tekniken har fått ny aktualitet. Mycket har också tillkommit såsom katalys och hög-

trycksprocesser. Framställning av syntetisk bensin genom

förgasning av kol till syntesgas följd av kondensation till kolväten vid högt tryck över en järnkatalysator (Fischer- Tropsch-syntesen) skedde i stor skala i Tyskland under andra världskriget. Det som framför allt kommer att känneteckna den framtida bränsleindustrin är dock dess väldiga dimensioner, som också ger nya dimensioner åt den tekniskekonomiska problematiken.

Tekniska grunder

Följande rader ur Nordisk Familjebok från 1908 ger en koncis av den del av bränslekemin som inte förbeskrivning ändrats under åren.

88 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik sou 197473

Inom tekniken och i det dagliga lifvet inskränkes ordet gas till att beteckna brännbara gaser, bränslegaser. Vid hvarje förbränning med låga utvecklas gaser; det är ej de fasta eller flytande ämnena, veden, oljan etc, som brinna, utan de ur dem utvecklade gaserna. Vid förbränningen av en vedbrasa, ett ljus, oljan i en lampa etc förekomma alltid två processer, nämligen utvecklingen af brännbara gaser och förbränningen af dessa. I de vanliga eldstäderna försiggå dessa processer samtidigt. Inom tekniken däremot särskiljas de ofta. Man tillverkar brännbara gaser för diverse ändamål, emedan bränslet bättre utnyttjas genom dem. Färdigbildade brännbara gaser förekomma i naturen. Så t ex utströmma flerstädes i Amerika ur jorden brännbara gaser, naturgas, hvilka fått en vidsträckt användning för ångpanneeldning, uppvärmningsändamål, gasmotordrift etc. I stenkolsgrufvorna utströmma stundom brännbara gaser, grufyas, hvilka ej ha någon som helst praktisk användning, utan tvärtom förorsaka stora obehag och ha genom explosioner gifvit anledning till svåra olyckor. De flesta brännbara gaser tillverkas af våra vanliga fasta brännmaterial. Dessa bestå dels af flyktiga ämnen, bitumen, dels af fast kol. Med afseende på de egenskaper, som man önskar hos den tillverkade gasen, skiljer man mellan gaser framställda genom afyasning l. torr destillation, hvartill hufvudsakligen användas gasrika stenkol, förgasning l. ofullständig förbränning, hvartill användas antracit, koks och träkol samt samtidig afgasning och förgasning af bränslet, hvartill användas de flesta i naturen förekommande bituminösa bränslen, såsom stenkol, brunkol, torf och ved. Den allmännast kända brännbara gasen är Zysgasen, hvilken i dagligt tal helt enkelt brukar benämnas gas. Den framställes genom afgasning av gasrika stenkol och användes hufvudsakligen för belysning, samt under namn af koksgas, för uppvärmning vid matlagning, för uppvärmning af lokaler och för drift af mindre gasmotorer. Lysgas och koksgas tagas vanligen ur samma ledning, men då koksgasen ofta betingar ett lägre pris, bruka skilda mätare användas. - För tekniska och industriella behof användas i stor utsträckning särskildt framställda bränslegaser, som kunna sammanföras under den gemensamma benämningen generatorgaser. Dessa framställas i vertikala schaktugnar, gasgeneratorer, genom förgasning af kol och kunna uppdelas i egentlig generatorgas, halfvattengas och vattengas. Den egentliga generatorgasen, förr äfven kallad Siemensgas (hufvudsakligen bestående af koloxid och kväfve), framställes vanligen af bituminösa, oftast betydligt fuktiga bränslen, och användes för eldning af metallurgiska ugnar, glasugnar, tegelugnar 0 d, ångpanneeldning m m. Halfbattengasen, hufvudsakligen bestående af koloxid, väte och kväfve, framställes dels af allehanda bituminösa, ej alltför fuktiga bränslen för samma ändamål som den egentliga generatorgasen, dels af kolade bränslen, antracit och koks, för drift af gasmotorer och benämnes då äfven, ehuru oegentligt, Dowsongas, kraftgas och suggas.På senare tider har man äfven lärt sig framställa halfv ttengas, lämplig för gasmotordrift, af vissa bituminösa bränslen, såsom brunkol och torf, och benämnas dessa gaser vanligen helt enkelt brunkols- och torfyas. Vattengasen, som hufvudsakligen består af väte och koloxid, framställes nästan

Nya energirâvaror 89 SOU 197473

uteslutande af koks och användes för sådana uppvärmningsändamål, där mycket hög temperatur erfordras, såsom vid glödlamptillverkning, lödning och svetsning i stor skala etc. På grund af sin renhet har vattengasen, med tillsats af vissa oljor, s k karburerad vattengas, på senare tid funnit användning såsom reservgas vid lysgasverk.

Kol är ingalunda ett enhetligt mineral utan står för en klass av bränsleråvaror som innehåller olika mängder kol. Kolhalten varierar mellan 60 Z i ligniter (brunkol) upp till 90 Z i antraciter medan syrehalten går i andra riktningen från 20 - 30 Z i ligniter till 5 Z i antraciter. Jämfört med färskare - t ex ved och hushållsavprodukter fall - är vätehalten 2 - 5 Z. Bituminösa kol har ett låg, vikrsförhållande mellan elementen kol och väte på 16, eldningsolja 6 och metan 3. När man konverterar mineralet kol till gasformiga eller flytande bränslen måste man således tillföra elementet väte eller avlägsna kol. Dessutom måste man avlägsna aska, svavel och andra föroreningar. Svavel förekommer främst i form av järnsulfid. Dessutom förekommer kväve och spårelement som det finns anledning att studera närmare när en kolbaserad energiekonomi blir aktuell. Tekniskt sett skiljer man i första hand mellan ångkol (energetiska kol) och gaskol (kokskol).

Kolets intrikata struktur, som varierar efter kolsort,

betyder mycket för förgasningsreaktionerna. Kol kan be-

skrivas som paket av lameller vilka innehåller kolatomer

i hexagonala ringar med förekommande metylen- och kvävebryggor. Dessa lameller kan t o m betraktas som kemiska individer - formel är molekyler. En föreslagen med molekylvikt 1 490 och ett förhållande

C1o2H78O10N2

mellan aromatisk (ringar) och alifatisk (kedjor) struktur på 0,18-0,20. Bättre kol som antracit har större - bortåt 30 st lameller med flera hexagonala ringar per lamell. Lamellstrukturen ger en stor inre yta, flera

100 m2/g och mycket små hålrum motsvarande en pordia-

meter 30-40 Å. Värmer man upp kol avgår flyktigt matepå

rial snabbt redan vid 40000, varvid kolet karboni-

mycket - vid 70000. seras en process som är fullständig

90 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Denna komplicerade naturprodukt, som bildats av lämningar från urtidens i kemiska skogar processer som pågått flera hundra miljoner år, kan förädlas med nutida teknik på ett flertal olika sätt. En väg är att göra minsta möjliga ingrepp i strukturen genom hydrering och extraktion under milda betingelser. Höjer man temperaturen strukbryts turen ned successivt genom krackning eller pyrolys till allt lättare kolväten och en karboniserad koks återstod, eller char (förkolnat). Den termiska nedbrytningen, pyrolysen, kompletteras med och avlöses av kemiska reaktioner som förlöper vid hög temperatur, förgasningsreaktioner, som strävar mot jämviktskoncentrationer av de mer stabila föreningar som bildas i reaktionssystemet, nämligen koldioxid, elementärt kol, metan, väte och vatten. De enkla gaser som bildas vid förgasningen kan sedan utnyttjas för syntes och åter kopplas till ihop längre kolvätekedjor (syntetiska flytande bränslen) eller reageras till metan (syntetisk naturgas).

Olika process-, produkt och reaktoralternativ

Vid framställning av olja ur kol likvifi- (förvätskning, ering, föroljning) eller mellanformer mellan olja och kol (smältbara kol) kan man följa olika fyra vägar:

- Förgasning med syrgas och ånga eller vätgas (även andra möjligheter finns, det svenska exempelvis Ferrugaskonceptet) åtföljd av syntes av flytande kolväten med olika variationer av Fischer-Tropsch-processen. - Lösningsmedelsextraktion eller lösningsmedelsraffinering med samtidigt hydrering, vilket ger en tjock olja med låg svavel- och askhalt, alternativt smältbara kol. - av kol vid Katalytisk hydrering förhöjt tryck. - Stegvis pyrolys i fluidbäddar, varvid genereras koks, olja och gas.

Nya energirâvarør 91

Fischer-Tropsch-syntesen tillämpas sedan 1957 i Sasolför intresse verken i Sydafrika och är föremål förnyat bl a i Tyskland, där processen först kom till användhar i fluidning. Av övriga processer stegvis pyrolys komit längst; den studeras i bäddar, COED-processen, en försöksanläggning i Princeton N.J., USA, sedan 1970.

Nomenklaturen på gasområdet är inte särskilt tydlig men i stort sett går det att urskilja tre olika slag av gaser: högvärdegas, mellanvärdegas och lågvärdegas. Tabell 2. Högvärdegasen är dyrare i tillverkning och ger sämre termisk verkningsgrad i omvandlingen från fast till gasformigt bränsle än lågvärdegasen men är i gengäld att transportera. Lågvärdegasen bör konsumeras billigare på platsen, exempelvis som bränsle i ett värmekraftverk, medan högvärdegasen kan skickas ut i ett decentraliserat förbrukningssystem.

En stor fördel hos lågvärdegasen är givetvis den höga vid som ligger i verkningsgraden energikonverteringen området 77-87 Z, medan verkningsgraden för högvärdegasen håller vid 60-67 Z. Pumparbetet spelar också en stor sig roll för Om förgasningen sker vid atmosverkningsgraden. och produktgasen sedan måste komprimeras till färstryck i gasnätet, reduceras verkningsgraden vid omtrycket till 60 Z. Förgasningsprocesser som arbetar vandlingen vid övertryck och levererar gasen vid det mottagande systemets arbetstryck är därför fördelaktiga. Högre tryck gynnar också bildningen av metan. De nya processerna äger därför ofta rum vid höga tryck.

är starkt endoterma - kräver Förgasningsreaktionerna medan metaniseringen av kol till metan energitillförsel är exoterm, utvecklar energi. Man söker därför kombinera dessa reaktioner så att värmebehovet vid förgasningen täcks av reaktionsvärmet vid metaniseringen. Tyvärr räcker inte detta helt utan extra energi måste tillföras.

92 Kap I, Appendix 1: Kemisk energiteknik SOLJl97k73 Tabell 2: Egenskaper hos bränslegaser

0- 7

CnHm

Värmevärde (kalorimetriskt)

MJ/m3 4 - 8 10 - 20 32 - 37

kcal/m3 I 000 - 2 000 2 500- 5 000

8 000 - 9 000

En nyckelfråga är hur detta extra värme skall tillföras förgasningsreaktionerna. Flera möjligheter finns, t ex: vattenångan för förgasningen överhettas starkt bädden uppvärms elektriskt syre tillsätts för att producera kolmonoxid och energi värme överförs från fasta material t ex aska eller massiva kulor värme överförs från flytande material t ex saltsmältor värme överförs från inert gas.

En annan nyckelfråga är hur kontakten mellan gas och det fasta bränslet skall ordnas: fix bädd med gas i motström - fix bädd med gas i medström fluidiserad bädd det fasta materialet i suspension mellanformer mellan fluidiserad bädd och suspension.

Nya energirâvaror 93

En tredje nyckelfråga är beskaffenheten hos slagg och aska vid utmatningen där man bl a har följande alternativ: - fast tillstånd slaggsmälta aggregat (nudlar) gasburna partiklar.

Varianter i fråga om värmetillförsel, tryck och temperaturbetingelser, reaktorutformning, flödesbilder och inte minst typ av gas ger ett stort utbud av tänkbara processidêer. Många eleganta reaktorkoncept har också sett dagens ljus, t ex Hydraneprocessens tandemreaktor. En del av dessa ansluter sig till tidigare gasgeneratorer.

Tre sådana utprovade generatortyper är aktuella för kolförgasning i stor skala, nämligen Lurgigeneratorn, Koppers-Totzekgeneratorn och Winklergeneratorn, varav Lurgigeneratorn finns i en utprovad version för förgasning under tryck. Den första Koppers-Totzekgeneratorn togs i drift i Finland under andra världskriget, bl a med tanke på eventuell produktion av flytande kolväten från torv via syntesgas och Fischer-Tropsch-syntes. Hygasprocessen som utvecklas vid Institute of Gas Technology i Chicago har kommit längst av de nya avancerade processerna för framställning av syntetisk naturgas, som tillverkades för första gången i stor skala juni 1973 vid försöksanläggningen i Chicago.

Svensk industri har också erfarenheter från detta område. Motala Verkstad har under årens lopp levererat ett 100tal gasgeneratorer, varav flera fortfarande är i drift för generering av lågvärdegas vid atmosfärstryck. Detta är en beprövad teknik vad gäller förgasning av kol. Även torv har förgasats i Motala-generatorer liksom halm. Motala Verkstad har nu vidareutvecklat sin generator för förgasning av hushållsavfall och industriavfall, vilket f n är föremål för stort intresse. Motalageneratorerna är inte att se som alternativ eller konkurrenter till t ex Lurgigeneratorerna, som är inriktade på andra applikationer, särskilt framställning av syntes-

94 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik

gas eller av trycksatt bränslegas för kraftverksapplikationer.

Syntesgas är ett vitt begrepp som står för gaser som är mellanprodukter vid framställning av förädlade bränslen såsom syntetisk naturgas eller kemiska produkter såsom ammoniak. Syntesgasen är i allmänhet en blandning av koloxid och väte i varierande förhållanden men kan också bestå av en blandning av väte och kväve vid syntes av ammoniak. Den råa syntesgasen är ofta oren mycket och innehåller aska, oreagerad råvara, som tjära etc, avlägsnas i gasreningssystem såsom cykloner, skrubbrar, elektrofilter etc. Nästa steg är ofta vad som kallas

skiftkonvertering (shift conversion); en del av koloxiden

reagerar med vattenånga för produktion av ytterligare vätgas för justering av syntesgasens väte/koloxidförhållande.

Metaniseringsreaktionen har hittills använts i processindustrin för att avlägsna små mängder koloxid från syntesgas, t ex vid ammoniakframställning. i Metanisering fullstor skala har ännu inte demonstrerats. Positiva erfarenheter i pilot plant skala har dock redovisats från körningarna i Hygasanläggningen vid IGT i Chicago.

Ett problem vid metaniseringsreaktionen är den starka värmeutvecklingen som ger temperaturtoppar och risk för att reaktionen löper ur kontroll. Det är därför som man eftersträvar att låta metaniseringsreaktionen ske i så stor utsträckning som möjligt i samband med själva förgasningen, varvid metaniseringsvärmet tas tillvara vid förgasningen.

Bureau of Mines i USA arbetar med två metaniseringsprocesser avsedda för Synthaneprocessen, TWR-processen och HGR-processen, båda med nickelkatalysator som anbringats på tuber eller plattor i kontakt med ett värmebortförande medium. Temperaturen kontrolleras genom återcykling av kall produktgas eller genom mellankylning.

Nya energirâvaror 95

Hygasprocessen använder en serie av fast-bädd-reaktorer med nickelkatalysatorer. Rätt stora metaniseringssystem är också i drift hos Bituminous Coal Research, som

arbetar med fluidbädd; kapaciteten är 4 000 m3/dygn.

Chem Systems Inc. använder en Lurgiprocess. Katalysatorn är i en vätska som pumpas genom reaktorn i uppslammad medström med syntesgasen. I Westfield, Skottland, finns

en försöksanläggning för produktion av 70 000 m3/dygn i

ett engelskt-amerikanskt samarbete. Det är sannolikt att några av dessa metaniseringsprojekt skall ge ett gott resultat så att metanisering kan vara utprovad teknik i början på 1980-talet.

En intressant möjlighet som tagits upp den senaste tiden är att först tillverka metanol på känt sätt och sedan konvertera till metan, vilket lär vara enklare än direkt metansyntes.

Processer under utveckling

Allmänna tekniska synpunkter

Teknisk utveckling inträffar inte av sig själv utan är en följd av beslut att investera för att tillgodose ett aktuellt behov. Den stagnerande förbrukningen av kol har inte lockat riskvilligt kapital och därmed har också den tekniska utvecklingen på området varit obetydlig trots kolhandelns stora volym. Ett omfattande utvecklingsarbete ägde rum under kolets stora dagar, vilket resulterade i ett antal processer för nyttiggörande av kol. Några spekulativa utvecklingsprojekt startades också under 1950- och 1960-talen men kunde inte slutföras p g a otillräckligt finansiellt stöd. Flera av dessa projekt har nu åter tagits upp.

Det är inte bara några tiotal år av försumad teknisk utveckling som skall tas igen. Snarare har man att starta på ny kula beroende på väsentligt ändrade förutsättningar. Kol är inte ett miljövänligt bränsle utan måste konverteras till rena bränslen (clean fuels).

96 Kap 1, Appendix 1: Kemisk energiteknik

Ett annat nytt moment är behovet av ersättning för naturgas och olja. De huvudsakliga användningsområdena för kol: bränsle i värmekraftverk, råvara för koksframställning, råvara för den nya bränsleindustrin och råvara för den materialproducerande kemiska industrin, visar således en del skillnader i fråga om villkor och förutsättningar.

Den tidigare utvecklingen på kraftverkssidan har haft som mål dels lägre anläggningskostnad effekgenom mer tiv, mindre volymskrävande förbränning och dels högre verkningsgrad i kraftverksprocessen. Båda dessa önskemål tillgodoses om förbränningen kan genomföras under tryck antingen direkt eller efter förgasning vid tryck. Till detta har således nu kommit miljökraven, i första hand krav på ringa svaveloxidutsläpp.

Eliminering av svaveloxider i rökgaser är inte att anse som konventionell teknik (se även 2.1) f n trots de mycket stora ansträngningar som gjorts i denna riktning. Om det kommer fram en billig och effektiv metod för rening av rökgaser från svaveloxider ändras förutsättningarna för den nya bränsleindustrin.

Svavel kan också elimineras i samband med förbränningen eller före förbränningen. Eliminering i samband med förbränning kan ske genom tillsats av kalksten eller dolomit till eldstaden. På så sätt undvikes särskilda apparater för rökgasrening men i gengäld ställs större krav på eldstaden. Det är också svårt att nå retillräcklig ningseffekt. En hög reningsgrad kan åstadkommas genom en intensiv kontakt mellan tillsatsmaterialet och förbränningsgaserna och genom motströmsförlopp. Den fluidiserade bädden ger en sådan önskad god kontakt medan däremot motströmsförlopp inte låter sig utföras i en enda fluidbädd.

Svaveleliminering före förbränningen kan ske i anslutning till förbränningsenheten eller i större behandlingsanläggningar, gärna vid kolgruvan eller kolfältet.

Nya energirävaror 97

Förbränning i en eldstad sker i två på varandra följande processer, först sönderdelas bränslet vid den höga eldstadstemperaturen till gasformigt bränsle och en karboniserad återstod. Förbränningen sker sedan dels i gasfas och dels i fast fas med det närvarande syret. Man kan skilja dessa båda processer genom att förgasa bränslet i särskilda reaktorer och sedan förbränna bränslegasen i eldstaden. Vid förgasningen erhålles svavlet i form av svavelväte och karbonylsulfid. Det är billigare att eliminera svavel från bränslegas än från rökgas beroende på att gasmängderna är mindre och att det går lättare att ta bort svavelväte och karbonylsulfid än svaveldioxid. Erfarenhet från detta område finns inom den kemiska processindustrin.

Tryckförgasning med eliminering av svavel från bränslegasen och förbränning i trycksatt fluid bädd är två konkurrerande alternativ vad gäller nyttiggörande av kol vid kraftverk.

vid d v s vid kolgruvan är dock

êvavelrening källan

att föredra av flera skäl. Ett skäl är att svavelrening ger stora mängder fasta produkter i form av elementärt svavel eller svavelföreningar såsom kalciumsulfater och/eller kalciumsulfiter, som måste deponeras beroende på att avsättningsmöjligheter inte föreligger för dessa mycket stora kvantiteter.

Man får också räkna med en drift i allt större skala för kolhanteringen med samtidigt högre krav i fråga om arbetsmiljö, naturvård och maskinell teknik. En mer avancerad kolindustri kommer säkert att sträva efter att förädla bränsleråvaran så långt som möjligt. Alla torde vinna på en sådan utveckling. Stora vinster kan göras i transp0rtledet,som oftast kostar mer än brytningen,om kolet konverteras till flytande eller gasformiga bränslen vid fyndigheten. Av dessa skäl har man anledning ifrågasätta om inte en satsning som syftar till att klara kolproblematiken på kraftverksnivå kommer att leda till en återvändsgränd. Det blir säkert

98 Kap l, Appendix I: Kemisk energiteknik S()LJ 1974:73

svårare än man tänkt sig att förmäla den kemiska processindustrin med kraftindustrin, inte bara av tekniska skäl utan också p g a stora skillnader i teknisk uppfattning och tradition mellan dessa båda tunga industrier.

Det är tveksamt om Sverige bör bygga upp en bränslekemisk industri enbart på basis av importerade kol p g a den osäkra försörjningssituationen. En inhemsk bränsleindustri måste kunna arbeta med olika slag av kol och bör dessutom kunna konverteras till inhemska bränslen när så påkallas. Detta innebär i praktiken att den inhemska bränsleindustrin måste baseras på syntesgas, framställd genom förgasning av olika bränslen. På detta sätt kan man reducera beroendet av specifika bränslen i görligaste mån. Syntesgasen kan användas för produktion av metan, metanol och flytande bränslen med Fischer-Tropschsyntes.

Frågan om en bränslekemisk industri enbart baserad på importerade kol måste göras föremål för noggrann analys. Att man kan komma till en positiv slutsats visas av Japans avsikt att bygga upp en egen kolbaserad bränsleindustri.

Aktuella processer

De i dag mest aktuella icke-konventionella processerna på området är följande:

- för till vid atmosprocesser konvertering lågvärdegas färstryck i en- eller tvåzonsgeneratorer (Motala Verkstad m fl) - för för processer trycksatt lågvärdegas kraftverk (U-gas, Lurgi) - för processer konvertering till mellanvärde- eller högvärdegas med möjlighet till produktion av lågvärdegas (Lurgi, Winkler, Bigas, Synthane och Hygas i . . anga/syreversion)

sou 197473 Nya energirâvarol 99

- enbart för processer lämpade framställning av högvärdeoch mellanvärdegas: Hygas i elektrotermisk eller ånga/ järnversion, Hydrane, Koppers-Totzek, C0 -Acceptor,

Kelloggs saltsmälteprocess. (Det svensk: Ferrugaskon-

ceptet tillhör denna kategori.) - av kol till eller fast svavelfritt konvertering olja bränsle kan ske i tre olika slags processer: Fischer- Tropsch-syntes, pyrolys (COED, TosCoal) och upplösningsprocesser (Synthoil, H-coal, CSF- och SRCprocesserna) - i fluidbädd vid eller vid förbränning atmosfärstryck tryck tillhör också detta område sett från en teknisk synpunkt

Planerade anläggningar för högvärdegas

Syntetisk naturgas blir först producerad i kommersiella

(standardstorleken är 250 x 106 =

mängder kubikfot/dygn

7 x loöxnâdygn) i system med Lurgi-generatorer. Gene-

ratorn arbetar vid 3 MPa (30 atm). Kolet torkas och krossas till en fraktion mellan 0,3 cm och 3 cm och matas in i generatorn via en trycksluss. Uppehållstiden i generatorn är ungefär en timme. Efter avdrivningen sker förgasningen vid 620-76000 med ånga som vätegivare. Energibehovet tillgodoses genom förbränning av den karboniserade återstoden med syre. Ånga och syre tillföres genom vridrosten som bär upp bädden och avskiljer askan. Den råa produktgasen lämnar förgasaren vid 370-59000 och passerar först en oljequench, som tar bort tjära och olja. En del av gasen passerar en skiftkonverter för justering av väte/koloxidförhållandet i gasen, samtidigt sker en avsvavling av de lätta oljorna i gasfasen. Gasen renas från koloxid och svavelväte och går sedan till metanisering, ytterligare rening och eventuell ytterligare kompression före leverans till nätet.

Typisk sammansättning på rågasen från en Lurgi-generator är 9,2 mol-Z co, 14,7 z 20,1 z 50,2 7. 4,7 z

C02, H2, H20,

0,5 Z samt övrigt inklusive svavelväte 0,6

CH4, C2H6

mol-Z. Det kalorimetriska värmevärdet räknat på torr

bränslegas är ll MJ/m3. 14 Lurgi-system är f n i drift

i 100 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik sou 1974373

för produktion av samt för tilllågvärdesgas syntesgas verkning av metanol, ammoniak och olja. Fullstora system för högvärdesgas är ännu inte i drift men flera Lurgi-baserade system är nu under byggnad.

El Paso avser använda Lurgi-förgasare och icke bakande kol för Burnham Coal Gasification Complex i New Mexico. Kapitalkostnaderna uppskattas till 1 600 Mkr för förgasningsanläggningen och 300 Mkt för kolgruvan. Anläggningen

förbrukar 20 700 ton kol/dygn för produktion av 7 x 106 m3/

dygn med ett värmevärde på 36 MJ/m3. Dessutom åtgår 5 900

ton kol för lågvärdegas, 9 MJ/m3, för produktion av ånga

och kraft. Produktionen startar 1976 och gaskostnaden 1977 vid anläggningen beräknas till 4,5 kr/GJ.

Wesco är ett konsortium som planerar att bygga fyra St 7 X

loöxmydygn gasverk också i New Mexico. Det är mer ont om

vatten på denna del av jorden än om kol, varför processen modifieras för så god vattenhushållning som möjligt. Verkningsgraden baserad på kalorimetriska värmevärden (gas/kol) är 69,4 Z och med hänsyn tagen till biprodukterna 86,6 Z. Det första Wescosystemet utnyttjar 30 st Lurgi-generatorer, varav 3 står som reserv. Den totala kostnaden beräknas i detta fall till 2 000 Mkr, varav 600 Mkr avser det egentliga processystemet.

Den privata industrin satsar också betydande belopp i den nya bränslekemin. För att ta ett exempel: Exxon, det största oljebolaget, nummer två efter General Motors på Fortunes 500 i topp lista, med en försäljning 1973 på 120 000 Mkr och en nettoinkomst på 11 000 Mkr, avser att använda 900 Mkr under de närmaste sex åren på forskning och utveckling på kolkonvertering. Två pilot plants skall byggas i Baytown, Texas. En kolförgasningsenhet beräknas starta upp 1977, kostnad 600 Mkr, medan en kolförvätskningsanläggning beräknas bli tagen i drift 1978 eller 1979. Exxons process är hemligstämplad men enligt uppgift användes luft i stället för syre utan att kväve förekommer i produktgasen.

Nya energirâvaror 101

Shell International och Koppers i Västtyskland har också annonserat ett samarbete för en kombination av Shells oljeförgasningsprocess som arbetar vid tryck med Koppers lågtrycksprocess. - Man kan vara om att övertygad många processidêer för närvarande är föremål för evaluering i de flesta industrilaboratorierna världen över och att samarbeten etableras mellan de redan stora företagen på området.

Olja ur kol

utvecklas av M.W. Kellogg Co

fischer-Tropsch-syntesen

tillsammans med Lurgi och Ruhrchemie. En anläggning, Sasolverken, har varit i drift i Sydafrika sedan 1957 och avverkat 6 600 ton kol/dygn. Vid Fischer-Tropschsyntesen kondenseras koloxid och väte till längre kolvätekedjor vid bildning av vatten och koldioxid. Syntesen genoföres i en Lurgi-generator i vertikala tuber. Temperaturen kontrolleras och värmet som utvecklas vid reaktionen tas upp av kokande vatten omkring tuberna. Syntesgasen har ett väte/koloxidförhållande på ungefär

2, syntesen sker vid 24000 och 2,5 MPa. Ett stort pro-

duktsortiment bildas, varav lättflyktiga fraktioner går vidare till en fluidbäddreaktor av Kellogg-typ. Det går åt 3,9 kg kol för produktion av en liter bensin i Sasolverken. Bensinen kostar 56 öre/1, varav 27 öre är kostnad för kolet (2,5 kr/GJ). Lurgi har gjort en kalkyl för en modern anläggning och kommit till en grundkostnad på 20 öre/1, till vilket komer kostnaden för 3,1 kg kol. Som jämförelse kan nämnas att bensin genom kolhydrering uppskattas få en grundkostnad på 33 öre/1, till vilket kommer kostnaden för 2,3 kg kol. (Före energikrisen kostade bensinen vid raffinaderiet 12 öre/1. Nivån 1974 är nära 40 öre/1.)

utvecklas av FMC Corporation för Office Q9§D-processen of Coal Research. En försöksanläggning för 36 ton/dygn är i drift vid Princeton i New Jersey. Pågående utvecklingsarbeten avser bl a avsvavling av den karboniserade

102 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik

återstoden från processen, liksom olika sätt att nyttiggöra denna. Ett associerat projekt, COGAS, bedrivs också i Princeton och ingår nu i ett samarbetsprojekt med England.

COED-processen utnyttjar seriekopplade fluidbäddreaktorer. Kol kommer in i den första och avgasas vid 320°C. Kolet går vidare i motström mot genererade gaser

1 bäddar med allt högre temperatur: 4s0°c, 540°c res-

pektive 870°C. I det sista steget sker förgasning med ånga och syre. Gas och olja återvinnes från det första och det andra steget. Oljan filtreras och hydreras till syntetisk råolja. Per ton kol genereras 500 kg karboni-

serad återstod, 165 l olja, 27 1 kondensat och 230 m3

gas med 50 Z 32 Z C0 och 10 Z . COED-processen

H2, CH4

uppges vara ekonomiskt konkurrenskraftig vid ett oljepris på 3,5 kr/GJ.

Fasta bränslen

Solvent Refined Coal (SRC) utvecklas av Pittsburgh & Midway Coal Mining Company. En 50-tons försöksanläggning byggs i Tacoma, Washington. Kolet mals, torkas och uppslammas i ett lösningsmedel som bildas i processen.

Uppslammningen hydreras vid 440°C vid 7 MPa, vilket lö-

ser upp allt organiskt material. Reaktionsprodukterna separeras, varvid icke reagerat kol avlägsnas och går till kraftproduktion. Processen genererar lättolja, flytande bränslen och ett fast bränsle som smälter vid 15000. Svavelhalten i detta smältbara kol har reducerats liksom syrehalt och askhalt. Det är ett miljövänligt fast bränsle.

Icke-konventionella förbränningsmetoder

Förbränning i fluidbädd visar flera fördelar bl a en mycket god kontakt mellan gas och fast material, vilket snabbar upp reaktionerna. Förbränningstemperaturen är lägre än i konventionella pannor med mindre produktion av Korrosion och avsättningar reduceras också. NOX.

Nya ene/girâvaror 103

Värmeöverföringen kan också bli bättre med tuber införda i bädden. Kol med hög askhalt kan användas och det är inte heller nödvändigt att mala till så stor finhet som vid kolpulvereldning.

Ett flertal industrier och institutioner är engagerade i detta område, bl a Argonne National Laboratory, ESSO Research & Engineering Company, Nestinghouse Research Laboratories, City College of New York, National Research and Development Corp., Pope, Evans and Robbins, Lurgi, ECC.

Det anses att Pope, Evans and Robbins ligger längst fram med en prototyppanna på 30 MW, som beräknas vara i drift i slutet av 1974. Man skulle kunna starta konstruktion av en fullstor anläggning två år efter denna tidpunkt så att ett kraftverk skulle kunna konstrueras i slutet av 1978. Andra amerikanska projekt på området räknar inte med tillämpning i en fullstor skala förrän i början av 1980-talet. Kostnaden ligger på nivån 120 kr/ kw för ånggeneratorn vid atmosfärstryck, 1970 års prisnivå. Vid trycksättning reduceras kostnaden med 40 Z.

Fluidiserade bäddar är också av stort intresse för mindre industriella system, framför allt beroende på möjligheterna att i viss utsträckning kontrollera SOXhasarden. Det talas ofta om en verkningsgrad på 90 Z. Ett problem med fluidbäddteknik är den betydande stoftbildningen som kräver separeringsanordningar och återföring. Ett annat problem är ojämn drift med blåsbildning i bädden. Bädden har också en stor värmekapacitet, vilket är både till fördel och till nackdel.

Ignifluidtekniken är att se som en konventionell teknik, eftersom 35 anläggningar är i drift. Godel har föreslagit en vidareutveckling av denna teknik i form av förgasare med en cirkulär horisontell rost. Ignifluidtekniken mötte stort intresse vid hearings och är föremål för flera projektförslag som behandlas i annat sammanhang.

104 Kap l, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Nukleärt värme för förgasningsprocessen

Kärnkraftvärme som processvärme för kolförgasning etc är föremål för ett intresse av sama slag som väteekonomin. Denna teknik hör hemma under kärnkraftavsnittet.

Man måste emellertid ställa sig avvaktande till dessa förslag. Under alla förhållanden måste processer av detta slag öka kompliciteten i kärnkraftverket och öka risken för driftstörningar i de fall man utnyttjar exempelvis det heta heliumflödet i en gaskyld högtemperaturreaktor i en kemisk reaktor i stället för i en ångpanna. Det erinras om den omsorg som läggs ned på kontroll och rening av vatten för dessa pannanläggningar. Går man i stället in med kemiska reaktanter, t ex fluidiserat kol eller reagerande gaser, blir problemen av en helt annan Man måste räkna storleksordning. med väsentligt högre kostnader för reaktorsäkerheten jämfört med nuläget och stora kostnader för rening av de kemiska reaktanterna och kontroll av de kemiska reaktionerna jämfört med vad som krävs i ett mer konventionellt processystem.

Det viktigaste motivet för dessa vara att förslag synes man kan sträcka på reserverna av fossila bränslen. Man kan då fråga sig om det är logiskt att tänka att sig man skulle behöva sträcka på dessa reserver i en situation när man förutsättes behärska kärnkrafttekniken så att den kan användas på detta komplicerade sätt. Har man då inte i stället anledning tro på en ren ekoenergi och ett oberoende av fossila bränslen? Eftersom Sverige saknar egna koltillgångar kan man i frågasätta om vi har anledning att satsa på nukleär kolförgasning.

Synpunkter på svenska insatser

Den svenska kolimporten är för närvarande 2,5 Mton/år, ett tillskott på 10 Mton/år kan erhållas i en nära framtid från Australien, Sydafrika, Polen och Sovjetunionen.

energirâvaror 105

sou 197473 Nya

Stålverk 80 behöver 2 Mton/år. (En inhemsk produktion på A 0,2 Mton/år kan dessutom dras igång med relativt kort varsel.) Förutsättningar finns att ta emot denna kvantitet men däremot saknas system för nyttiggörande. Det närmaste är att använda kolet i kolpulvereldade kraftverk med rökgasrening.

Utveckling bedrivs utomlands på förgasning av kol under tryck, alternativt förbränning under tryck för kraftverk med kombinerade gasturbin/ångturbincykler. Dessa båda alternativ synes vara jämförbara från prestandaoch investeringssynpunkter. Tryckförgasning ligger dock före i tiden tack vare positiva och negativa erfarenheter från STEAG:s l70MWKDV kraftverk i Lünen. I fråga om förbränning i fluidiserad bädd under tryck föreligger också en viss teknisk osäkerhet, vilket också gäller möjligheten att effektivt eliminera svaveldioxid genom tillsatser till den fluidiserade bädden.

En annan möjlighet är att konvertera kolet till flytande bränslen inklusive metanol. Denna teknik är etablerad i en skala 0,6 Mton per år och utvecklas nu mot upp till större produktionsenheter. Uppskalningen torde inte bli problemfri.

En eventuell kolimport räcker inte för att klara Sveriges bränslebehov. Det synes i så fall vara lämpligt att utnyttja kol för ett fåtal system och att därvid sörja för konvertibilitet till andra bränslen inklusive olja och gas. Det är naturligtvis också tänkbart att använda kol som bränsle i existerande mindre anläggningar genom till- eller ombyggnad av dessa. En möjlighet är därvid att producera lågvärdegas i gasgeneratorer, exempelvis av Motala-typ, eller bränna vid atmosfärstryck i fluidiserad bädd.

Området värme och värmebaserad elkraft med konventionell teknik behandlas i expertmaterialets kapitel A3 varför den föreliggande redogörelsen är begränsad till icke-konven-

106 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik

tionella lösningar. Sverige saknar egna koltillgångar av betydelse och har därför inte anledning att utveckla egen teknik på detta område. Osäkerhet också föreligger beträffande en framtida import av stenkol. Stora skillnader föreligger mellan olika slag av kol och ett begränsat FoU-program måste därför knytas till en viss av typ kol. FoU-insatsen och andra dispositioner bör därför be-

gränsas utan att man för den skull frånhänder sig det

värdefulla tillskott som en kolimport kan vara bl a i en besvärlig energisituation.

De höga transportkostnaderna för kol medför dock att vi får betala rätt mycket för kol som i kanske exportlandet prissättes till en nivå något under kostnaden för importerad olja. Kol bör därför kanske ses som ett alternativ till inhemska bränslen, så att vi kan spela mellan olika bränsleråvaror allt efter den aktuella pris- och försörjningssituationen.

En särskilt intressant möjlighet är av imkonvertering porterade kol till flytande bränslen, särskilt metanol. Metanol kan nyttiggöras som tillsats till motorbränsle eller eldningsolja utan att stora ingrepp behöver göras på förbrukningssidan och med måttlig modifikation av distributionssystemet. Det kan vara lämpligt till en början att säkerställa en metanolproduktion baserad på kol i landet för den kemiska industrins behov och för den försöksverksamhet som bör föregå en eventuell introduktion av metanol i större skala. Metanolförsörjningen är i dag ett kritiskt problem för den svenska kemiska industrin.

Förbränning av kol i fluidbädd under tryck studeras utomlands men försprånget är inte avskräckande. Det föreligger ett betydande intresse inom svensk industri för utveckling av denna teknik, vilket är ett skäl för ett statligt engagemang. Alternativet tryckförgasning har kommit längre, vi bör här avvakta erfarenheter från bl a det tyska KDV-projektet.

Nya energirävaror 107

Projektförslag

Ett avseende nyttiggörande inom landet FoU-program sätt av 10 Mton stenkol/år vid tiden omkring på bästa 1985 skulle 5 Z-regeln få kosta totalt 375 milenligt kronor vid nollrisk (antaget kolpris 150 kr/ton). joner Sannolikheten för en sådan stor tillkommande kolimport 1985 får dock anses ringa, säg 10 Z, bl a beomkring roende det då fortfarande torde vara tillgång på på att ram på 40 Mkr fördelas lika mellan proolja. En rimlig avseende av metanol från importerade jekt produktion kol till avseende förbränoch bidrag utvecklingsarbete fluidbädd. En tiondel av anslaning av kol i trycksatt bör gå till teknisk grundforskning och resterande get till försökverksamhet. Medel avseende nyttiggörande av kol sikt utöver denna ram bör inte anvisas, på lång eftersom Sverige saknar koltillgångar och med hänsyn till den förkrossande utvecklingsinsatsen utomlands på området.

Utöver inom detta område som närmast avprojektförslag följande förser konventionella processer föreligger som harmonierar med ovanstående intentioner: slag

- Fluidiserad förbränning av kol för gasturbinanläggning

i fjärrvärmeapplikation. - för produktion av metanol i lan- Skapa förutsättningar det från kol alternativt inhemska bränslen. importerade

2-4 9lJ§§Ei§§§E_9EE_9lis§and

Inledning

(tjärsand) och oljeskiffer har ett väte/ko1för- Oljesand hållande 1,5 för tjärbitumenet (det kolbärande på omkring för i materialet i oljesanden) respektive 1,6 kerogenet att med 0,7-0,9 för kol. Oljeskiffer oljeskiffern jämföra är därför i princip mer lämpade för konveroch oljesand tering till flytande bränslen och gas än kol.

108 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik SOU 1974173

Oljesand

Tillgångarna på oljesand är betydande men inte lika stora som på oljeskiffer. Athabaska fälten i Alberta, Kanada, skulle kunna ge 40 000 Mtoe, (en annan ll 000 uppgift Mtoe). De kanadensiska oljesandförekomsterna bearbetas av Great Canadian Oil Sands Ltd i ett verk med en kapacitet på 2 Mtoe/år. Ett annat kanadensiskt bolag Syncrude Canada har fått koncession att starta i en anutvinning gränsande fyndighet 1976.

Utvinning av olja ur kanadensisk oljesand synes vara av omedelbart kommersiellt intresse. är dock Utvinningen förenad med stora problem. Tillgången på vatten är en begränsande faktor.

Oljesandteknologin är lika diversifierad som annan bränsleteknologi. Utvinning in situ har tillvunnit sig stort intresse på detta område likaväl som i fråga om skiffer och kol beroende på de stora fördelarna med principiella denna metod. Det har dock visat i detta fall likaväl sig som vid andra in situ-processer område att de på detta praktiska problemen är besvärliga och konsekvenserna i vissa fall svåröverskådliga.

Oljeskiffer

Utländsk skifferoljeteknik

De amerikanska skifferförekomsterna ligger i Colorado, Utah och Wyoming. Enligt en uppgift innehåller dessa fyndigheter 300 000 Mtoe, varav 90 000 Mtoe skiffer med 9 Z olja.

Olja kan utvinnas ur skiffer i retort genom pyrolys eller genom pyrolys in situ. Bureau of Mines, TOSCO och Union Oil Company är särskilt aktiva område. på detta

Bureau of Mines använder förbränningsprocess en cylind-

energirâvaror 109

sou 197473 Nya

risk retort med fyra zoner; förvärmning, pyrolys, förbränning och avkylning. Kylningen sker med recirkulerad inert Den karboniserade pyrolysåterstoden förbrängas. nes i förbränningszonen. Temperaturen stiger till nära 1 varvid en fjärdedel av karbonatet i

000°C, ungefär

skiffern bränns till kalk och koldioxid. De heta gaserna avger sitt sensibla värme i pyrolyszonen, där kerogenet sönderdelas vid 450°C. Pyrolysgasen i motström med kyls inkommande skiffer till 50°C. Oljedimman slås ut i cykloner och elektrofilter. En del av gasen återförs till pyrolysreaktorn, en annan del går till en ångpanna. Bureau of Mines process har körts vid 260 ton/dygn vid Colorado School of Mines Research Institute.

har vänt på flödena jämfört med

Hgignwçil-processen

ko-

Bureau of Mines process. Skiffern skjuts upp i ett

niskt ugnsschakt i motström mot den nedåtgående processgasen. Den karboniserade återstoden förbränns partiellt i en av fyra reaktorer, varvid produktgasen användes för att förvärma återcyklad, kvävefri gas från de övriga tre reaktorerna. Denna process har två fördelar jämfört med Bureau of Mines process. Tack vare det omvända flödet droppar oljeprodukter inte tillbaka i de heta zonerna, vilket annars leder till krackning och sönderdelning av oljan. Den andra fördelen är en god värmebalans. 91 Z av tillgänglig olja återvinnes jämfört med 90 Z i Bureau of Mines process. (Z-talen hänför sig till det s k Fischer-värdet.) Union Oil-processen har körts i skalan 1 000 ton skiffer/dygn.

som anses vara den längst Den s k 29800 II-processen, ggvggklgggghar körts i en anläggning med kapaciteten 1 000 ton/dygn 1967. Utbytetdär 105 Z relativt Fischervärdet. Man bygger nu en anläggning på 2,5 Mtoe/år som

använder 6 st retortrar för vardera 11 000 ton skiffer/

dygn. Anläggningen byggs vid Parachute Creek i Colorado, där också 1 000-tonsanläggningen var lokaliserad. TOSCOs utvecklingsarbete fram till konstruktionen av den fullstora anläggningen har kostat 200 Mkr, varav

merparten faller på en försöksanläggning med 25 ton/dygn

110 Kap 1, Appendix 1: Kemisk energiteknik

kapacitet vid Rocky Flats i början av 1960-talet och den halvstora 1 000 ton/dygn-anläggningen. Den fullstora anläggningen som skall vara färdig årsskiftet 1977/78, beräknas kosta l 350 Mkr och producera

2,8.l06 m3 olja

av 23 Mton skiffer/år. Investeringen är således ungefär 60 kr/årston skiffer eller omkring 12,5 kr/GJ . år.

TOSCO II-processen använder keramiska kroppar, ungefär 12 mm diameter, för upphettning av den krossade skiffern. Skiffern förvärms först med heta avgaser och bringas sedan i kontakt med kulorna i en roterugn. med Pyrolysgasen oljan går i medström till en s k trommel i en ackumulator där kulorna skiljs från skifferaskan. mals Skiffergodset också ned i roterugnen, vilket är en anledning till det goda utbytet. Kulorna tas i en elevator till en kulvärmare, där en del av restgasen från processen användes som bränsle.

Development Engineering arbetag med_enhgasproces§ i en vertikal retort. Processen påminner om Bureau of Mines process. En speciell utmatningsanordning säkerställer en jämn transport av skiffer över hela reaktortvärsnittet och bidrar till en jämn fördelning av inkommande gas. Försöksreaktorn med 2,5 m diameter har en kapacitet på 500 ton skiffer/dygn. Eldning sker med gas och karboniserad återstod.

Brasiliens nationella oljebolag kör en halvstor anläggning på 2 200 ton/dygn. Anläggningen har varit i drift sedan 1970. Processen påminner också en del om Bureau of Mines process. En skillnad är att man inte bränner gas direkt i bädden som i den amerikanska processen utan till-

för värmd återcyklad gas. Den brbsilianska processen,

2eLzQsix;pzQcessgg, arbetar med skifferstycken på upp till 15 cm. En god värmeekonomi säkerställas genom tillförsel av kall återcyklad gas i reaktorns nedre del så att skifferaskan lämnar systemet i kallt vartillstånd, vid dess sensibla värme tillvaratages. J

Nya energirâvaror 111

sou 197473

De amerikanska oljebolagen har köpt in betydande skifferfyndigheter, i Colorado totalt 100 000 ha med reserver på omkring 9 000 Mtoe. En anläggning av det slag som beskrivits ovan med en kapacitet på 2,5 Mtoe/år och en varaktighet på 20 år behöver en fyndighet på omkring 2 000 ha. Produktionen från de nämnda områdena i Colo-

rado skulle således räcka för 150.106 m3/år under 20-års

tid, d v s 2 500 Mtoe att jämföra med inventerade 9 000 Mtoe. Priset för dessa fyndigheter är något mellan 0,5l kr/ton, innehållande 0,12 m3 olja eller mer, vilket

ger storleksordningen 10 kr/m3 olja för själva fyndig-

heten.

En skifferoljeindustri för ett fullt utnyttjande av de amerikanska oljeskifferförekomsterna kräver stora investeringar inte bara i anläggningar utan också i sociala och samhälleliga åtgärder. Man får därför räkna med en inte alltför snabb expansion. Flera stora anläggningar kommer att byggas under de närmaste fem åren och man kan räkna med att ett flertal skifferoljeverk kommer att vara i drift vid slutet av 1980-talet i USA. Det finns därför all anledning att noga följa den amerikanska utveck- Man kan också fråga sig om inte ett visst samarlingen. bete borde kunna etableras mellan svensk och amerikansk industri med tanke på de erfarenheter som föreligger i på detta område. En särskild omständighet härvid- Sverige lag är att den ledande TOSCO II-processen synes vara en direkt vidareutveckling av den svenska Aspecoprocessen med namn av den svenske uppfinnaren Aspegren.

Utvecklingstendens

När man tar en samlad överblick över skifferoljetekniken av i dag finner man en rätt konsistent bild.

I fråga om anläggningarnas storlek menar man med försöksanläggning ca 25 ton/dygn; en halvstor anläggning är 50-100 gånger större, d v s omkring 1 000 ton/dygn, medan en fullstor anläggning är ytterligare 50-100 gånger

112 Kap I, Appendix I . Kemisk energiteknik

större. Man arbetar således i steg med en uppskalning på 50 till 100.

De totala investeringskostnaderna för olika system skiljer inte alltför mycket, även om enstaka komponenter, särskilt reaktordelen,kan slå en del. Reaktorn svarar emellertid i system av detta slag för endast omkring en tiondel av den totala anläggningskostnaden.

Utvecklingsarbetet präglas av två ambitioner, som är självklara vid processer med stora mängder fasta material med lågt bränslevärde. En viktig sak är att säkerställa en god termisk verkningsgrad att tillvaragenom ta allt förekommande sensibelt värme i rökgaser, avgaser och aska. En andra ambition är att ta vara på skifferns kolinnehåll så fullständigt som möjligt.

Processutvecklaren strävar efter medel för effektiv värmeöverföring fast till fast eller gas till fast. Här skiljer sig de olika processerna. Fluidiserade bäddar förekommer dock inte i någon av de nya processerna även i de fall där huvudmannen använder tekniken i egna kolförgasningsprojekt. För god processkemi och god värmeekonomi strävar man efter motströmsförlopp, vilket kräver flera seriekopplade fluidbäddar.

Floran av reaktorkoncept är lika rik inom detta område som inom andra avsnitt av den nya bränslekemin. Man märker särskilt en strävan till väl utvecklade motströmsförlopp, vilket bland annat kräver ett likformigt flöde av det fasta materialet genom reaktorn. En extrem utformning härvidlag är Lurgi-Ruhrgas-reaktorn som utformats som en skruvtransportör.

Anordningar för fördelning av gasflöden genom bädden och för homogen in- och utmatning av de fasta materialen är också föremål för stor uppmärksamhet i utvecklingsarbetet. Samtliga system arbetar vid eller nära atmosfärstryck, vilket beror på de stora materialmängderna

sou 1974-_73 Nya energirâvaror 113

och förhållandevis långa uppehållstiderna.

Den möjliga reaktorstorleken är av stor betydelse för anläggningskostnaden. Även om reaktorn själv inte utgör en dominerande del av anläggningskostnaden innebär ett stort antal reaktorer också att systemet i övrigt blir komplicerat. En fördel med många enheter är dock en större tillgänglighet. Risken för besvärliga driftsstörningar är dock kanske inte lika stor som vid mer avancerade trycksatta processer för kolkonvertering.

De halvstora skifferreaktorerna har i allmänhet en diameter på 4 meter. För fullstora system räknar man med en diameter på omkring ll m, vilket anses vara en konservativ uppskalning, och betyder 6 st reaktorer för 25 Mton skiffer per år. Bureau of Mines anser dock att reaktorer med 13,5 m diameter är realistiskt samt att den specifika kapaciteten borde kunna fördubblas jämfört med försökskörningarna. Detta ger en tredubblad kapacitet per reaktorenhet, varvid två reaktorer skulle åtgå för kapaciteten 25 Mton skiffer per år. De specifika anläggningskostnaderna bör under dessa förhållanden reduceras exponentiellt upp till nivån 25 till 50 Mton enligt den s k skalekvationen.

Svensk skiffbroljeteknik

Beslut att bygga ett skifferoljeverk fattades hösten 1940 och ledde till bildandet av Svenska Skifferolje AB (SSAB) i januari 1941. Under budgetåret 1942-43 tillver-

kades närmare 30 000 m3 olja och bensin vid Kvarntorp-

anläggningen. Efter kriget sökte SSAB fortsätta driften i form av en ekonomiskt bärkraftig verksamhet. Vid slutet av 1950-talet blev situationen emellertid kritisk och frågan om SSAB:s fortsatta verksamhet blev föremål för utredning, vilket ledde till att driften lades ned.

Ett betydande tekniskt utvecklingsarbete ägde rum inom SSAB. Olika pyrolysmetoder användes i produktionen i en

114 Kap 1. Appendix 1. Kemisk energiteknik sou 197473

skala som i dag kan betecknas som stor försöksskala. Flera av de processer som i dag är aktuella eller föremål för intensiv teknisk utveckling i stor skala evaluerades inom SSAB, inte minst i samband med diskussionerna kring bolagets framtid.

Skiffermängden i Kvarntorp var 3,4 Mton per år som mest, varav ca 60 Z kunde nyttiggöras i pyrolysugnarna. Detta är en storleksordning mindre än de anläggningar som nu byggs upp i USA i Colorado. Redan kostnaden för skifferbrytningen före krossning och pyrolys låg över priset för bergoljan.

Det är lärorikt att ta del av de utredningar om utvecklingsmöjligheterna för pyrolys och förgasning av skiffer och skifferstybb som utfördes i början av 1960-talet av Pyrolyskommittên tillsatt av SSAB och Oljeskifferutredningen. Flera av de processkoncept som Pyrolyskomittên intresserade sig för är aktuella i dag. Huvudalternativ « för fortsatt var utveckling en process som tagits fram av SSAB i samarbete med Lummus, ett stort amerikanskt konstruktionsföretag. Studien hade förts fram till planering av en försöksanläggning med en kapacitet på 3 ton skiffer/h som skulle vara nära lik en fullstor anläggning. Den bärande idén för SSAB-Lummus-konceptet var direkt värmeöverföring mellan het aska från förgasningsreaktorn och skiffer i pyrolysbädden. Försöksanläggningen beräknades kosta något över 2 Mkr, vilket Pyrolyskommittên ansåg vara i underkant. Anläggningen skulle därmed i dagens penningvärde kosta omkring 7 Mkr. Projektet skulle ha kostat ca 20 Mkr totalt om det kommit till utförande i dag, inräknat rörliga kostnader under projekttiden. Med dagens mått är dock försöksanläggningen för liten för att kunna följas av en fullstor anläggning.

SSAB-Lummus-konceptet utnyttjade en fluidiserad bädd för förgasning och pyrolys. I samband med studierna av denna process företogs en mer förutsättningslös genomgång av olika sätt för värmeöverföring vid pyrolys av skifferstybb.

Nya energirâvaror 115

Dessa studier kom att ägnas fem alternativ, nämligen (l) direkt värmeöverföring till pyrolysbädden med het koksaska från förgasningsbädden (SSAB-Lummuskonceptet), (2) värmeöverföring med heta kulor enligt den svenske uppfinnaren Aspegrens metod, den s k Aspecometoden, (3) indirekt värmeöverföring genom en vägg från förgasningsbädd till pyrolysbädd, (4) indirekt värmeöverföring mellan förgasningsbädden och pyrolysbädden med flytande metall som värmemedium samt (5) direkt eller indirekt värmeöverföring med heta gaser. Jämförelserna gjordes i första hand mellan SSAB- Lummus-konceptet och Aspecokonceptet, som redan då var under utprovning hos TOSCO i USA.

Flera av dessa alternativ har visat sig utvecklingsbara, särskilt Aspegrens process och alternativen med direkt eller indirekt värmeöverföring med heta gaser. En annorlunda bedömning av Aspegrens process år 1961 hade inte ändrat skifferoljeutvecklingen i Sverige, men uppfinnaren är värd en blomma i dag.

Förutsättningar för energiproduktion från svenska skifiérförekomster

De svenska skiffertillgångarna med värmevärden över 1 500 kcal/kg, varav en stor del härrör från skifferns svavelinnehåll, uppgår till närmare 20 000 Mton, vilket kan omräknas till 3 000 Mtoe. Allt detta är emellertid inte kerogen. De kolförande skiffrarna på Billingen ger ingen skifferolja men kan förbrännas eller förgasas. De rikaste oljeförande skiffrarna finns^i*Närke medrett” oljeinnehåll som är hälften av halten i de amerikanska skiffrar som nu är aktuella för utvinning. Under i övrigt jämförbara betingelser, skalan 25 Mton/år etc, torde produktionskostnaderna bli ungefär dubbelt så höga för Kvarntorpsskiffern som för Coloradoskiffern bortsett från högre kostnader för svavelrening i Kvarntorpsfallet. Skiffermängden i Närkes-Kvarntorp räcker ett tiotal år vid en produktion av omkring l Mtoe/år.

116 Kap I, Appendix 1 : Kemisk energiteknik

Vid en eventuell utökad uranutvinning i Ranstadsverket genereras lakrester, omkring 6 Mton/år med ett värmevärde motsvarande omkring l Mtoe/år. Lakresterna kan förbrännas eller förgasas.

Synpunkter på ett svenskt FoU-program

Den teknik som utvecklades i Kvarntorp under svåra betingelser är av föga värde i dag frånsett de erfarenheter som gjorts på miljösidan.

Svenska skiffrar innehåller också uran. Förgasning eller förbränning av lakresterna från uranutvinningen skulle lösa miljöproblemen och ge ett tillskott till energiförsörjningen. Något egentligt utvecklingsarbete har emellertid ännu inte bedrivits på detta område.

Det är dock önskvärt att möjligheten att nyttiggöra de svenska skiffrarna utvärderas. Förutsättningarna är dock inte särskilt gynnsamma. De svenska skiffrarnas höga svavelhalt och låga olje- respektive kolhalt manar till försiktighet. Man bör göra klart för sig att bränsledelen i denna bränsleråvara innehåller omkring 50 Z svavel och att askhalten är omkring 90 Z. Askan upptar större volym än den ursprungliga råvaran. Stora summor, storleksordningen 100 Mkr, skall till innan en ny skifferprocess är färdig för praktisk drift. En tänkbar volym för svensk skifferoljeproduktion synes i dag inte ge tillräckligt underlag för en sådan satsning. Vi bör därför kunna avvakta den amerikanska utvecklingen och i sinom tid förvärva teknologi och processystem för en eventuell svensk produktion. Ett sådant beslut bör föregås av utprovning av den svenska råvaran i existerande försöksanläggningar utomlands enligt det mönster som exempelvis amerikanarna tillämpar vid evaluering av Lurgiförgasare för förgasning av amerikanska kol.

sou 197473 Nya energirâvaror 117

Den mängd skifferlakrester som nu diskuteras synes också otillräcklig för att motivera en egen utvecklingsinsats. De miljöproblem som är förknippade med uranutvinningen bör klaras av intressenterna i Ranstadsprojektet enligt givna statliga direktiv, eftersom det synes tveksamt om energiproduktionen från skifferlakresterna kan betala associerade miljöbetingade kostnader.(De svavelmängder det är fråga om vid 6 Mton lakrester per år är av samma storleksordning som det samlade svavelutsläppet i Sverige. En eventuell energiproduktion från skifferlakrester kommer dock att vara förknippad med acceptabla svavelutsläpp.) Man bör förbereda ett senare nyttiggörande genom att deponera lakresterna på lämpligt sätt. Bergen av skifferlakrester blir en bank av bränsleråvara som när tiden är inne kan tas till vara i en större anläggning med bättre lönsamhet.

Projektförslag

Av decovan sagda framgår att det enligt min bedömning inte synes föreligga tillräckliga förutsättningar för ett regelrätt utvecklingsprogram på detta område. Däremot bör teknisk grundforskning bedrivas och den ut* ländska utvecklingen följas upp väl. Ett anslag bör reserveras för provning av svensk skiffer och skifferlakrester i existerande utländska anläggningar, t ex TOSCOs försöksanläggning i Rocky Flats, Colorado.

Intresset i området är stort. Flera projektförslag har inkommit, varav de viktigaste är följande:

- Modifiering av Ferrugasprocessen för skiffer och skifferlakrester. - i ett skiffereldat kraftverk. Förbränning - i ett av fluidiserade bäddar. Förgasning system l av skiffer. Totalutnyttjande

118 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik sou 1974373

2-5 29:!

Den historiska utvecklingen

Torv är vår förnämsta inhemska bränsletillgång. Bränntorvförrådet i södra Sverige beräknas 700 Mtoe

motsvara

medan det övriga Sverige håller en kvantitet motsvarande 4 000 Mtoe. Torv är en kontroversiell bränsleråvara från tekniska och ekonomiska synpunkter men också från miljösynpunkt. Kungl Vetenskapsakademien har nyligen hävdat att torvtäkt inte bör förekomma av miljöskäl.

Nyttiggörande av torv som bränsle är numera en kristidsföreteelse. Under andra världskriget producerades som mest 1,3 Mton bränntorv, vilket svarade mot 5-6 Z av den dåvarande importen av stenkol och koks. Bränntorvproduktionen avvecklades 1967. Priset på den tunga eldnings-

oljan hade från en topp 1957 på över 150 kr/m3 sjunkit till under 100 kr/m3, en nivå som låg kvar under hela

1960-talet. Skifferoljan föll först, 1960, sedan stenkolsbrytningen och bränntorvutvinningen vid mitten av 1960-talet.

Osäkerhet råder särskilt om de norrländska torvmossarnas mäktighet och användbarhet. Kartering bör nu ske och kombineras med en utvärdering av effekter av torvtäkten på grundvatten och andra förhållanden.

Sverige är ett viktigt torvland tack vare det tekniska utvecklingsarbete som ägt rum vid ÖEF, AB Svensk Torvförädling och Torvlaboratoriet i Lund. Sovjetunionen är emellertid det stora torvlandet med en årsproduktion på uppemot 200 Mton torv/år med en fördubbling per tioårsperiod sedan 1950. Huvuddelen av den ryska torvproduktionen är frästorv för kraft och värme. Irland är torvlandet nummer två med en produktion på 4-5 Mton frästorv och odlingstorv/år, frästorven går till kraftproduktion. Andra viktiga torvländer är Finland, Västtyskland, Canada och Polen. Genom riksdagsbeslut 1972

sou 1974313 Nya energirâvaror 119

anslogs i Finland 115 Mr för uppbyggnad av en produk-

tionskapacitet på 10 milj m3 frästorv per år för kraft

och värme år 1980. Målet har nu höjts till 20 milj m3

frästorv per år. Liknande planer föreligger ännu inte för Sveriges del även om flera torveldade värmeverk kommer att byggas.

Att Sverige under 1960-talet tappade intresset för torv snabbare än de övriga torvländerna torde bero på högre lönekostnader och lägre oljepriser. Man trodde också på en stabil oljeförsörjning. Utredningen Sveriges energiförsörjning SOU 1970:13 (sid 59) säger exempelvis: Flera skäl talar för att riskerna för avbrott i oljetillförseln successivt minskar, antalet exportländer har ökat under senare år och fortsätter att öka på grund

av fortgående prospektering. Vidare torde huvudparten av

exportländerna för sin försörjning och fortsatta ekonomiska utveckling vara i hög grad beroende av inkomsterna från oljeexporterna varför de endast i mvcket pressade 15e; en kan väntas själva vidta exportbegränsande Om. åtgärder. så sker i vissa exportländer torde produktionen snabbt kunna ökas i övriga områden. Denna kommitténs uppfattning överensstämde den tiden med bedömningar inom OECD etc.

Olika sätt att ta vara på torvmossen

I dag är odlingstorv och bränsletorv de två viktiga alternativen för Sveriges del. Försök har också gjorts att nyttiggöra torv genom våtkolning, pyrolys, produktion av foderjäst, extraktion, vaxframställning, förgasning, kolning etc.

Torvmossarna kan emellertid också användas för andra ändamål än torvtäkt och naturupplevelser. Myrarna utnyttjades tidigare i jordbruket som slåttermyrar. Från slutet av 1800-talet fram till omkring 1930 uppodlades också en hel del myrmark i Sverige. Omkring 1,5 Z av den totala skogsarealen i landet, d v s 300-350 000 ha är

120 Kap I, Appendix 1 . Kemisk energiteknik 1974:73 SOU.

utdikad myrmark, Utdikning behövs också för torvtäkt och man frågar sig om inte en naturlig vore att ordning först bedriva torvtäkt på en utdikad mosse för att sedan plantera skog.

Utvinning av bränsletorv

Den höga vattenhalten är kardinalproblemet vid nyttiggörande av torv för energiproduktion. Torvteknikerna är fascinerade av uppgiften att eliminera den väderberoende lufttorkningen. Endast en sådan metod, våtkolning, har tillämpats i större skala.

Två maskinella metoder användes i dag för torvutvinning: maskin- och frästorvmetoderna. dominerar Frästorvmetoden i dag och ger de lägsta men framställningskostnaderna ställer större krav på systemen för nyttiggörandet. Ett skikt på 5-20 m fräses upp. En traktor drar den 7-15 m breda fräsen över mossen, fräsens trumtaggiga mor river upp ytskiktet. Torven vändes efter ett med dygn en harv, vilket upprepas tills man kommit ned till en fukthalt 40-55 Z vid en densitet 300-400

på på kg/m3.

Vid maskintorvmetoden grävs torven upp med skopelevator och formas till stycken som läggs ut på mossens för yta lufttorkning. Torktiden är längre. Två skördar erhålles per säsong. Maskintorven har en vattenhalt på 25-40 Z och en högre densitet än frästorven. Den är också 50 Z dyrare i utvinning. Nuvarande kolnings- och förgasningsmetoder kräver maskintorv. Det behövs därför processer som kan nyttiggöra den billigare frästorven.

Mekanisk vattenborttagning genom pressning eller centrifugering kan inte reducera vattenhalten till mindre än 75- 80 Z beroende på att vattnet är bundet i fina hålrum i torven. Den höga vattenhalten gör det nödvändigt att torka med mycket billigt värme exempelvis solvärme eller att ändra på torvens struktur så att vattnet lättare kan

Nya energirâvaror 121

sou 1974713

avgå. Upphettning av torv under tryck till 200 OC, våtkolning, bryter torvens struktur. Processen har studerats vid Torvlaboratoriet i Lund och i Boksitogorsk i S0vjetunionen.Ett problem med våtkolningen är värmeväxlingen mellan ingående och utgående medier. (En besläktad variant är våtförbränning med syre under tryck. Våtförbränning har också utvecklats för andra liknande material såsom rötslam.) Våtkolningen ger biprodukter, bl a sönderdelas torvens sockerarter till pentosaner, vilket ger furfurol i avgaskondensatet från våtkolningsreaktorerna. Furfurol kan användas för tillverkning av polymerer. Etanol kan också tillverkas genom jäsning av pressvattnet efter separeringen av presskakan, som har ett värmevärde på 17 GJ/ton (4 200 kcal/kg) vid 37 Z vattenhalt.

Nuvarande kostnader för framställning av frästorv i Sverige är 40-50 kr/ton vid 50 Z vattenhalt och ett effektivt värmevärde på 2 000 kcal/kg, vilket ger energikostnaden 5-6 kr/GJ. Denna siffra kan jämföras med motsvarande uppskattning 7,5-8 kr/GJ för maskintorv vid 30 Z vattenhalt och ett värmevärde på 3 200 kcal/kg. Motsvarande siffror för Finland är 3-4 kr/GJ respektive 4,5-6 kr/GJ. För torvbriketter med en vattenhalt på 12-15 Z och ett värmevärde på 3 900-4 450 kcal/kg är de finska siffrorna 7-8,5 kr/GJ, medan våtkolad torv uppskattas kosta 8,5-11 kr/GJ, prisläge 1974.

Konvertering av torv

Det finns inget incitament från miljösynpunkt att konvertera torv till flytande och gasformiga bränslen i motsats till vad fallet är vid kol. Det är däremot motiverat att konvertera torv för att reducera transportkostnaden. Transportkostnaden för frästorv uppskattas till omkring 0,4 kr/mil och GJ, motsvarande siffra för Finland uppges vara 0,15 kr/mil och GJ.

Konvertering av torv kan i princip ske med de flesta av

122 Kap l, Appendix I: Kemisk energiteknik

de metoder som berörts i moment 2.3 och 2.4. Generatorgas framställdes ur torv redan vid mitten av 1800-talet. Torv har tidigare förgasats med luft i konventionella schaktugnar eller gasgeneratorer för produktion av lågvärdegas. Försök har också gjorts att förgasa torv till mellanvärdegas med syre eller vattenånga. En anläggning i Sovjet utnyttjade 22 st parallellkopplade generatorer för torvförgasning. Det också i Finland föreligger planer att förgasa maskintorv i konventionella generatorer. Motala Verkstad har tidigare levererat för förgeneratorer gasning av maskintorv, stycketorv och briketter.

För så vitt inte helt nya metoder komer fram billiga som ger torv med goda mekaniska egenskaper motsvarande maskintorv (pelletering har föreslagits) bör utvecklingsarbetet inriktas av frästorv. på förgasning En framkomlig väg är därvid Koppers-Totzek-processen, en annan är väg processer med kulbäddreaktorer, t ex TOSCO II-processen eller Ferrugasprocessen.

Upphettning av torv i retort eller med hjälp av fasta värmebärare i en kulbäddreaktor ger i ett första moment pyrolysgas, tjära och tjärvatten samt en karboniserad återstod, torvkol eller torvkoks. Tjäran och tjärvattnet har ringa värde och används som bränsle vid processen.

Framställning av torvkol och torvkoks har förekommit i Sverige under krigsåren. Södra Sveriges Torvkol AB framställde torvkol för gasverken, likaså har en del arbete gjorts på framställning av torvkoks för metallurgiska ändamål. En torvkoksfabrik för 30 000 ton/år skall nu byggas i Finland som täcker det skandinaviska behovet.

Konvertering av torv till flytande eller bränsgasformiga len jämfört med direkt förbränning i värmekraftverk vid mossen ger fördelar i distributions- och i användningsleden. Flytande bränslen från torv kan in i det nuvagå rande systemet utan större omställningar. Konvertering

Nya energirâvaror 123

SOU l974z73

till syntetisk naturgas blir ett aktuellt alternativ vid en naturgasimport.

Ett nationellt system för nyttiggörande av torv kan också ta vara på andra liknande svavelfattiga bränsleråvaror såsom skogsavfall, hushållsavfall etc. Flera skäl talar för att ett sådant nationellt system bör förläggas i närheten av torvmossar, bortsett från några stora reaktorer för företrädesvis hushållsavfall vid storstadsregionerna. Skäl för torvanknytningen är bl a följande:

- torvförekomsternas storlek - för av aska naturliga förutsättningar deponering - förekomst av processvatten naturlig - att i framtiden fortsätta möjlighet energiproduktionen på platsen (energiodling)

Den arealen av torvmossar i Småland, för sammanlagda att ta ett konkret exempel, som kan utnyttjas på detta sätt är 60 000 1 Z av torvmossarealen ha,motsvarande i landet. Torvinnehållet i detta småländska mosskomplex

är 2 x 109 m3 rå torv vid ett medeldjup på 3,3 m mot-

svarande 400 Mton 50 Z-ig torv. Vid en produktion av 10 Mton 50 Z-ig torv/år skulle dessa mossar räcka omkring

40 år. Vid en densitet på 350 kg/m3 motsvarar detta 30 milj m3, som kan jämföras med de finska planerna på

20 milj m3 år 1980. Värmevärdet vid S0 Z vattenhalt mot-

svarar 2 Mtoe/år. Om torven kan torkas med t ex spillvärme från torveldade kraftverk eller kärnkraftverk ger produktionen vid detta mosskomplex i stället 2,5 Mtoe/år under 40 års tid. Om det småländska komplexet är representativt för landet i övrigt skulle mossarna vara värda 8 000 Mtoe vid 50 Z vattenhalt.

124 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Utvecklingsmöjligheter

Utvinningstekniken

Kostnaden för frästorv ligger redan i dag vid eller under referensnivån 5 kr/GJ. Det finns därför all anledning att noga utvärdera torvens Utvinmöjligheter. ningskostnaderna är i dag höga jämfört med vad som borde vara möjligt. Kostnadsutvecklingen visas i Tabell 3.

Tabell 3: Svenska produktionskostnader för 50 Z frästorv, kr/ton

1945 1956 1960 1974

12,5*15 10-12 16-18 40-50

Under denna period har kostnader för annan liknande verksamhet i stort sett legat stilla i löpande priser. Rationaliseringar har kompenserat penningvärdeförsämringen och lönestegringar. Förutsättningar för sådan teknisk utveckling för torvutvinning har inte funnits under efterkrigstiden.

När man tänker sig i stor skala bör man torvutvinning kunna diskontera en produktivitetshöjning genom ett koncentrerat utvecklingsarbete som på kort tid bör kunna leda till nivån 10-20 kr/ton för 50 Z-ig frästorv med utvinning under en tredjedel av året och lufttorkning. 15 kr/ton frästorv med 50 Z vatten motsvarar 2 kr/GJ. Kunde man köra hela året och ersätta den tidskrävande lufttorkningen med annat förfarande billigt skulle kostnaden kanske kunna pressas under nivån 10 kr/ ton torrsubstans. Den än så länge hypoceciska siffran 10 kr/ton torrsubstans som f ö svarar mot nuvarande kostnader för av brunkol eller skiffer utvinning i dagbrott motsvarar 0,5 kr/GJ, d v s mindre än en tiondel av nuvarande oljepriset. - Dessa siffror får komplettera

Nya energirâvaror 125

diskussionen kring tabell 1, där det konstaterades att ett billigt och svavelfattigt fast bränsle ger ungefär lika årskostnader som kärnkraft vid nivån 3,2 kr/GJ.

Spekulativa möjligheter

Torv är bärare av energi men kan också ses som bärare av elementet kol och som bärare av vatten. I en nukleär ekonomi behövs också flytande bränslen, helst av dagens snitt. Värmekraftverk behöver kylvatten och torvbränsleverk processvatten i stora mängder för förgasningsreaktionerna. Det föreligger därmed anledning att söka nyttiggöra torven inte bara som energibärare utan också som bärare av kol och av vatten, vilket kan ske i en samverkande kraft-och bränsleproduktion. Möjatt kärnenergi för de endoterma kolligheten nyttiggöra förgasningsreaktionerna har berörts tidigare. Torv synes vara en bättre råvara för dessa spekulativa processer än importerade kol.

Ett annat uppslag är att förlägga ett kärnkraftverk i närheten av en torvmosse för att nyttiggöra spillvärmet för torkning av torven före förgasning och exempelvis syntes av metanol. Torven utvinnes genom direkt avrymning och pressas till en vattenhalt på 75-80 Z, pressvattnet går till metanolfabriken. De fuktiga torvflingorna användes sedan som engångskylmedel för ångturbinens kondensorer i ett kyltorn eller i en fluidiserad bädd. Ett 1 000 MW kärnkraftverk levererar ungefär 2 000 MW spillvärme. Ungefär hälften av spillvärmet kan nyttiggöras på detta sätt medan resten går ut i atmosfären. Det småländska torvkomplexet på 60 000 ha matchar ett l 000 MW kärnkraftverk. Torven räcker alternativt till ett 1 000 MW torveldat kraftverk som således torkar sin egen torv.

126 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Synpunkter på FoU

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

Man bör inte värdera torven som bränsleråvara med utgångspunkt från nuvarande produktionsteknik. Under senaste åren har förutsättningar inte givits för tekniskt utvecklingsarbete i syfte att höja produktiviteten för att kompensera för de allmänna kostnadsstegringarna. En koncentrerad utvecklingsinsats borde leda till en rationell teknik och utrustning för en produktionskostnad i området 10-20 kr/ton vid i stor skala. utvinning Torven skulle därmed bli ett mycket bränsle motbilligt svarande de lägsta noteringarna för den tunga eldningsoljan under 1960-talet.

Lufttorkning är en billig process såtillvida att energin för torkningen står gratis till förfogande. Å andra sidan blir produktionen säsongbetonad med utvinning under endast l/3 av året. En billig artificiell metod för torkning av torv skulle året möjliggöra produktion runt. Detta skulle ge en jämn permanent sysselsättning och förutsättningar för av mer kvalificerad anskaffning maskinell utrustning, som inte skulle behöva stå för fäfot 2/3 av året. Om lufttorkningsmomentet kunde elimineras kan torven tas i massiva sjok och till avrymmas låg kostnad, säg under 10 kr/ton torrsubstans. En möjlighet som är föremål för förstudier är att utnyttja spillvärme från värmekraftverk för torkning av torv. Torven kan sedan användas som bränntorv eller för produktion av t ex metanol.

Ett torvprogram bör disponeras så att ett första fullstort system kan tas i drift 1985 för att sedan följas av flera liknande system i rask Ett följd. nytt system per år med en kapacitet av 5 Mton torr torv år fram per till år 2 000 ger en produktion år 2 000 motsvarande 38 Mtoe/år i form av fast torvbränsle eller 25 Mtoe som

sou 197403 Nya energirâvaror 127

flytande bränsle (metanol). Dessa siffror reduceras i fortsättningen med 20 Z som säkerhetsmarginal till 30 resp 20 Mtoe/år. 15 Z av landets mosstäckta areal är då tagen i anspråk för bränsleproduktion.

Ett torvprogram med denna dimension kan göra oss mindre beroende av såväl importerad olja som av kärnkraft en bra bit in på 2000-talet under förutsättning att det tekniska utvecklingsarbetet ger förväntat resultat.

En intensiv torvtäkt påverkar också naturen. Torvprogrammet måste därför inrymma studier av dessa ting liksom forskning och försök avseende användandet av torvmossarna efter slutförd torvtäkt. En lockande möjlighet är att utnyttja det gamla torvområdet allt framgent för energiproduktion baserad på solenergi, t ex energiodlingar.

Förslag avseende FoU inom Sverige

Ett nationellt torvprogram kan skapa förutsättningar för en viss valfrihet vid planeringen av det framtida energisystemet. Många medborgare är nog beredda betala en del för en sådan handlingsfrihet. Som bas för uppskattning av rimlig volym på FoU användes produktionen enligt ovanstående mönster under åren 1985-1990 på sammanlagt 150 Mton 50 Z torv som med ett marknadsvärde på 5 kr/GJ skulle motsvara 6 000 Mkr. Risktagandet gissas vara 33 Z (två chanser på tre att programmet ger avsett resultat), vilket ger en rimlig ram på 200 Mkr (exkl ev konvertering till metanol som behandlas som ett separat projekt).

Den första treårsperioden utnyttjas för förstudier av nya mekaniserade metoder för torvutvinning samt studier av okonventionella torkningsförfaranden. Ett ekologiskt projekt startas i syfte att klarlägga verkningarna av torvtäkten på naturen. Stora insatser behövs också för av torvmossarna och för uppgörande av ett förkartering slag till plan för nyttiggörande av mossarna. Experimentellt arbete bedrivs vid etablerade torvtäkter för

128 Kap I, Appendix 1: Kemisk energiteknik

evaluering av olika processförslag. Det internationella samarbetet med torvländerna intensifieras.

Beslut fattas efter treårsperioden beträffande arbetets fortsatta inriktning alternativt avbrytande. I händelse av positivt resultat inrättas en försöksstation för utprovning av de nya maskinerna och metoderna.

Projektförslag

Ett torvprogram med ovan angivna måste syftning läggas upp som ett storprojekt med företagsmässig form. De förslag som inkommit till kommittén är av mindre genomgripande karaktär och kan väl inrymmas i det stora program som föreslagits ovan.

- Ett nationellt torvprogram i syfte att (1) radikalt reducera kostnaderna för utvinning av torv, (2) utveckla artificiella torkningsmetoder som medger åretruntdrift, (3) anvisa hur den tidigare torvmarken skall användas efter torvtäkten. - Artificiell torkning av torv med spillvärme från värme-

kraftverk. - Pelletering av torv bl a för förbränning i fluidiserad bädd. - Förgasning av torv i gasgeneratorer vid atmosfärstryck. - av Förgasning torv enligt den s k Ferrugasprocessen. - Framställning av metanol ur syntesgas från torv. - i Torveldning värmekraftverk och värmeverk.

2-6

V°d_9SB_§E9§§âY§E11

Fiber contra energi

Ved är i dag en icke-konventionell bränsleråvara. De totala virkestillgångarna har uppskattats till x 2,3

109 m3 sk (skogskubikmeter) eller närmare 3 x 109 m3 sk

sou 197473 Nya energirâvaror 129

om man räknar med stubbar, kvistar, grönris etc. Beståndet motsvarar i lufttorkat tillstånd (25 Z fukt) 500 Mtoe. Den samlade tillgången på brännbart material i våra skogar är således en storleksordning mindre än tillgångarna i torvmossarna. Bruttoavverkningen är

totalt för hela Sverige 84 x 106 m3 sk, varav 2,7 x

106 m3 sk är tveksamma tillgångar och 6,6 x 106 m3 sk

består av kvarlämnade träd. Avverkningen, inklusive skogsavfallet, svarar i lufttorrt tillstånd mer än halva oljeimporten.

Skogsindustrin är energikrävande och kapitalintensiv

men föga sysselsättningsintensiv, jfr 2.10. Produktionen kräver stora mängder energi som till en del erhålles genom förbränning av avlutat, bark etc. Intresse föreligger att tillgodose en del av energibehovet genom förbränning av grönflis.

Skogsindustrin söker i dag ta vara på all fiberråvara och förädla denna så långt som möjligt, även grenved, stubbved samt bark. Grönflis provas för produktion av fiberskivor, försök pågår att också utnyttja grönflis för cellulosatillverkning. Bark och barr har lägre vedhalt än stamveden och höga halter av lignin och extraktivämnen.

Tillgång på utprovade metoder för insamling av hyggesavfall för fiberproduktion innebär också en beredskap för en ev energiproduktion baserad på dessa bränsleråvaror i ett ändrat försörjningsläge.

2 Mr har nyligen anvisats för forskning vid Skogshögskolan för tillvaratagande av skogsavfall m m för energiproduktion och andra ändamål. 1969 påbörjades ett samnordiskt projekt som gällde utnyttjande av hyggesavfall som nu avslutats. Fortsatt forskning kommer dock att äga rum på ett delprojekt avseende hyggesavfallets drivningsmetoder.

130 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Kostnadsbilden

Den totala avfallsmängden är omkring 20 Mton torrsubstans varav ungefär hälften skulle kunna tas tillvara med ny avverkningsteknik. (10 Mton torrsubstans jämte lika mycket vatten -rått hyggesavfall- svarar mot 4 Mtoe.) Ett av dessa maskinella system avverkar träden med s k

fällare-lunnare som tar 60 m2 på varje uppställning.

Träden tas in stående och fälls sedan bakåt med fotändan i en klämbanke. Träden släpas till där avlägget, de kvistas och kapas med en flyttbar kvistare-kapare. Avfallet flisas i en mobil grönflisare. Flisen kan lastas på en container för vidare transport till t ex en pyrolysreaktor.

Investeringen i ett sådant system avsett för hela landet uppskattas till 3 000 Mkr. Utrustningen för återvinning av avfallet, framför allt grönflisaren, svarar för 1/10 av den totala investeringen. Avverkningskostnaderna kan uppskattas till 1 600 Mr/år, vilket är ungefär lika mycket som i dag. En skillnad jämfört med dagens teknik är dock att det nya systemet också tar vara på skogsavfallet.

En fråga är hur stor del av denna totala avverkningskostnad som skall belasta avfallet. Proportionering i förhållande till mängden biomassa ger ungefär 500 Mkr på flisdelen till vilket kommer omkring 100 Mkr för transport till pyrolysreaktorer, etc. Kostnaden för råvaran levererad till reaktor i rått skick uppskattas till 60 kr/ton torrsubstans eller 30 kr/ton råvara med 50 Z fukt (jämför med data för frästorv i 2.5). l ton rått hyggesavfall svarar energimässigt mot 0,2 ton eldningsolja, vilket skulle innebära ett ekvivalent oljepris på 150 kr/ton eller 3,5 kr/GJ. Amerikanska uppskattningar pekar på nivån 25-30 kr/ton torrsubstans, vilket är konkurrenskraftigt med naturgas för 2,0-2,5 kr/GJ vid arbokemisk ammoniakframställning (syntesgas från trä)-

Skogsavfallet kan användas som fast bränsle eller liksom

sou 197473 Nya energirâvarør 131

torv förädlas till gasformiga eller flytande bränslen. Skogsavfallet kan förgasas eller användas som råvara för t ex metanolsyntes på samma sätt som torv. Torv och grönflis kan köras i samma system, så att reaktorerna går företrädesvis på frästorv sommartid medan systemet försörjs vintertid med grönflis. Detta ger en utjämning av sysselsättningen och annat som bör märkas i de ekonomiska kalkylerna.

Möjliga utvecklingsmål för FoU i Sverige

Det är en allmän uppfattning att fiberråvaran bör reserveras för mer kvalificerade uppgifter än energiproduktion. Dessa frågor bör dock belysas ytterligare genom allsidig ekonomisk analys som klarlägger vid vilka prisbilder det lönar sig med fiberproduktion alternativt energiproduktion från ved resp hyggesavfall från företagsekonomiska och nationalekonomiska utgångspunkter.

Av beredskapsskäl bör förutsättningar skapas för att man vid behov skall kunna nyttiggöra en stor del av virkesproduktionen, säg hälften, som bränsleråvara som ersättning för importbränslena. Om man t ex bygger upp en inhemsk produktion av flytande bränslen från kol bör således inhemsk vedråvara vid behov kunna sättas in i stället för importkolen. En uppgift i så fall är att utveckla en process för produktion av syntesgas för metanoltillverkning från inhemsk vedråvara vid en ev kolbaserad anläggning.

Skogsråvarans stora potentiella betydelse som bränsleråvara och beredskapsaspekten motiverar en kontinuerlig utveckling och utprovning av metoder för nyttiggörande i första hand givetvis som fast bränsle. Det föreslås att satsningen göres lika stor som satsningen på nyttiggörande av importkol, nämligen 40 Mkr. Importkol och vedråvara behandlas därmed som ekvivalenta och substituerbara bränslen.

132 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik

Sannolikheten för en tillkommande import på 10 Mton kol/år 1985 bedömdes så låg som 10 Z i 2.2. Sannolikheten för att vi år 1985 använder motsvarande mängd skogsråvara för energiproduktion bedöms vara lika låg. Sannolikheten för att vi antingen använder skogsråvara eller importkol i denna mängd år 1985 är därmed här satt till 20 Z.

Programförslag

Programmet föreslås inrymma utveckling av processer och system för nyttiggörande av vedråvara som ersättning för eller komplement till importerade kol, bl a i anslutning till en metanolproduktion baserad på importerade kol. Stöd bör också ges FoU avseende energiutvinning ur grönflis etc vid skogsindustriella anläggningar.

Det existerar också goda möjligheter att absorbera hyggesavfall, grönflis etc i system i första hand avsedda för nyttiggörande av torv. FoU avseende denna möjlighet föreslås bli utförd inom det föreslagna torvprogrammet.

Ramen avser bl a tre försöksanläggningar (förugn, förbränningsugn för flis och gasgenerator för syntesgasframställning). Dessa enheter bör byggas upp i anslutning till etablerad verksamhet på området i industriell eller statlig regi. Förgasningsprojektet drivs lämpligen i anslutning till försöksverksamhet avseende framställning av syntesgas ur torv och kol. De sammanlagda maskininvesteringarna uppskattas till 15 Mkr och associerade driftskostnader till 10 Mkr. Teknisk grundforskning och systemanalys bedrivs under hela perioden till en kostnad av 1,5 Mkr per år motsvarande en insats av omkring 15 man.

Nya energirâvaror 133

2.7 Hushållsavfall

Inledning

Hushållsavfallet är i första hand ett sanitärt problem och ett miljöproblem även om återvinningstanken mött starkt gensvar hos allmänheten. Återvinning av material ur hushållsavfall är också ett sätt att spara energi. Ett annat sätt att spara energi är att tillse att materialen utnyttjas så effektivt som möjligt och att produkterna får en lång livslängd. Den etablerade återvinningsindustrin, skrothandeln, återför material till produktionen främst i form av metaller och returpapper, vilket ger en energibesparing av betydelse.

Hushållsavfallet, vars energibärande komponenter mest utgöres av emballage i papper och plast för andlig och materiell kost, uppgår till omkring 4 Mton/år i den nationella omsättningen och svarar därmed teoretiskt mot l Mtoe/år. Avfallets energiinnehåll har betydelse inte minst därför att den möjliggör en ekonomisk och rationell destruktion av avfallet. Sopproduktionen i de stora städerna kan klara 10 Z av städernas behov av elkraft.

Den brännbara delen i hushållsavfallet har ett kol/ väte/syreförhållande som är samma som för torv och flis. Jämfört med naturprodukterna innehåller dock hushållsavfallet flera besvärliga element såsom klor och tungmetaller. En viktig skillnad mellan hushållsavfallet och andra bränsleråvaror är de stora variationerna i avfallets fysikaliska egenskaper. Detta förhållande är till stort besvär framför allt i samband med energiåtervinning. Svår korrosion kan uppkomma i en station medan en annan liknande station på en annan plats klarar sig bättre beroende på skillnader i avfallets sammansättning.

Plastandelen stiger vid pappersåtervinning så att värme-

134 Kap 1. Appendix 1 : Kemisk energiteknik

värdet ökar. (Plast har mycket gemensamt med mineralet kol.) Plastandelen i stockholmsavfallet överstiger redan nu 10 Z och har därmed nått nivån i Japan och USA. Avfallets innehåll av metaller och glas kommer sannolikt också att reduceras i framtiden p g a längre livslängd hos bruksföremålen och direkt återvinning av brist- och riskmetaller via skrothandeln eller försäljningsledet. Askhalten i avfallet reduceras därvid så att avfallets bränsleegenskaper förbättras också av denna anledning.

Mycket talar således för att sopvolymen i många tiotal år framöver kommer att vara ungefär samma som i dag och att det framtida avfallet kommer att ha ett värmevärde nära 3 000 kcal/kg (12 GJ/ton).

Processerna

Många av de metoder som tillämpas för energiutvinning eller konvertering av fasta bränslen är också aktuella för hushållsavfall. Förbränning har sedan urminnes tider tjänat som effektiv destruktionsmetod. Energiåtervinning i samband med sopförbränning t ex med ångproduktion tillämpades också i stor skala redan före energikrisen.-Sopförbränning som sådan är konventionell teknik medan energiåtervinning i samband med sopförbränning inte kan kallas konventionell, beroende på att en rad tekniska problem, framför allt korrosionsproblem i panndelen, ännu inte bemästrats.

Ett flertal system har anvisats för destruktion av avfall, särskilt olika slag av roterugnar och schaktugnar. Dessa processer var tidigare inte tänkta för energiåtervinning. I flera fall användes tillsatsbränsle för att få upp temperaturen för att nå slaggsmältning. Ett exempel är Torrax-processen, som emellertid nu modifierats för energiåtervinning. I andra fall har ett företag arbetat med processer för konvertering av kol och sedan prövat dessa på hushålls-

sou 197473 Nya energirâvaror 135

avfall exempelvis Garret Research Development Co, som tagit fram en flash-pyrolys-metod för såväl kol som hushållsavfall. Ett annat exempel på detta är Motala Verkstad som vidareutvecklat en generatorkonstruktion ursprungligen avsedd för fasta bränslen såsom kol och torvbriketter för hushållsavfall. TOSCO II-processen som utvecklats för utvinning av skifferolja har också provats på hushållsavfall, gummiskrot etc.

Hushållsavfallets speciella egenskaper medför dock att en process som ursprungligen utvecklats för ett annat bränsle inte alltid går bra. In- och utmatning av bränsle resp aska samt fördelning av materialet och transport genom reaktorn är problem vid all bränslekonvertering men är särskilt besvärligt vid hushålls* avfall. Hushållsavfallet kräver speciell teknik beroende på dess obetydliga rasvinkel och tendens att bilda sammanhängande pelare i reaktorn.

Inverkan av variationer i sammansättningen kan kompenseras med tillsatsbränslen t ex kol, flis eller torv. Hushållsavfallet kan också användas som tillsatsbränsle i en panna, eldad med annat bränsle, exempelvis kolpul- Ver.

Den fluidiserade bädden har också varit föremål för intresse i samband med sopförbränning. Den s k CPU-400processen, Environmental Protection Agencys hittills tyngsta projekt på detta område använder fluidbädd. Eftersom den fluidiserade bädden tekniskt fungerar som en tankreaktor med varierande uppehållstid sker slutförbränning i ugnsrummet ovanför bädden. Rökgasen går direkt till en gasturbin som driver en generator. Svåra problem är valvbildningar i den fluidiserade bädden samt korrosion och erosion i turbinen.

Svårigheterna vid energiåtervinning vid direkt förbränning har styrt intresset mot processer för konvertering av hushållsavfallet från hydrering av avfallet till

136 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik SOU l974i73

oljor till totalförgasning med syre för produktion av mellanvärdegas.

Bureau of Mines studerar olika hydrerings- och pyrolysprocesser. Hushållsavfall men även agrikulturellt avfall, cellulosa etc, hydreras till oljor och/eller gas, varvid alkaliska komponenter i avfallet anses verka katalyserande. Sama resultat uppnås genom behandling med vattenånga och koloxid under liknande betingelser. Dessa processer lär ge stora mängder olja, upp till 300 1 olja/ton avfall.

De av allt att döma första försöken att pyrolysera hushållsavfall i praktisk skala genomfördes i Danmark i staden Koldung i en anläggning avsedd att anslutas till stadens gasnät. Pyrolysen ägde rum i eldade retortrar. Det var en djärv satsning och verksamheten lades ned av tekniska och ekonomiska skäl. Projektet har emellertid förts vidare med en besläktad pyrolysanläggning i Kalundborg som uppförts i ett samarbete mellan den danske uppfinnaren Karl Kroyer och kemikoncernen Superfos.

Gasverket i Koldung var avsett för energiåtervinning. Kalundborg-verket är primärt inriktat på framställning av ett jordförbättringsmedel, bestående av den kolhaltiga pyrolysåterstoden, som befriats från järnskrot och sedan blandats med rötslam. Pyrolysgasen användes för upphettning av retortrarna och för torkning av rötslammet. Pyrolysdelen och systemet för nyttiggörande av pyrolysåterstoden är separata enheter, varför det också är möjligt att enbart utnyttja pyrolysdelen. Destrugassystemet är en paketlösning för mindre kommuner som avses klara av såväl sopor som rötslam och ge återbäring i form av jordförbättringsmedel.

sou 197473 Nya energirâvaror 137

-Svenska erfarenheter och bedömningar

Sopförbränning med energiåtervinning sker på flera håll i landet. Det föreligger intresse för processamverkan mellan komun och industri på detta område. Cellulosaindustrin skulle kunna ta hand om hushållsavfallet på orten och bränna det i barkugnarna. En studie av samförav bark- och hushållsavfall har utförts vid bränning Högdalens sopförbränningsstation.

En av STU tillsatt pyrolyskommittê har kommit till slutsatsen att avfallsbehandling med pyrolys är väsentligt än avfallsförbränning med återvinning av värme billigare under förutsättning att pyrolysgasen kan avsättas på rekommenderar att en första platsen. Pyrolyskommittên driftanläggning etableras så snabbt som möjligt för att ge svar på frågor om driftssäkerhet och miljöpåverkan.

En KTH-studie behandlar ett nationellt system med pyrolys av torv, flis och hushållsavfall i reaktorer, företrädesvis lokaliserade till torvmossarna, se även 2.5. Storstadsregionernas pyrolysreaktorer matades dock enbart med hushållsavfall. De 28 pyrolyssystemens kapacitet varierade mellan 100 000 årston och 6 140 000 årston med ett medelvärde på 950 000 årston och ett medianvärde på 600 000 årston (sopor + flis + torv). KTH-studien räknade med avfall inom tre mils radie från reaktorerna, motsvarande 85 Z av den totala avfallsmängden i landet.

Motala Verkstad ställde till med något av en sensation när de första informationerna om företagets arbeten på avfallsområdet läckte ut i slutet av 1973. Teknisk sekretess omgärdar fortfarande projektet, viss information lämnades dock vid en hearing. Förgasningen av avfall sker vid atmosfärstryck i en tvåzonsreaktor, en beprövad generatortyp som företaget tidigare levererat till många svenska Tillämpningen på hushållsavfall har företag. dock krävt utveckling av bl a inmatningsanordningen.

138 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Fullskaleförsök i en modifierad har gasgenerator ägt rum vid Oaxens Kalkbruk de senaste åren. En första kommersiell anläggning skall levereras till Gislaved.

Motala-systemet arbetar med olika kombinationer av

bränsleråvaror bestämda av de lokala förhållandena.

Processen levererar en som konsumeras lågvärdegas på platsen för produktion av värme och kraft. Kapaciteten på den nuvarande enheten är för behov tillräcklig många i landet. Det behövs emellertid också anläggningar med större kapacitet i storstadsregionerna.

Regionplanekontoret vid Stockholms läns landsting planerar att successivt eliminera 30-talet i tippar regionen till förmån för en eller två stora behandlingsstationer som skulle behöva pyrolyssystem med stor kapacitet. Man förutser att år 1985 kunna använda avfallet som råvara för produktion av exempelvis flytande bränslen.

KTH:s Institution för Kemisk har sedan Teknologi 1969 studerat metoder för av det fasta avfalnyttiggörande let och arbetar sedan ett år tillbaka med en ny process, Ferrugasprocessen, för pyrolys och förgasning av hushållsavfall och andra fasta bränslen till eller mellangas syntesgas utan att syrgas behöver Denna tillgripas. process synes vara lämpad för stora system.

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

Klarhet måste vinnas så snart som möjligt beträffande lämpliga metoder för behandling av det fasta avfallet i landet. Många kommuner är i i denna dag villrådiga viktiga fråga. Destruktion och energiåtervinning med pyrolys framstår numera som ett mycket attraktivt alternativ. Det saknas dock fortfarande erfarenheter av praktisk drift i landet som kan bevisa metodens företräden. I landet tillgänglig Motala bör därteknik, Pyrogas, för utvärderas snarast. En eller flera gasgeneratorer bör köras under varierande med varierande betingelser,

sou 197473 Nya energiråvaror 139

avfallssammansättningar och med olika tillsatser så att ett tekniskt underlag framkommer för specifikation av anläggningar för olika behov i landet. Det är därvid betydelsefullt att klara ut hur gasen skall nyttiggöras på bästa sätt och vilka möjligheter som finns att samtidigt klara rötslammet. Härtill kommer också andra frågor såsom möjligheten att köra med andra bränslen såsom torv, industriavfall i samma system.

En alternativ metod för nyttiggörande av hushållsavfall är produktion av mellanvärdegas innehållande omkring 50 Z metan genom anaerob rötning. Denna teknik behandlas i 2.8.

Programförslag

Det går inte att skilja energi- och miljöfrågor i samband med avfallshanteringen. Det primära målet är emellertid att åstadkomma en tillfredsställande lösning på avfallsproblemet. I ett miljöinriktat avfallsprogram är hushållsavfallet en tung post men rötslam och kemiskt avfall måste också behandlas på bästa sätt. Flera förbränningsmetoder och pyrolysmetoder ger möjlighet till effektiv destruktion också av dessa besvärliga avfall.

Eftersom avfallshanteringen kostar mer än 400 Mkr/år borde en radikal vidareutveckling av hela systemet få kosta 100 Mkr enligt 5 Z-regeln. Ett sådant program borde kunna genomföras inom den aktuella tioårsperioden. Energimomentet uppskattas vara värt en satsning på 25 Mkr utöver miljöbetingade 100 Mkr, vilket motsvarar en återvinning på 0,5 Mtoe/år, vilket är 50 Z av det teoretiskt möjliga.

I och för sig är avfallsproblemet värt en större satsning än så med tanke på vad en enda stor sopförbränningsstation kostar. Redan försämringen av markvärdet kring tipparna i stockholmsregionen torde representera ett bortfall i årlig avkastning, som är av sama storleksordning som det föreslagna programmet.

140 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik sou 197473

FoU avseende avfallsbehandling bör drivas som ett sammanhängande program eller storprojekt med energimomentet som ett delprojekt. En första bör treårsperiod inrymma uppbyggnad av en försöksstation jämte teknisk grundforskning över hela fältet från teknik för och insamling transport till studier av förgasning. Försöksstationen byggs upp kring en gasgenerator typ Motala Pyrogas.

Om programmet avseende nästa processgeneration ett ger positivt resultat byggs en demonstrationsanläggning på samma plats. Arbetet skall i så fall resultera i specifikationer för en fullstor som skall kunna anläggning tas i drift 1985, förslagsvis i stockholmsregionen.

Högdalens sopförbränningsstation är en lämplig plats för denna försöksstation och ger till tekniskt möjlighet samarbete med institutioner och laboratorier i Stockholm. Stockholms läns landsting har uttalat intresse för en sådan verksamhet.

Projektförslag

önskemålen om försöksverksamhet på detta område kan sammanfattas med följande rubriker:

- Inrättande av en försöksstation för i första hand pyrolys av hushållsavfall men med möjlighet att också evaluera andra bränslen. - Förstudie av Ferrugasprocessen för förgasning av hushållsavfall och andra fasta bränslen. - Teknisk-ekonomisk analys av centraliserad kontra

decentraliserad behandling av fast avfall. - Produktion av syntesgas genom av hushållsförgasning avfall med särskilt beaktande av förekomande katalysatorgifter. - Inverkan av olika mekanisk för förbehandling förgasningsförlopp och förbränningsförlopp. - Fullskaleförsök med hushållsavfall som tillsatsbränsle i

existerande industriella särskilt förbränningssystem inom skogsindustrin.

Nya energirâvaror 141

- av hushållsavfall i fluidbädd. Förbränning

2.8 gordbruksavfall (inkl biokemiska processer)

Biokemiska processer för bränslekonvertering

De biokemiska processerna har att konkurrera med övriga processer på lika villkor. En biokemisk konverteringsprocess blir av intresse enbart om den visar ekonomiska fördelar, varvid även miljöpåverkan bör värderas. Eftersom råvarans kostnad alltid slår mycket hårt i kalkylen för bränslekemiska processer är verkningsgraden av avgörande betydelse. Åtminstone hälften av bränsleråvarans bör återfinnas i det förädlade energiinnehåll bränslet.

för en given produktionskapacitet är Investeringarna beroende av reaktionsvolymens storlek, som i sin tur av koncentrationen och reaktionstiden samt betingas av processens miljöbetingelserz tryck, temperatur, korrosiva hos reaktionsblandningen etc. egenskaper De biokemiska reaktionerna sker i utspädda vattenlösningar och är långsamma jämfört med konventionella processer, vilket leder till stora volymer. I gengäld är reaktionsbetingelserna mycket milda varför enkla material och konstruktioner kan användas i reaktorerna. Mikroorganismer och enzymer är emellertid kvalificerade material och ibland känsliga för variationer i råvaran, gifter etc.

Stora vattenmängder och låga koncentrationer ger höga kostnader vid utvinning av flytande bränslen. Vid framställning av fasta bränslen är situationen bättre tack vare möjligheterna till mekanisk avvattning och luft- Däremot visar de biokemiska metoderna ett torkning. stort vid framställning av gasformiga bränslen försteg från en bränsleråvara i vattensuspension. Gasen, främst metan, avgår från brygden tack vare sitt höga ångtryck.

142 Kap 1 , Appendix 1: Kemisk energiteknik

Vätgasframställning på liknande sätt kan också bli av intresse i framtiden men är inte en bättre troligen väg än metanjäsning.

Biogas från gödsel

Den agrikulturella produktionen genererar stora mängder avfall, storleksordningen 20 Mton torrsubstans per år, ungefär lika fördelat mellan halm och gödsel. Biokemisk framställning av metan är en lämplig metod att nyttiggöra gödsel och andra liknande avfallsprodukter samt biomassan vid framtida energiodling i vattensuspension, t ex algodling. Metanjäsning har tillämpats i stor skala sedan länge. Rågasen benämnes bl a biogas.

Jordbrukstekniska Institutet har nyligen utgivit en studie om biogasframställning ur gödsel och andra avfallsprodukter. Den energi som kan utvinnas som metan från är av gödsel samma storleksordning som förbrukningen av drivmedel inom jordbruket. Vid stora kreaturbesättningar på 500 enheter kommer man ner till en pro-

duktionskostnad som motsvarar ett oljepris på 400 kr/m3

(11 kr/GJ). En besättningsstorlek på S0 enheter ger ett

ekvivalent oljepris på l 078 kr/m3 (30 kr/GJ). Denna

studie visar således stordriftens ekonomiska fördel också vid jäsning av gödsel.

Skalan 500 nötkreatursenheter svarar mot 25 ton gödsel/ dag med 2 ton torrsubstans och ger en gasproduktion på

650 m3/dag med avdrag för för Verk-

gasåtgång processen. ningsgraden är 30-40 Z vid biokemisk gasframställning. Biogasen kan betraktas som mellanvärdegas med en sammansättning 55-65 vol-Z metan, 35-40 Z koldioxid, 0-3 Z kväve, 0-l Z väte, 0-1 Z syre och O-1 Z svavelväte. Det är koldioxiden som sänker gasens värmevärde från högvärdegasens (naturgasens) nivå till mellanvärdegasens. En svavelvätehalt på 1 Z svarar mot olja med omkring 2 Z svavel och kräver således uppmärksamhet.

sou |974;73 Nya energirâvaror 143

Den största biffkouppfödaren i USA, Monfort, har beslutat bygga en anläggning för rötning av gödsel vid en av företagets två stora feed lots. Anläggningen som byggs av Bio-Gas kostar 18 Mkr och producerar

105 m3 naturgas/dygn för en kostnad på 3 kr/GJ. Gasen

kan avsättas till 9 kr/GJ. Förutom gas ger processen ett gödselmedelskoncentrat som levereras tillbaka till Monfort. - Inom parentes kan nämnas att gödsel inte har någon användning i jordbruket i dessa sammanhang - det betraktas i stället som en störning - medan man däremot börjar recirkulera gödseln som kreatursfoder p g a dess höga proteinhalt! Kostnadsbilden för denna anläggning stämmer väl med uppskattningar för andra stora biogassystem. De svenska uppskattningarna ligger - med korrektion för skalan - halva den amerikanska nivån bl a

på

beroende på att rågasen användes som den är utan rening till naturgas. Anläggningar med sådan storlek att biogasproduktionen blir vinstgivande förutsätter i Sverige ett centraliserat mönstermed ett system för uppsamling och transport av gödsel, vilket sannolikt blir väl dyrt i drift.

Ett positivt moment vid ett centraliserat system kan vara att otrevlig hantering reduceras till ett minimum. Små biogasanläggningar på enstaka gårdar inger också farhågor ur arbetarskyddssynpunkt. Gasen är giftig, kvävande och explosiv. Olyckor har också inträffat. Gasrening och rening av avloppsvatten från biogasanläggningen är önskvärd också vid de små enheterna även om man här kan försvara sig med utspridningseffekten.

Rötning av slam och hushållsavfall

Flera reningsverk i Europa använder biogasmetoden sedan länge. Mogden-anläggningen i London producerar mellanvärde-

gas med 22-26 MJ/m3 (sedan starten 1935). Produktionen är

nu 220 000 m3/dygn. Amerikanerna börjar intressera sig

för denna beprövade metod för biogasproduktion från hushållsavfall. Allis Chalmers och Waste Management Inc. har

144 Kap l. Appendix I: Kemisk energiteknik

föreslagit att Milwaukee skall bygga en pilot plant

som bör ge 4 m3/dygn metan från 0,5 ton hushållsavfall/

dygn. Om projektet går bra byggs en större anläggning för behandling av stadens hela produktion av hushållsavfall, varvid gasen beräknas kosta 4,5 kr/GJ. Avfallet mals först i hammarkvarnar, varefter järnmetaller avlägsnas med magnetseparatorer. En vindsikt delar materialet i en lätt och en tung fraktion. Den lätta cellulosarika fraktionen blandas med rötslam i vattenuppsamling. Näringsämnen tillsättes och pH justeras till 6,7, varefter uppslamningen rötas vid 50-60° C under 5 dygn. Gasen innehåller 50-60 Z metan. Slammet som består av lignin, plast och icke reagerad cellulosa koncentreras och bildar en kaka som upptar 25 Z av den ursprungliga volyemn. Pressvattnet torde kräva biologisk rening. Filterkakan kan användas som bränsle alternativt deponeras .

Andra tecken på det amerikanska intresset i biogas är Pacific Gas & Electric Companys planer att ta tillvara

rötgas vid en anläggning i Oakland som genererar 14 000 m3/

dygn.

Sambehandling av hushållsavfall och rötslam under anaeroba betingelser har givetvis en parallell till motsvarande aeroba process, nämligen kompostering. Energiproduktionen i samband med metanrötning torde ge ett övertag på intäktsidan. När resultaten av Laxå-projektet föreligger finns det all anledning att göra en jämförelse med motsvarande biogasprocesser.

In situ utvinning av metan på soptippar är också föremål för intresse. Ett ettårigt experiment skall köras i Los Angeles med tre borrhål i en tipp. För ekonomi behövs

30 m3/minut av en gas med 50 Z metan. I så fall skall en

reningsanläggning med molekylsiktar byggas på platsen och gasen sedan distribueras till Southern California Gas Company för elkraftproduktion.

Nya energirâvaror 145

Alternativa termokemiska processer

Om det finns ekonomiska skäl för centraliserad behandling av t ex gödsel för produktion av biogasi stor skala har man också anledning att undersöka alternativa storskalemetoder, såsom pyrolys och tryckhydrering, t ex Bureau of Mines metod som konverterar gödsel till 300 liter olja per ton torrsubstans. Bureau of Mines arbetar också med hydroförgasning av gödsel som ger övervägande metan. Dessa processer har emellertid endast körts i liten skala och torde kräva ett omfattande utvecklingsarbete. Den höga vattenhalten förutsätter att gödseln kan torkas på ett billigt sätt före behandlingen.

Synpunkter på FoU

Jordbruket är storproducent av bränsleråvara. Volymen är ungefär lika stor som mängden åtkomligt hyggesavfall, sammanlagt 12 Mton torrsubstans, varav merparten faller på halmen. Mängden torrsubstans i boskapens exkrementer är 9,5 Mton/år medan motsvarande siffra för befolkningen i Sverige är 0,4 Mton. Betraktat som bränsleråvara svarar detta avfall mot 3 Mtoe/år i form av gas eller flytande bränsle, S0 Z verkningsgrad.

Halmen borde kunna nyttiggöras i anläggningar avsedda för nyttiggörande av torv, grönflis och hushållsavfall när transportekonomin så tillåter. Halm kan också nyttiggöras tillsammans med gödsel i anläggningar avsedda för gödselrötning. Gödseln innehåller f ö stora mängder halm.

Två möjligheter är aktuella för energiproduktion från jordbruksavfall. Den ena vägen innebär en vidareutveckling av den etablerade tekniken med små enheter för lokal energiförsörjning. Målet är en enkel och lättskött enhet, helst i moduliserat utförande, som skall utvärderas i försöksdrift på en eller flera försöksgårdar. Underlag bör föreligga år 1985 så att man då kan besluta om en fortsatt utveckling och tillämpning av denna teknik.

146 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Den andra vägen innebär behandling av gödseln i större anläggningar, eventuellt tillsammans med annat avfall. Processkostnaden kan därmed reduceras till en acceptabel nivå och man kan dessutom klara rening av avloppsvatten och införa önskvärd gasrening. Ett stort problem är hopsamling och transport av gödseln, vilket kan ske med tankbil eller rörledning. Någon anläggning avses inte byggas under perioden fram till 1985 men projektet bör ge underlag för beslut 1985 om eventuell fortsatt forskning och utveckling i denna riktning.

För bedömning av rimlig ekonomisk ram för program antas att 10 Z av jordbruksavfallet kan nyttiggöras för energiproduktion och att det är en betydande risk, säg 90 Z att projektresultatet blir nedslående. Programmet får då kosta omkring 3 Mkr. De tre första åren användes för systemanalys, teknisk grundforskning och specifikation av försöksanläggningen samt förberedande analys av det centraliserade systemet och får kosta 0,3 Mkr.

De återstående sju åren ägnas i första hand försöksanläggning och försöksdrift till en kostnad av 2 Mkr. Återstående 0,7 Mkr av anslaget ägnas fortsatt analys av det decentraliserade systemets problematik samt skissering av en produktionsenhet på basis av erfarenheterna från försöksdriften.

Projektförslag

Några projektförslag har inte inkommit men väl en rapport från Jordbrukstekniska Institutet som kan uppfattas som ett projektförslag. Bearbetningen av detta avsnitt leder till följande förslag:

- av en medelstor enhet för Utformning rötning av gödsel, evaluering av denna enhet vid en försöksgård. - av ett moduliserat för Utformning system bruk vid medelstora och stora gårdar.

sou 197473 Nya energirâvaror 147

- av centrala med Systemanalys behandlingsanläggningar särskild tonvikt på transportfrågorna. - Total analys av naturgödselns roll i jordbruket jämfört med användning som bränsle.

2.9 .êaeseieélåasaz

Mål och möjligheter

Med energiskog, energiplantage och energiodlingar menas växtodlingar som är inriktade på produktion av bränsleråvara. Ved har tidigare varit ett viktigt bränsle. Människan hade då inte anledning att öka produktiviteten i skogen, veden var ingen bristvara. Det har legat annorlunda till i jordbruket där man höjt produktiviteten flerfaldigt genom växtförädling och rationell odling. Fotosyntesen är naturens hittills oöverträffade metod att ta vara på och lagra solenergi. Verkningsgraden kunde vara bättre men produktionskostnaderna är låga. Det finns växtslag som ger en verkningsgrad i fotosyntesen som svarar mot solcellernas.

Minirotationsskogsbruk, MRS, har framförts av Skogshög-

skolan som ett sätt att utnyttja sumpmarker etc för snabbväxande träd. Landet förfogar över 800 000 ha mark av detta slag som inte utnyttjas för skogsbruk. MRS på dessa marker skulle år 2000 avkasta en flismängd på 7,5 Mton råvilket skulle motsvara 750 eller 250

råa/mt

flis/år,

ha/MWL 10

(värmeproduktion). Amerikanska bedömare räknar med W 130 000 ha för ett 1 000 kraftverk eller 130

Mwel ha/Mwe 1.

Försök med rörväxtem Arundo donax i Frankrike lär ge 10-15 ton cellulosa per ha och år, vilket skulle motsvara 250- 400 ha/MW . el

148 Kap l, Appendix 1: Kemisk energireknik

Ett önskemål på sikt är naturligtvis att man söker basera Sveriges energiförsörjning helt på energiodlingar som inte inkräktar alltför hårt på andra vitala ekonomiska intressen eller naturskyddsintressen. Huruvida detta är möjligt eller inte går inte att avgöra i dag men ett mål för ett FoU-program bör ändå sättas upp, säg att 10 Z av Sveriges landareal skall kunna räcka till för energiodling motsvarande 30 Mtoe/år. Detta mål innebär en produktivitetshöjning med en faktor 4 jämfört med vad som för närvarande presteras med MRS.

För att nå detta mål bör möjligheterna att få fram högproduktiva system studeras grundligt och förutsättningslöst och i tillräckligt stor skala. Försök av detta slag tar mycket lång tid och det är därför nödvändigt att redan nu starta även om resultaten kommer att utnyttjas först efter år 2000. Ett förhållandevis näraliggande mål är dock att evaluera olika sätt att ta vara på torvmossarna efter den intensiva torvtäkt som ev kan starta omkring 1985. Det är svårt att härleda lämplig storlek för FoU-insatser på så lång sikt. Ett första anslag för tioårsperioden på 15 Mkr synes dock rimligt (strikt tillämpning av 5 Z-regeln ger en totalram på l 500 Mkr).

Projektförslag

- av teoretiska för olika av Analys förutsättningar slag energiodlingar i Sverige. - av olika sätt Analys att nyttiggöra avverkade torvmossar inklusive energiodling. - av olika Växtförädling högproduktiva system för svenska klimatiska förhållanden. - Försök i stor skala med algodlingar. - av olika metoder för av bio- Evaluering nyttiggörande massa från energiodlingar.

Nya energirâvaror 149

2.10 Utveckling av energisnåla processer för processindustrin

Processindustrins energiförbrukning

Hälften av industrin utgöres av processindustri där kemiska processer spelar den största rollen. Många av dessa processer konsumerar stora mängder elektrisk energi, bränslen och bränsleråvaror och kommer i ett kritiskt läge vid höjda priser på bränsleråvaror och elektrisk kraft. Exempel på sådana branscher är kloralkali, aluminium, stål, cellulosa, plast etc. Dessa branscher söker nu optimera tillverkningsprocesserna mot lägre energiförbrukning och högre energiåtervinning. Tabell 4 visar situationen före energikrisen.

Skogsindustrin förbrukade 1970 elektrisk energi och bränsle motsvarande 5 Mtoe tillförd energi, 41 Z av den totala energiförbrukningen i industrin. Till detta kommer tillskott för framställning av hjälpkemikalier etc. Klor-alkali för skogsindustrins behov drar l Mtoe/år. Skogsavverkningen för produktion av cellulosa exkl associerat skogsavfall representerar ett energiuttag på storleksordningen 9 Mtoe. Branschens totala förbrukning av bränsleråvaror var 15 Mtoe/år år 1970. Slutprodukternas energiinnehåll svarar mot storleksordningen 4 Mtoe/år. Det totala försäljningsvärdet för branschens produkter siffra för av

då ger utslaget på denna förbrukningen energiråvaror ett hypotetiskt oljepris på N S00-600 kr/m3.

Den petrokemiska industrin kommer också i ett utsatt läge vid stigande oljepriset. Det råder nu en stark efterfrågan på t ex lättnafta som tidigare var en billig råvara för såväl energiproduktion (stadsgas) som baskemikalier (etylen). Den nya situationen har lett till ökat intresse i acetylen som råvara i stället för etylen . Nationella energiprogram inrymmer därför stora anslag för FoU avseende kol som råvara för den petrokemiska industrin.

150 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik S()lJ 1974:73 Tabell 4: Industrins energiförbrukning (Sverige 1970)

Det finns flera öppningar för insatser i dessa gränsområden mellan energiteknik och processkemi som kan leda till radikalt nya processer som minskar energiförbrukningen inom processindustrin. Redan ett projekt som kan minska skogsindustrins totala av bränsleråförbrukning vara med 5 Z är värt FoU för 50 Mkr. En reduktion av energiförbrukningen vid kloralkaliframställningen, som totalt kostar 1,5 Mtoe/år, med 20 Z motiverar FoU för 15 Mkr. En annan fråga är givetvis i vilken utsträckning staten har anledning att finansiera projekt av detta slag. Ett tentativt anslag på 25 Mkr förefaller dock väl motiverat för spekulativa projekt, som kan leda till en reduktion av förbrukningen med sammanlagt 1 Mtoe/år, varvid industrin förutsättes satsa lika mycket.

Proiektförslag

Bland lämpliga objekt för FoU kan nämnas - Energisnål och miljövänlig klor-alkaliprocess med luftkatoder

Nya energirâvaror 151

- Inhemska råvaror för plasttillverkning - Nya aluminiumprocesser - för Adsorptionsprocesser framställning av syre - Förgasningsprocesser som inte kräver syre.

2 - 11 åâmâgâesgqiea

Mål och målkonflikter

De föregående avsnitten i detta kapitel har behandlat nya bränsleråvaror jämte importkol samt kemiska och kemotermiska processer att konvertera och/eller nyttiggöra dessa råvaror. De olika alternativen har behandlats i skilda avsnitt och det föreligger därför ett behov att söka lägga samman de olika delarna till en helhet. Syftet med en sådan sammanfattande behandling är att söka ge svar på frågan: hur långt räcker dessa bränsleråvaror och vad kostar det att nyttiggöra dem?

Nivån 30 Mtoe/år med nya bränsleråvaror omkring år 2000 har varit en arbetshypotes för att förankra beräkningarna i en tänkbar framtida verklighet. Denna målformulering kan förefalla provokativ eftersom det anses allmänt att Sverige, bortsett från uran, saknar inhemska bränsleråvaror av reell betydelse. Frågorna blir inte mindre konfliktladdade när man tar itu med att behandla de praktiska möjligheterna att nå det uppställda målet.

De inhemska bränsleråvarorna torv, skiffer, skifferlakrester, avfall från jordbruk, hushåll och industri samt skogsråvaran, kan inte nyttiggöras utan uppoffringar. En hypotetisk användning av skogsråvaran för energiproduktion förutsätter t ex en så stor omställning av den svenska industrin att redan denna omständighet är nära nog ett tillräckligt skäl för att bortse från denna möjlighet.

Torv är vår förnämsta bränsleråvara och räcker för att klara målkvantiteten 30 Mtoe/år under mer än ett sekel.

152 Kap l, Appendix I: Kemisk energiteknik

Ett nyttiggörande av torv kommer i konflikt med naturskyddsintressen. Man kan tycka att så inte behöver bli fallet vad gäller nyttiggörande av avfall, men även här finns andra möjligheter. I fråga om hushållsavfall föreligger alternativen återvinning, vilket är ett sätt att spara energi, samt kompostering för produktion av jord och mark. Jordbruksavfallet, halm och gödsel, är en bränsleråvara av stor potentiell betydelse. Återföra till jorden kan här vara bättre grundat än i fråga om hushållsavfallet.

Den svenska oljeskiffern innehåller mycket svavel och ett nyttiggörande är därför förenat med stora miljöproblem. En eventuell framtida utvinning av uran ur svenska skiffrar ger skifferlakrester. Energiproduktion från skifferlakrester genom förgasning och/eller förbränning skulle reducera miljöproblemet vid uranutvinningen och ge ett tillskott till energibalansen. Här föreligger

två samverkande faktorer, kärnkraftintressena nämligen och behovet av inhemska bränslen. Mot dessa intressen står miljövårdsintressena och önskemål om att också energiproduktion från inhemska bränsleråvaror bör vara ekonomiskt lönsam.

Ämnet inrymmer också konfliktmöjligheter av annat slag. Sverige har gått in hårdare för kärnkraft än något annat land. Det är därför en risk att förslag som innebär mer än en marginell satsning på icke-nukleära energikällor i syfte att uppnå mer än marginella bidrag till den framtida energibalansen uppfattas som ett hot av kärnkraftens förespråkare. till FoU Förslag avseende nyttiggörande av icke-nukleära energikällor kan också transformeras till visade resultat av kärnkraftens motståndare i diskussioner om kärnkraftutbyggnaden, vilket heller inte är bra. En sådan konfliktsituation motverkar en utveckling av det natio-

nella energisystemet mot en optimal balans mellan pro-

duktion och distribution av elektrisk energi och av flytande och gasformiga bränslen.

sou Nya energirâvaror 153 197473

Det är således vanskligt att framföra konkreta förslag avseende nyttiggörande av inhemska energiråvaror. Varje sådant förslag ses som ett hot av någon intressegrupp i landet. Eftersom ett övergripande förslag torde innebära ett visst nyttiggörande av flera förekommande bränsleråvaror kommer ett sådant förslag att uppfattas som ett hot av sammantaget mycket stora intressen. Något annat vore heller inte att vänta. Försök att bygga upp en inhemsk energiförsörjning måste rubba många etablerade förhållanden. Å andra sidan är energiförsörjningen av

så vital betydelse att stora uppoffringar och omställ-

ningar är försvarbara. Åtminstone bör man seriöst studera olika alternativ så att beslut om fortsatt engagemang eller ej inom olika sektorer kan grundas på ett invändningsfritt underlag.

Det är också fråga om stora ekonomiska volymer. 30 Mtoe/år motsvarar 6 000 Mkr/år med det i denna utredning ansatta priset S kr/GJ. Denna volym kan bära FoU-satsningar av sama storlek som kärnkraftutvecklingen. De stora talen kan verka avskräckande på beslutsfattare som har att ta hänsyn till andra behov i samhället. Uppangelägna skattningarna av rimliga utvecklingsinsatser på området emellertid på energiproduktionens ekonomiska värbygger de, vilket ger en konservativ utgångspunkt som borde kunna accepteras i alla läger. Bedömningar som också söker ta hänsyn till energins verkliga värde, beredskapsaspekter, effekter på arbetsmarknaden, den osäkerhet som många svenskar känner inför kärnkraftutbyggnaden, etc torde leda till utökade ramar.

Sammanställning av vissa energikällor

De olika bränsleråvaror som behandlats i det föregående är samanställda i Tabell 5. Tabellen har för åskådlighets skulle med gissningar betr övriga tänkbara kompletterats Lokalt av solenergi (för husenergikällor. nyttiggörande och vindkraft har dock inte tagits med, tilluppvärmning) skotten från dessa energikällor kan redovisas som minskade anspråk på övriga energikällor.

154 Kap I, Appendix 1 : Kemisk energiteknik

cmHmm»muou

mn

møwøumun

cmum

muåUäøus

uxøuouanmumømm

onmncmg:

ooo

nowwWxm«mamuuM

øapw› oem

mwao

m

umuømaox

ooom

umumømam uoHmc

N

umHm>m

N

:Så HxaH nanm øomu .mms

mmouz

ANV

Su: no.o

mmao

. um N.o om 2 H m H a H N.o H N ma m om oa m S ooa

uauHmH>xm

vwøma -SE mømm oooq §5 com ooma ooom

oa u | u NH a n n u | | z

. .

mxm n.o H.o 10 do

N A3 H.o m m Q w a.o H.o | u u I a 1

mcwcummawm

ønnaqa

øouåcouz

mm amm>m ao.o Ho.o Ho.o 8.0 8.0 ao.o N06 a a moo.o a ao.o mo.o | S6 | | x 0

maxhz .E58

ooo

|oaum .mwum .såna

NDJavñJJNIJJ

omm

Na ma om om 3 ou om N 0 N 0 om mm mm S mc om 3

.

.møauuumamw umxmaoaoa

Hansa

waanwz .uuomam uxmåäu um\=ouz

Jäüaigá.)

53m I I Ho.o 3 e od N a I | 0 q om om oa og mo

Ȥ1

.møwwaawa ooooa ooooa

ucuz ooom

41.

om 82 u | s on | | I u | | m.o

4,4

.isøalo

møñmnsmäou

§3

?uonaüm

.ummø«Hvo«wum=w Apmvdmaaoxvmnao

4).:)

N

Hommgxm

Cnwuømaomaov

uuo_

mm

uommwxm

mcuumnamuuou

umuuwxm

uuounmmv

pmm

aodmuwa

umumwuxmauwwwmxm

Hova:

umuouxmou

ømuw

uazm

umxuou umxuou

.maüsüoâmmwoxm .Hammåmämnmsm owamumnugmmuo

mummumawøwum onamumponño ouømumpaoz mmmmaomm mamumnømunou Hoxuuomaa mmmuuomEH mnaouuonán åmuxamuuâ, cmusmumumømm

.mmømwwm .mmømwwm .uoH .samm .#038 .uuoaEH .uuoaan anwa

Nya energirâvaror 155

av ett drivet Tabell 5 ger därmed en helhetsbild långt av tänkbara energikällor inkl vattenkraft utnyttjande och kärnkraft vid sekelskiftet. Uppställningen söker åskådliggöra vad resultatet kan bli om förespråkarna får förverkliga sina intenför de olika energikällorna tioner.

Energibokslutet för 1971 slutade på N 48 Mtoe/år från kraftverken omräknad till oljeför- (vattenkraften brukning vid ett värmekraftverk med 33,3 Z verkningsgrad). Summering av posterna i tabell S ger 235 Mtoe/år, som naturligtvis är en helt hypotetisk siffra betingad Osäkerhet också betr av en rad antaganden. föreligger storleken hos användbara tillgångar, särskilt skifferförekomsterna. uranutvinning i Ranstad som Föreslagen 6 Mton lakrester per år täcker endast 20 Z av det ger för årsbehovet av uran. Data i tabell 5 år 2000 angivna kan dock trots denna osäkerhet tjäna som utgångspunkt för av alternativa energibalanser. Man uppställning har därvid att dessutom ta hänsyn till bl a

- marknadens behov av olika energiformer såsom elkraft,

motorbränslen, etc trögheten i systemet - tillkommande kostnader i distributions- och användarleden, associerade med expansion av en viss energiform.

Ett energimix från data i_tabell 5 exempel på en tänkbar är en balans med en stomme av 50 Mtoe kärnkraft, 15 Mtoe 15 Mtoe torv och 20 Mtoe importolja och vattenkraft, importgas, vilket ger 100 Mtoe/år. En annan spelmöjlighet är 13 Mtoe kärnkraft (vilket motsvarar pågående kärn- 20 Mtoe 5 Mtoe kraftutbyggnad), 17 Mtoe vattenkraft, torv, avfall och skogsråvara samt 20 Mtoe importolja och importgas, vilket ger 75 Mtoe/år.

Energiscenario

FoU-ramar som föreslagits för de olika avsnitten är sammanställda i tabell 6, som också redovisar förväntad pro-

156 Kap I, Appendix 1: Kemisk energiteknik S()LJ 1974:73

:z

HmHuHøH

Awmcmmmnus

øvmuun

:oo

58m cwum

xmvømmmm

Hxuwu:

Ae

pmm

uuomEH

mmmmum>m

mwcmum:c

mccmv

mumuow

u=aHxmma

uuHcmm

m ENH

HEtoaxm

uwwuumxmmumu

muumn

wmu:HmmnV

mvømunwwmuumc

:=

umuausox

mm

aux

cHHnwmaa mv=mHE0u= HumucmH

cpu

H

omv

umnu:

umwuD

sam HxøH 1: :ä on :om :HHHH -: 1: |: 1: |:

0ommaoømu

.uuoxmHHHu

H o

umwøwumn

ooH

|mnHHz

+

ooHA

+

uxz

+

HmwE4d5Ddn3

.Dom

mmHmumm

:U3 - m

I - |

amu

| 1 |

ax

oc nu

com

mH oc

.u HV HV mA

qHmA

440350.

umxmouz

H 1k a

m.H

noøamm

H.o

.mmuuø

m.o 0 0.0 0.0 10 0.0 q.o m.H

uxHH

m m

«.wmA

om om oH NH

mHA

V.

33.401!)

nxacxma umusmmu

Ho

uouxmw

om.o Ho.o oH.o om.o

n

0 oo.o 00.0 2.0 00.0 om.o 0H.o H H H H H N

:ao W

IDI

II › .m

man

uHmaHxmz

Hmv

mmuun nmxmouz

N.o H m H H H m6 H N

.mmN

om mH 0 m

Ham om

mH oH NH

ooH

uxøm

mxmmsumu

nwowwuosm

mwHo

N

AAEH

^gmu=mHm_HoV

»mäts

nu

mcmumnsmuuou mcmumnsmuwou

umwmHxm

uummwxm

HxøHv

www

xmwumucmm Hoømuma

ømnw

umummuxmHuouwHxm

umxuou vmxuou

mummumHmcmum .mdHuxu0»mmwoxm .HHmwmmHHmnm:m ou=mumnmHHo muømumaäwmuo

Hoxmmcmmmm mcmumnømupou ^»mn=mHHoxv

ousmumnHoz mHHouuoaaH uumuxømuum cmuømvmumcmm umuouxmou

.Hmmumo mmmmaowm .umwøHH HoxuuoaEH mmwuuomEH .uuoaEH .uuomEH

.uoH .EHmm

nanm

Nya energirävaror 157

duktion med hänsyn till tekniskt risktagande etc. Även denna uppställning har kompletterats med andra energikällor. Dessa värderingar är naturligtvis behäftade med stor osäkerhet. Fel har dock en benägenhet att mycket ta ut varandra. En för optimistisk bedömning för en av en för pessimistisk för en energikälla kompenseras annan. Osäkerheten i slutsumman kan därmed vara mindre än vad en granskning av de olika delprocesserna låter påskina.

FoU-ramarna i tabell 6 skall ses som utgångspunkter för som har att ta hänsyn bl a nyanserade uppskattningar till FoU-arbetets art. Många projekt måste ha en viss storlek för att vara meningsfulla. Om ett objekt inte ger tillräckligt underlag för en minsta satsning som kan inrymma t ex en försöksanläggning, har man anledning att begränsa sig till enbart teknisk uppföljning på sparlåga i stället för att driva arbetet i en skala som är otillräcklig för praktiskt användbara resultat.

Den totala ramen för objekten i tabell 6 är 314 Mkr (exkl miljöbetingad associerad FoU), vilket således är en total ram och inte ett förslag till statlig satsning. Det synes dock som om staten bör ta på sig merparten av dessa FoU-kostnader. Ramen ligger också i underkant jämfört med vad som anses motiverat som statlig satsning i t ex USA och Västtyskland på detta område såsom visats i avsnitt 2.1. Ett övergripande mål för verksamhet av detta slag är att säkerställa landets energiförsörjning. FoU-anslaget kan därför också ses som en försäkrings- Ett undantag härvidlag är dock utvecklingen av premie. energisnåla processer som berörs i avsnitt 2.10 och som i tabell 6. Enskilda företag har här större ej medtagits av FoU-resultaten än samhället som helhet. Här har nytta föreslagits en ram för statlig satsning på 25 Mr under perioden. Det förutsätts att industrin satsar lika mycket så att den totala ramen blir 50 Mkr, vilket är rimligt för att friställa 1 Mtoe/år för andra ändamål.

Tillskotten från inhemska energiråvaror jämte importkol

är i detta scenario med de ansatta reduktionsfaktorerna 24,4 Mtoe/år, varav torven svarar för merparten eller

158 Kap I, Appendix l : Kemisk energiteknik &

. N U 1) . 20 Mtoe/ar raknat som fast bransle. Till detta kommer de uppskattade volymerna för import av flytande bränslen och gas samt vattenkraften,tillsammans 61 Mtoe/år. Kärnkraftens bidrag torde bli minst 13 Mtoe/år (nu beslutad utbyggnad).

Scenariot önskemål synes tillmötesgå om stabilisering och säkerställande av energiförsörjningen genom diversifiering (införande av alternativ) beredskap (att klara bortfall av energikällor av tekniska eller politiska orsaker) - redundans (reservmöjligheter) e konvertibilitet (omställbarhet)

Dessa fyra samverkande kan inte beröras mer egenskaper än flyktigt i det följande. Diversifieringen i scenariot framgår av att sex oberoende stycken energikällor av storleken 9-20 Z klarar 87 Z av balansen.

Den viktiga och känsliga elkraftförsörjningen bör också stabiliseras på samma sätt. Om man genererar el med kärnkraften, vattenkraften och torven i Tabell 6 (13 Mtoe/år kärnkraft, 17 Mtoe/år vattenkraft och 20 Mtoe/år torvkraft) blir elproduktionen oberoende av import, bortsett från kärnkraftens beroende av uran och separationsarbete. Binder man torven till elkraftpro-

duktionen enligt detta alternativ reduceras emellertid

beredskapen och handlingsfriheten i fråga om de flytande bränslena.

En intressant möjlighet som ger såväl el-

beredskap på

kraftsidan som i fråga om flytande bränslen är att bygga konvertibla värmekraftverk för 20 Mtoe/år termisk effekt vid mosskomplexen vid sidan av bränsleverk som förädlar

Not 1) Detta får givetvis inte tolkas så att det

uppställda

målet 30 Mtoe/år sannolikt inte kan nås. Den 1 2.5

valda

nominella volymen på torvtäkten motsvarar f ö 38 Mtoe/är vilket värde reducerades med 20 Z för att ge marginal. Om det nominella värdet hade anvants 1 Tabell 5 hade

och°6

det totala tillskottet i Tabell 6 blivit 29,4 Mtoe/ar- Denna fråga är emellertid ointressant för den fortsatta diskussionen.

Nya energirâvaror 159 sou 197473

torven till metanol. Under normala tider eldas värmekraftverken med importbränslen medan metanolen går till inhemska förbrukare, företrädesvis inom transportväsendet. Vid importsvårigheter fördubblas torvutvinningen till 40 Mtoe/år, varav 20 Mtoe/år nu går till värmekraftverken, som är förberedda för detta alternativ. Den torvbaserade metanolproduktionen fortsätter som vanligt. Den utökade produktionen av bränsletorv tänkes äga rum vid de redan ianspråktagna mossarna men kräver givetvis en beredskapsinvestering. Detta exempel illustrerar hur beredskap kan skapas genom en redundant uppbyggnad av enersom i detta fall kan utnyttja den torv som så gisxstemet att säga är beredskapslagrad i de utvalda mosskomplexen. Redundansen åstadkommas genom konvertibiliteten hos de aktuella värmekraftverken som vid behov kan konverteras till drift på torv.

Redundans kan också åstadkommas med hjälp av konvertibi-

litet på bränslesidan. Metanolinslaget i energibalansen

enligt scenariot ger goda förutsättningar för detta. Metanol kan spela en roll som joker i énergispelet. Fasta bränslen, från kol till hushållsavfall, kan konverteras till metanol lika väl som naturgas med acceptabel termisk verkningsgrad. Metanol kan i sin tur konverteras till vätgas eller tillbaka till naturgas, vilket ger möjligheter till belastningsutjämning och beredskapslagring för ett naturgasnät i landet. Intressanta varianter för Sveriges del är också vätgasnät eller nät för en mellanvärdegas med sama sammansättning som syntesgasen för metanol. Gasen för dessa nät produceras genom förgasning av inhemska bränslen eller ångreformering av naturgas eller metanol. Mellanvärdegasen användes för metanolsyntes vid gasöverskott, vid underskott framställs tillsatsgas genom ångreformering av metanol. Ytterligare alternativ är givetvis att användes helt för kraftnaturgasimporten produktion och metanolsyntes i anläggningar vid importhamnen. Naturgasimport behöver således inte innebära ett gasnät i landet, även om detta förefaller vara den riktiga vägen. Metanolens potential som framtida universal-

160 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik

bränsle måste dock tillmätas större för betydelse jokerrollen än konvertibiliteten till andra bränslen. Metanol är ett miljövänligt bränsle för förbränningsmotorer, gasturbiner, oljeeldade ugnar och pannor m m.

Tid har inte givits att penetrera de olika alternativ som berörts ovan och andra som står till möjligheter buds. För att konkretisera framställningen skall väljas ett enkelt exempel för den fortsatta analysen. Hälften av torven utnyttjas i detta exempel (exempel A) normalt

Tabell 7: Produktion av nyttoenergi vid två utföringsexempel av energiscenariot jämfört med situationen år 1971

Situationen år 1971 Energiscenariot enligt tabell 6 Primär- Nytto- Exempel A Exempel B energi energi Primär- Nytto- Primär- Nyttoenergi energi energi energi Mtoe/år Mtoe/år Mtoe/år Mtoe/år Mtoe/år Mtoe/år

Elkraftz

Förbränningsenergi:

Nya energirâvaror 161

vid torveldade värmekraftverk, medan den andra halvan går till metanolsyntes. Avfallsråvarorna går till värmeproduktion. Hälften av naturgasen går till kraftproduktion och den andra hälften till metanolframställning. (Syntes av metanol i landet från importerad gas i stället för import av metanol tillverkad vid naturgaskällan i exportlandet är naturligtvis en diskutabel sak. Det ger dock en beredskapseffekt förutsatt att metanolfabriken kan konverteras för drift på inhemska bränsleråvaror.) Den inhemska metanolproduktionen blir under dessa förhållanden nära 10 Mtoe/år till vilket kommer den antagna importen på S Mtoe/år. Den inhemska metanolproduktionen leder till en processförlust på 4,5 Mtoe/år. Detta exempel (A) är visat i tabell 7 i jämförelse med bokslutet för 1971.

En modifikation (B) visas också med metanolproduktion från hela torvuttaget men ingen metanol från naturgasen. Elkraftandelen av nyttoenergin i de två scenarioalternativen är 27 Z resp 22 Z jämfört med 17 Z år 1971. Andelen flytande bränslen som går till annat än kraftproduktion är 61 Z resp 6h Z. Produktionen av elektrisk energi ökar en faktor 2,7 resp 2,4 medan övrig nyttoenergi ökar med 60 Z, resp 70 Z, jämfört med situationen 1971.

Kapitalbehovet

Ett försök görs i tabell 8 att uppskatta investeringar som är associerade med alternativen i tabell 7. För att kunna anställa jämförelse med en motsvarande amerikansk bedömning har även kärnkraften medtagits. Kärnkraftstationerna är räknade till 2 000 kr/kw, trots att en del av dessa investeringar redan är gjorda och till lägre priser.

Överhuvudtaget väger elinvesteringarna mycket tungt i dessa kalkyler. För att inte överskatta dessa investeringar räknas med 6 500 h utnyttjningstid för samtliga tillkommande kraftstationer. (Produktionen 1971 på 71,6 TWh motsvarar en genomsnittlig utnyttjningstid på 4 200 h av en total kapacitet på ca 17 000 MW.)

162 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

Amwuuauouuhdv

nøox

uoummu

00032_

?H3

Aamuwcm

uam

.o | y

Hmxoouz

m

uwxwouz

5209.:

.umäouz

am

H02:

umäouz

xmauuxwaov

.00382

10:2

.øomuxswoum

:z

Hampus

m

coausnm ooooa

0000 0000 0.0 80 2 .q 0.2 a.om

000000 amaemxm

A

umwøMuwummøH

uxz

xoooom Axoommm

oomama

0000 Emumzmwmumcm

0000 0000

0000N

00000 0003 0003

i

uum

AMWHOCOOUUÅCV

Haau

nøox

Hoømäa

uoummu Awwuwco

?LB

uam

uuoxmaaau

H

w

uwxwouz

§25: 0.525:

xqoouz

Hm

:WEB:

Hass Hos:

umxoouz

00300:

3:

.øomuxsvoum xmquuxwamv

s:

www

.m

øoausnw 0000 0000 0000 oooma 0.00 0.2 mlâ

S 03 0.0 m 0.4

Homamxm

Hampus

om

:wonmnwwømumumw>=«

umwømumumwøH

o

ua:

Axooomo Axooowm

00000 00000

000.2!

uamupunm .uwwømøuumxmmmø

nam :oo

mmmum |wmøa

|mBhm

Hex

. Q

mnao

mvmmømumnuwmumam

0.00 :oo axøm

wxmømxaumam

uou

u0HH0\0uo

Eon

”uou

umwøwcvuomxmauoum

.mmm

mwmuwwoommw

aHmmm

.

nanm amma

umøxmu

ømum ømuw

uuwøqumummbaq uoummuwAmømun

300.53 03030050 20053

m

uxmmno 000505000 ummnxam uwmnxam ummum mammømawø aocmuwz Hocmuøz wøqcmmmumm nmmømumu

mm«u© .Ãuack

um

ämå asså wcaø 05:0 Ax

.

Hampus

m. x % n. M. ® M 3 m. n m W W M

sou Nya energirâvaror 163 197473

Investeringarna i system för kraftöverföring m m har uppskattats schablonmässigt i form av påslag som bygger på amerikanska bedömningar som redovisas medan. Posten övriga ej specificerade kostnader har också uppskattats på basis av referatet av den amerikanska rapporten. Investeringarna i torvtäkt avser dagens teknik (frästorv) och nuvarande produktionsskala. Utvecklingsmöjligheterna som finns på denna kant har således inte diskonterats i uppställningen. Investeringarna i torvkraftverken ligger på nivån l 000 kr/kw, övriga på 800 kr/kw vid dessa svavelfattiga bränslen.

Syftet med Tabell 8 är enbart att indikera storleksordningar. En stor svaghet är osäkerheten betr följdinvesteringarna, som svarar för omkring 2/3 av det totala kapitalbehovet. Posterna i uppställningen indikerar att kapitalbehovet för ett tillskott av elektrisk energi är en storleksordning större än för ett tillskott av samma mängd nyttoenergi i bränsleform. Exempel B ger 1,6 Mtoe/år mer nyttoenergi än exempel A men är trots detta 16 000 Mkr billigare beroende på att elkraftandelen i tillskottet reducerats med 10 Z och växlats mot motorbränslet metanol.

Kapitalbehoven som redovisas i Tabell 8 är mycket stora. Käknkraftinvesteringen och därmed associerade kostnader Svarar för omkring en tredjedel. Tillkommande investeringar i detta paket torde infalla under perioden 1980-2000 med genomsnittligt omkring 4 000- 5 000 Mkr/år. - De föreslagna insatserna i FoU bör ses mot den utbyggnad som antydes i Tabell 8.

Hur länge räcker torven?

Torven är en tung komponent i scenariot, den svarar för M 20 Z av balansen och ligger på samma nivå som vattenkraften. Vid ett torvuttag på 20 Mtoe/år från 15 Z av landets mossareal från mossar med Smålandsdata räcker 60 år. Torven börjar enligt detta räkvarje mosskomplex att sina år 2045 med avslutad produktion år 2060 neexempel

164 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik sou 197473

(varvid 85 Z av landets mossmarker fortfarande är orörda).

Energiodling kan vara en realitet vid denna tidpunkt enligt 2.9 och fylla luckan efter torven, för att ta ett av framtidsalternativen.

Markbehov

En stor del av Sveriges landområden är invecklade i eller berörda av produktionen. Energiproduktionen berör dock små arealer jämfört med produktionen av livsmedel och råvaror för skogsindustrin. Man söker t ex begränsa bebyggelsen inom någon mil från ett kärnkraftverk, vilket betyder omkring 30 000 ha för ur bebyggelsesynpunkt berört område eller 30 om kärnkraftverkets medeleffekt

ha/Mwe 1

är 1 000 MW. Till detta kommer mark som berörs av uranutvinning, upparbetning och lagring av det radioaktiva avfallet.

Suorvadammen, för att ta ett annat exempel, har en yta på 26 000 ha, varav 9 000 ha ursprunglig sjö. Medeleffekten i Lule älv är 1 200 MW, vilket ger 15 för ett

ha/Mwel

landområde som omvandlats till sjö för kraftgenerering. Ytan hos de reglerade sjösystemen som räknebas leder givetvis till högre tal, t ex omkring 1 500 för

ha/Mwel

Ångermanälven eller de reglerade sjöarna i Lagans och Mörrumsåns nederbördsområden.

Produktionen 1 000 vid ett tänkt torveldat kraft-

Mwel

verk, försörjt med torv från ett 60 000 ha mosskomplex motsvarar kvoten 60 Om man i stället räknar med

ha/Mwel.

konvertering till metanol eller syntetisk naturgas blir kvoten för torvmossen omkring 30

ha/Mwt.

Energiodlingar enligt 2.9 använder 750 eller

ha/Mwel

250 men det synes till

ha/Mwt, föreligga möjlighet högre

produktivitet (se 2.9).

Nya energirävaror 165

Jämförelse med en amerikansk bedömning

Nationella program och bedömningar av olika utredande kommittéer bild. Man kan urskilja tre ger en splittrad slag av optimistiska bedömningar: (1) en snabb kärnkraftär möjlig och löser alla problem (2) olja och utbyggnad kommer att flöda länge än och priserna komer naturgas att och (3) fossila fasta bränslen. främst kol, sjunka klarar den tid som behövs tills solenergiförsörjningen eller helt nya energialstrande processer, kan energi, ta över. De olika nationella programmen strävar till diversifiering, stabilisering och oberoende, mål som bör nås under perioden 1985-2000. Mer pessimistiska (realistiska?) bedömare pekar på de stora tekniska problemen och inte minst de stora insatser som behövs för att nå dessa mål.

Amerikanska ingenjörsvetenskapsakademien, NAE, har helt nyligen i slutet av maj 1974 avgivit en rapport U.S: Energy Prospects: An Engineering Viewpoint som behandlar möjligheterna för USA att bli oberoende på energiområdet år 1985. Rapporten sägs (Chemical & Engineering News 27, maj 1974 sid 24) utstråla kvalificerad pessimismz Ett realiserande av detta mål skulle kräva en enorm ansträngning, dock sannolikt inte av krigstidsdimension. Slutsatserna i denna rapport skall refereras kortfattat, varvid data översättes till svenska förhål- Lånden genom division med faktor 25 motsvarande folkmängden. Den amerikanska försörjningen med inhemska bränslen svarar med denna omräkning mot 60 Mtoe/år under 1973. Produktionen av inhemska bränslen skulle kunna stegras till 96 Mtoe/år 1985. Denna nivå, som f ö svarar mot Fordrapportens technical fix scenario kunde vara tillräcklig om stora ansträngningar görs för att spara energi motsvarande 17 Mtoe/år.

Om den inhemska (amerikanska) prissättningen på olja och

166 Kap I, Appendix 1: Kemisk energiteknik

gas får anpassas till världsmarknadspriserna borde den inhemska produktionen av olja och gas inkl produktion från Alaska och kontinentalsockeln kunna öka från 43 Mtoe år 1973 till 53 Mtoe år 1985. Detta skulle kräva en investering på 32 500 Mkr i 1973 års penningvärde (amerikanska siffror omräknade till svenska förhållanden genom division med faktor 25).

NAE-gruppen ger en försiktig prognos för skifferoljan och hävdar att produktionen kommer att ligga på låg nivå fram till 1985 och även därefter. Skifferoljeproduktionen år 1985 uppskattas bli l Mtoe/år, vilket kräver en investering på mellan 540-900 Mkr.

Anledningen till den försiktiga synen på skifferoljan är förutsedda tekniska och geografiska problem. Man är mer optimistisk beträffande möjligheterna att utnyttja de amerikanska kolen. Kolproduktionen år 1973 på 24 Mton eller 16 Mtoe borde kunna ökas till 50 Mton år 1985. 28 Mton användes år 1985 för kolkraftverk jämfört med 15 Mton år 1973, vilket är ett tillskott på 5 000

Mwel

som kolkraft, 12,5 Mton för produktion av syntetisk naturgas och olja medan återstoden går till andra industriella ändamål samt export. Kolfälten kräver en investering på 3 800 Mkr för kapacitetsökningen. Investeringarna i anläggningar för produktion av syntetiska bränslen från kol ligger i området 2 900-4 000 Mkr. Den totala tillkommande investeringen enligt denna pessimistiska bedömning i kolutvinning och kolnyttiggörande är således omkring 8 000 Mkr med svenskt mått.

Det amerikanska systemet skulle 1985 kunna inrymma 20 st förgasningsanläggningar för totalt 50 miljarder m 3 natur-

gas/år, motsvarande 2 miljarder m3 naturgas/år för svenska

förhållanden. För produktion av elkraft behövs investeringar fram till år 1985 på omräknat totalt 54 000 Mkr för kärnkraft och kolkraftverk. Gruppen tror inte att antalet kärnkraftanläggningar skulle kunna öka mycket snabbt p g a de många beslutsinstanserna för varje anläggning.

sou 197473 Nya energirâvaror 167

Behovet av kapital för alla förutserbara ändamål år 1985 enligt detta scenario är 110 000-135 000 Mr, vilket inte inkluderar rörelsekapital, utdelningar, finansiella kostnader etc. Andra problem, förutom kapitalbehovet, är tillgången på processvatten särskilt i de östra staterna, miljörestriktioner, tillgång på arbetskraft och kanske framför allt samordning och programledning. För närvarande är 56 000 man engagerade i energirelaterade aktiviteter (omräknat till svensk folkmängd). För detta program krävs ytterligare kanske 10 000 man, varav flertalet måste vara väl utbildade tekniker, nu åter en bristvara. Gruppen är därför bekymrad över det bristande intresset för teknisk utbildning i USA.

NAE-gruppen har enbart begränsat sig till de omedelbara problemen under de närmaste tio åren och har därför inte diskuterat långsiktiga forsknings- och utvecklingsprogram. Man hävdar att program för de närmaste tio åren enbart innebär att man köper en tidsfrist till dess att forsknings- och utvecklingsprojekten kan ge lösningar på sikt som inte är beroende av fossila bränslen.

Tabell 9 sammanfattar data från den amerikanska NAE-studien för jämförelse med uppskattningar i Tabell 8. (Det kan finnas felaktigheter i detta material beroende på feltolkningar eller tryckfel i referatet, originalrapporten Var tyvärr inte tillgänglig vid utskriften av detta appendix.) De båda, i detta fall, oberoende underlagen ger samma storleksordning på etablering av en inhemsk produktion av flytande bränslen, N 1 Gkr/Mtoe (l 000 Mkr/Mtoe) Utökad produktion av naturgas och olja kostar mer, N 3 Gkr/ Mtoe, medan elkraften når nivån m 10 Gkr/Mtoe elektrisk energi.

Det amerikanska programmet ger ungefär samma tillskott av nyttoenergi, 24,7 Mtoe/år med en mindre elkraftandel i tillskottet (23 Z) än exemplen A och B i tabell 8 (43 Z, resp 33 Z).

Den amerikanska konsumtionen av elektrisk energi per är f n lika stor som i Sverige, elkraftens andel capita

168 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik SOLJl974J3

av nyttoenergin är dock bara m 11 Z jämfört med W 17 Z i Sverige beroende på en större av förbränförbrukning ningsenergi. Ett genomförande av scenariot enligt tabell 9 ger en fördubbling av produktionen av elektrisk energi, men dess andel av nyttoenergin ökar till endast 13 Z jämfört med de betydligt högre talen för de svenska exempel som diskuterats ovan. De amerikanska siffrorna avser emellertid situationen år 1985 medan de svenska enligt arbetshypotesen avser år 2000, vilket kan motivera skillnaden.

Scenariots, tabell 8, karaktär av minimibudget framgår av den omständigheten att de omräknade amerikanska siffrorna stämmer rätt väl med de svenska trots att de amerikanska siffrorna avser år 1985 medan de svenska avser år 2000. De amerikanska bedömarna hävdar dock att denna ökning av energiproduktionen kräver mycket stora ansträngningar av den amerikanska nationen. Det är kanske realistiskt att räkna med att extraordinära ansträngningar av denna dimension inte kommer till stånd före år 1985. Scenariot skulle därför kanske vara mer troligt för år 2000 motsvarande tabell 8.

i l974 - 1985 Tabell 9: Investeringsbehov det amerikanska energisystemet _______ (siffrorna har omräknats till svenska folkmängden genom division med 25)

Investering, Tillskott år 1985 objekt Mr Mtoe/år

förbrukning 12,5 Mton kol/år Skifferolja 900 1 Elkraftproduktion, tillskott 54 000 9

kolkraft X)

10 OOOMW _ååâüååäi_ __ ,

17 totalt (primarenergi) Produktion av naturgas och olja 32 500 10 övriga investeringar (exkl 39 800 rörelsekapital etc) Summa 135 000 36 primärenergi (exkl rörelsekapital m m) (24,6 nyttoenergi)

x)Direkta uppgifter saknas, jämfört med prognosen United States Energy the

through

Year 2 000 (Dept. of Int. Dec. 1972) synes kolkraften ha ökat med 3 Mtoe/ar och kärnkraften minskat med lika mycket.

sou 1974:73 Strömkâllor 169

3 Strömkällor

3.1 Strömkälleområdet

Det kemoelektriska området är mer splittrat och mångfasetterat än det kemotermiska. På det kemotermiska området arbetar man i stort sett med ett enda oxidationsmedel, syre, samt med kol- och väteatomer som elektronavgivande element i bränslen av alla de slag vi utnyttjar dagligdags, från kol till lysfotogen. Alla kemiska reaktioner sker med ändring av systemets fria energi. Därför kan teoretiskt alla tänkbara kemiska reaktioner utnyttjas också för kemoelektrisk energiomvandling. Valet av reaktanter för tekniska system i bränsleceller, batterier och elektrolysceller begränsas av tekniska och ekonomiska faktorer men utbudet av användbara kombinationer är ändå stort för varje användningsområde.

Den kemoelektriska cellens förmåga att konvertera bränslen till elektrisk energi och vice versa med hög verkningsgrad kan nyttiggöras i stationära och traktionära applikationer. Den kemoelektriska cellen utnyttjas därvid för generering av elektrisk energi, för lagring av elektrisk energi och för produktion av bränslen från elektrisk energi. Den kemoelektriska tekniken har därmed stora uppgifter i en framtida elektroekonomi med fissionseller fusionskraft som primär energikälla likaväl som i en ekonomi baserad på kol- eller solenergi.

3.2 Strömkällor av intresse för ett svenskt energiprogram

Strömkällor som kan vara av intresse i detta sammanhang bör finna användning i tunga applikationer som svarar för en icke försumbar andel av den nationella energibalansen. Tillämpning i stor skala leder i sin tur till krav i fråga om elektrodmaterial och teknik för massproduktion. Sådana strömkällor måste därför vara uppbyggda av förhållandevis billiga material som helst kan utvinnas

170 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik

inom landet och under alla förhållanden inte bör utgöras av bristmaterial med risk för framtida prisstegringar. Strömkällorna bör kunna massproduceras utan extrema krav i fråga om toleranser och produktionsmiljö.

Återvinningsvänligheten kommer säkert att få större ekonomisk betydelse än i dag genom avgifter på jungfruliga råvaror etc. Det finns också skäl att undvika giftiga eller på annat sätt farliga material och riskabla konstruktioner i dessa tunga tillämpningar. Det är fråga om arbetarskydd och risker på arbetsplatsen men också om risker vid användningen, t ex i samband med trafikolyckor. Flera av de material som i dag förekommer i strömkällor måste hanteras med stor försiktighet och respekt i produktionen, t ex kadmium, bly och kvicksilver. Några av de strömkällor som nu är föremål för utveckling bl a för elbilar, t ex högtemperaturbatterierna förefaller riskabla med tanke på kollisioner etc.

Man kan också ifrågasätta användning av väte i komprimerad eller flytande form för bränslecelldrivna bilar med hänsyn till risken för väteläckage i slutna utrymen såsom garage etc. Ett annat ur teknisk synpunkt lämpligt strömkällebränsle, hydrazin, är mycket giftigt och måste uteslutas av den anledningen.

Skulle man tillämpa kriterier av detta slag konsekvent återstår ett ringa antal tänkbara system för t ex elbilar. Man får emellertid söka en kompromiss som blir en avvägning mellan tekniska och ekonomiska fördelar och en eller annan nackdel av det slag som angivits ovan.

Det är svårt och tidskrävande att utveckla en ny strömkälla även om problematiken inte på något sätt är jämförbar med exempelvis utvecklingen av en ny atomreaktor. En viktig anledning till denna långsama utveckling är också att energisystemet som helhet förändras långsamt.

sou 1974:73 Strömkällor 171

3.3 êtrêmsällgr_fär_Lrêksignära_apnlikssigasr

l/4 av landets energikonsumtion hänger samman Ungefär med samfärdseln med biltrafiken som tyngsta komponent. är låg i denna sektor och det borde Energiverkningsgraden vara möjligt att spara energi med hjälp av strömkällor med hög verkningsgrad.

Bilisten förbrukar en liter bensin per mil. Till ungefär detta kommer på 0,2 l för raffinering och distripåslag bution samt 0,3 l för bilproduktion, bilförsäljning, underhåll, vägbygge etc. Önskar man minska bilismens bör man dock i första hand söka reduenergikonsumtion cera den direkta drivmedelsförbrukningen.

En elbil förbrukar två kwh per mil under förhållanden jämförbara med en liter bensin per mil för bensinbilen. Vid en oljebaserad ekonomi nås break-even för dessa båda alternativ när 1,2 1 eldningsolja förbrukas för

ett uttag av 2 kWh från elbilsbatteriet. Eldriften

sparar således energi om den totala verkningsgraden överstiger omkring 17 Z. Förluster uppkommer dessutom i värmekraftverket vid transmissionen och likriktningen samt i batteriet. Om strömkällan har 70 Z verkningsgrad, likriktningen 90 Z, transmissionen 95 Z och värmekraftverket 40 Z blir den totala energiverkningsgraden 24 Z, vilket är bättre än motsvarande notering för bensinmotorn. En strömkälla med sämre verkningsgrad, säg 40 Z, blir däremot ett sämre alternativ än bensinmotorn från denna synpunkt.

En metanolluftbränslecell kan använda metanol framställd ur kol med 65 Z verkningsgrad. En verkningsgrad på 40 Z för metanolluftbränslecellen ger en total verkningsgrad på 26 Z medan 55 Z ger 36 Z, dubbelt så bra som för bensinmotorn. Den höga totalverkningsgraden för bränslecellsystemet beror på att det inte förekommer någon termomekanisk energiomvandling i detta schema jämfört med ackumulatoralternativen. I en helt genomförd kärn-

172 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik

kraftbaserad elektroekonomi kommer däremot bränslecellalternativet i underläge i förhållande till ett batterialternativ med hög verkningsgrad försåvitt man inte skall diskontera vätgasgenerering genom vattenklyvning i kärnreaktorer. Exxon (Esso) och det franska företaget Alsthom är engagerade i utveckling av metanolluftceller för fordon i ett femårigt med en ram projekt på 100 Mkr.

Det finns således möjligheter att i framtiden spara energi med hjälp av eldrivna fordon även om eldriften inte kan ses som ett radikalt botemedel. Man kan snarare uttrycka det så att eldriften medger en radikal miljöförbättring och - i bästa fall - en inte reduktion obetydlig av energiförbrukningen. Av särskilt stor betydelse är att miljökraven kan klaras också av små enheter, vilket u 0 I O u u I ar svarare Vld sma forbranningsmotorer.

Det föreligger således ett incitament från energisynpunkt för av batterier utveckling med hög verkningsgrad och metanoluftceller för fordon. Dessa strömkällor måste givetvis också möta krav i fråga om effekt- och energiprestanda, tillgänglighet, bekvämlighet, livslängd, miljösäkerhet etc.

Alla batterisystem är av handikappade laddningsproblemet. Bränslesystemen kan tankas snabbt medan laddning alltid kräver tid. - Alternativet laddning genom batteribyte är väl värt en analys också för privatbilismens räkning. Å andra sidan kan man säga om laddningsmomentet att varje hem förfogar över en tankningsmöjlighet. I en total elektroekonomi kan den garagerade elbilen t 0 m tjäna som utjämningsbatteri i det nationella systemet.

Såväl blybatteriet som den alkaliska ackumulatorn har en tillräckligt hög för att vara av intresse verkningsgrad för ett FoU-program inriktat på energisnålare kommunikationer. Järnluftbatterierna komer in i samanhanget på ett annat sätt, nämligen som strömkälla i t ex miljöer,

Strömkällor 173

gruvor, där uppehållande av en god arbetsmiljö i sig kräver stora mängder energi, t ex för luftväxling. Det s k nickelvätebatteriet synes också vara av intresse för traktionära applikationer. De s k högtemperaturbatterierna ger också en hög energiverkningsgrad men synes inte vara särskilt väl lämpade för traktionära applikationer p g a risker och driftsvårigheter. Metanolluftcellen är ett mer intressant framtida alternativ särskilt ur energisynpunkt. Tabell 10 sammanfattar ackumulatorteknikens nuvarande ståndpunkt vad gäller några aktuella batterityper för elbilar etc.

3.4 Strömkällor för stationära

applikationer

Pratt & Whitney Aircrafts bränslecellkraftverk

Pratt & Whitney Aircraft har varit kontinuerligt engagerad i bränslecellutveckling under 15 år. Den nuvarande projektstyrkan uppgår till omkring l 000 man och är till största delen sysselsatt i utveckling av bränslecellsystem för kraftproduktion.

Detta utvecklingsprojekt kostar 200 Mkr, varav Pratt & Whitney Aircraft svarar för 65 Mkr och nio kraftföretag för resten. De nio företagen har preliminärt beställt 56 st 26 MW-enheter och därvid förskotterat 2,5 Mkr/26 MW-enhet och betalar gemensamt den första demonstrationsanläggningen för 32 Mr. Om demonstrationen godkänns, för vilket Pratt & Whitney Aircraft inte ställt några garantier, kommer företagen att få betala 22,5 Mkr/26 MWenhet, från vilket avdrages tidigare inbetalda 2,5 Mkr. Anläggningskostnaden är således omkring 800 kr/kW.

Pratt & Whitney Aircraft skall redovisa definitiva konstruktionsritningar och specifikationer i början av 1976, varefter bolaget har sex månader på sig för att klara tillverkningen och provprogrammet. De 56 första enheterna levereras sedan med början 1978 under en period av 2,5 år.

174 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik

Tabell 10: Strömkällor för traktionära applikationer enligt A.D Little Inc.

1) System Förväntade prestanda Utvecklings- Problemområden Wh/kg W/kg läge

Blybatteriet 33 44:05 xxxx Låg energidensitet Natrium-svavel 180-220 180-220 xx Materialproblemz Litium-svavel :›220 §a 220 x aggressiva reak- Litium-klor 110 220 xx

:åâåålâågeiöga

Järn-luft 90-110 22-45 xxx Låg effektdensitet, h°S 1“ft Zink-luft 90-110 22-45 xxx ::::§::°“ Nickel-zink 44-55 3220 xx Dendritbildning Nickel-järn 44-55 110 + ? xxx Underhåll Zink-klor 130-175 220 ? xx Komplicitet, säkerhetsproblem Zink-brom 44 90*110 xx Låg energidensitet

Utvecklingsläge xxxx kommersiell produkt xxx batterier evaluerade xx cellprovning, begränsad batterievaluering x enbart cellprovning 1) Maximala värden vid mycket låg resp hög urladdningsström. Källa: Environmental Science & Techn. 8 (1974) 411

Strömkällor 175

Pratt & Whitney Aircrafts kraftverksprogram är en

direkt fortsättning på Target-programmet (geam to advance

for som initierades

research gas energy transformation)

1967 som ett samarbetsprojekt mellan 28 (i dag 27) naturgasföretag. Targetprogrammet har körts i tre etapper och är nu inne i den slutgiltiga treårsetappen. Den första etap- - 1970 var en förstudie som resulterade pen 1967 januari ien produktspecifikation. Nästa fas innebar provning av 35 st 12,5 kW-enheter på fältet, varvid 200 000 drifttimmar ackumulerades. Dessa erfarenheter tillvaratas nu i en förbättrad version som skall tjäna som prototyp för den kommersiella produkten.

Den nuvarande betoningen av kraftverksprogrammet som tekniskt sett är en fortsättning av Target-programmet (även om de båda programmen hålls strängt åtskilda beroende på konkurrensen mellan gasföretagen och elkraftföretagen i USA) får tolkas så att Target-konceptet med de små villabaserade bränslecellsystemen inte är särskilt konkurrenskraftigt jämfört med alternativa systemuppläggningar.

De studier som Pratt & Whitney Aircraft har gjort tillsammans med de amerikanska kraftföretagen och Edison Electric Institute visar att bränslecellkraftverken ofta är fördelaktiga alternativ beroende på de lokala förutsättningarna. Det är inte fråga om gasekonomi i egentlig mening utan om vad man kallar med

dispersa energisystem

kraftverken lokaliserade nära konsumenterna. Det dispersa energisystemet reducerar belastningen på miljön och ger ofta bättre totalekonomi. Existerande mindre stationer kan nyttiggöras.

Det dispersa kraftsystemet lanseras inte som en ny systemlösning som skall avlösa det nuvarande systemet. Man söker i stället analys av varje enskilt fall komma genom noggrann fram till negativ eller positiv slutsats beträffande lämpligheten att sätta in bränslecellkraftverk av Pratt & Whitney Aircrafts modell. En sådan stegvis förändring av energisys-

176 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik

temet torde f ö vara det enda praktiskt möjliga.

Bränslecellkraftverket består av tre delsystem. I bränsledelen konverteras råvaran t ex naturgas till en blandning av vätgas och koldioxid genom ångreformering och skiftkonvertering. Gasen matas på bränslecellmoduler av vidareutvecklad Target-typ som arbetar vid temperaturer över

100°C och med fosforsur elektrolyt varför man inte behöver

bekymra sig om koldioxiden i bränslegasen och i den tillförda luften. Avgasen från modulerna återgår till bränslesystemet där de förbränns och genererar värme för de vätgasproducerande reaktionerna. Bränslecellmodulerna torde bestå av seriekopplade bipolära liggande elektroder med matrisbunden fosforsyra som elektrolyt. Spänningen per modul är 4 000 V och samtliga moduler är parallellkopplade. Likströmmen konverteras till växelström i växelriktare och transformeras upp till 13,8 kV. Verkningsgraden uppges ligga omkring 40 Z vid drift på naturgas och liknande bränslen och på omkring 50 Z vid drift på vätgas.

Högtemperaturceller

Tidigare projekt för storkraftverk med bränsleceller har varit inriktade på högtemperaturteknik. Högre celltemperatur ökar reaktiviteten hos aktuella bränslen och billiga katalysatorer kan användas som inte förgiftas så lätt. Drift vid hög temperatur medger också kombinationscykler där avfallsvärmet från bränslecellen nyttiggöres för förgasning av exempelvis fasta kol eller ångreformering av naturgas och flytande bränslen.

Det största amerikanska projektet på området är Westinghouses projekt från 1960-talet för Office of Coal Research, vilket avrapporterades augusti 1970. Det centrala i detta bränslecellkoncept var en fast elektrolyt bestående av ett membran av zirkoniumdioxid som släpper igenom syrejoner vid drifttemperaturer omkring 700-80000. Projektet utmynnade i en specifikation av en 100 kW försöksanläggning och en teknisk beskrivning av en 200 MW-station. Den totala

Strömkällor 177

anläggningskostnaden är uppskattad till 750 kr/kw, varav 20 Z på bränslecellen och ungefär lika mycket på växelriktarna samt omkring 50 Z på kolförgasaren. Svavlet tas omhand i en fluidiserad bädd chargerad med dolomit som beräknas kosta 35 kr/kw.

Sista ordet har ingalunda ännu sagts i valet mellan högtemperaturceller för orena bränslen och lågtemperaturceller för renade bränslen men det förefaller dock att tills vidare vara en mer framkomlig väg att utnyttja etablerad teknik för rening och konvertering av konventionella bränslen och därmed ställa mindre krav på bränslecellsystemet. Hög drifttemperatur innebär ju också större risk för korrosion, läckage etc.

Metanolsystem

Metanolluftsystemet har uppenbarligen ännu inte på allvar diskuterats för storkraftproduktion.. Emellertid är de ekonomiska kraven som ställs på metanolluftbatterier för traktionära applikationer väsentligt hårdare än kraftverksapplikationen. Om man lyckas ta fram metanolluftbatterier på kostnadsnivån 200 kr/kw och verkningsgrader omkring 40 Z blir metanolluftsystemet av stort intresse för kraftindustrin.

Utjämningsbatterier

Utjämningsbatterier börjar också intressera energisystembyggarna. Ett utjämningsbatteri skall med så ringa förluster som möjligt kunna lagra och åter leverera tillbaka elektrisk energi när så behövs dels för utjämning av belastningstoppar och dels som reservkraft. Alkaliska nickelkadmiumbatterier ser i dag sin främsta marknad på reservkraftområdet.

Utjämningsbatterierna bör vara billiga i anskaffning, ha och ringa underhållsbehov för att hålla årslång livslängd kostnaderna nere. Regenerativa bränsleceller kan i princip användas de utvecklar vätsom utjämningsbatterier genom att

178 Kap I, Appendix I: Kemisk energiteknik

gas och syrgas vid laddning, vilka gaser kan lagras för att sedan återföras till bränslecellsystemet vid behov.

Utjämningsbatterierna kan läggas in i systemet ungefär som nuvarande toppkraftverk men man bör också studera ett disperst alternativ ända ner till villanivå. Ett disperst system ger en betydande redundans särskilt om energin lagrad i de många små enheterna kan matas tillbaka till nätet på ett enkelt sätt. Man skulle nå samma gynnsama effekt som om beredskapslagringen av olja skedde decentraliserat exempelvis genom ökad volym på fastigheternas oljetankar. Om elbilen slår igenom kommer också en synnerligen stor batterikapacitet att finnas i elbilsbatterierna med säg 40 kwh/enhet. Tre miljoner enheter skulle lagra 60 GWh i genomsnitt.

Man frågar sig om inte en likströmsekonomi vore värd en renässans framför den nuvarande växelströmsekonomin. De nya energiomvandlarna, framför allt bränslecellerna, levererar primärt likström. Sker detta i ett disperst system med distribution av flytande eller gasformiga bränslen nära konsumenten bortfaller behovet av höga överföringsspänningar och därmed transformeringsmomentet.

Vid valet av batteriprincip för stora utjämningsbatterier

är man inte begränsad av specifika prestanda på samma sätt

som i traktionära applikationer. Vid stora stationära enheter som körs kontinuerligt bortfaller också några av de speciella säkerhetsproblem som synes vara ett hinder för högtemperatursystem i traktionära samanhang. Högtemperaturbatterier med fast elektrolyt som Fords natrium-svavel-batteri eller med smältelektrolyt som studeras bl a vid General Motors, kännetecknas av belastgoda ningsegenskaper, hög verkningsgrad och potentiellt låga tillverkningskostnader.

sou 1974:73 Strämkäl/or 179

3.5 Synpunkter på FoU-programmet

Det är lättare att bedöma rimlig storlek på FoU-satsning avseende utveckling av alternativa bränslen som t ex metanol som kan absorberas av det existerande energisystemet än utveckling av t ex strömkällor för elbilar. Strömkällan är en väsentlig komponent i elbilen men inte den enda. Utvecklingen av elbilen själv och kringsystemen kommer emellertid inte att ta fart förrän elbilsbatterierna är framme och övertygande bevis föreligger att prestanda, livslängd, kostnader och övriga egenskaper kan accepteras av marknaden. Utvecklingen kommer ändå att gå långsamt beroende på livslängden hos det existerande bilbeståndet och de stora investeringar som krävs i nya produktionssystem m m. En satsning på elbilar med sikte på en konvertering i sådan omfattning att det märks i den nationella energibalansen (och miljön) måste därför göras på lång sikt och utifrån andra lönsamhetskriterier än de gängse. P g a dessa omständigheter och det risktagande som föreligger måste staten ta huvudansvaret för denna utveckling om den skall komma till stånd. Så har också skett i Japan, vilket synes ha resulterat i ett framgångsrikt elfordonsprogram med associerad batteriutveckling.

Det måste också bli fråga om rätt stora utvecklingsinsatser beroende på problemens komplexitet och inte minst p g a nödvändigheten att utveckla tillräckligt billiga produkter. Det finns inga genvägar beroende på att det ytterst är fråga om materialvetenskap som alltid kräver stora insatser för provning och evaluering i olika miljöer.

Vi har anledning satsa på blybatterier, nickeljärnbatterier och järnluftbatterier i första hand men också på metanolluftsystem och nickelzink- respektive zinkluftbatterier. En större del av insatsen bör gå till bly-

batteriet, nickeljärnbatteriet och järnluftbatteriet,

eftersom det rör sig om renodlad och kostnadskrävande produktutveckling. I fråga om zink- och metanolsystemen kan man tala om teknisk grundforskning och spekulativ utveck-

180 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

ling med problemidentifikation och utveckling av nya koncept. Insatsen på metalluftsystemen får ses som en satsning av indirekt karaktär. Man kan nämligen inte primärt räkna med en positiv effekt på energibalansen, vilken under alla förhållanden skulle vara obetydlig år 1985. Tanken är i stället att tillhandahålla en strömkälla med så goda egenskaper vid denna tidpunkt att utvecklingen av elbilen kan accelerera så att förutsättningar skapas för en mer allmän övergång till eldrift vid 2000-talets början.

Det är särskilt svårt att i detta fall komma fram till rimlig anslagsstorlek. En synpunkt kan vara helt enkelt den att förstärka etablerade forskningsgrupper i landet och rikta in dessa mot de angivna målen.

Som mål för arbetet på blybatterier och nickeljärnbatterier kan anges 50 Wh/kg, l 000 cykler och 100 kr/kWh, vilket förutsätter rationell återvinning av elektrodmaterialen. Om 200 000 enheter på 30 kWh finns i fordon under femårsperioden 1985-1990 skulle detta kunna spara 0,1 Mtoe/år, vilket på sin höjd skulle motivera en FoUinsats på 5 Mkr. Batterierna som sådana vore däremot värda en FoU-insats på 25 Mkr om man optimistiskt räknar med en årsproduktion på 100 000 enheter för hemmamarknad och export samt ett tekniskt risktagande på 67 Z.

För metalluftsystemen kan anges liknande mål men dubbla prestandanivån 100 Wh/kg. I detta fall kan man dock icke som skäl åberopa en reducerad energikonsumtion år 1985 utan enbart de väsentliga indirekta effekter som berörts ovan, samt givetvis marknadsvolymen för batterierna.

Ställer man i stället in siktet på år 2000 och perioden därefter och räknar med en omfattande konvertering till eldrift tack vare insatser under 1980-talet, skulle verkan på energibalansen motivera storleksordningen 50 Mkr av energiskäl. Teknisk grundforskning bör därför bedrivas redan nu med sikte på sådana system med tanke på den långa genomloppstiden för detta slags utveckling.

Srrömkällor 181

Ett arbete på traktionära batterier och bränsleceller kan med fördel kopplas samman med en motsvarande insats på stationära applikationer för strömkällor tillhörande samma familjer.

Det är ännu svårare att i detta skede komma tillrätta med de stationära tillämpningarna. Bränslecellkraftverk kan bli aktuella alternativ redan vid början av 1980talet om en stor naturgasimport kommer till stånd och Pratt & Whitney Aircrafts projekt blir

framgångsrikt.

Om volymen på naturgasimporten antas vara 7-l09m3/år

och att 25 Z går till ett 1 000 MW bränslecellkraftverk, vore det värt att sätta 20 Mkr i utveckling av denna applikation vid nollrisk om vi ansätter 5 kr/GJ. En annan variant är en kombination av torvutvinning, förgasning och konvertering till vätgas, bränslecellkraftverk och växelriktare avsedd för dispersa energisystem. Dessa processystem skulle främst konkurrera med dieselkraftverk eller torveldade kraftverk och utgöra ett alternativ till nyttiggörande av torv i de stora enheter som lanserats i moment 2.5.

Anslagsramen för bränslecellkraftverket uppskattas från priset 6 öre/kWh och 40 Z verkningsgrad, vilket motsvarar 4 öre bränsle per kWh bränslecellenergi. 1 000 MW installerad dispers bränslecelleffekt skulle försvara en FoU- 33 Mr. - Bränslecellkraftverket kostar satsning på 130 kr/kW=år, vilket vid fasta kostnader till 15 Z av investeringen skulle tillåta en anläggningskostnad på 800 kr/kW. Denna beräkningsmodell skulle motivera en insats på 60 Mkr från produktsynpunkt vid en marknad på 300 MW/år för de båda nämnda stationära applikationerna.

Dessa överslag synes dock indikera ett starkare incitament för strömkälleutveckling för stationära applikationer än för traktionära med tanke på tiden fram till år 2000. Den samanlagda anslagsramen enligt ovan blir vid nollrisk omkring 50 Mkr, med hänsyn endast tagen till effekten på energikonsumtionen, till vilket kan läggas

182 Kap 1, Appendix 1 : Kemisk energiteknik

85 Mkr för produktutvecklingen. Vid 50 Z genomsnittligt tekniskt risktagande vore en FoU-insats på omkring 70 Mr försvarbar.

Det är därför motiverat med betydande utvecklingsinsatser redan under den närmaste tioårsperioden. Det finns också förutsättningar för att genomföra sådant utvecklingsarbete i landet. Å andra sidan har man anledning att avvakta resultaten av framför allt Pratt & Whitney Aircrafts långt komna utvecklingsprojekt på kraftverksområdet. Det bör också först klarna efter vilka linjer den svenska energiförsörjningen kommer att följa (andelen kärnkraft, eventuell torvkraft, metanolfrågan etc). Det finns därför skäl att de närmaste åren bedriva en aktiv teknisk grundforskning på området inriktad på speciellt de svenska förutsättningarna, ett arbete som då kan drivas i nära anknytning till det traktionära programmet. Det bör ges möjligheter till en utvidgning av detta arbete att omfatta en kraftverksenhet vid slutet av tioårsperioden på säg 50 Mr.

Det kan vara klokt att till en början associera utvecklingsarbetet med pågående projekt på det traktionära området för att på så sätt skapa förutsättningar för en inbrytning på det ur energisynpunkt viktiga stationära området. Satsningen föreslås bli lika delad mellan metalluftbatterier å ena sidan,med tänkt indirekt effekt på energibalansen och en direkt miljöeffekt,och blybatterier, alkaliska batterier och metanolluftbatterier å andra sidan jämte bränsleceller. De tre första åren med en total satsning på 15 Mkr skall resultera i prototyper av en ny generation järnluftbatterier, traktionära blybatterier och alkaliska batterier samt metanolluftbatterier i demonstrationsutförande. Dessutom föreslås 3 Mkr under denna treårsperiod i teknisk grundforskning och systemanalys avseende bränsleceller.

Srrömkällor 183

3-6 êâawêeâaâseáas

De utvecklingsarbeten som bedrivits sedan 1960-talets början på nya strömkällor för applikationer inom rymdoch försvarstekniken och för eldrivna fordon synes nu resultera i produkter och processer av stor betydelse för energiförsörjningen mot slutet av seklet. Några omedelbara effekter kan man dock inte vänta beroende på att systemomställningarna kräver så lång tid.

Pratt & Whitney Aircraft bygger vidare på den bränslecellteknik som utvecklades för de amerikanska månskeppen och är nu tillsammans med den amerikanska kraftindustrin i ett stort utvecklingsprojekt avseende bränsleengagerat cellkraftverk. En första demonstrationsanläggning på 26 MW skall levereras och evalueras 1978, varefter följer leverans av 56 st likadana enheter till ett uppgjort pris på 800 kr/kW.

Den låga anläggningskostnaden, höga verkningsgraden vid även små enheter och framför allt den stora miljövänligheten gör dessa bränslecellkraftverk särskilt lämpade för som är ett alternativ och s k dispersa energisystem till med stora centrala kraftverk. Inkomplement system satser görs också på andra strömkällor för kraftproduktion: högtemperaturbränsleceller, utjämningsbatterier och metanolluftsystem, som också är av intresse för Sverige.

har hittills varit den dominerande ström- Blybatteriet källan för truckar och elbilar med en prestandanivå på 20 W/kg vid 1 times urladdning. Prototyper av omkring förbättrade nickeljärnbatterier och nickelblybatterier, dubbla d v s vätebatterier ger i dag ungefär prestanda, 2 timmars urladdning, vilket är av stor 20 W/kg under för en introduktion av eldrift i större omfattbetydelse av järnluftbatterier som utvecklats i, ning. Prototyper 50-60 Wh/kg vid 5 timmars urladd- Sverige ligger på nivån ning och kommer inom en nära framtid att förbättras mot nivån 80 Wh/kg.

184 Kap I, Appendix 1 : Kemisk energiteknik

Det finns därför goda skäl att förmoda att strömkällor med väsentligt bättre prestanda än de i dag marknadsförda komer att vara tillgängliga inom ett fåtal år. Även rena bränslecellsystem börjar bli av intresse för traktionära applikationer, särskilt metanolluftbatterier, som utvecklas inom ett stort franskt-amerikanskt projekt.

På kort sikt torde miljöeffekten vara av större betydelse. Arbetsmiljön i verkstäder och gruvor kan förbättras avsevärt med elektrisk drift med nya energitäta strömkällor.

På grund av den långa tid som erfordras för en omställning mot eldrift i stor skala måste ett i första FoU-program hand skapa förutsättningar för en sådan till elövergång drift, varvid man kan fästa mindre avseende vid de energibesparingar som ev kan göras på kort och sikt. medellång Det är därför angeläget att bedriva den fortsatta utvecklingen av järnluftbatteriet i oförminskad takt. Denna strömkälla kan tack vare sina goda prestanda bidra till en snabbare övergång till eldrift. Arbete bör också bedrivas på blybatterier och järnnickelbatterier som med hög energiverkningsgrad och i övrigt egenskaper som gör dem väl lämpade för traktionär Arbete bör betillämpning. drivas också på metanolluftsystem och zinkbatterier beroende på potentielt hög verkningsgrad och energidensitet. Därmed skapas en grund för utveckling inom landet av strömkällor med i alla avseenden att goda egenskaper användas i elfordon under 2000-talet.

De pågående utvecklingsprojekten, särskilt Pratt & Whitney Aircrafts kraftverksprojekt, bör följas noga och förutsättningarna för en introduktion av denna teknik i Sverige evalueras mot den svenska bränslesituationen. Teknisk grundforskning bör drivas avseende såväl elektrodmaterial som alternativa systemkoncept anpassade för inhemska bränslen.

sou |974;73 Strömkällor 185

Kraftverksprojekten kan associeras med motsvarande utvecklingsinsatser avseende bränslecellsystem för traktionära applikationer. Det gemensamma målet är bränslecellmoduler för en kostnad på omkring 200 kr/kW och en livslängd överstigande 5 år.

Programförslag

En värdering av olika effekter av insatser på detta område leder till ett förslag om en total ram på 70 Mr. En ytterligare insats på 50 Mkr bör möjliggöras för ev framtagning av ett mindre bränslecellkraftverk på basis av svensk teknik.

Projektförslag

Projektförslag har ingivits som harmoniserar väl med de föreslagna programmet Projektförslagen avser i allmänhet inte hela tioårsperioden utan oftast de närmaste tre åren. Några av förslagen skall nämnas här:

- Fortsatt utveckling av järnluftbatterier i oförminskad takt - Teknisk grundforskning avseende elektrodmaterial för bränslecellkraftverk - Spekulativ utveckling av utjämningsbatterier - Systemanalys av blybatterier för traktionära applikationer - av ett Framtagning nytt nickeljärnkoncept, det_sk Superfinikonceptet, för traktionär applikation - Metanolluftbatterier för traktionär applikation - Teknisk grundforskning avseende zinkelektroder - Analys och uppföljning av högtemperaturbatterier

186 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik sou 197473

4 Nya energisystem

4.1 .9l2ke-22ee:sieE929@ås:!

I den nya reviderade och rikt illustrerade upplagan av Nordisk Familjebok kan man läsa om energi (1907): En annan vanlig energiform är elektrisk (och magnetisk) energi: Man kan med elektricitetens tillhjälp drifva maskiner eller utveckla värme eller samla kemisk energi, t ex sönderdela vatten i väte och syre.

Författaren av denna notis, som är en av de stora svenska kemisterna, Svante Arrhenius, den förste svenske nobelpristagaren (1903), kommer säkert inte att benämnas väteekonomins fader. Begreppet väteekonomi som återkomer i alla diskussioner om den framtida energiförsörjningen, är emellertid ingen ny idê.

Väte kan också lagras och distribueras i form av energirika kemiska föreningar som framställts genom reaktion mellan elementärt väte och kväve eller koloxid, alternativt koldioxid. Tre slag av föreningar år särskilt aktuella, nämligen ammoniak, metanol och syntetiska kolväten. Syntetiska oljor och syntetisk naturgas passar det etablerade energisystemet som skulle kunna kallas en kolväteekonomi. Metanolekonomin kan utvecklas gradvis från kolväteekonomin medan amoniakekonomin representerar en större förändring. Data för några aktuella syntetiska bränslen visas i Tabell ll.

Det som i första hand skiljer de olika energiekonomierna är hur energin distribueras. Distributionssättet styr energisystemets utformning mer än något annat. Ett exempel på detta är naturligtvis elektroekonomin, det helt elektrifierade energisystemet.

4-2 Yässskeeeeie

Turbinkonstruktören Lawaczek sägs vara mannen bakom idên

Styrning, Systemanalys m. m. 187

^mxmumV ^mxmumV

umwcwcuuo Imwømnmwa umnwmHcm

.vmamw

0 q m N m H

AHV

umnwauwaw

a m 0 q N m

Aqv

nmwcaøvuo

.vmaww wwømxm

mxmum

50.0 wo.0 oo.a ow.o H«.o om.o 05.0

uaummcmø

o@ooo.o

- -

woooo.o moooo.o

- -

mao

vw

Cmmøøn

Ivamnwøm .couxøsaxox

øouxwo

m.o q.H m.H H.H m.o m.o m.o

:oo Imwøwc 0Eum

mo mn

maa mwa

cmamømun

mmm: mm- Noa»

uxøømxoz

oo

^wxmumV ^mxmumV

vas

^mxmum

o.N m.A o.H

mxmMumuø›m

Som n.m m.N m.H q.a

s›Ho

mamømun wmuuao

vwcmz mamm øwmømn uxm

waaoøo«uzmøoxo

q.o q.N n.N N.N 0.0 o.H o.a

.mxmumV ^mxmumV

^mxmum

w

me\nu

ma ha ca Hu NN Hm

cwaama

u«uxmumm mvHwwEum>

nouxmo

ma om om cc

oma

NH Nm

mmamnmwñmh

mom

mommo mamwo

m w

qmmz

N

m mz mo Nu

HH

aamnms xm«aoaa aMumpu›m Hoømum: Hocmum aamaom

oum ømuuz

188 Kap 1, Appendix 1. Kemisk energiteknik

att lagra elektrisk energi i form av väte under lågeffektperioder för att sedan nyttiggöra vätet i bränsleceller vid toppbelastning. Lawaczek lanserade också tanken att sönderdela vatten i elektrolysstationer vid de norrländska vattenkraftverken för att skicka vätgasen och syrgasen i ledning till bränslecellkraftverk söder över. Tabell 12 ger en jämförelse mellan olika energiformer som visar att väteekonomi enligt dagens teknik med utnyttjande av vätets kemiska energi skulle hävda sig väl gentemot elkraften.

Vätgas provades också tidigt i förbränningsmotorer p g a dess excellenta förbränningsegenskaper i det s k Errensystemet under 1930-talet. Flera nu mycket aktuella metoder för att reducera avgasemissioner och höja verkningsgraden vid bensinmotorer utnyttjar vätgastillsats till bensinluftblandningen. Redan en liten tillsats av väte ger en stor del av fördelarna med ren vätgasdrift. Vätet framställes genom sönderdelning av en del av bensintillflödet.

Tabell 12: Jämförelse mellan kostnader för olika energiformer i i USA 1970 (1$ = 4.5 Skr)

Kostnadsslag Elkraft Naturgas Elektrolysväte

Produktion 12,6 kr/GJ 0,8 Kr/GJ 15,2 Kr/GJ

Transmissionl) 2,9 0,9 2›3

Distribution 7,6 1,3 1.6 Totalt 23,1 kr/GJ 3,0 kr/GJ 19,6 kr/GJ 1) Transmissionskostnaderna är ej direkt jämförbara p g a väsentligt längre överföringssträcka för gasalternativen. Källa: Institute of Gas Technology, Chicago: Clean fuels from coal (1973), sid 32.

Styrning, Systemanalys m. m. 189

Vätgas transporteras billigare i rörledning än motsvarande mängd elenergi i kabel. Väte är också ett miljövänligt bränsle och idealiskt för bränsleceller. En fullt utvecklad väteekonomi med nyttiggörande också av det syre som bildas vid sönderdelningen av vattnet ger vatten som enda reaktionsprodukt. Många hävdar därför att det avgörande motivet för införandet av väteekonomin är dess miljövänlighet, forskare vid General Electric Tempo använder därför i stället termen ekosystem.

Väteekonomi är inget enhetligt begrepp. I den renodlade utföringsformen är det fråga om system där bränsleråvaror och/eller kärnbränsle konverteras exklusivt till väte som sedan nyttiggöres på ett immateriellt eller materiellt sätt. Väteekonomi är i första hand en fråga om ett nytt sätt att distribuera energi som vätgas i rörledning eller - mer spekulativt - i flytande eller fast form. Väteekonomin är därmed ett alternativ till elektroekonomin. Vätet produceras vid kärnkraftverken eller solstationerna och levereras till den slutgiltige konsumenten. Den elektriska energi som behövs för de lokala systemen genereras på platsen.

Vätesystemen (termen hydrogensystem är kanske bättre) uppvisar många intressanta egenskaper av vilka några berörts ovan. Flera av dessa egenskaper torde få ökad betydelse med tiden. Den negativa attityden gentemot luftledningar för elkraft på många håll i världen tvingar t ex elektrotekniken under jord med supraledare eller gasisolerade kablar som är mycket dyrare än luftledningarna.

Väteekonomin torde emellertid inte kunna förverkligas förrän långt in på 2000-talet beroende på att så genomgripande systemförändringar tar mycket lång tid. Många svåra tekniska problem måste också lösas.

Två viktiga problemområden är termisk generering av vätgas vid kärnkraftverk samt lagring av mindre mängder väte

190 Kap l, Appendix 1. Kemisk energiteknik

för användning i traktionära sammanhang, t ex bilar. Det behövs en billig, lätt och kompakt förpackning för vätet och ett sätt att eliminera läckage.

Det är ingen lätt uppgift att ta fram ny teknik för lagring och hantering av små mängder väte för traktionära applikationer. Å ena sidan önskar man kunna överföra väte i flytande form eller i gasform i lagringstanken till en ny bunden form, i det traktionära systemet. Å andra sidan måste vätet kunna frigöras snabbt från den bundna formen i takt med förbrukarens intentioner. Man måste därvid också att gas inte frigöres då sys-

säkerställa

temet är avställt. (Flytande kolväten som vätebärare fyller dessa speciella krav mycket väl medan systemen för nyttiggörande av dessa bränslen ännu lämnar en del att önska i fråga om verkningsgrad och miljöpåverkan.) Forskning pågår avseende metoder för lagring av väte i metallhydrider etc. Vanadin kan uppta väte under hydridbildning

(VH2) och lagrar därvid 4,7 GJ/ton eller 28,4 GJ/m3. Man

söker också utveckla lätta tryckbehållare för gasen, ett stort problem därvid är vätets läckagebenägenhet.

Batteridrift låter sig väl förenas med en partiell väteekonomi. Lokala bränslecellkraftverk får tjäna som elmackar för elbilarna. Man behöver inte gå över till växelström för att sedan likrikta igen för de höga strömmarna vid snabbladdning. schemat blir: kärnkraft, direktgenerering av väte, rörledning till bränslecellkraftverket, konvertering till likström och laddning av elbilens batterier.

Flytande väte är ett bra bränsle vid drift i stor skala bl a beroende på gynnsamt förhållande mellan yta och volym vid stora lagringstankar. Tekniken för tillverkning, lagring och transport av flytande väte har förts långt i samband med de stora rymdprojekten. Här torde inte så mycket vara att vinna för såvitt man inte upptäcker en revolutionerande ny isoleringsprincip. (De s k superisoleringar som användes inom kryotekniken är från början en uppfinning av svensken Docent Peter Peterson.) Flytande väte är ett lämpligt bränsle inte bara för rymdfarten utan också för luftfarten.

Styrning, sysIemana/ys m. m. 191

Namnet Marchetti vid ISPRA är förknippat med väteekonomin och framför allt termokemisk vattensönderdelning. Marchetti hävdar att väteekonomin inte blir aktuell förän under 2000-talet och att tekniken för vattensönderdelning inte heller är framme tidigare.

Marchettis bedömning strider inte mot uppfattningen att väte kan komma att spela en viktig roll i delar av energisystemet inom den överskådliga framtiden, exempelvis som bränsle för flygplan eller som energibärare för konvertering till elström i bränslecellkraftverk eller vätesyreturbindrivna kraftverk.

4 - 3 êrmeeiekslseaewi

Ammoniak har samma energiinnehåll som metanol. Världsproduktionen av ammoniak är omkring 50 Mton/år. Det finns således stor erfarenhet av hantering av ammoniak som i första hand är råvara för framställning av gödselmedel och i sig användes som gödselmedel. Ammoniak användes också för framställning av skyddsgas och är bränsle för experimentplanet X15 med höjdrekord på sin meritlista. Ammoniak har flera likheter med metanol som tänkbart framtida syntetiskt bränsle. Den stora skillnaden ligger i de fysikaliska egenskaperna eftersom ammoniak vid rumstemperatur och atmosfärstryck är en gas och måste som vätska förvaras i tryckbehållare.

Vid förbränning bildas kväve och vatten. Ammoniak är därför på papperet ett helt miljövänligt bränsle. Man återför elementen till naturen i den form de tagits därifrån. Vid förbränning kan emellertid också bildas kväveoxider och dessutom kan en del amoniak återstå oförbränd. Förbränning av amoniak i en bilmotor ger dock mycket rena avgaser.

Amerikanska armén har studerat möjligheten att använda ammoniak som drivmedel vid krigföring i avlägsna länder. Den primära energiproducenten är ett flygburet kärnkraft-

192 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik

verk som sätts upp i närheten av krigsskådeplatsen. Väte för ammoniaksyntesen produceras genom elektrolys av vatten och kväve tas från luften. Ammoniaken användes sedan som drivmedel för stridsvagnar etc. Ammoniak är också ett lämpligt drivmedel för bränslecellubåtar och har ägnats betydande intresse i Sverige under 1960-talet. Ammoniaken sönderdelas till väte och kväve i en krackare, varefter spaltgasen matas på bränslecellerna. Det är nödvändigt att ta av en viss mängd gas från cellen som nyttiggörs som bränsle i krackaren. Ett stort bränslecellsystem av denna typ byggdes upp och provades vid ASEA i Västerås under 1960-talet. Engelhard Minerals and Chemicals har utvecklat sådana bränslecellsystem för ammoniak och marknadsför nu 750 W standardsystem.

Ammoniaksystem för traktionära applikationer studerades också tidigare i Sverige i anslutning till ubåtsprojektet. Redan den prestationsnivå som uppnåddes i det svenska bränslecellprojektet under 1960-talet gav goda räckvidder vid en tänkt konvertering av tyngre fordon såsom truckar, lastbilar, lokomotiv, grävskopor (avsedda för tunnelarbeten) till ammoniakdrift. General Motors har också funnit att ammoniaksystemet är utvecklingsbart för bilar och arbetar nu med systemutveckling och batteriutveckling för ett så-

dant system. Ammoniaken spaltas i en krackare och nyttig-

göres i ett alkaliskt bränslecellsystem.

Man kan också tänka sig bränsleceller för direkt drift på ammoniak. Reaktionsprodukten kväve späder dock ut reaktionsgasen som därför måste avledas intermittent eller kontinuerligt. Avgasen kan inte utnyttjas i systemet och är en miljöstörning, varför detta alternativ varit föremål för endast ringa intresse. Ammoniak kan heller inte användas i bränsleceller med sur elektrolyt, eftersom ammoniaken neutraliserar elektrolyten. Av detta skäl måste spaltgas för sura bränslecellsystem först passera en skrubber för eliminering av restammoniaken.

Ammoniak kan således bli ett aktuellt bränsle för speciella applikationer såsom bränslecelldrift av tyngre for-

Sryrning, Systemanalys m. m. 193

don i inomhusapplikationer samt även lättare och tyngre stationära applikationer såsom relästationer, bränslecellkraftverk för kloralkalifabriker etc.

Ammoniak kan också spela en roll i energiekonomin på ett annat sätt. Man kan minska oljeimporten genom att framställa syntesgas från inhemska bränslen för produktion av ammoniak för gödselmedel. Spillolja utnyttjas på detta sätt i Supras ammoniakfabrik i Kvarntorp.

4.4 Metanolekonomin

Inledning

Metanol är en tung kemikalie, är världsproduktionen omkring 10 Mton/år, varav omkring l Mton produceras i östblocksländerna. Som jämförelse kan nämnas att etylenproduktionen är 22 Mton och ammoniakproduktionen 50 Mton. För närvarande produceras ingen metanol i landet. Perstorp har dock framställt metanol tidigare genom torrdestillation av bokved. Den svenska importen av metanol är 120 000 ton/år.

Metanolproduktionen har ökat med 12 Z per år sedan 1968, världsmarknadspriset var 17-18 öre/kg före energikrisen. Mer än hälften av metanolen går till av produktion formaldehyd för framställning av olika härdplaster bl a karbamidhartser och fenolhartser.

Metanol tillverkas i processystem snarlika de som användes för produktion av ammoniak. P g a stordriftens ekonomiska fördel (de specifika anläggningskostnaderna reduceras ofta till nära hälften för en fyrdubblad kapacitet) blir också metanolfabrikerna allt större. Du Ponts metanolfabrik i Clear Lake i Texas har en kapacitet på 2 000 ton/dygn. En ev användning av metanol som bränsle kommer att ge marknader som är en storleksordning större än den nuvarande kemiska marknaden. Det finns anledning

194 Kap l , Appendix I: Kemisk energiteknik

förmoda att metanol i så fall tillverkas i system med kapaciteter på storleksordningen flera milj årston i anslutning till kolgruvor, skifferoljefält, torvmossar etc.

Termen metylbränsle har införts för att beteckna flytande bränslen med metanol som viktigaste komponent men med halt av högre alkoholer etc. Metylbränsle får man genom att köra en metanolfabrik hårdare och pruta på reningen. Förekomsten av högre alkoholer ökar bränslevärdet och reducerar produktionskostnaderna. Kolväten och högre alkoholer förekommande i metylbränsle bör ägnas uppmärksamhet om och när metylbränsle introduceras i stor skala. Metanol torde dock först bli aktuell som tillsats till motorbensin i stället för tetraetylbly.

Framställning, egenskaper och kostnader

Metanol framställs i dag från olika bränsleråvaror bl a kol, olja och naturgas. Alla fasta bränslen som kan förgasas eller pyrolyseras till syntesgas, en blandning av koloxid och vätgas, kan användas för metanolframställning.

Syntesen sker vid 30 MPa och 35000 över en zinkkromkatalysator. Det höga processtrycket ställer till med problem, bl a reagerar koloxiden med järn till järnkarbonyl. Järnbeläggningarna i katalysatorbädden leder till bildning av metan och högre alkoholer vid sidan av metanolsyntesen. ICI var först att utveckla en lågtrycksprocess med en ny kopparkatalysator. Lurgi har också kommit med en lågtrycksprocess, flera andra torde vara under utveckling. Vulcan Cincinnati marknadsför en lågtrycksprocess som ger en blandning av metylalkohol och lägre kolväten. Detta företag har registrerat varumärket Methyl Fuel.

En kalkyl för en produktion av 3,5 Mton metylbränsle/år ger en kostnad på 10 öre/kg under följande betingelser. Anläggningen kostar 750 Mkr, vilket svarar mot 215 kr/ årston. Per ton metanol förbrukas 1 100 kg kol, vilket vid ett kolpris på 18 kr/ton ger delkostnad på 70 Mkr/år, 800 kg syre a A5 kr/ton ger ett bidrag på l25Mkr/år, elenergiförbrukningen 63 kWh/ton ger ett bidrag på 13 Mkr/år.

SOL 1974:73 Styrning, Systemanalys m. m. 195

kostar - Direkt material och elkraft sammanlagt 210 Mkr/år. Syret svarar för 35 Z av totala tillverkningskostnaden, ett starkt incitament föreligger att utveckla kolförgasningsprocesser som inte kräver syre. - Tabell 13 redovisar produktionskostnader för metanol i jämförelse med andra syntetiska bränslen och bensin.

En aktuell bränsleråvara är den gas som avgår från oljekällorna och som ofta innehåller 50-60 Z metan. Denna gas

"""""“ Tabell 13: Produktionskostnad för olika bränslen räknad på energiinnehållet (stora anläggningar, 15 Z av investeringen för vinst, avskrivning och underhåll,(l$ = 4,5 skr)

Bränsle Råvara Råvarans pris, 1972 Bränslets kostnad Kr/GJ Kr/GJ

Bensin Råolja 60 kr/m3 1,7 4,5

Metanol Naturgas 6 öre/m3 1,8 6,7

Metanol Kol 32 kr/ton 1,1 6,3 Metanol Brunkol 9 kr/ton 0,6 5,3

Etanol Råolja 60 kr/m3 1,7 20

Etanol Majs, jäsning 40 Metan Gaskälla - - 0,6-1,7 Metan - - LNG(imp0rt USA) 3,4-4,3 Metan Kol 32 kr/ton 1,1 3,4-4,3 Metan - - Avfall, pyrolys 5 Vätgas Elektrolys 3,6 öre/kWh 10 15

Vätgas Naturgas 6 öre/m3 1,8 4,1

Vätgas Kol 32 kr/ton 1,1 5,6 väte - 5 ll

Källa: Synthetic Fuels Panel, Rapport UC-80, Sept 1972.

Kommentar: Uppgifterna är inte helt jämförbara. Produktionskostnaderna för metanol exkl råvara kan dock uppskattas från tabelldata till - för metan - 3,9 4,6 kr/GJ, 1,8 2,7 kr/GJ, för ammoniak 3 kr/GJ, för - med bensin: för raffivätgas 1,8 4,3 kr/GJ jämfört 2,5 kr/GJ nering.

196 Kap l, Appendix 1 : Kemisk energiteknik

facklas nu på platsen. Olika alternativ finns att nyttiggöra denna gas. En möjlighet är att separera metangasen och skeppa med tankbåt. En annan möjlighet är att konvertera till vätgas, kondensera vätgasen och skeppa flytande väte. En tredje attraktiv väg är framställning av metanol som blir billigare i frakt per energienhet än flytande naturgas vid avstånd överstigande 500 sjömil. Houston Natural Gas Company skall bygga en metanolfabrik i Saudiarabien för driftstart 1976. En liknande anläggning skall byggas i Iran för Transco Company och National Iranion Oil Company för 3 000 Mkr.

Det finns flera intressanta kombinationsmöjligheter på processidan. En möjlighet är att tillverka metanol och metan i sama process, syntesgasen går först till en metanolreaktor, varefter återstående gas går vidare till ett metaniseringssystem. Metanol kan också konverteras till bensin. Metanol kan även tjäna som råvara för lokal framställning av syntetisk naturgas. Metanol och naturgas kan således samspela i en blandenergiekonomi.

Användningsområden

Metanol kan mycket populärt sägas bestå av hälften bensin och hälften vatten resp och Metanol kan

(CH30H CH2 H20).

blandas med vatten i alla proportioner och med bensin i viss grad. Värmevärdet är ungefär hälften av bensin. Tillsats av vatten vid förbränning ger renare avgaser och god bränsleekonomi, många uppfinnare har därför sökt framställa vattenbensinemulsioner att användas som motorbränsle. Metanol kan sägas vara en sådan ideal homogen blandning och ger samma resultat som inblandning av vatten i bensin.

Metylbränsle är ett som kan sättas in i

universalbränsle

stället för naturgas, olja och motorbränsle. Metanol är ett bra bränsle för värmekraftverk. Kväveoxidemissionen är lägre än vid eldning med naturgas. Rökgaserna är mycket rena med ringa stoftutsläpp. Sotbeläggningar från föregående oljeeldning försvinner. Metylbränsle är också ett

Styrning. Systemanalys m. m. 197

bra bränsle för gasturbiner och man räknar med väsentligt längre perioder mellan underhållen. Detta beror på lägre flamtemperatur samt mindre avsättningar och erosion på turbinskovlarna.

Metylbränsle framstår dock i första hand som en intressant möjlighet på motorbränslesidan, först som tillsats och senare som ett universellt motorbränsle. Bränsleekonomin förbättras liksom accelerationsegenskaperna och avgasegenskaperna. Metanol tillåter ett högt kompressionsförhållande på grund av dess höga oktantal. Effektutvecklingen för en given cylindervolym blir större. Man kan köra med magrare blandningar än vad som är möjligt med bensin vilket ger en mer fullständig förbränning men samtidigt lägre emissioner av kväveoxider jämfört med bensin. Metanol är således sannolikt ett bättre bränsle ur miljösynpunkt än bensin, även om denna fråga bör ägnas fortsatt ingående studium. Nackdelen är metanolens lägre energiinnehåll/volym, l liter metanol innehåller ungefär halva mängden energi jämfört med l liter bensin,samt det höga ångbildningsvärmet som kan ge startsvårigheter och kräva förvärmning.

Det finns således goda förutsättningar för att metanol kan bli framtidens motorbränsle men detta torde dröja länge än med tanke på de nödvändiga förändringarna i distributionsledet och motormodifikationer. Det som först kan bli aktuellt är en tillsats på mellan l0-15 Z. En sådan tillsats skulle i första hand vara motiverad av miljöskäl, eftersom blyet därmed skulle kunna tas bort ur bensinen, men anses också ge en förbättrad bränsleekonomi. Äldre bilar reagerar särskilt gynnsamt medan de senaste årgångarna som körs med relativt mager bränsleluftblandning har det något svårare med metanoltillsatsen. Det bör dock inte vara svårt att optimera metanoltillsats och motor för att nå bästa möjliga miljöverkan och energiekonomi.

Metanoltillsats till bensin skulle ge en inhemsk marknad av storleksordningen 1 Mton metanol/år, vilket skulle kunna vara början till en metanolekonomi. (En annan aktuell till-

198 Kap 1, Appendix I . Kemisk energiteknik sou 197473

lämpning vid sidan av energimarknaden är behandling av avloppsvatten för kvävereduktion. Metanolen reducerar nitrat till kväve.)

Många företag och institutioner på bränslesidan och på användarsidan tar sig nu en ordentlig funderare på metanolproblematiken. Den första konferensen om metanol som framtida universalbränsle ägde rum i juli 1974 för inbjudna amerikanska företag och institutioner (1974 Engineering Foundation Conference Methanol as an alternate fue1).

En svensk metanolekonomi?

En produktion av metanol inom landet i första hand från inhemska bränslen men också från importkol, naturgas, destillationsåterstoder från raffinaderier etc kan räkna med följande marknader i tur och ordning:

- för metanol för Ersättning importerad processindustrin - i motorbensin Inblandning - Bränsle för värmekraftverk - Nitratreduktion Bilbränsle - Universalbränsle

Beredskapsaspekten talar också för en inhemsk metanolproduktion.

Metanolframställning föregås av en förgasningsprocess. Det är främst på förgasningssidan som vi har möjligheter och anledning att bedriva en egen utveckling för inhemska bränslen och förhållandevis små anläggningar som komplettering till de mycket stora processystem som utvecklas för kolförgasning och liknande. Denna förgasningsteknik kan ev bli en exportvara till länder med liknande behov.

Sammanfattande synpunkter på FoU

Väteekonomin diskuteras mest för närvarande. I en speku-

Systemanalys m. m. 199

sou 197473 Styrning,

lativ användes kärnkraftvärme för att i utföringsform kemiska klyva vatten i sina beståndsdelar väte processer och Väte tjänar som universalbränsle och transporsyre. teras i eller i flytande form till förbrukarna. rörledning Storförbrukare som bränslecellkraftverk och processindustri förses också med syre från vattenklyvningen.

för väteekonomin framhåller de låga distri- Förespråkare butionskostnaderna jämfört med distribution av elektrisk miljövänligheten och oberoendet av fossila bränsenergi, len (gäller kärnkraft eller solenergibaserad väteekonomi). Miljövänligheten har två orsaker: de störande luftledningarna för elkraften elimineras, vätet nyttiggöres vid kemotermisk (förbränning) reaktion eller kemoelektrisk (bränsleceller) med ringa luftförorening.

En mer är en vidareutveckling av närliggande gasekonomi naturgassystemen med syntetisk naturgas som energibärare.

Andra energibärare som diskuteras f n är metanol, ammoniak samt givetvis syntetiska bränslen snarlika dagens eldningsolja och motorbränslen.

Intresset i metanol och metylbränsle är av tämligen färskt datum. Forskningsarbetet på metylbränsle är än så länge förhållandevis inte av stor omfattning men flera stora är dock involverade i metanolprogram, t ex organisationer Continental Oil, MIT, University of Nebraska, Texas ICI, Instruments Vulcan Cincinnati, etc. Metanol kan tillverkas från fasta bränslen med en termisk verkningsgrad på 65 Z, varvid den posten i produktionskalkylen utgöres av kostnaden för tyngsta det fasta bränslet.

De nya energibärarna kan väl utnyttjas i s k dispersa energisystem som karakteriseras av att den tunga delen av energitransporten sker med gasformiga eller flytande bränslen med konvertering till elektrisk energi nära konsumenten, t ex bränslecellkraftverk. En extrem form härvidlag är att varje fastighet är

200 Kap I, Appendix 1. Kemisk energiteknik

försedd med sitt eget elektricitetsverk, varvid förlustvärmet utnyttjas för fastighetsuppvärmningen. Dispersa energisystem ger fördelar i fråga om miljövänlighet, låga distributionskostnader, redundans och goda möjligheter till nyttiggörande av förlustvärmet.

Ammoniak och väte har det gemensamt att de inte innehåller elementet kol. Ammoniak är ett intressant bränsle för en ev framtida nukleär energiekonomi. Naturens förmåga att återföra koldioxid från atmosfären i kretsloppet genom fotosyntesen sätter kanske en spärr för omsättningen av syntetiska bränslen innehållande kol. (Framtida energiodlingar kan dock sätta upp den spärren.) Amoniakekonomin är också jämförbar med väteekonomin på mindre lång sikt och borde förtjäna lika stort intresse som den mer omskrivna väteekonomin. Med den kostnadsnivå som är trolig för termokemiskt väte blir merkostnaden för ammoniakfixering av underordnad betydelse. Ammoniakdistribution torde ställa sig något dyrare än vätgasdistribution men billigare än elkraftdistribution. I många tillämpningar, särskilt traktionära, torde ammoniakbaserade system ge fördelar jämfört med vätebaserade beroende på lämpligare fysikaliska egenskaper. När det gäller säkerhet och miljö torde vätgasens större lättantändlighet och explosivitet balansera mot amoniakens giftighet. Ammoniak känns dock igen på sin lukt redan i subtoxiska koncentrationer.

Ammoniak får emellertid svårt att hävda sig gentemot metanolalternativet. Metanol kan också lättare införas i energisystemet som additiv för att så småningom helt ersätta nuvarande flytande bränslen och även naturgas. Amoniak kräver större förändringar framför allt i distributionsledet. Metanol är därför på kort och medellång sikt ett mer realistiskt alternativ än ammoniak och väte.för Sveriges del.

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

En import av naturgas till Sverige och uppbyggnad av ett

sou 197473 Styrning, Systemanalys m. m. 201

gasnät innebär en naturlig början på en gasekonomi. Komplettering med syntetisk naturgas från inhemska bränslen alternativt importerade kol är en logisk följd av en sådan utveckling. Naturgasfrågan ligger emellertid utanför detta avsnitt.

Ett nyttiggörande av inhemsk bränsleråvara i stor skala kan också ske med fasta bränslen såsom bränntorv i värmekraftverk med distribution av energin i elektrisk form. Förgasning till lågvärdegas bör kombineras med eldning i värmekraftverk. Förgasning till mellanvärdegas med eventuell konvertering till högvärdegas, syntetisk naturgas, förutsätter däremot att ett gasnät byggs upp för distribution av gasen från produktionsställena till stora förbrukare. Ett sådant system med tre linjer i Norrland och ett stamlinjesystem som förbinder de tre tätortsregionerna Stockholm-Göteborg-Malmö kräver en investering på uppemot 2 000 Mkr, vilket är av samma storlek som investeringen i det associerade förgasningssystemet.

En annan mer närliggande möjlighet är att förädla mellanvärdegasen till syntesgas och framställa metanol som sedan distribueras i tankvagn. I en första etapp kan man tänka sig en inblandning av metanol i de etablerade bränslena så att distributionssystemet inte behöver störas alltför mycket. Metanol kan därmed införas successivt i det existerande systemet utan att stora engångsinvesteringar behöver göras på distributions- och användarsidan.

Metanol är emellertid ett nytt bränsle och det är därför angeläget att snabbt evaluera metanolbaserade bränslens egenskaper inte minst med avseende på folkhälsa och miljö. Dessa frågor måste klaras på ett för allmänheten helt acceptabelt sätt före ett eventuellt beslut att satsa på metanol som ersättare för nuvarande flytande bränslen. Erfarenheter föreligger inte heller utomlands och det blir därför nödvändigt att genomföra praktiska försök i stor skala med metanol som bränsle för bilar, villapannor, kraftverk etc.

202 Kap I, Appendix 1 : Kemisk energiteknik

Det är också nödvändigt att i detalj utreda förutsättningarna för produktion av metanol i landet från olika råvaror inkl importerade kol. Metanolproduktion bör etableras i landet före 1980 för den kemiska industrins behov och för försöksverksamheten som kommer att konsumera stora mängder metanol. Denna första fabrik bör vara helt konventionell bortsett från möjligheten att ta ut olika slag av metylbränslen.

En pilot plant bör också byggas upp vid en försöksstation för förgasning av inhemska bränslen, så att processtudier kan genomföras med syntesgas framställd på detta sätt.

Ett tänkbart mål är att en första fullstor metylbränslefabrik bör kunna tas i drift 1985 med en kapacitet på storleksordningen l Mton/år. Fabriken bör kunna utnyttja importerade kol alternativt vedråvara men också kunna försörjas med mellanvärdegas från torvförgasning. Ett flertal anläggningar tas successivt i drift så att hela sannolika torvproduktionen år 2000 på 20 Mtoe/år blir metylbränsle vid denna tidpunkt (13 Mtoe/år).

Om sannolikheten för att detta mål nås är 50 Z, vilket också kan uttryckas så att den sannolika produktionen år 2000 blir 6,5 Mtoe/år, ger produktionen åren 1985- 1990 ett underlag för FoU för 130 Mkr, exklusive investeringarna i produktionssystemen. Den första treårsperioden får kosta 10 Mkr för evalueringen av metanol som universalbränsle och för uppgörande av en specifikation för upphandling av försöksstationen. Under denna period fattas också beslut om bygge av en konventionell metanolfabrik för den kemiska industrins behov och försöksverksamheten. Denna investering ligger dock utanför FoU-programmet men kan kräva statliga garantier.

I händelse av positivt resultat av det treåriga förprojektet går man vidare med beställning av försöksanläggningen och genomför försöksprogrammet så att en första Mton-anläggning kan upphandlas för driftstart 1985. Detta

Styrning, systemanalys m. m. 203

utvecklingsarbete måste givetvis samordnas med utveckling av förgasningsprocesser för inhemska bränslen. Försöksstationen bör vara lokaliserad till sama plats som den första metanolfabriken.

Projektförslag

Specifika projektförslag avseende insatser på nya energihar inte inkommit. Ett stort intresse visades emellersystem tid detta område vid förhören, varvid hävdades att forskning och utveckling bör initieras på nya energisystem.

- av koncept för bränslecell- Systemanalys och utveckling kraftverk av metanollufttyp och vätelufttyp lämpade för inhemsk gas. - av metanol som tillsats till motorbensin alt Evaluering enda drivmedel. - av metanol som bränsle för fastighetspannor Evaluering etc. - av metanol som tillsatsbränsle till värmekraft- Evaluering verk, alt enda bränsle. - av risker förknippade med allmän användning av Evaluering metanol avseende folkhälsa, miljö etc. - av en successiv till en metanolekonomi, Planering övergång särskilt vad gäller förändringar i distributionsledet och konsumtionsleden. - att snabbt etablera en metanol- Analys av möjligheterna i landet i första hand för den kemiska induproduktion strins behov. - Försöksverksamhet i pilot plant-skala avseende produktion av metanol från inhemska bränslen i syfte att uppgöra en kravspecifikation för konstruktion och upphandling av fullstora processystem. - Jämförelse mellan olika slag av gasekonomier, resp metanolekonomi, baserade på inhemska bränslen.

204 Kap 1, Appendix I: Kemisk energiteknik

5 Styrning av programmet, övergripande systemanalys, forskning och utbildning

Ett målinriktat FoU-program på icke-nukleär energiteknik måste kompletteras med stödjande och styrande funktioner med mer anknytning till programmet i dess helhet än till de olika delmålen ungefär enligt mönster som utvecklats för den nukleära energitekniken.

Utbildningen och den fria forskningen vid universitet och högskolor bör inriktas mot frågeställningar i programmet och förstärkas på för institutionerna nya områden. Det bedrivs redan i dag viss forskning och utveckling vid högskoleinstitutioner och inom industrin med anknytning till det föreslagna programmet. Förstärkning i form av nya professurer, tjänster och laboratorier bör ske på de nya områdena, t ex den nya bränslekemin, strömkällor, energi växtodling, ekologi etc. Även annan utbildning bör ges ett större inslag av energi- och miljömoment för att öka medborgarnas förståelse och möjlighet att ta ställning i energifrågorna.

Ett problem i många stora industriländer är att ansvaret för energifrågor och energifunktioner är fördelat på många olika händer. Sverige är förhållandevis lyckligt lottat i detta hänseende beroende på en väl etablerad samverkan mellan de olika energiintressenterna och beroende på landets litenhet.

Det föreslagna målinriktade icke-nukleära energiprogrammet uppgår till storleksordningen 500 Mkr. Det är rimligt att en sådan målinriktad utvecklingsinsats kompletteras med fri teknisk grundforskning och naturvetenskaplig grundforskning på 5 Z av detta belopp, nämligen 25 Mkr. Till detta kommer moment av teknisk grundforskning associerad med de olika som bedöms vara delprogrammen av ungefär sama storlek och som är inbakad i de föreslagna ramarna. Anslag till energiinriktad bör grundforskning ges till institutioner som har kompetens på det aktuella arbetsom-

Styrning, Systemanalys m. m. 205

rådet, man har ej anledning att söka värdera de omedelbart nyttiga resultaten av arbetet. Ett viktigt område för sådan fri grundforskning är biokemiska metoder och fenomen som eventuellt i en framtid kan avkasta tekniskt användbara resultat. Ett annat område är processtudier avseende termokemisk klyvning av vatten. Ett tredje område är studier av materials elektriska och katalytiska egenskaper i syfte att utveckla nya typer av elektrodmaterial och katalysatorer för bränslekemiska processer. Ett fjärde område är fotokemiska processer för nyttiggörande av solenergi.

Ett andra mål för denna stödjande verksamhet är att skapa förutsättningar för en objektiv opartisk och samlad överblick över hela energiområdet.

Ett tredje mål är att få till stånd en samverkan framför allt mellan högskoleinstitutioner i landet och mellan dessa och industrin. Detta sker naturligtvis i de stora projekten men det är också önskvärt att en samverkan ordnas vid sidan av dessa projekt med hjälp av centrumbildningar typ Energicentrum vid KTH.

Ett fjärde mål är att klara utbildningen av den kvalificerade arbetskraft som kommer att behövas.

Ovan nämnda aktiviteter är inte programbundna i egentlig mening. En rimlig total insats uppskattas vara 20 Z av budgeten för de målinriktade projekten, d v s omkring 100 Mkr som fördelas lika mellan 1) grundforskning inriktad på icke-nukleära energikällor 2) resursförstärkning i form av nya tjänster och laboratorier vid högskolorna 3) ett institut för överordnad och övergripande systemanalys och värderingar av energifrågor av betydelse för hela samhället 4) en basorganisation för försöksverksamhet, försöks-tastationer etc.

APPENDIX 2

Hans Wilhelmsson:

FUSIONSTEKNIK

l Inledning

Framtida fusionsteknik syftar till att för vår energiförden energi som frigörs då lätta atomkärsörjning utnyttja företrädesvis tritium och deuterium, undergår reaktionor, ner med varandra, varigenom dessa kärnor sammansmälter (uni motsats till fission, klyvning) till stördergår fusion, re kärnor, helium, varjämte uppkommer en snabb neutron per reaktion som bärare av den frigjorda energin i form av rörelseenergi.

mål är att åstadkoma kon- Den pågående fusionsforskningens trollerad termonukleär fusion (vätekraftgenerering) i första hand under laboratoriebetingelser samt att i nästa steg - ett i tekniskt exploatera vätekraften för reaktorändamâl

vida

tiden mera mål, i synnerhet vad gäller fullavlägset skalereaktorer med beaktande av praktiska och ekonomiska krav samt säkerhetskrav under driftförhållanden.

har den internationella fusionsforskningen, lik- I dagsläget som den grundforskningskaraktär. Pasvenska, väsentligen rallellt med denna grundforskning bedrivs emellertid tekniska fusionsreaktorstudier världen över för att på sikt få ett bättre utgångsläge att bygga vidare på, då grundforski utvecklingen nått sina primära mål och vissa ningsetappen väl föreligger. Dessa mål inunderbyggda principlösningar nebär att sådana betingelser hos fusionsmediet, en joniserad gas - ett plasma - kan realiseras att följande två kriterier uppfylls, nämligen:

208 Kap 1, Appendix 2: Fusionsteknik

A) ca 108

Plasmatemperaturen når sådana värden, OK, att en effektiv fusion komer till stånd, dvs den relativa medelhastigheten mellan partiklarna blir så hög att den elektriska repulsionen mellan kärnorna ej förhindrar reaktionerna.

B) Produkten av plasmatäthet och tillgänglig existenstid för plasmat att undergå fusionsprocesser uppnår

ett visst kritiskt värde, ca 1014 cm_3 s för triti-

um - deuterium (Lawsons kriterium).

Ännu har inget experiment någonstans,i världen lyckats uppfylla dessa kriterier samtidigt, trots 20 år av intensiv forskning på området. Betydande framsteg har dock gjorts. Alltjämt saknas f n åtminstone en eller annan tiopotens även för de mest framgångsrika experimenten vad beträffar Lawson-kriteriet. Situationen är likartad då det gäller upphettningsproblemet, men man ser sedan ett par år tillbaka med befogad optimism på möjligheterna att lösa hela problemkomplexet. Det torde vara realistiskt att förvänta att man nått fram till en väl underbyggd principlösning (eller flera) inom en tioårsperiod, d v s före 1985, och att tekniksidan under hand till dess utvecklats väsentligt. För att nå fram till ovan angivna mål bedrivs forskning efter två huvudlinjer, den ena baserad på plasmainneslutning med och den andra utan hjälp av ett magnetfält.

A) Magnetisk inneslutning omfattar ett stort antal projekttyper representerande olika magnetfältgeometrier, såsom Tokamak, stellaratorer, multipoler, öppna system och pinchar.

B) Den andra huvudlinjen utgör en variant till magnetisk inneslutning som ägnas stort intresse i den pågående utvecklingen, nämligen tröghetsinneslutning av plasmat. Denna innebär att plasmats inneslutning ombesörjs av plasmats egna tröghetskrafter och att erforderlig energi för upphettning tillförs under kortvariga tidsperioder, så att plasmat ej hinner expandera. Till denna kategori av experiment hör för-

Inledning 209 sou 1974:73

söken med upphettning av små korn av fusionsmaterial med intensiv laserpulsbestrålning eller med elektronstrålepulser.

Mycket omfattande projekt rörande laser-plasmaexperiment ingår vid sidan av programen för magnetisk inneslutning i de amerikanska och sovjetiska fusionsprogramen för de närmaste åren. Flera olika vägar till fusionsproblemets slutföreligger således som möjligheter. Man är allliga lösning mänt av den uppfattningen att det är angeläget att inte utesluta någon lovande variant i den pågående utvecklingen. För framtiden att endast USA och Sovjet kan ha resurgäller ser att ensamma bygga de stora enheter som nästa större generation inom kräver. Inom av experiment fusionsforskningen EG:s (Euratoms) fusionsprogram projekterar man nu en beslutad gemensam europeisk satsning på en större forskningsenhet, JET (Joint European Tokamak). Kostnaden för detta propå i runt tal 250 Mkr och JET beräknas vajekt belöper sig ra mot slutet av 1970-talet. Man satsar inom färdigställd EG samtidigt på ett flertal andra typer av experiment, 85° fördelade Som jämförelse kan grafiskt på medlemsstaterna. nämnas att kostnaden för enskilda plasmafysikaliska fusionsofta motsvarar i runt tal l-10 Mkr/år. projekt

Från svensk sida har underhandskontakter tagits med representanter för EG:s fusionsprogram, och officiella förhandlingar med EG har inletts i syfte att uppnå någon form av svensk anslutning på lämplig nivå ti11 detta program,

Det är och måste för den närmaste tioårsperioden komma att vara ett svenskt intresse att samarbeta med omvärlprimärt den och få in information från pågående arbeten i olika länder och samverka med utländska laboratorier och institutioner. Detta förutsätter även en aktiv fusionsforskningsverksamhet på hög kvalitetsnivå inom landet. Endast härigenom kan vi uppehålla initierad och aktuell kontakt med vad som sker internationellt på den målinriktade grundforskningssidan och den begynnande teknikutvecklingens viktiga område.

210 Kap I, Appendix 2: Fusionsteknik _

2 Den internationella utvecklingen inom fusionsforskningen

2-1 äiâsezik

Alltsedan början på 1950-talet har man bedrivit aktiv forskning beträffande hur reaktionerna mellan lätta kärnor skall kunna utnyttjas för energiproduktion i ekonomisk skala. Det var först vid Genêvekonferensen 1958 som en rad viktiga arbeten framlades vilka tidigare av sekretesskäl ej kunnat offentliggöras. Man kunde konstatera att bland huvudproblemen som man hade att ta ställning till spelade de som sammanhängde med olika slag av instabiliteter en framträdande roll vad beträffar magnetisk inneslutning av högtemperaturplasmor. Avvikelser från termodynamisk jämvikt i olika slag av magnetiska konfigurationer (magnetflask0r) innebar att fri energi fanns tillgänglig i plasmat som i princip kunde överföras till en hel rad av olika typer av tillväxande vågor, vilka kunde ta hand om den tillgängliga energin och förorsaka att plasmainneslutningen försämrades. Detta ledde under några år under 1960-talet till att man började ifrågasätta om man ens någonsin skulle kunna magnetiskt innesluta ett plasma under så långa tider som en klassisk diffusionsteori medgav. Antingen kunde hydrodynamiska svängningar bryta sönder plasmat eller också kunde vågor i plasmat förorsaka elektriska fältfluktuationer, som påverkade diffusionen av partiklar i plasmat så att denna förstärktes. Experimenten gav som resultat att diffusionstiden låg någonstans mellan den som svarade mot klassisk diffusion (orsakad av Coulomb-kollision mellan elektronerna och jonerna) och ett betydligt (flera tiopotenser) lägre värde, som angivits av D Bohm redan l949 och som har sin grund i fältfluktuationer i plasmat. Med hänsyn till möjligheterna att åstadkomma kontrollerad fusion var denna situation ytterst kritisk, emedan ren klassisk diffusion skulle innebära möjligheter att uppfylla fusionsvillkoret för produkten av inneslutningstid och täthet (Lawsons kriterium), medan en ren Bohm-diffusion praktiskt taget skulle utesluta denna möjlighet. För att en fusionsreaktor skall ha några förutsättningar att fungera måste den arbeta så att diffusions-

Internationell utveckling 21 1

tiderna ligger över och tillräckligt långt från Bohm-diffusion. Vid den internationella fusionskonferensen i Novosibirsk 1968 framlades resultat som visade att diffusionstiderna för en hel rad av experiment med olika typer av fusionsmaskiner översteg Bohm-tiden. För t ex Tokamak-experimenten har man uppmätt värden på 100 ggr Bohm-tiden. Detta innebar en vändpunkt i inställningen till möjligheterna att åstadkomma inneslutning med tider som närmar sig termonukleära krav, särskilt genom att gå till större maskiner med ökade gasvolymer. En hel rad framgångsrika experiment under senare år har lett till att man nu med tillförsikt planerar större maskiner i syfte att uppnå tändning av en tritiumdeuteriumgas och inneslutning av denna under så lång tid att en betydande del av gasen förbränns. Siktet är inställt på att detta steg i utvecklingen skall kunna demonstreras i början av 1980-talet.

Under senare år har vidare nya och ytterst intressanta möjligheter att alstra högtäthetsplasma framkommit genom aktiviteter på laserproducerande plasma. Man studerar här två huvudkomplex av frågor, nämligen själva kompressionsproblemet som gäller att trycka samman materia ca 10 000 gånger för att nå önskade exceptionella förhållanden, samt vidare de invecklade frågeställningar som gäller inkopplingen av den högintensiva strålningen genom den korona av plasma som bildas runt det fasta materialet och som även åstadkommer den rekylverkan som ger själva kompressionen. En intensiv laserutvecklingsforskning pågår även för att kunna konstruera lasrar med sådana ener ier som är nödvändi 8 a för P rojektens genomförande, ca 10 kilojoule Der Duls.

Samtidigt med denna utveckling sker en annan i flera avseenden likartad insats i USA och Sovjetunionen under senare år för att söka använda relativistiska elektronstrålar för att komprimera och upphetta plasma.

Under l970-talet kommer betydande summor av samma storleksordning som för hela magnetiska inneslutningsprogrammet att satsas på laser-plasma-problemets kartläggning i USA, och i Sovjetunionen sker en likartad satsning. Man hoppas under

212 Kap I, Appendix 2: Fusionsreknik

1970-talet uppnå break-even (dvs att genom fusionsprocessen generera lika mycket energi som injiceras) och att påvisa metodens lämplighet för reaktorändamål.

2.2 Forskning rörande magnetiskt inneslutna plasmor

Tokamak

Ett system för magnetisk inneslutning, som under de senaste åren har medfört en mycket stark koncentration av de internatione11a intressena, är Tokamak. Principen har utvecklats under en följd av år vid Kurchatov-institutet i Moskva, och dess upphovsman var L A Artsimovich. I såväl USA som Sovjetunionen liksom i Västeuropa har de senaste åren sett en växande skara av Tokamak under uppbyggnad och nya projekteras fortlöpande.

Till sin uppbyggnad består en Tokamak av en ringformad plasmabehållare. Denna omges av spolar, som alstrar ett toroidalt magnetfält, riktat längs utefter plasmatorusen, vilken kretsar runt kring centralkärnan på en transformator. Då det magnetiska flödet genom denna kärna ändras induceras en längsgående ström i plasmaringen. Denna ström (ordet Tokamak betyder på ryska strömmaskin) alstrar ett poloidalt magnetfält, vilket tillsammans med det toroidala fältet från de omgivande magnetfältsspolarna ger ett spiralformat totalt magnetfält. Detta fält innesluter plasmat och isolerar plasmat gentemot den omgivande metalliska behållaren.

Den i plasmaringen inducerade strömmen måste för att säkerställa magneto-hydrodynamisk stabilitet, efter vad som visats av Kruskal och Shafranov, begränsas till ett visst värde. Detta kan visas vara proportionellt mot styrkan av det toror idala magnetiska fältet (det rör sig i allmänhet om mycket

höga värden. 21U Wb/m2). vidare mot toroidens lillradie

samt mot förhållandet mellan dess lillradie och dess storradie. Det visar sig vidare att den för inneslutningen väsentliga produkten av täthet och inneslutningstid även den beror av apparatgeometri och magnetisk fältstyrka på i stort sett samma sätt som den kritiska strömmen. Det har därför

SOU l974r73 Internationell utveckling 2 l 3

blivit brukligt att ta värdet på den toroidala strömmen i plasmaringen som ett mått på anordningens prestationsförmåga. Man har hittills arbetat med strömar på upp till 300 kA. I USA och Sovjetunionen planerar man Tokamakmaskiner för 1,5 MA plasmaström, medan den i Europa planerade JET (Joint European Tokamak) projekteras för 3 MA. För en termonukleär reaktor enligt Tokamakprincipen räknar man med att plasmaströmmen skall uppgå till 10-15 MA.

För upphettning av plasmat föreligger ett flertal möjligheter, bl a ohmsk uppvärmning, dvs friktionsuppvärmning till följd av inducerad ström i plasmat. En nackdel med friktionsuppvärmning är att det axiella elektriska fältet accelererar huvudsakligen elektronerna, som i sin tur kolliderar med jonerna och upphettar dessa. Då temperaturen stiger avtar kollisionsfrekvensen och energiöverföringen från elektroner till joner blir mindre effektiv samtidigt som plasmats resistans avtar och energitillförseln till plasmat försvåras. Vad Tokamak beträffar har vi redan konstaterat att en övre gräns för strömmen föreligger av stabilitetsskäl. Detta innebär samtidigt att man har en ber gränsning av den ohmska uppvärmningen. För upphettning av plasmat måste därför den ohmska uppvärmningen kompletteras med andra metoder, t ex radiofrekvent upphettning eller injektion av snabba neutrala partiklar.

Vid höga strömmar har experimenten visat att problemen med föroreningar i plasmat blir svårare och fordrar speciella anordningar (divert0rs) i Tokamak. En svårighet i Tokamakexperimenten har varit att uppnå önskvärd storlek på tätheten i plasmat.

Metoder att undersöka det alstrade plasmats egenskaper, plasmadiagnostiska metoder, har utvecklats till en hög grad av fulländning, särskilt vad beträffar laserdiagnostiska metoder.

För en av de senaste Tokamakmaskinerna vid Kurchat0v-institutet i Moskva etablerades för de diagnostiska undersökningarna av plasmats egenskaper ett intressant samarbete mellan

214 Kap 1, Appendix 2: Fusionsteknik sou 1974:73

Culhamlaboratoriet i England och det ryska laboratoriet. En forskargrupp från Culham under ledning av dr N J Peacock genomförde härvid, med apparatur som utvecklats i Culham, en ingående laserdiagnostisk analys av Tokamakplasmat i Moskva.

Även om en betydande koncentration av fusionsforskningen i många länder äger rum kring Tokamakprojekten måste dock sägas att det ingalunda är säkerställt att Tokamak-principen skulle innebära någon slutlösning av fusionsproblemet sett mot en komande eventuell reaktorutveckling. Det är dock den princip som hittills har utvecklats längst. Tokamak har fördelen att vara enklare och mindre kostsam än t ex stellaratorer, vilket har gjort dem attraktiva även om som ovan påpekats man stött på svårigheter, t ex då det gällt att nå högre tätheter.

Stellaratarer

En annan typ av fusionsanläggning, den s k stellaratorn, som introducerades under 1950-talet av L Spitzer i Princeton, har stora principiella likheter med Tokamak. En väsentlig olikhet är att det poloidala magnetfältet i stellaratorn alstras genom att man har helixformade lindningar omkring plasmat i stället för med hjälp av strömmen i plasmat. Föregångslandet för stellaratorn, USA, har under hand närmast övergivit stellaratorprojekten, medan detta ej är fallet med andra länder, t ex Sovjetunionen, där man arbetar med ett flertal stellaratorer samtidigt med en-fortsatt in-

tensiv utveckling av Tokamak. England och även Tyskland fort-

sätter med stellaratorer, så t ex är en ny större stellaratoranläggning under uppbyggnad i Garching, Västtyskland.

Övriga typer av anläggningar för magnetisk inneslutning

Enligt 6-pinchprincipen har man konstruerat anläggningar som tillåter höga tätheter och även höga temperaturer hos plasmat men där för öppna raka system partikelförluster i ändarna av systemet gör att inneslutningen försvåras. För att undvika denna begränsning arbetar man nu med olika toroidala

Internationell urveckling 2 l 5

pinchanläggningar och väntar sig nya erfarenheter mot slutet av 1970-talet för bedömning av pinchprincipens tillämpbarhet för reaktorändamål.

En annan typ av anläggningar för magnetisk inneslutning som fortsatt att utvecklas är de s k spegelmaskinerna. Man anser ej att denna typ har några särskilt framträdande fördelar med sikte på ekonomisk kraftproduktion, men man bedömer läget så, att den kan erbjuda vissa möjligheter att realisera relativt små reaktorer för materialteständamål.

Anläggningar med inre strömledare, som tagits upp av den svenska forskningen i Stockholm, alstrar det poloidala magnetfältet med hjälp av en genom tilledare i plasmat matad inre metallisk ringformad strömledare. Jämfört med Tokamak undviker man härigenom att arbeta med höga toroidala magnetfält och man kan genom magnetisk skärmning även undvika svårigheterna i samband med strömatningen av strömringen inne i plasmat. Experimentet utgör därför en av de olika intressanta varianter som man bör fortsätta att studera i den kommande utvecklingen.

2.3 Forskning rörande fusionsplásmagenerering med hög-

energetisk_laserstrålning

Sedan man fått tillgång till de första lasrarna började man redan tidigt på 1960-talet spekulera över möjligheten att med en kort, intensiv 1üS8rPU1$ UPPheCta Väte Och låta inneslutningstiden endast bestämmas av det expanderande plasmats egen tröghet. Expansionen sker på tider av stor-

leksordningen nanosekunder ns = 10-9 vilket medför

(1 sek), att plasmat måste komprimeras till en täthet större än den för fruset väte. Detta kan dock ske i de centrala delarna av en vätekula som utsätts för bestrålning med laserpulser. Resultaten av överslagsberäkningar tydde emellertid på att orimligt stora laserpulsenergier erfordrades för effektiv förbränning.

En vändpunkt i utvecklingen inträffade dock i november 1971

216 Kap I, Appendix 2: Fusionsreknik

då amerikanska Atomenergikomissionen AEC offentliggjorde vissa dittills hemlighållna resultat. De båda forskarna J Nuckolls och L Wood vid Lawrence Livermore Radiation Laboratory i USA redovisade då beräkningar över upphettning av en vätekula med laser. De hade funnit att en mycket hög

kompression, ca 104 ggr fruset väte, kunde åstadkomas med

relativt sett måttlig laserenergi, om pulsens tidsutveckling utformades på rätt sätt och under förutsättning att vid dessa tätheter de alfapartiklar som bildas vid själva fusionsprocessen absorberas med självupphettning som följd. Dr K Brueckner vid KMS-Fusion i Ann Arbor redovisade även likartade resultat. Även i Sovjetunionen låg man tidigt långt framme i utvecklinen av laserfusion, främst vid Lebedev- och Kurchatovinstituten.

Det kan vara av intresse att här påpeka att teorin för att komprimera materia genom implosion till höga tätheter redan tidigt var känd, sedan man under utvecklingen av atombomben vid Los Alamos studerade sfärisk implosion av fast fissionsbränsle med hjälp av sprängämnen i syfte att förbättra förbränningen.

Då ännu inte någonstans i världen tillräckligt starka las-

rar, med nödvändig utenergi på tiotals kilojoule (kJ1l1 un-

der några nanosekunder, finns tillgängliga har fullskaleproblemet hittills endast studerats med hjälp av simuleringsexperiment på stora datamaskiner. Det är främst Lawrence Livermore Laboratories och Los Alamos Scientific Laboratories samt det privata företaget KMS-Fusion (K M Siegel) i Ann Arbor, Michigan, som oberoende av varandra tagit fram program och utfört simuleringar med sinsemellan god överensstämmelse.

Målet för experimenten som utförs och planeras är att träffa ett korn av bränslet, deuterium tritium (D-T), samtidigt med konvergerande laserpulser med sådan intensitet att ytskiktet på kornet slungas ut med extrem kraft i form av ett plasma. Rekylen som härvid uppkommer räknar man med skall

1) l kJ = l 000 Wattsekunder

Internationell utveckling 217

det återstående materialet i de centrala delarkomprimera na till de önskade enorma tätheterna, varvid här fusion av kärnorna skall uppstå. Den frigjorda energin kommer härvid att utgöras av energetiska neutroner och röntgenstrålning.

Vid experimenten i USA har man observerat neutroner vid många tillfällen. Sannolikt är dessa dock ej av termonukleärt ursprung. Däremot har forskarna vid Lebedev-institutet rapporterat resultat som tyder på att de erhållit termonukleära neutroner. Forskarna vid Lebedev-institutet i Moskva arbetar under professor Basovs ledning med en uppsättning av 27 laserstrålar som från olika håll konvergerar mot ett korn av fusionsmaterial.

Den teoretiska beskrivningen av problemet kan indelas i flera väl avgränsade moment, varav den ovan omtalade kompressionsfasen är ett. Dessutom absorberas inledningsvis laseri den korona av joniserad gas som omger den sfäenergin riska partikeln av fruset väte. Absorptionen sker dels genom Omvänd bromsstrålning, dels genom icke-linjära processer, som spelar en mycket framträdande roll vid de höga intensiteter det här gäller. Dessa kan även orsaka en betydande och icke önskvärd anomal reflexion av den infallande strål- De processer som ger bidrag till upphettning av ningen. plasmat består i att en foton ger antingen upphov till två plasmoner (kollektiva elektronplasmaexcitationer) eller en plasmon och en tonon (jonakustisk vågexcitation). Den anomala reflexionen orsakas av att den infallande strålningen driver upp dels jonakustiska vågor, dels elektronplasmavåi plasmamediet, vilka sedan svarar för den starka regor flexionen (10-40 Z).

Beträffande dessa fenomen har från svensk sida gruppen vid CTH i Göteborg gjort viktiga insatser och arbete pågår f n för att hur de icke önskvärda fenomenen skall kunna avgöra elimineras.

Inom de ledande laboratorierna världen över på detta område pågår en intensiv aktivitet för att kunna tillgodose kraven på laserpulsens intensitet, varaktighet och form. Beträffande formen för laserpulsens tidsutveckling har man nått enighet om att denna bör ha en explosiv tidstillväxt, sådan

218 Kap 1, Appendix 2: Fusionslekrzik sou 197473

att den energi som pulsen bär inom varje litet tidsinter-

vall ökar omvänt kvadratiskt med den återstående

tiden till explosionstiden. På detta sätt erhålls den effektivaste chockvågsinverkan på implosionen. Detta sammanhänger med att bromsstrålningsförlusterna i det allt tätare materialet växer med tätheten. Man arbetar med laserutveckling efter flera olika linjer. De hittills mest utvecklade lasertyperna utgörs av neodymium-glas-lasern och koldioxidlasern, men man utvecklar f n xenon-lasrar, jodlasern samt f ö ett fler tal olika typer av kemiska lasrar.

Vid jämförelse mellan på 10,6 och

C02-lasrarna pm våglängd

Nd-lasrarna på l,06 um har den senare särskilt som flexibel laboratorielaser framstått som fördelaktigast. Den medför bättre absorption och bättre termisk Däremot är koppling. verkningsgraden för Nd-lasrarna låg, ca 0,2 Z mot

CO2-1a-

sern ca 5 Z. har svårare att de korta

C02-lasern uppnå

pulslängder och därmed höga intensiteter som krävs. Då laserns verkningsgrad är en betydelsefull storhet finns det goda skäl att även i fortsättningen beakta i ut-

C02-lasern

vecklingen.

Det visar sig att om man utformar DT-partikeln som ett tunt sfäriskt skal med relativt stor radie (2 1 m), kan man använda längre pulstider och därmed lägre intensiteter (pulsenergin är däremot oförändrad) samt även längre våglängd, speciellt om fusionsmaterialet dopas med ett tyngre ämne för att öka den inversa bromsstrålningen. Detta skulle möjliggöra användandet av men även med Nd-laser är

C02-lasern,

det en fördel att kunna öka pulslängden, varför implosion

av skal studeras intensivt framför allt i USA.

Förutom sin låga verkningsgrad har Nd-lasern flera andra nackdelar; den är dyr att tillverka, den består av fast material och kan därför lätt förstöras, t ex genom självfokusering eller reflexion, och den har p g a att den är svår att kyla en övre begränsning vad beträffar intensiteten. Den är dock den bästa tillgängliga lasern för fusionsexperiment.

Ädelgaslasrar med korta våglängder i det ultravioletta om-

[mel-nationell utveckling 219

rådet förefaller vara av intresse. Speciellt har xen0n-lasrarna (l,722 um) god verkningsgrad och relativt hög effekt. Jodlasern, som har en våglängd på 1,3 pm, studeras ingående på flera håll, bl a vid Garching i Västtyskland, och man förväntar sig från denna kJ-pulser på bråkdelar av nanosekunder. Den pågående planeringen vid de internationella laboratorierna upptar flera projekt med kJ-lasrar och 0,1 ns pulslängd. Livermore planerar en Nd-laser på 10 kJ och 0,1 ns för 1976 och Limeil i Frankrike räknar med 5 kJ och 0,l ns för en Ndlaser samma år.

Man räknar med en intensiv utveckling av laserfusion under 1970-talet med avgörande resultat för nettogenerering av energi, sannolikt i början av 1980-talet. Betydande inledande insatser görs redan liksom på magnetiska inneslutningens område för en parallell utveckling av reaktorteknologiska frågor.

2.4 Forskning rörande fusionsplasmagenerering med relativistiska elektronstrålar

Ett alternativ till att generera fusionsplasma med högenergetisk laserstrålning utgör möjligheten att med relativistiska elektronstrålar som injiceras i fast eller flytande fusionsmaterial, D-T, åstadkomma ett hett plasma. Denna möjlighet, som de senaste åren väckt stort intresse, har den fördelen gentemot användningen av laserstrålar att relativistiska elektronstrålar med hög intensitet kan alstras experimentellt enligt kända metoder med betydligt större lätthet än vad fallet är för laserstrålar med den intensitet som är nödvändig. Man kan även tänka sig att använda jonstrålar. Ett huvudproblem för metoden med relativistiska elektronstrålar är att alstra högenergetiska pulser med tillräckligt kort varaktighet. Man kan f n alstra pulser av 10 ns längd. men de experimentella svårigheterna växer med ökande total energi hos elektronstrålen. Genom att utnyttja det egna magnetfält som elektronstrålen själv alstrar kan dock kravet på energi hos elektronstrålen sänkas med flera tiopotenser från vad som annars skulle vara nödvändigt eller till ca

220 Kap 1, Appendix 2. Fusionsteknik sou 197473

10 kJ. Det förefaller därför som om relativt måttliga spänningar men höga strömtätheter vore att föredraga.

Ett av de mest betydelsefulla problemen för elektronstråleinducerad fusion utgör växelverkan (energikopplingen) mellan den relativistiska elektronstrålen och det termonukleära materialet. Vid lasermetoden har man skäl att anta att fotonstrålen kan överföra laserenergin inom en liten volym

(bråkdel av m3). I elektronstrålefallet står det emeller-

tid ej klart om detta är möjligt. Den fria väglängden för relativistiska elektroner i täta termonukleära plasmor, beräknad med enpartikelkollisioner som grund, är påtagligt för lång för att möjliggöra någon effektiv energiöverföring från strålen på en liten volym som i laserfallet. Då det gäller höga effektpulser hos elektronstrålningen är emellertid ej den fysikaliska bilden med enskilda elektroner som kolliderar inbördes användbar. I stället komer elektronerna att bilda kollektiva grupper till följd av instabilitetsprocesser av dubbelstråletyp. Härigenom kommer den effektiva energikopplingssträckan i materialet att avsevärt förkortas till möjligen m-dimensioner, efter vad man kunnat sluta sig till från simuleringsstudier med datorer.

Penetrationen av de elektriska och magnetiska fälten in i D-T-materialet under upphettningsfasen utgör ett väsentligt och svåröverblickbart problemkcmplex. I inledningsskedet har D-T-materialet låg elektrisk ledningsförmåga. Då strålen penetrerar in i materialet ökar temperaturen, först till följd av klassiska kollisionseffekter, och sedan ett plasma utbildats genom kollektiva effekter, orsakade av strål-plasma instabiliteter. Medan elektriska fält härvid snabbt kommer att avta kommer det magnetiska fältet att kunna existera och i själva verket bli infruset i plasmat, med ovan nämnda fördelar som resultat. Det självmagnetiska

fältet, som kan uppgå till flera hundra Wb/m2, skapar då

en magnetisk flaska med åtföljande starkt reducerade krav på energi i elektronstrålen. Man kan även använda sig av ett axiellt magnetiskt spegelfält längs strålen på ca

10 Wb/m2 och lämpligen alstrat med hjälp av supraledande

magneter för att förbättra strålens stabilisering. I detta

Internationell utveckling 221

utförande blir reaktionsvolymen en tunn relativt långmed en tvärsektion om endast bråkdels sträckt cylinder, mm.

Den närmaste företrädaren för principen med elektronstrålefusion har varit F Winterberg. Hans inducerad professor av vilken sig på stabil inneslutanalys problemet, grundar av D-T med ett magnetfält från ning av ett högtäthetsplasma den intensiva elektronstrålen, som även ger upphettningen, särskilt vad beträffar antagandena om har kritiserats,

för elektronstrålens elektl) snabba förlustprocesser roner i det heta D-T-plasmat,

hos strålen hydrodynamiska in- 2) stabiliteten gentemot stabiliteter,

klassisk diffusion i det inneslutande magnetfältet 3) med utelämnande av anomala effekter.

komit från K A Brueckner i Kritiken har närmast professor KMS, Ann Arbor, den största intressenten på den företaget privata marknaden för laser-plasma-utvecklingen.

bemöter kritiken genom att påtala att många ny- Winterberg såväl teoretiska som experimentella stöder hans are arbeten beträffande kollektiv nedbromsning av elektronantaganden strålen. Han hävdar vidare att situationen för en elektronin mot och en fast kropp skilstråle som faller penetrerar från fallet med pincheffekt i vakuum, jer sig väsentligt mera i en tät som för och liknar en gnisturladdning gas, i atmosfären visat stabila under tusendels seblixtar sig en i dessa sammanhang mycket lång tid. kunder,

Winterberg riktar i sin tur kritik mot laser-plasma-programmet och att en kompression av D-T-kornen volymmäspåpekar

med en faktor 104 för fusion kräver 105 joule under

sigt

= 10-12 sek) och konstaterar att i piko-

pikosekunder (l ps är koncentrerad i vågpaket på mindre sekundpulser energin än l mm utsträckning. Han anför att med dessa energikoncen-

222 Kap I. Appendix 2. Fusionsreknik sou 197473

trationer risken för att lasrarna själva skadas är betydande.

2 . 5 _lixsgrpasággçlla_ 399525323_ 9.011_ seeêrbssââezalss

På fusionsområdet arrangeras såväl internationella som europeiska konferenser över hela verksamhetsfältet, grundläggande forskning och teknikutveckling, vilket ger möjlighet till informationsutbyte mellan de aktiva forskarna från såväl väst- som östländer, i allmänhet varje år. Ofta förekommer vid dessa konferenser flera parallella sessioner. Sverige brukar i sådana samanhang vara representerat med deltagande av 2 - 5 forskare.

Med öststaterna finns sedan flera år tillbaka ett forskarutbyte som sker i akademiernas regi. Då plasmafysik och fusionsforskning är mycket aktiva fält i Sovjetunionen har detta samarbete visat sig ge gott utbyte från svensk sida, och även de ryska forskarna har uttryckt en mycket positiv syn på erfarenheterna. Svenska forskare har vistats i Sovjetunionen för kortare eller längre tid (upp till sex månader) inom ramen för utbytet. Detta har även lett till svenskt deltagande i internationella arbetsgrupper i Sovjetunionen och till att man under våren 1974 i Göteborg vid CTH haft verksam en internationell arbetsgrupp under en månad med deltagande från USA, Sovjetunionen, Japan och ett flertal länder i Europa samt speciellt representanter för de nordiska länderna.

Efter flera års förberedelser har i år nordiskt samarbete på plasma- och fusionsforskningens område börjat ta mera organiserade former.

En samlande aktivitet inom nordisk plasmafysik har sedan 1966 varit de årligen återkommande symposier i plasma- och gasurladdningsfysik som arrangerats i Norge med deltagare från de nordiska länderna. Vid det senaste mötet 1974 bildades Nordiska samarbetsgruppen för plasmafysik med uppgift att verka för ett nordiskt samarbete inom plasmafysikens

Internationell utveckling 223

område. Gruppen skall även medverka till gemensamma nordiska samarbetsprojekt med nordiska institutioner.

Norska och danska representanter finns även i fusionskommittên inom svenska atomforskningsrådet (AFR). Kommittén har bl a till uppgift att bevaka den internationella utvecklingen på plasma- och fusionsområdena. Avdelningar för plasmafysikområdet finns även organiserade inom Norsk Fysisk Selskab och Svenska Fysikersamfundet.

Inom European Physical Society (EPS) finns en speciell plasmafysiksektion.

För EG-länderna är plasma- och.fusionsverksamheten inom Euratom den del av aktiviteterna som varit mest framgångsrik och ett flertal laboratorier gör betydande satsningar, så t ex Garching i Västtyskland och Culham i Storbritannien, Jutphaas i Holland, Frascati i Italien, Grenoble och Fontenay-aux-Rose i Frankrike samt sedan nyligen inom Norden Risd vid Roskilde, Danmark.

Från svensk sida har förhandlingar pågått för att sondera möjligheten av svenskt deltagande i plasmadelen inom Euratom.

Man söker för närvarande realisera förslaget inom AFR att ha en svensk tekniker som representant inom verksamheten för den projekterade stora fusionsenheten JET (Joint European Tokamak) i Culham, som kommer att betinga en kostnad av ca 250 Mkr, och därmed nödvändiggör internationellt samgående.

Det har från forskarhåll framhållits att en fullständig uppslutning från svensk sida på Euratoms fusionsprogram torde innebära en alltför låst situation för den svenska fusionsforskningen med risk för en icke önskvärd hård styrning av den svenska forskningen. Olika möjligheter med mera flexibla former för organisatoriskt samgående torde dock föreligga. Dessutom låter sig mera direkt samarbete med de europeiska laboratorierna från svensk sida i allmänhet lätt

224 Kap 1, Appendix 2: Fusionsteknik

arrangeras. Deltagande i Euratoms advisory groups, där den vetenskapliga expertisen finns representerad, torde för svensk sida vara av betydande intresse inte minst för utvärderingen av den svenska verksamheten. Det ankommer delvis på strukturen av fortsatt svensk fusionsforskning vilken angelägenhetsgrad svensk representation i advisory groups kan komma att få. För projekt som är aktuella för flera olika typer av fusionsmaskiner (t ex diagnostik eller upphettning av plasma, eller plasma-neutralgasväxelverkan) kan en sådan representation ha störst intresse. För kännedom om fusionsreaktorteknologisk planering kan deltagande i advisory groups även synas vitalt. Frågor som man i dessa sammanhang bör analysera (sådana studier görs t ex i Tyskland) för svensk del är bl a om fusionskraftverk enligt principen inneslutning av gasplasma över huvud taget skulle vara lämpade för svensk kraftförsörjning för den händelse dessa endast skulle visa sig ekonomiska med en minimieffekt av t ex 5 000 MW per reaktor, och i övrigt vilka SPeCifika fusionsreaktorteknologiska intressen som föreligger för svensk del. Man kan redan nu säga att fusionsreaktorer baserade på laserinducerad fusion skulle erbjuda möjligheter till varierande storlek på uteffekter från t ex 500 MW och uppåt. Allmänt sett synes det helt klart att med den intensiva aktivitet som kan förväntas på fusionsforskningens område inom den kommande tioårsperioden de internationella kontakterna blir alltmera väsentliga för bedömningar och utveckling av den svenska verksamheten.

Det är vidare på sikt utomordentligt väsentligt att i Sverige ett flertal yngre forskare bereds möjlighet att nå en hög

kvalifikationsnivå för att aktivt och framgångsrikt kunna

verka inom den närmaste 30-årsperioden inom plasmafysik och fusionsforskning, detta sett mot bakgrunden av den mycket kraftiga aktivitet och de sannolikt mycket betydelsefulla resultat som man kan vänta sig inom den internationella forskningen. Dessa yngre forskare bör under hand liksom deras ledare aktivt engagera sig i internationell teknisk-vetenskaplig forskningssamverkan och i en konstruktiv debatt på fusionsområdet.

sou 197473 Möjligheten/ör insatser 225

svenska

3 Möjligheter för svenska insatser

Fusionsforskningen spänner allmänt sett över ett utomordentligt brett fält. Här finns utrymme för svenska insatser, som kan komma att spela en betydelsefull roll i den internationella debatten och utvecklingen, med de ekonomiska ramar som torde kunna komma i fråga. För svensk del bör härvid koncentration. ske kring väsentliga delproblem och principfrågor som vilar på direkt grundvetenskaplig bas. Som framgår av den följande teoretiska och experimentella presentationen lämpar sig sådana delproblem och principfrågor inom fusionsforskningen som gäller såväl magnetiskt inneslutna gasplasma som laser-plasma (eller/och elektronstråle-plasma) väl för svenska insatser av grundforskningskaraktär. Samtidigt ges möjligheter för insatser på material- och kemisidan i anslutning till reaktorteknologiskt inriktade studier, som med en grov uppskattning komer att kräva en växande insats inte endast under den kommande men under uppskatt-

tioårsperioden,

ningsvis en 30-årsperiod.

Fusionskraftområdet upptar enligt vad vi redan antytt och i fortsättningen vidare kommer att analysera ett helt komplex av problemställningar. Vi har både plasmafysikaliska, reaktorteknologiska och driftsekonomiska problemgrupper. Vi måste i viss mån hålla isär dem, eftersom de representerar helt olika kostnadsramar och olika verksamhetsfält. Det är Väsentligt att ta hänsyn till detta när vi bedömer möjligheterna att göra svenska insatser.

3»1

E1e§@2§z§iE2li§Ee_2§9ä1sE

Den plasmafysikaliska delen är ytterst väsentlig på det internationella planet. Man kan i dagsläget ej säkert avgöra vilka principer och apparattyper som kommer att leda till de slutgiltiga, praktiskt användbara fusionsreaktorerna. Det är den grundläggande plasmafysikaliska delen av fusionsforskningen som har till huvuduppgift att söka ge vägledning inför slutliga avgöranden beträffande princip och typ för fusionsreaktorer. Att detta är en synnerligen betydelsefull

226 Kap I, Appendix 2: Fusionsreknik

framstår bl a av det förhållandet att kostnaden för uppgift fullskalereaktorer är grovt räknat en faktor l 000 gånger än ordinära experiment i laboratorieskala. Det är därhögre för väsentligt att den grundläggande plasmafysikaliska fuges en betydande bredd och skapar en vid sionsforskningen kunskapsuppbyggnad som underlag för beslut rörande varje vidare steg i utvecklingen. Den internationella forskningsutvecklingen väntar sig, och kvalificerade svenska forskare är beredda att göra sitt yttersta för att bidrag från svensk sida under de kommande åren skall ge väsentliga och kanske avgörande byggstenar till fusionsproblemets lösning. Detta gäller såväl på området magnetisk inneslutning som på laserfusionens område.

Man kan som lämpliga forskningsfält för svenska insatser inom den grundläggande plasmafysikaliska sektorn med direkt fusionsanknytning ange delområdena plasmainneslutning, plasmajämvikt, linjära och icke-linjära instabilitets- och vågfenomen, uppvärmningsmekanismer, växelverkan mellan plasma och neutralgas, laser-plasma växelverkan, plasmadiagnostiska metoder etc.

uppföljning av den internationella forskningen bör Noggrann från svensk sida ske beträffande såväl magnetiska inneslutsom metoder baserade på laserfusion m m. ningsmetoder

3-2 Reaktorteknologiska problem

Med hänsyn till kostnadsnivån får man beträffande de reaktorteknologiska problemen räkna med att svenska insatser måste begränsas till punktangrepp, väldefinierade problem, inte alltför stort upplagda. Man kan här tänka sig insatser från AB Atomenergi, reaktorteknologiska institutioner vid universitet och högskolor och vissa industrier. Uppföljning av den allmänna internationella utvecklingen av reaktortekoch fusionsreaktorn är väsentlig sett från svensk nologin sida. Deltagande i konferenser och tillfälliga laboratoriebesök kan härvid, såsom inom AFR:s fusionskommittê föreslagits, vidareutvecklas och på ett viktigt sätt kompletteras

Åläiligheterför svenska insatser 227

genom förläggning av svenska tekniker till vissa större projekt och arbetsgrupper i utlandet under längre perioder. Deltagandet bekostas då från svensk sida.

Beträffande fullskaliga fusionsreaktorer ligger dessa ännu avlägset i tiden, men vi bör från svensk sida följa upp den planering och utveckling som kan komma att ske utomlands. I USA och Västeuropa satsar man stora resurser på utveckling och utprovning av supraledande magneter i samband med de reaktorteknologiska problemen. Det är inte lätt att se hur Sverige t ex här skulle kunna bidra med något nytt. Återigen måste konstateras att svenska insatser måste begränsas till vissa punktinsatser då det gäller reaktorteknologin. Motiveringen för sådana punktinsatser och orsaken till att man börjar så pass tidigt att syssla med teknologi själva reaktorn kanske 20-30 år framåt i tiden - är att man ligger behöver följa upp utvecklingen för att ha ett beslutsunderlag när tiden blir aktuell att man skall börja intressera sig för fusionsreaktorer för det svenska kraftalstringsprogrammet. Materialfrågor som hör samman med säkerheten hos fusionsreaktorer är ett viktigt område för punktinsatser. Det är också viktigt att de insatser man gör på svensk sida verkligen uppmärksammas i internationella samanhang. Man kan annars inte räkna med att få någon väsentlig och initierad information, om man inte har någonting att byta med. För dagen har man inom svensk industri (ASEA) inte haft några tankar kring materialfrågorna direkt för fusionsreaktorproblemen. Man bedömer det som alldeles för tidigt att börja tänka på. Däremot kan man tänka sig viss komponenttillverkning för det elektriska systemet, vilken inte bara blir aktuell för den slutliga reaktorn utan också för de mycket stora experimentreaktorer som komer att byggas.

Industrin visade stort intresse för möjligheten att enligt Fusionskommittêns förslag skicka observatörer att mycket noggrant följa utvecklingen på tekniksidan och betonade särskilt ett intresse för laser-plasma-tekniken.

228 Kap I, Appendix 2: Fusionsteknik

3-3 Bêxeses_9eE_Eeei§Eê_2:9§1ee

Fusionsreaktorteknologin aktualiserar även råvarufrågorna och vid sidan av materialproblemen även kemiska frågeställsom man kan hänföra såväl till grundforskning som ningar till teknisk forskning. Råvarorna är deuterium, tritium och litium. Vetenskap och teknik beträffande smälta litiumsalter kommer i hög grad in i bilden och över huvud taget alla litiummetallers fysikaliska, kemiska och termodynamiska egenskaper liksom plasmats inverkan på fasta ämnen och metall- eller saltsmältor. Frågor av denna art kan beaktas vid materialcentra som bildats vid CTH och KTH. Man bör bevaka utvecklingen på området (referens: D M Gruen, The Chemistry of Fusion Technology, Plenum Press, 1972).

3-4 âeE9!_§!_§seElisE_§§êé

Med hänsyn till karaktären av den fusionsforskning som kan överblickas för den kommande tioårsperioden torde denna typ av forskning i alla avseenden fylla kriterier på behov av statligt stöd. Atomforskningsrådet (AFR) ser som sin uppgift att stödja grundläggande fusionsforskning både vad gäller inneslutning och laserinducerad fusion eller andra magnetisk nya varianter som kan uppkomma under hand, t ex elektronstråleinducerad fusion. AFR har en särskild fusionskommittê som ägnar sig åt fusionsfrågekomplexet i relation till den internationella utvecklingen. AFR har vidare inrättat en energigrupp som bevakar de delar av energiprogrammet som ej rör fusion. Styrelsen för teknisk utveckling (STU) anser att även om dess satsningar i många stycken måste vara kortsiktiga är inom energitekniken tidsskalan så stor, att insatser på tidrymder på upp till 50 år ej är orimliga. Bland de långsiktiga projekten intar fusionsreaktorn en särställning. STU anser sig vilja satsa så mycket att vi kan vara med och följa den internationella utvecklingen och få klarhet i vad som är sanning i dag, så att vi inte får en felaktig inställning.

svenska insatser 229

SOU 1974.73 Möjligheterjör

Resursbehov för Aktiebolaget Atomenergi under 1974-1984

För långtidsplaneringen av energiutbyggnaden i Sverige är det att kontinuerligt följa upp utvecklingen så att viktigt man fortlöpande kan göra en väl underbyggd bedömning av fusionsreaktorns roll i landets framtida kraftförsörjning.

Förutom en sådan mera översiktlig bevakning av utvecklingen behövs inhämtande av mera detaljerade kunskaper grundade på utvecklingsarbete inom områden som bedöms som särskilt eget materialfrågor av betydelse för ekonomi viktiga, exempelvis och säkerhet.

Atomenergi (AE) planerar för den närmaste tioårsperioden insatser rörande fusionsreaktorns teknologi, fördelade på undersökningar dels i anslutning till KTH-verksamhetens med avseende på framtida reaktorintressen, dels beprogram träffande av fusionsreaktorutvecklingen i stort.. uppföljning Vidare avser AE att bedriva utredningsarbete för att söka klarlägga vilka områden som särskilt väl lämpar sig för svenska forskningsinsatser på fusionsteknologi och för att sådant och utvecklingsarbete för detaljutforma forsknings- AE:s del. Insatserna avses härvid beakta såväl teknikutveckling för magnetisk inneslutning av gasplasma som högeffektlaserteknologin. En samanställning av föreslagna insatser ges i tabell l.

Tabell l: Insatser och medelsbehov för FoU rörande fusionsreaktorns teknologi vid AB Atomenergi

Medeligsats per år Projekt 1974/75 75/76-79/80 80/81-84/85 Manår Kostnad Manår Kostnad Manår Kostnad tkr tkr tkr 450 - - Utredning av 2,0 530 2,0 KTH-projekt för 315 5,0 l 050 3,5 800 Grupp upp- 1,5 följning av fusionsreaktorns utveckling Direkta sven- 1,0 235 3,5 800 5,0 l 200 ska insatser

230 Kap I, Appendix 2: Fusionsteknik

Resursbehov för Institutionen för med Fusions- Plasmafysik fbrskning vid KTH under perioden 1974-1984

Med förbehåll för svårigheterna att bedöma fusionsforskningens framtida utveckling skall här angivas några grovt uppskattade riktvärden för tre tänkbara resursnivåer (l),(2),(3), där (1) svarar mot ett minimum av resurser för meningsfull verksamhet, (3) mot det maximum av resurser som kan utnyttjas optimalt vid en kraftig expansion av forskningsverksamheten, och (2) svarar mot en däremellan medelnivå. befintlig

A. Perioden 1975/76 - 1977/78

För denna period kan följande mera i utstakade detalj planer angivas: En uppföljning av undersökningarna av det 1 poloidala fält inneslutna fullständigt joniserade vid plasmat,

temperaturer överstigande 106 OK.

Studier och utveckling av uppvärmningsmekanismer vid i plasmat inmatade effekter på flera megawatts nivå.

Undersökningar av impermeabla plasmor av en omgivna neutralgasmantel.

Undersökningar av stabiliteten och stabiliseringsmekanismerna hos ett plasma vid höga betavärden.

Vidareutveckling av plasmadiagnostiska metoder.

De uppskattade personal- och materialkostnaderna redovisas i tabell 2. Härtill kommer inom denna period sannolikt kravet på en tillbyggnad av institutionens lokaler till en kostnad av omkring 3 Mkr.

svenska insatser 231

Mäjligheterför

resursbehov under - Tabell 2: Uppskattat perioden 1975/76 1977/78 för fusionsforskning vid KTH

1975/76 1976/77 1977/78 Kostnadsslag

Summa

- Tabell 3: Uppskattar resursbehov under perioden 1978/79 1983/84 för fusionsforskning vid KTH

Kostnadsslag Budgetår och resurs-

(Manår) (2) 47 50 53 56 58 60 (3)

Beräknade kostnader (1) 3,7 4,0 4,2 4,5 4,8 5,0 för perso- (2) 4,2 4,7 5,1 6,5 6,9 7,5 nal och materiel (3) 6,1 8,3 8,9 9,6 10,0

232 Kap 1, Appendix 2. Fusionsreknik sou 197473

För denna period kan detaljerade planer inte specificeras på detta stadium. Målsättningarna torde dock bestå i att uppnå i det närmaste termonukleära temperaturer i tillgängliga laboratorieanläggningar och att bl a studera neutronproduktionen i ett deuterium-tritiumplasma. Det uppskattade resursbehovet framgår av tabell 3.

Resursbehov för Institutionen för Elektromagnetisk fältteori (Plasmafysik) vid CTH under perioden 1974-1984

Endast en nivå för forskningsverksamheten angives med hänsyn till att denna svarar mot en omfattning som får anses optimal för verksamhetens karaktär och ändå upptar en mycket måttlig kostnad för viktiga insatser inom den teoretiska fusionsforskningen (kompletterad med vissa dator- och delexperiment).

Verksamheten kommer att bedrivas väsentligen teoretiskt men i nära kontakt med experimenten vid större plasmafysikaliska laboratorier i USA, Sovjetunionen och övriga europeiska laborier.

A. Perioden - 1975/76 1977/78

Projektbeskrivningen för denna period kan i huvudsak uppdelas enligt följande:

Laserinducerad fusion; aktiv forskning, speciellt rörande processer; uppföljning av internationell utveckling även rörande reaktorer.

Elektronstråleinducerad fusion; aktiv forskning, särskilt rörande uppbromsning och upphettning.

Aktuella delproblem rörande inneslutna gasplasmor, Tokamak etc, uppföljning av internationell utveckling även rörande reaktorer.

Turbulens- och anomala effekter; teoretiska studier och tillämpningar avseende upphettning och inneslutning.

Möjligheter/ör svenska insatser 235

Tabell 4: Kostnader för fusionsforskning vid CTH

Budgetår Kostnads- 1975/76 1976/77 1977/78 Slag Manår Kostnad Manår Kostnad Manår Kostnad (Mkr) (Mkr) (Mkr) Personal 4 0,24 5 0,32 6 0,4

Materiel. 0,03 0,04 0,06 Summa kostnader för personal och materiel 0,27 0,36 0,46

Icke-linjära effekter i plasma; grundläggande studi-

er av fundamentala problem; fluktuationer i plasma.

Stokastiska processer och koherens för processer i plasma.

Analys av diagnostiska processer, speciellt för laser-plasma.

De uppskattade personal- och materialkostnaderna för denna period uppgår till belopp enligt tabell 4.

Perioden - B, 1978/79 1983/84

Flertalet av de för den tidigare perioden angivna frågeställningarna torde även här äga hög aktualitet och tillämpning nära tändförhållanden för fusionsplasmat. Den teoretiska forskningen kan tänkas få en mera direkt teknisk tillämpningsanknuten karaktär men är f n knappast aktuell att de-

taljplanera. Riktmärke för gruppens resursbehov N 1 Mkrzår

1983/84.

234 Kap I, Appendix 2: Fusionsteknik sou 197473

êamâaêâssáeásåsêssâéiêi?d

Anslagstilldelningen för fusionsanknuten forskning belöper sig f n till ca 2 Mkr totalt för landet i dess helhet.

Av dessa medel gäller ca 1,6 Mkr den vid KTH bedrivna fu-

sionsforskningen, som f n upptar den enda experimentella forskningen på fusionsområdet i landet. Återstoden faller på CTH, där teoretisk forskning på fusionssidan bedrivs (0,2S Mkr) samt för tekniska utredningsuppdrag på AE och CTH (0,1 Mkr). Dessa medel gäller som framgår av ovanstående i allt väsentligt grundforskning.

En under den närmaste tioårsperioden på rimlig nivå bedriven fortsatt grundforskning torde även med hänsyn till vidgade insatser vid nya institutioner med nybesatta topptjänster kunna tillgodoses inom ramar som mot tioårsperiodens slut uppgår till 10 Mkr/år (räknat i dagens penningvärde).

En tillbyggnad av institutionslokalerna vid KTH planeras belöpa sig till 3 Mr.

En utbyggnad av datorresurserna för den teoretiska verksamheten vid CTH uppskattas till 1 Mkr.

Skulle mot slutet av tioårsperioden vunna erfarenheter motivera en teknikutveckling med reaktorinriktning kan kostnaderna komma att stiga betydligt; uppskattningarna kan härvid ej fastställas med någon rimlig grad av säkerhet, men de får ses mot bakgrund av att en fullskalig reaktor ligger på kostnadsnivån 1 000 Mr. Man måste rimligtvis anse att ett tg: talt minimibelopp för svensk fusionsforskning för effektiv utnyttjningsgrad i relation till den internationella utvecklingen torde kunna uppskattas till totalt 50 Mr (i dagens penningvärde) för den kommande tioårsperioden.

Referenser 235

REFERENSER

H Wilhelmsson et al. Utredning angående Fusions- 1) forskning i Sverige (granskning av femårsplan), AFR (1971)

B Lehnert, Förslag till FoU-Aktiviteter inom Fu- 2) sionsforskningen i Sverige (1974)

M S Rabinovich, Controlled Fusion and Plasma Phy- 3) sics, Report on the sixth European Conference, Moscow 1973, Nuclear Fusion lå, 935 (1973)

4) C M Braams, Status of Thermonuclear Research, Europhysics News, Å, 6 (1974)

J Emett and L Wood, Laser-induced ther- 5) J Nuckolls, monuclear Fusion, Physics Today, 46, August (1973)

F Winterberg, Initiation of Thermonuclear Reactions 6) Electron Beams, Nuclear Fusion lg, by High-current 353 (1972)

7) H Wilhelmsson, Basic Processes in Laser-plasma Interaction, EMTT Report CTH (1973)

M Bonnedal, Laserfusion - en inledande översikt av 8) dagsläget, EMFT Rapport CTH (1973)

APPENDIX 3

Hans Wilhelmsson:

MAGNETOHYDRODYNAMISKA (MHD-) GENERATORER

l Inledning. Princip. Tekniska problem

består i att en elektriskt ledande gas, i fö- MHD-principen rekommande fall ett delvis joniserat plasma med en temperatur av ett tusen t ex 2 600 OC, vilken har en par grader, strömningsrörelse vinkelrätt mot ett yttre statiskt magnettill yttre strömar mellan elektroder som fält, ger upphov anbringas till den ledande gasen.

MD-generatorer befinner sig i ett helt annat utvecklingsstadium än fusionsreaktorn. Det är sålunda inte fråga om utan kan snarare betraktas som en mera någon ny energikälla effektiv termisk maskinu De fysikaliska principerna har demonstrerats experimentellt och fungerande prototyper finns. Det kommersiella genombrottet hindras, såsom man från industrihåll ser det, av två svåra tekniska problem, näm- (ASEA) ligen svårigheten att finna billiga högtemperaturbeständiga material respektive en tillräckligt billig supraledande magnet. gäller främst tekniska Forskningen på MD-generatorer och materialproblem och i mindre utsträckning teorefrågor tiska och plasmafysikaliska problem.

MD-kraftstationer har betydande fördelar, nämligen högre totalverkningsgrad på grund av högre driftstemperatur, högre effekttäthet, goda regleringsegenskaper samt utomordentkorta starttider,«som kan ligga under sekundområdet ligt (gäller anläggningens MHD-del).

som man möter genom att.föra in dessa fördelar Svårigheterna består i att utveckling krävs av delvis nya teknologier be-

238 Kap I. Appendix 3. MHD-generatorer

träffande högtemperaturmaterial, högtemperaturvärmeväxlare, supraledande magneter, DC/AC-växelriktare samt kaliumåtervinning.

Det existerar redan mycket stora prototypanläggningar. Den f n största, är U-25, en 25 Mwe anläggning som är i drift utanför Moskva sedan 1971. Den kanal som under 1960-talet har alstrat den största effekten är Mark V av Avco-Everett, som har alstrat 32 Mwe. Kommersiella av MBDanvändningar generatorn kräver dock enheter av storlekar över 100 Mwe, och prototyper till dessa kan inte förväntas förrän vid slutet av 1970-talet.

MD-generatorn har sitt främsta användningsområde för topplast (driftstider under ca l 500 timmar/år). För grundlast är ett atomkraftverk mera Dock är för gynnsamt. grundlast ett MD-kraftverk överlägset ett konventionellt fossilt eldat kraftverk.

Kring den stora MHD-anläggningen utanför Moskva har byggts upp ett utomordentligt som är ryskt-amerikanskt samarbete, bilateralt och till vilket den tredje stormakten på MHDfronten, nämligen Polen, nu ansluter sig. Viktiga beslut för den komande utvecklingen på området kan man därför räkna med kommer att fattas internt inom denna grupp.

Under ett mångårigt arbete har man från svensk sida kunnat arbeta upp mycket goda internationella vilket kontakter, har medfört att man kunnat få ta del av mycket stora program till ringa kostnad.

2. Ett skandinaviskt MHD-forskningsprojekt

I särskilt yttrande från Aktiebolaget Atomenergi beskrivs ett projekt som har till att inom målsättning en femårsperiod skapa underlag för ett beslut beträffande ett MMD-prototypkraftverk för topplast i storleken 50-100 Mwe. Man avser att om möjligt bedriva arbetet inom ramen för det nordiska samarbetet. Arbetet skall även omfatta fördjupande

MHD-generatorer 239

av övriga internationella kontakter. och utvidgning

Projektet är uppdelat på fem faser:

Fas l Studium av lämpliga MD-kraftverksprocesser

samt anpassning av valda processer till Fas 2 Systemstudier de enskilda ländernas speciella förhållanden

Fas 3 Val av lämpliga experimentella undersökningar

Fas 4 av experimentanläggningar samt genomfö- Uppbyggnad randet av experiment

Fas 5 Utvärdering, framtagning av prototypunderlag.

- dvs Faserna l och 2 gäller studier av lämpliga processer kretsstudier - fas 2 en fördjupning av dessa, som beräknas Fas 3 skulle inklusive framtagande av pågå fram till 1975. underlag vara avslutad 1975. Fas 4 planeras experimentella och man bör då ha ett underlag för ett vara avslutad 1977, Sedan vidtar mera kostsamma beslut angående en prototyp. 1978-1984 för en i drift varande prototyputvecklingsarbeten Man måste räkna med att STU ej kan stå prototyp år 1984. dessa och man får överväga för höga utvecklingskostnader, och ASEA kan ha intresse i en sådan utveckom Vattenfall visat sitt principiella inling. l Sverige har Vattenfall studium av MHD-kraftverk för toppkraft. Liktresse för ett kan förväntas i t ex Norge. Avsikten är att nande behov fr 0 m fas 2 driva projektet som nordiskt samarbete.

håll har betonats att en statlig Från industriellt (ASEA) som syftar till att finsatsning på grundläggande forskning material respektive en na billiga högtemperaturbeständiga billig supraledande magnet är angelägen. tillräckligt

3 Kostnader

visar manårsinsatser och kostnader för Nedanstående tabell de olika faserna:

240 Kap 1, Appendix 3: MHD-generarorer

Medelinsats/år Fas 1974/75 1975/76-1977/78

Manår Kostnad Manår Kostnad tkr tkr

2 och 3 (utredningsfasen) 600 - - 3,5 4 och 5 6,0 1 100

APPENDIX 4

Hans Wilhelmsson:

ENERGIÖVERFÖRING M M PÅ GRUNDVAL AV AVANCERAD FYSIK

l Kraftöverföring med hjälp av laser eller mikrovågor

Laser och mikrovågor utgör båda former av elektromagnetisk Med modern teknik är det möjligt att alstra såstrålning. dan strålning med betydande intensitet och med hög grad av koherens. Det senare är viktigt för att hålla samman ett vid utbredning över större avstånd, vilket har strålknippe särskilt intresse för de frågeställningar som i detta sammanhang är aktuella. Den energi som per tidsenhet transporteras genom varje ytenhet som träffas av den elektromagnetiska strålningen är proportionell mot kvadraten på den elektriska i strålningsfältet, eller om man så fältstyrkan vill mot antalet kvanta, fotoner.

Man har över att använda dessa intensiva strålspekulerat källor för energiöverföring. Möjligheterna att realisera sådana tekniskt är starkt begränsade av det förhålprojekt att inte kan bortse från det medilandet, man i praktiken um i vilket utbredningen sker, utan att detta kommer att inverkan det orsakar ha en begränsande genom att spridning och absorption av strålningen. Alternativt får man ordna förhållandena så att dessa effekter begränsas eller elimineras utbredningen sker i evakuerade kanaler, genom att Härvid måste man då tillse att man för t ex mikvågledare. rovågsledare har ytterst liten förlustdämpning i vågledarväggarna. Man har mött motsvarande problem i den forskning som bedrivs rörande optisk kommunikation, och man kommer sannolikt i ännu högre grad att möta dessa problem med utför de höga effektnivåer som man har att bredningsmediet räkna med för med strålning. Man har för energiöverföring

242 Kap I, Appendix 4:

Energiävet/öring

den optiska kommunikationen tänkt sig att för långdistansöverföring konstruera-och bygga långa evakuerade vågledarrör. I dessa tänker man sig placera upprepade irisbländare för strålknippet eller alternativt ha någon strömmande gas med radiellt avtagande täthet i en cirkulär för vågledare att åstadkoma samanhållning av strålknippet. Även om man här genom experiment och teori kommit och även utfört långt omfattande tekniska undersökningar, så ligger den optiska kommunikationen långt i framtiden då det kommersigäller ellt utnyttjande. Kostnaderna visar alltför i resig höga lation till dagens behov att utnyttja den mycket stora kommunikationskapacitet som dylika system erbjuder. I rymden, där man kan räkna med att med god approximation ha ideella utbredningsförhållanden, ställer sig frågan annorlunda, och NASA planerar flera satellitexperiment med optisk kommunikation. Man kan här även tänka sig av strålningsöverföring energi. I viss utsträckning kan man ju säga att satellittekniken redan en sådan utnyttjar genom att med hjälp av solbatterier lagra energi från Från svensk solstrålningen. sida förekommer ingen verksamhet inom industri eller högskolor på forskning rörande möjligheterna att överföra kraft med laser- eller mikrovågor. Kraftlaserutvecklingen pågår annars med betydande intensitet internationellt. Vid besök på franska laboratoriet Limeil utanför Paris och vid konferensen i Garching, Västtyskland, i april 1974 framkom vid samtal med forskare bl a från Japan och USA att kraftöverföring med laser knappast utgör något bearbetat forskningsfält för närvarande, även om det bedrivs en stark kraftlaserutveckling, som i hög grad är militärt motiverad, och därmed till stor del hemligstämplad. Från svensk sida får man avvakta utvecklingen och söka följa denna.

2. Energilagring med utnyttjande av atomära eller molekylära system

Ett centralt problem för den moderna energitekniken är möjligheter att lagra stora mängder energi inom små volymer. Det är väl känt att energilagring med hjälp av elektriska eller metoder i allmänhet ej erbjuder några stomagnetiska ra möjligheter.

Energiöverföring 243

Den moderna utveckling inom atom- och molekylfysik fysikens liksom inom fasta tillståndets fysik kan komma att öppna att energi inom små volymer. Intresnya möjligheter lagra i dessa är särskilt materieformer som insanta sammanhang där befinner sig långt från termonebär tillstånd systemen man väl lagra energi i betydande dynamisk jämvikt. Lyckas inom kan detta innebära betydande konsemängd små volymer att energi i olika kvenser för möjligheterna transportera sammanhang.

3. Isotopseparation med laser

av laser har vid Bland de energitekniska tillämpningarna försöken att åstadkomma laserinducerad fusion på sidan av med laser ägnats särskilt insenare tid isotopseparation E. Teller har varit en förespråkare för destresse. Edward och forskningslaboratorierna i Los Alamos, sa möjligheter i Amerikanska Atomenergikommissionens regi, besom drivs av Keith som förestår laserdriver under ledning Boyer, plasmaprogrammet, en intensiv forskning på isotopseparation torde finnas skäl att vänta sig att man vid med laser. Det denna står de tekniska problemens lösning separationsmetod än inom fusionsforskningen och vissa smärbetydligt närmare re uran har redan producerats i laboratorieexperimängder med andra separationsmetoder viment. Kostnadsjämförelser med laser skulle kunna vara ekonosar att isotopseparation miskt fördelaktig.

Man kan använda en tillsammans med UV-1aserstrål-

C02-laser

från sätts det ena isotop-

ning. I IR-strålningen C02-lasern

lagret i vibration och dessa vibrerande molekyler reagerar

sedan med UV-strålningen som samtidigt påtryckes. Även om isotopseparation med laser i första hand har intresse för separation av uran kan man också utföra experiment i laboratoriet med andra molekyler, såsom föreslagits av Teller,

t ex Andra alternativ är deuterium och C14.

SF6.

244 Kap l. Appendix 4: Energiövegfiring

Även om man i USA har kommit långt på med isotopseparation laser torde det från svensk sida kunna vara av intresse att genom laboracorieexperiment i mindre skala skaffa sig viss grundläggande erfarenhet på området. Sådan verksamhet har övervägts på CTH i samarbete med FOA. Kostnaden för en sådan verksamhet torde kunna rymmas inom en kostnadsram på något hundratal kkr per år.

APPENDIX 5

Dick Lundqvist:

OUTTÖMLIGA ENERGIKÄLLOR

att direkt eller indi- En samanställning av möjligheterna ur solstrålningen eller jordens inre. rekt utvinna energi

1 Bakgrund

Vi befinner oss i ett läge där vi med stort eftertryck hotet att basen för vår ställs inför energiförsörjningen, välfärd och hoppet för dess fortsatta mödosamt uppbyggda sina. Jordens under miljontals utveckling, är på väg att år ackumulerade förråd av fossila bränslen, av upplagrad kan komma att tömmas genom ett fåtal människosolenergi, växande förbrukning. Det är då generationers exponentiellt att den energihungriga mänsklighetens uppmärksjälvklart mot andra tänkbara energikällor, mot den i samhet riktas atomkärnorna energin lika väl som mot den till sylagrade och överflödande rika källan till all den nes outtömliga solstrålningen och de effekter som ackumulerade energin, i sin tur utlöser i naturen runt oss. denna

storleken av den solenergi som strömar in mot Den enorma i jämförelse med varje förvår jord är så överväldigande oss ett lockande tekniskt mål. utsett behov, att den bjuder har vi ännu inte funnit någon ekonomiskt acceptabel Tyvärr direkt ur denna aldrig sinande metod att tappa av energi

källa.

strävanden efter att aktivt kun- Mänsklighetens långvariga och skörda solenergin har i stället manifestena utnyttja konstrukrats i en lång serie av optimistiska idêer, tappra och bittra besvikelser. Om vi därför på nytt tionsförsök att den tekniska och ekoskall våga försöket bryta igenom våra krävs det tydnomiska barriär som hejdat föregångare

246 Kap 1, Appendix 5:

Outtömliga energikällor

sou 197473

ligen att vi går till verket utrustade med nya, bättre idé-

er, att vi utnyttjar de nya tekniska som

förutsättningar under tiden har vuxit fram och att vi lär oss undvika de fel som strypt tidigare projekt.

Varje projekt som studeras måste ställas i relation till de totala energibehov som föreligger. Vi måste alltså genast fråga oss, om det kan ge mer än ett marginellt bidrag lokalt eller universellt. Vi måste också klart göra för oss att om något system för utnyttjande av solenergin eller dess naturliga omvandlingsformer skall vara attraktivt måste det utvecklas med en sådan teknologi och till en sådan stordrift att energin inom det kan skördas till en total kostnad som kan konkurrera med kärnenergin, som efter prishöjningarna på olja blivit prisledare. Detta ca 5 öre/kwh. betyder

1.1 I behandlade svstem rapporten

Alla insatser på detta område måste betraktas mot en internationell bakgrund, eftersom diskussioner och ett vittförgrenat samarbete pågår över hela världen, håll med på sina avsevärda resurser. Detta har klart såväl vid framgått hearings som vid genomgång av aktuell litteratur. De system som presenteras i denna rapport har sålunda i flertalet fall hämtats utifrån men i tillämpliga fall modifierats för svenska förhållanden. Nedan redovisas:

För dessa energikällor generella problem Solceller för direkt elgenerering Solvärmda ångkraftverk Strålningsenergins utnyttjande via biosystem Vindkraft Vågkraft Utnyttjande av termiska gradienter i havsvatten Geotermisk energi

1.2 Solenergins för- och nackdelar

För att lättare kunna utvärdera de data och idéer som sena-

Bakgrund 247 sou |974;73

re framförs kan det vara lämpligt att inleda framställningen med en summering av de för- och nackdelar som är förenakällor för direkt eller indirekt solde med ovan anförda energi.

ett outsinligt flöde av energi, som Solstrålningen utgör tillför vår flera tiopotenser mer av kontinuerligt jord denna energi än vad våra mest ambitiösa utvecklingsprognoförutser att världshushållet kan kräva under överskådser lig tid.

kvanta som bygger upp detta flöde är, De diskreta (fotoner) fram till vår atmosfär, ordnade i parallella banär de når De har därför en sådan högre grad av organisation, som nor. direkta konvertering till elektunderlättar strålningens risk energi.

detta flöde är jämnt fördelat över jordens Men genom att tvärsnitt blir dess densitet (täthet) ändock så pass låg, för att det skall kunna nyttiggöras i att förutsättningen stor skala är att det kan koncentreras med någon naturlig teknisk mekanism. Vi lever alltså här på jorden i ett eller i vilket vi ömsevis måste skydda oss känsligt balanssystem av solenergin, ömsevis mot besvärande höga koncentrationer måste söka öka dem för vår egen försörjnings skull.

1-3

_êelsessåisiåaesééáeê

kunna skaffa oss en klar överblick över de För att vi skall som vi här skall diskutera kan storleksordningar och samband att inleda med en sammanställning av de det vara lämpligt som vi oftast I energimått, system och absoluta kvantiteter möter i litteraturen och utnyttjar i projektbeskrivningarna. En sådan återfinns i tabell l. Det kan vara instruktivt att en stund sitta och jämföra de olika storheter som där

angivits.

Den mot jorden infallande strålningen har i rymden utanför atmosfären och i ett plan vinkelrätt mot dess rörelserikt-

248 Kap I, Appendix 5:

Outtömliga energikällor

Has um

amumno

oem

øoHumøouou

nom

mamma emma

H

oHmH

uuwe ooom

H

mmHo

u

Hex

GNUGSD mmmua aomuo_

»H

V HW Hm

H um

.HmSm

uH

sou sou H

mg

mømH

mHmumuÅucmÖH

Hos

nmamnmmmu

H H

Hmuu

øonuxøaw aovHum

H H H

øoHus:wøoxHwHmao

vmnwuoamuum

coquaømzoxwwuuam

H

amgw

uunumuHaH

ucmHmH>xoHmHmøm w=HcHmHumøHHom

mHon

ummHuw

.S00

mwømafø

uosHw›mwuHøømHnunm

mvcmumnumms

umaHmmmøHuømungnm

Hmuwuauømxøx

Hmm

Hwumøum=oHmmHm

Hza

Hmaümxm

aaucmH øouuxmaw

S0

wmmauouym mømuHum moawoum

sou

Hmuoa Hmuoa

H H EOGH H

:oo

o-oH. m-oH. NHoH.

E?

SoH.

wwumdw

moH. moH. moH. MQH. oH. oH.

xmauuxmau

o-oH.HmN.o m%oH.HoH.c

xmwuxmnm Axmmaxuuv

m«H.o

Hwuoøm

oH.H

muwuamumøm

m«.o oH.H oH.H oH.H .Tio Hm.H

m

w.HH o.mN o.mN

H

om

mezvw

WH!

mvdäøwmøm

m

w%oH. wHoH. .N07

mH-oH.Noo.H

OA. MOH. oH. moH. oH.

xmauuxmao

moH.mmo.H ooH.mmo.N

amuømøñuøam

Axmmømxoav ooH.ooo.m ooH.qwH.H NoH.ooN.o «NcH.cmm.c

omm.H mH.q

...mumøm

mia

mwømñmøm

Hmm N.q

o.wN

H q.m

H.Nq

Nm oa om

auumhm

.Hmm moH. moH. w%oH. oH.

.MmMEHOH moH.NmN.o moH.oow.o ooH.ooo.H moH.ooo.H

.Two

.mmnmøm mmN.o

mxwao

05.0 Emummm

m.oH m.HN m.HN

H

0 ne

wHoH.

oH.

GNHHME 33.3

oaUnamac

uwøouuxmam

ø

umøouom

mN.o Hm.m

nuo

H

UWHGHDMHHMH. ^Hmozv

Ä nano

mbaumøumuaøw

.uoom MHoHmo uHsuunH

.Hmumnøm

m

man axx Hmoo

Hamann.

H ms Hmm

H H H H H H H H

S()lJ 1974:73 Bakgrund 249

|nstrålad energi i W/mz vid AÄ = 0,1 pm ZOOJ

uta nför at mosfären vid markytan med solen i zenit

100-

SYNLIGT lNFRA RÖTT LJUS 0,5 1 1,5 Ljusets våglängd inn se 2 1 Q5 Den enskilda fotonens energi i eV n

Fig. 1: Solstrålningens spektrala fördelning. Angivet energivärde över en bandbredd på 0,1 um och anges

summeras

i wattlm . Inom UV-området faller ca 3 Z, inom det synliga ca 42 Z och inom IR-området ca 55 Z av all energi.

- u . 2 ning en tathet som motsvarar en effekt pa ca 1,40 kw/m . Strålningen är sammansatt av kvanta med skilda värden, som fördelar sig över ett s k energiband så som framgår av gif gur 1.

Av intresse för det fortsatta resonemanget är att notera att 90 Z av den totala infallande strålningens energi ligger inom ett område där de enskilda fotonerna har högre energivärde än 1 eV (kortare våglängd än 1,24 um).

På väg ned genom atmosfären växelverkar fotoner med vissa bestämda energivärden med gashöljets beståndsdelar liksom med däri svävande fasta partiklar. Härigenom utbildas en selektiv absorption av vissa våglängdsband såsom framgår av

250 Kap 1, Appendix 5:

Outtömliga energikällor

figur 1, och en del av energin återutsänds direkt mot rymden. Det är därför en reducerad energiström som träffar jorden.

1.4 Vägar för solenergins omvandling

När vi nu vill studera hur mycket nyttig energi som solstrålningen ställer till vårt förfogande måste vi också betrakta de omlagringsprocesser som detta energiflöde genomlöper i naturen. I tabell 2 har vi ställt samman de viktigaste vägarna, vilka var för sig medför en mer eller mindre utpräglad anrikning av energin till sekundära energikällor. Vi har också såsom referens infört ett värde på den svenska energiförbrukningen.

För var och en av de sekundära kan vi lista energikällorna ett antal möjligheter till med vilkas omvandlingsprocesser, hjälp vi tekniskt kan nyttiggöra utvunnen I tabell energi. 3 har några sådana huvudalternativ sammanställts och deras beräknade maximala kapacitet för hela världen angivits jämte ett par uppskattade siffror för vårt land. eget

Tabell 2: Solenergins flöde i naturen, dess kvantitativa fördelning och relation till Sveriges genereringskapacitet för el.

Mekanisk energi i vindar, vågor, strömmar 370 0,2 Kemisk energi i biosystem Fotosynteser 40 0,02

Sveriges installerade eleffekt år 1975 ber. 0,023

Bakgrund 251

Det totala energibehovet år 2000 har för hela världen uppskattats till 160 000 TWh. Om 30 Z härav skulle levereras som elenergi med en medelverkningsgrad på 35 Z vid konveroch om tillgängligheten och utnyttjandet av olika teringen som medeltal uppskattas till 4 000 tim/år anläggningar krävs en total på 60-70 TW. anläggningskapacitet

För att täcka hela detta behov med en enda energikälla, t ex i form av ett solångkraftverk, vore det teoretiskt

tillräckligt med anläggningar som täckte 1 820 000 kmz,

vilket är ca 13 Z av våra torra öknar eller 0.36 Z av hela haven). Den i tabell 3 angivna, väsentjordytan (inklusive maximala antyder endast att ligt lägre kapacitetsgränsen metodens inser att materialproblem, finansieförespråkare och distributionsproblem komer

ringsproblem, lagrings-

att bestämma taket.

Tabell och den grad av utnyttjande som upp- 3: Kapacitet vara att hos primära och skattas möjlig uppnå sekundära solenergikällor

i terawatt För hela världen För Sverige Kapacitet hos angiven sekundär maximalt tänkbart tänkbart möjligt år 2000 år 2000 energikälla

1.5 Gränsvillkor för solenergins utnyttjande Avgörande för vårt ställningstagande till om vi skall gå

i 252 Kap I, Appendix 5 . Ozmöm/Iga energikällor sou 197473

in på några projekt för tillvaratagande av solenergin, och i så fall vilka, är en rad gränsvillkor. De viktigaste av dessa skall här diskuteras, innan vi går över till att presentera de särskilda områdena och de olika förslag till projekt som framlagts.

Tillgången på solenergi i Sverige

I vårt land är solenergins avsevärt än tillgänglighet lägre i de områden för vilka de mest avancerade internationella projekten skisserats. Skillnaden är dock inte fullt så stor som man ibland kunde frestas att tro. Av tabell 4 framgår att den i Sverige

emottagna effekten per m2, utjämnad med

hänsyn till årstidsvariationerna, ger oss ett integrerat inflöde av energi per år som utgör ca 40 Z av värdet för Sahara. Vi bör observera att de angivna värdena anger instrålningen mot en horisontell yta. Vid en eventuell konvertering av direkt solstrålning skall naturligtvis den absorberande orienteras vinkelrätt ytan mot solstrålningen, så att den geometriska reduktionen elimineras. Den på varje bestämd punkt av jordytan mottagna strålningen begränsas ytterligare av följande faktorer, som starkt påverkar utformningen av olika tänkbara system för energins nyttiggörande och begränsar deras effektiva tillgänglighet till ca 25 Z av den maximala. Dessa är främst:

Dygnsväxlingen Årstidsvariationer i infallsvinkeln mot markytan 5 Molnighet och annan grumling av atmosfären som gör Å att strålningen blir diffus i stället för direkt

Krav på utjämning av fluktuationerna i I föregående avsnitt beskrivna fluktuationer medför i flera fall krav på någon form av hög lagringskapacitet för att fluktuationerna skall utjämnas före leverans av den skörda-

de energin till konsumenterna. Vilka dessa lagringsformer

skall vara och de krav de i sin tur ställer utpå teknisk veckling och resurser måste behandlas separat för varje enskilt projekt.

Bakgrund 253

Tabell 4: Jämförelse mellan solinstrålningen på några områden. Värplatser i Sverige och sydligare dena avser instrålning mot horisontell global yta

Område sol- Mottagen Effektens

Antal

Medelhavsområdet 2 500-3 000 1 400-1 860 Sahara/Arizona 3 000-4000 2 300 (max)

Vetenskaplig och teknisk grundforskning

kommer att kunna utnyttjas såsom en vä- Innan solenergin ren för vårt land eller för värlsentlig källa till energi krävs det betydande insatser av grundforskden i övrigt sådana forskningsarbeten kan ning. Man måste räkna med att både tids- och resurskrävande. Det är därför viktigt bli att alla analyseras ytterligt omsorgsfullt, projektförslag så att vägar för det utvecklingsarman utväljer optimala i en senare fas och att man ser till bete som skall följa demonstreras på ett tidigt stadium. att utförbarheten

Tekniskt utvecklingsarbete

skall sikta på att ta fram ett verkligt Om vi målmedvetet till energikällor innebär betydelsefullt komplement dagens detta att vi planerar uppbyggandet av en mycket betydande Vi måste då från börindustriell kapacitet och produktion. att för de anjan ställa kraven, tillverkningskostnaderna det skall bli ekonomiskt läggningar och utrustningar gäller alternativen och att konkurrenskraftiga med de prisledande ett minimum av arbete och kostnader. underhållet kräver

om konsekvenserna för miljön Utredningar

att anta att solenergin är lösningen på Det är populärt

254 Kap I, Appendix 5.

Ourrömliga energikällor

alla våra problem med energialstringens effekter skadliga på natur och människor. Men det är ingalunda klart att de teknologier och de anläggningar som krävs för att skörda solenergin skall visa sig mindre stötande för miljövänner och kommer att betraktas såsom mindre än de nu riskfyllda lidelsefullt debatterade vägarna för annan energiproduktion. Redan på ett tidigt stadium måste dessa aspekter utredas.

Ekonomiska villkor

Det är också lätt att tro att solenergin är gratis, men ingenting kunde vara mer felaktigt. Såsom redan antyddes under diskussionen av det tekniska komutvecklingsarbetet mer utvecklandet av varje utvalt att kräva solenergisystem mycket betydande investeringar. När vi summerar investeringsbehoven för den erforderliga och för grundforskningen det tekniska utvecklingsarbetet och därtill kostnalägger derna för att bygga upp och underhålla fullskaleanläggningar kommer vi för varje alternativ fram till ett förräntnings- (och amorterings-)behov som skall ställas mot förväntningarna på vad den valda processen skall ge i producerad energi. Med de kunskaper och de teknologier vi har till förfogande i dag eller tror oss kunna utveckla under det närmaste årtiondet visar det att det sig i många fall blir väsentligt att skörda den fria än dyrare solenergin att utnyttja de konventionella Det är därför energislagen. viktigt att vi på ett tidigt stadium formulerar att kravet, den producerade energin (motsvarande) skall kunna säljas till ett bestämt pris per kWh. Omvänt ger varje prognoserat systems kalkylerade energipris ett mått attrakpå hur tivt det systemet kan vara.

2 Översikt av olika till att realisera utvinförslag ningen av solenergi och geotermisk energi

Föreslagna processer bygger på den moderna halvledartekniken. Man låter solstrålningen infalla rakt mot en tunn skiva av ett lämpligt behandlat halvledarmaterial. Fotonerna uppfångas då - med relativt hög verkningsgrad - av elektroner i skivans ytskikt och driver dessa annars genom ett

SOU 1974573 Översikt 255

skikt. Det utbildas en spänning över detta spärrande och den kan utnyttjas för att driva en ström genom skikt, krets. Annorlunda elektronerna kan åter en yttre uttryckt: extra energin och därmed uträtta nyttigt avge den upptagna under sin till sin ursprungliga plats i arbete väg tillbaka solcellens ytskikt.

Den mest avancerade halvledarteknologin är i dag den som arbetar med kisel som basmaterial. Solceller av enkristallint kisel kan produceras i relativt stora och högrent kvantiteter och med goda utbyten. Deras kvantverkningsgrad, dvs den andel av de infallande fotonernas energi som överförs till hos elektroner, kan bli 10-l5 Z. nyttig energi Cellernas under fältförhållanden borde kunna valivslängd för teknisk tillämpning. Såväl forskra fullt tillräcklig som teknisk är sålunda i huvudsak klar. ning utveckling

de dock befinna helt utom räckhåll för Ekonomiskt tycks sig Den helt dominerande faktorn är en praktisk tillämpning. därvid relationen mellan kostnaderna för cellerna och värav den med dem utvinnbara energin. Man kan räkna med det

att kostnaden för 1 m2 cellyta kan pressas till 7 S00 kro-

i Sahara kan vi, ennor. Under de optimala betingelserna tabell med en medeleffekt över året på ca ligt 4, räkna

0,25 kWh/m2. Med en verkningsgrad hos solcellerna på maxi-

mala 15 Z skulle en solcellmodul på 1 m2 då ge ca 40 W me-

Härav finner vi en installationskostnad per kw deleffekt. 200 000 kronor i Sahara, men i vårt land bleve det på minst närmare 500 000 kronor. Alldeles oavsett den redan i och för besvärande kostnaden för lagring av energin för utsig i en ackumulator skulle man nå ett pris på 6-7 krojämning nor per kwh, dvs mer än 100 ggr dess dagsvärde.

till att ta fram billi- Trots ambitiösa program som syftar kiselceller är det knappast realistiskt att räkna med gare att skall kunna komma ens i närheten av vad som priset krävs. Detta torde inte ens bli fallet även om solcellerna, från flera skulle kombineras med såsom föreslagits håll, Kisel tål nämbilliga ljuskoncentratorer (spegelsystem). inte högre koncentration än ca 10 ggr av det direkta ligen

256 Kap I, Appendix 5: Outtömliga energikällor

solskenet på sin yta utan att dess verkningsgrad nedgår. Alternativt har föreslagits att man skulle använda solceller av galliumarsenid (GaAs), som har verkningsgrader uppemot ZA Z vid en relativt hög temperatur och som dessutom uppges tåla en koncentration av solljuset intill 2 000 ggr. Om dessa nyligen presenterade data håller och om GaAs-cellerna skulle kunna produceras till samma pris som kiselcellerna och uppvisa samma stabilitet skulle kalkylen språngvis bli mycket lockande i vad avser själva solcellsmodulerna, t o m för Sverige. Kvar står då kostnaderna för de nödvändiga ackumulatorerna för effektutjämningen. Med nuvarande priser på blyackumulatorer på ca 300 kr/kWh kapacitet och antagna 1 500 cyklers livslängd bidrar enbart avskrivningar och räntor på ackumulatorn med 20-40 öre/kWh. I framtiden kan detta dock ändra sig.

Men hoppet till GaAs är ännu högst osäkert. Det är att befara att GaAs-cellerna kan bli minst en tiopotens dyrare än kiselcellerna. Hoppet att kunna pressa det priset är litet, eftersom tillgången på gallium är begränsad och tillverkningsprocessen dyrare. Mot detta kan anmälas att intressanta arbeten inom landet har bedrivits vid professor Hernan Grimmeiss institution i Lund - arbeten som det kunde vara värt att stödja just med tanke på att det i framtiden kan komma ett tekniskt genombrott för denna teknologi, som en viss tid stötts av STU.

Man har också föreslagit alternativa solcellsystem byggande på som har billigare utgångsmaterial och som

CdS-Cu2S,

kan tillverkas med jämförelsevis mycket billigare föråtgningsmetoder. I motsats till kisel och GaAs är det då amellertid fråga om flerkristallina skikt med betydligt sänre verkningsgrad, ca 5 Z, och med svårbemästrad degradation vid drift. Med hänsyn till skillnaden i verkningsgrad ech att de knappast tål någon koncentration av solskenet slulle det då också åtgå ca 10 000 ggr så mycket material, vilket bl a med hänsyn till riskerna för kadmiumspridning förefaller olustigt. Fältet är emellertid öppet för nya lystem och uppslag, närmast från grundforskningens sida. let vore i princip så attraktivt att kunna få arbeta med dxekt

Översikt 257 sou 1974:73

av strålningen till elektrisk energi, att stokonvertering ra vore motiverade. Man kunde tänka sig sysansträngningar tem allt ifrån flerkristallina kiselskikt, framställda med förångning och efterbehandlade så att de fick lika goda som enkristallina skikt, eller på sama sätt egenskaper framställda GaAs-skikt över till organiska system av typ Men man kan också tänka sig att göra verkningskloroplast. hos halvledarcellerna genom att belägga dem graden högre kunde med lämpliga organiska färgämnen. Sammanfattningsvis man söka väcka universitetsinstitutioners intresse för att arbeta med denna typ av problem.

förefaller vara nära ide- Ur miljösynpunkt solcellsystemen alet - om vi bortser från ovan anförda varning för utbredande av stora kvantiteter kadmium över jordytan - men vi måste naturligtvis beakta en sådan faktor som ianspråktagandet av stora markytor för de eventuella anläggningarna. Om vi, oavsett vilket solcellsystem vi till slut väljer, vill och skörda lika mycket energi som ett enda infånga planerat kärnkraftverk skulle ge, säg l 000 MW (1 GW) medeleffekt per år, och antar 10 Z verkningsgrad hos anläggningen, vars cellsystem tillåts täcka 50 Z av mark- (eller

sjö-)ytan, skulle vi behöva täcka ca 80 kmz i Sahara men

nära 200 i Sverige. Om vi kunde finna ett system med 100 Z kvantverkningsgrad skulle ytbehovet reduceras till rimliga

20 kmz. Om vi diskuterar system med så låga verkningsgrader

som 1-2 Z, vilket gäller för fotosyntesprocesser, stiger däremot ytbehovet 5-10 ggr.

2-2 âelâeaksaåszszä

I stället för att absorbera den infallande solstrålningen för direkt omvandling till elektrisk energi på solceller kan man låta solenergin värma vatten till ånga, som sedan får driva en lågtemperaturturbin, för att på den vägen generera elektrisk energi. I detta fall koncentrerar man den infallande strålningen mot rörsystem i vilka inmatat vatten upphettas till förångning eller en lämplig bärargas hettas Koncentrationen kan ske med relativt enkla meupp. del i form av billiga speglar eller cylindriska linssystem,

258 Kap I, Appendix 5 . Outtömliga energikällor

som framställs av plast.

Vidare behövs ett särskilt optiskt som svarar för system, att huvudparten av solstrålningen fram till absorbasläpps torn men hindrar den långvågiga strålningen från ångröret att passera ut. Principen härför är känd och utförbarheten har demonstrerats i liten skala. Mycket utvecklingsarbete återstår dock innan det kan anses fastlagt att dessa system kan bibringas tillfredsställande livslängd, oberoende av temperaturen och frihet från andra störningar i driften. I princip är det fråga om att belägga ytan av ett kvarts- eller glasrör, som omger absorbatorn, med ett tunt skikt av t ex kisel, guld, nickeloxid eller vanadinoxid. Sådana skikt kan bli praktiskt taget helt absorberande för de kortvågiga foconerna från solen, men de kan inte emittera de långvågiga fotonerna från en i jämförelse med solen kall mycket kropp. Se figur 2.

Om man lyckas få systemen att arbeta tillfredsställande vid de eftersträvade höga temperaturerna på absorbatorn, över 500 OC, anser man sig kunna lova totalverkningsgrader på

10070 /. / // /// // / ,/4 z/ 7/4

I f”, selektiva p Solens skiktets / ångrörets spektrum kurva , spektrum ›_----_ --›w-› j 0;- I I 50

absorpiions- ref lektionsomrâde f omrâde i”

/á//Ã///øág/Viåø

on Q5 1 2 5 10 i

våglängd i pm (log. skala)

Fig. 2: Den infallandesolstrålningens spektrum jämfört med

spektret från den återutstrålning som sker från en uppvärmd yta. En selektiv beläggning fångar in solljuset genom att den har en hög absorption för synligt ljus men hög reflektionsförmåga (låg emission) för det infraröda ljuset. (Källa: Aden B Meinel)

Översikt 259

30 Z av den infallande energin, vilket alltså är icke oväsentligt högre än de bästa solcellerna skulle ge. Man tycks emellertid med detta och lär för ha problem just system tillfället ha avbrutit försöken med det i Arizona.

Om försöken emellertid skulle återupptas och leda till teknisk framgång, skulle man därmed kunna skapa det alternativ till som i framtiden lovar ett pris per kWh som energikälla inte alltför långt från acceptabla värden. Men det ligger tycks alltså ännu återstå en hel del teknisk grundforskning innan detta blir möjligt.

Under mellantiden har emellertid de tekniska tillämpningarna av enklare system med lägre prestanda tagit fart. Det gäller då närmast anläggningar som siktar på att försörja enskilda från villor upp till skolor, med värme byggnader, och i vissa fall energi för kylning. Sådana moduler tillverkas och saluförs i USA f n av tolv firmor. (Prisnivån är

ca 275 kr/m2).

Ur miljösynpunkt kan dessa system jämställas med solcellerna. Småenheterna monteras normalt på taken av nybyggen och tar därmed extra utrymme i anspråk. Man kan däremot inget ha delade meningar om huruvida de förskönar eller förfular landskapet.

För de egentliga solångkraftverken gäller samma kalkyl som för beräkningen av solcellanläggningarnas ytbehov. Om vi vågar räkna med 30 Z verkningsgrad komer en 1 000 MW an-

läggning att i Arizona kräva ca 26 kmz och skulle då för

sitt närområde kunna producera energin för ca l0 öre/kWh. Vi finner på samma sätt att för Sverige skulle motsvarande

anläggning kräva minst 65 kmz, och om vi gör tankeexperi-

mentet att vi skulle försöka täcka hela vårt energibehov med solångkraftverk år 2000 skulle det krävas minimum totala

3 900 kmz, vilket är 8,7 promille av landets yta

inklusive sjöar. Men priset per kWh skulle, även om vi inte tar till besvärligare lagringsproblem, bli minst hänsyn 25 öre/kWh, vilket är oacceptabelt högt.

260 Kap I, Appendix 5: Ounörøzliga energikällor

Projektförslag

Det föreligger inget svenskt förslag till studier av solångkraftverk. Till området kan däremot föras ett projekt angående uppvärmning av hus med hjälp av solenergin. Projektet sker i samarbete mellan flera institutioner vid KTH och består av bl a följande delar:

Studium av strålningsfångarsystemet inkl fönster och selektiv coating Studium av värmetransportmedia Studium av värmereservoaren Optimering av styrenhet (Inst för fysikalisk kemi, KTH) (EPK dnr 145)

2.3 Fotokemisk produktion av väte och organiskt material

Ursprunget till all den fossila energin, som vi nu tär på, är återigen solenergin, som via kemiska och biologiska system upplagrats i växtsubstanser. Det är ganska naturligt att man nu börjat penetrera möjligheterna att systematiskt utnyttja sådana system för att bygga upp en kontinuerlig försörjning med energi den vägen. Odlade skogar, sädesslag, alger eller andra vattenväxter förefaller erbjuda rena och miljömässigt tilltalande lösningar på energiproblemet. Skogen var ju en gång vår mest betydande källa till värmeener gi, och tekniken att sköta den är väl utvecklad. Men verkningsgraden räknad på den infallande energin är mycket låg. Det krävs därför mycket betydande landområden för en sådan odling, 5-10 ggr så stora ytor som för de ovan angivna solcellsfarmerna, och arbetet med skördande, transporter och omvandling är i sig mycket energikrävande. Det förefaller därför inte vara rationellt att återgå till en vedhushållning, alldeles oavsett det slöseri det skulle innebära att offra den högvärdiga energin i växtsubstanserna på att elda upp den.

Något annorlunda ligger det till med det f n dåligt utnyttjade organiska avfallet från skogsbruk, jordbruk och hushåll. Eftersom sådana projekt behandlas i annat sammanhang

Översikt 261 sou 1974:73

skall de endast i korthet beröras inom ett par avsnitt nedan. Detsama de förslag som diskuteras framför allt gäller i amerikansk litteratur att inrikta odlingar för energiändamål på växttyper med väsentligt högre verkningsgrader (5-l0 Z). Särskilt när det gäller odling av snabbväxande krävs klimatiska förutsättningar som vi inte har i alger vårt där solinstrålningens årstidsvariation är så beland, Annars kunde det vara frestande att kombinera såtydande. dana odlingar i kärnkraftverkens kylvattendammar med tilloch återförande av koldioxiden från förbränvaratagande till växtprocessen med hjälp bl a av stoningsprocesserna ra odlingstält. Vi skall i stället koncentrera oss på några andra förslag till processer för omvandling av framlagda solenergin.

Fotolys av vatten till väte och syre

När väte med varandra under bildande av och syre reagerar kvantitet av energi. Omvänt vatten frigörs en betydande krävs det minst motsvarande kvantitet energi för att åter spjälka vatten till dess beståndsdelar. Den energin kan hämtas ur solstrålningen. Men fotonerna kan inte direkt anen vattenmolekyl och åstadkomma en bestående uppdelgripa behövs det medverkan av en annan ning av den, utan härför molekyl. I princip kan man härtill använda enkla oorganiska ämnen såsom mangan- och cesiumföreningar. Man tror sig ha konstaterat att särskilt mangan spelar en betydelsefull roll i växternas frigörande av syre ur vattnet och hoppas sikt komma fram till någon teknisk process för att på lång direkt sådana föreningar. Men tills vidare är det utnyttja inom de gröna växternas klorofyll och andra pigment som det utbildas den överlägset mest effektiva processen för att Den viktigaste funktionen har här en fånga upp solenergin. annan substans, som gör att vattnets vätejoner reduceras och återförenas till vätgas. Det är fråga om ett enzym, som kan förekomma endogent i alger eller tillhydrogenas, föras exogent med bakterier. Det finns många möjligheter att studera hur man skall åstadkomma kopplingen mellan de fotosyntetiskt reducerade substanserna och den erforderli- Vad man försöker göra är att bryga hydrogenasaktiviteten.

262 Kap I, Appendix 5 . Outtömliga energikällor sou 1974:73

ta växtcellens normala process, som är att binda kol ur luftens kolsyra, och dirigera om den så att den i stället levererar vätgas som reduktionsprodukt.

Detta förslag är t v ganska spekulativt men är dock värt att rapportera, eftersom en del nyligen gjorda framsteg ökar sannolikheten för att man förr eller senare komer att lyckas. Om man skulle ha framgång innebär det en utomordentligt betydande vinst att kunna producera vätgas direkt på detta sätt. Det är alltså fråga om ett lockande men långsiktigt arbete på grundforskningsnivå, där svenska grupper har hög kompetens och ingår i internationella samarbetslag (IFIAS).

I ett framtida optimerat system för solenergiproducerat väte räknar man med 90 Z verkningsgrad på den del av strålningen som har tillräcklig 1,82 eV). Det maxfotonenergi( imala utbytet kommer att motsvara hälften av det maximala utbytet från ett högtemperatur-solångkraftverk. Man tror dock att kapitalkostnaderna skall bli så mycket lägre att priset per producerad kwh (efter konvertering) kan konkurrera.

Projektförslag

Feasibility-studie rörande enzymatisk väteproduktion. Avsikten är att inventera existerande metoder och polymerer lämpliga för att immobilisera och stabilisera hydrogenaser från purpurbakterier. Projektet skall ingå 1 ett internationellt samarbete inom IFIAS (EPK dnr 100).

2.4 Biokonversion till högvärda bränslen

Metanproduktion

Flertalet organiska material ger vid anaerob nedbrytning (i frånvaro av syre men närvaro av fukt) upphov till en blandning av metan och koldioxid. Man får per kg torrt ma-

terial så mycket som 0,13-0,18 m3 naturgas med ett värme-

innehåll av 8-12 MJ, vilket motsvarar 60-80 Z av utgångs- I

Översikt 263 sou 1974:73

materialets Gasen håller 50-70 Z metan. Det är energivärde. relativt enkelt att ta bort koldioxiden liksom spår av svavelväte, så att man får ren metan. Denna nedbrytningsprocess har länge varit i bruk för behandling av hushållsavloppsvatmateten, men den systematiska tillämpningen på organiskt rial för industriell bränsleproduktion befinner sig i sin linda. Man har dock redan fått fram bakteriekulturer som t ex för ovannämnda algodlingar. Preliminära kallämpar sig kyler för algnedbrytning indikerar kostnader kring 30 kr/Gcal, vilket ungefär motsvarar dagens oljepris.

Ytterligare forskningsinsatser borde kunna öka verkningsoch reducera hanteringskostnaderna, där särskilt graden skördekostnaden anges utgöra en tung post.

Metodiken har stora fördelar genom att den är tekniskt enkel, arbetar vid atmosfärstryck och fungerar inom temperaturområdet 20-50 OC samt kräver litet energi. Den är däremot utrymmeskrävande och långsam.

Alkoholproduktion

Stora kvantiteter av den energi som binds upp i träd och växter vid fotosyntesen föreligger i form av cellulosa. Denna produkt kan också konverteras till andra energirika föreningar såsom glukos och alkohol, vilka i sin tur kan såsom bränsle, föda eller kemiska basråvaror. utnyttjas För glukos får man enzymet från t ex svampen Trichoderma och man anser sig med nyutvecklade metoder, bl a viride, återvinning och återanvändning av enzymet, kunna producera detta glukos för ca 12 öre/kg i vattenlösning, vilket kan jämföras med ett uppgivet pris på 80 öre/kg för på torr substans. Detta skulle sålunda annan väg framställd öppna en väg till produktion av industrialkohol och andra som är ekonomiskt konkurrenskraftig med lösningsmedel petrokemiska synteser och som kan spara kolväten.

Metanol kan också fungera som kolkälla för mikroorganismer, vilka alltså erbjuder en källa för metanoloxiderande Teoretiskt kan dessa därför tänkas ersätta ädelmeenzym.

264 Kap l, Appendix 5. Ourtömliga energikällor

tallkatalysatorerna i bränsleceller. En undersökning med svenskt deltagande för utvärdering av denna möjlighet planeras inom ramen för ett internationellt samarbete styrt av IFIAS.

Dekan

En intressant möjlighet (Gösta Ehrensvärd) vore att på analogt sätt omvandla cellulosa- och stärkelseavfall till kapronsyra, som sedan på elektrokemisk väg kan överföras till dekan, som är ett fullvärdigt dieselbränsle. Man får som en biprodukt i den anaeroba processen vätgas. Denna process är dock f n knappast konkurrenskraftig med ett kalkylerat pris på kr 1:50/kg dekan vid 40 000 tons årskapacitet.

Integrerade processer

Ett solenergimatat system för produktion av syntesgas ur organiskt avfall rekommenderas till ingående studium av professor Carl-Göran Hedén. Han uppger att problemen med separation av faserna numera kan anses lösbara och anger nedanstående flytschema, figur 3.

-- Bränsle _..__.__

Solljus

H2(ev) b/ k-k

á--a- H Alger +°°2+ 2

52:22.22:

02 _.___ 4* A

Avfall a» 12a» °H4

:xâçâüng

Jordförbätb ringsmedel

Fig. 3: Schema över föreslaget integrerat system för omvandling av organiskt avfall till syntesgas. (C-G Hedén)

Översikt 265 sou 1974:73

Projektförslag

Feasibility-studie rörande integrerat system av syntesgas, bestående av tre delprojekt:

l. Selektering av väte- och metanindifferenta alger 2. Utveckling av metoder för invändningsfri koppling mellan digestionssteget och fotosyntessteget 3. Utveckling av metod för förhindrande av väggväxt för bakteriologisk bioteknik, Karolinska (Gruppen institutet) (EPK dnr 97)

Biokemisk av stärkelseavfall till alifatiska omvandling kolväten

är att avfallet förjäses till kapronsyra, Utgångspunkten vilken sedan oxideras anodiskt till dekan, som är ett bra dieselbränsle. Den under den mikrobiella processen samtidigt producerade vätgasen skall i en bränslecell utnyttjas till att framställa den för elektrolysen nödvändiga elektriska energin. (Kemicentrum, Lund) (EPK dnr 98)

Feasibility-studie rörande biokemisk bränslecell för me-

tanol bestående av fyra delprojekt inom IFIAS:

1. Metanoldehydrogenasets stabilitet studerat i analytiska enzymelektroder för metanol (0 Enfors, ATM) 2. Studier över elektrontransporten från immobiliserade enzym till ledare via fasta redoxkopplingar (G Johansson, Umeå universitet) 3. Syreelektrodsystem för biokemiska bränsleceller (R Larsson, Lunds universitet) 4. Datorstyrd optimering av produktionen av metanoldehydrogenas (Å Undên, Karolinska institutet) (EPK dnr 99)

2.5 Direkt förbränning av organiskt material

Behandlas i appendix 1.

266 Kap I, Appendix 5:

Outrömliga energikällor

2.6 Omvandling av organiskt material till högvärdiga bränslen

Behandlas i appendix 1.

2-7 2229222522

tabell 2 omvandlas Enligt ca 0,2 Z av den mot jorden infallande solenergin till rörelseenergi i vindar upplagrad och strömmar. Men denna relativt ringa andel representerar fortfarande en betydande relativt våra enerpotential gibehov. Storleksordningen 5 ggr världens prognoserade totala energibehov år 2000 finns tillgänglig i nyssnämnda system. Vindarna är också anmärkningsvärt regelbundna och förutsägbara.

Vindenergin kan tappas av i olika typer av energiväxlande system som sedan mycket lång tid tillbaka varit i bruk. Men den totala energi som vi nyttiggjort denna väg har varit mycket blygsam i förhållande till dagens behov, och tillämpningarna har dessutom reducerats betydligt under de senaste årtiondena som en följd av att andra energikällor varit väsentligt billigare, pålitligare och mer flexibla.

De projekt som man i dag har börjat diskutera gäller vindkraftutvinning av en helt annan storleksordning och med

ett antal nya förutsättningar. Vi kan därvid bortse från

mängden av småanläggningar för försörjning av mer eller mindre isolerade platser med relativt låga effekter och som i dag finns kommersiellt tillgängliga. För sådana anläggningar kan man nämligen tillåta väsentligt högre kostnader per levererad kWh än vad man är villig att göra, om de skulle kopplas in på ett elnät i konkurrens med andra energikällor.

Om vi verkligen skall satsa på att utveckla och exploatera vindkraften måste vi fastställa följande förutsättningar:

Översikr 267 sou 1974:73

Energitillskottet genom vindkraften bör vara mer än några av vårt totala när anläggningarna få procent energibehov, i bruk. Låt oss ta CDL-prognosen för år 1990 som tagits mått. då total installerad elett approximativt Den anger effekt till 48 GW. Ett minimitillskott från vindkraften borde då vara ca 5 GW, om man alls skall satsa på den. Flödet av vindenergi är starkt flukturerande och måste utjämnas genom att vindkraftsanläggningarna förses med egna system för om man inte skall ta i anspråk en energiutjämning, besvärande hög andel av vattenkraften såsom kompletteringskraft.

Kostnaden per producerad kWh får inte nämnvärt överstiga kostnaden från de dominerande energikällorna. Om vi antar att kärnkraften blir skulle detta betyda ca prisledare 5 öre/kWh.

måste analyseras och utvärderas: Vindkraft- Miljöeffekterna anläggningar komer att dominera landskapsbilden på många av de platser där man vill sätta upp dem. Om man förutsätter att varje anläggning dimensioneras för 2 MW toppeffekt krävs för den ett torn 60 m och över detta sticpå minst ker m. Den ovan antagna totalt utbladspetsarna upp 25-30 effekten 5 GW motsvarar 2 500 sådana torn. byggda på minst (Placerade på 100 m avstånd når raden 25 mil.)

bör inte bli särskilt besvärande, även om Markutnyttjandet man räknar in behovet av tillfartsvägar. Andra aktiviteter bör kunna ostörda intill anläggningarna. Om det komfortgå mer att buller vet vi inte, men detta bör uppstå något bli problem. Anläggningarna bör ge en vindknappast något som är märkbar några kilometer medströms, vilbromsning ket kan vara en fördel på vissa blåsiga områden men en nackdel vid stora städer, som kräver mycket frisk luft. Olika säkerhetsrisker måste givetvis också beaktas, men det bör inte större svårigheter att reducera bjuda några dem till rimlig nivå.

268 Kap 1, Appendix 5: Outröm/iga energikällor

Det föreligger i dag inte några ekonomiska invändningsfria kalkyler. Det är så många faktorer som ännu är okända. De mest ambitiösa utvecklingsprogrammen har startats i USA och syftar bl a just till en så komplett studie av hela systemet att realistiska skall bli kostnadsuppskattningar möjliga. Satsningen är 150 Mkr över en femårsperiod. Men med de underlag som i dag finns tillgängliga kommer man fram till prohibitiva siffror på kWh-priset. Små och stora anläggningar skiljer sig därvid inte nämnvärt från varandra. Detta kan möjligen med faktorer sådana som seriesammanhänga storlekar och att kostnaden för en vindkraftanläggning växer med kuben på propellerdiametern, medan den effekt som kan nyttiggöras endast växer med dess kvadrat.

Preliminära uppgifter från en omsorgsfull studie utförd vid Vattenfall bekräftar emellertid de uppgifter som kan hämtas ur litteraturen För på området. en antagen seriestorlek om 20 exemplar av en enhet för 2 MW finner man följande ungefärliga värden:

Kostnad i kronor per installerad kW 4 000:- Effektiv produktionstid per år, timmar 2 000:- Pris för producerad energi i kr/kWh 0:20

Man har då räknat på den rena vindkraften och inte belastat anläggningen med några kostnader för ackumulering, som i och för sig torde kosta 0:20-0:40 ytterligare per kWh. antas ske Utjämning med vattenkraft, och reservbehovet upptas till 17 Z. En normaliserad som skall anläggning ge 1 000 MW får då dimensioneras för 3 000 MW vind(topp)effekt och 500 MW reserveffekt. Maximalt för vindutrymme energin i hela systemet bestäms av hur reserveffekt mycket som kan disponeras för denna. Man finner då ett tak vid 5 000 MW.

Mot dessa beräkningar kan man anföra:

Översikt 269 sou 1974:73

Större serier bör reducera priset per kw ned mot 3 000 kronor. Om man får en högre effektiv drifttid påverkas såväl det direkta priset per producerad kWh som behovet av reservkraft. En mer avancerad teknologi vid konstruktionen av kan ytterligare reducera investeanläggningarna ringarna. Å andra sidan kan kostnaderna komma att stegras på grund av nu oförutsebara tekniska svårigheter, hållfasthetskrav, säkerhetsåtgärder och framför allt av sådana ackumulationssystem som på grund man kan bli tvingad införa.

Man kan till slut konstatera att med det i dag föreliggansaknas det ekonomiska incitamentet till en de underlaget av vindenergin i Sverige. Det systorskalig exploatering nes dock finnas skäl att noga följa upp resultatet av de som längre fram på året komer att redovisas beräkningar från samt att i nedanstå- STU (Olle Ljungström) genomföra rekommenderade studie över ende projektförslag grundliga vindarnas och statistiska fördelning för vårt geografiska land.

Projektförslag

av vindunderlag för vindenergiutvinning. I en Anskaffning första definieras behoven av och inventeras tilletapp om vindarnas variationer i tid och gången på information rum. Fortsatta I en senare etapp utmätningar planeras. förs erforderliga mätningar. (Saab-Scania AB, flygdivisionen, energigruppen) (EPK dnr 141)

2-8 §22:ai2_i_h2z§2åa9:2e

av vindarnas överförs vid deras En betydande andel energi över haven till rörelseenergi i havsvågorna. Tidpassage vis är det om mycket stora energimängder som anrifråga kats i havens Problemen med att tillvarata denytskikt. na form av energi ligger i följande faktorer:

270 Kap I, Appendix 5. Outtöm/iga energikällor SOU 1974173

Den hos varje kg av vattnet lagrade energimängden är fortfarande ganska liten, från fallhöjden vågtopp till vågdal är ringa.

Strömningen är inte lokalt konstant och kan därför inte utnyttjas för att direkt driva turbiner.

De stora vattenmassornas rörelse måste på något annat sätt uppfångas och samordnas till ett riktat energiflöde.

Anläggningarna måste förankras utanför kusterna eller långt ute till havs, vilket med ger problem underhåll, uppsamling och ilandförande av den utvunna energin.

Utnyttjandegraden hos en sådan blir anläggning låg, eftersom den under perioder av eller stiltje svaga vindar inte alls fungerar och desstutom torde bli känslig för vindriktningen.

De totala energimängder som teoretiskt borde kunna tas till vara är emellertid lockande. Om nivåskillnaden mellan topp och dal är 5 m hos en 100 m lång vilket inte våg, är ovanligt på världshaven, skulle den för varje meter av sin bredd ge en teoretisk effekt om 350 kw. Om hälften härav kunde utvinnas, skulle man kunna få ut 175 MW per km av

vågfronten.

Det är ganska få människor som har åt ägnat sig att försöka utveckla havsvågkraftverk. är sannolikt Förklaringen att de som börjat därmed snabbt kommit underfund med komplexiteten

i problemet. Det amerikanska solenergiprogrammet redovisar inte något sådant motsvarande det som drivs projekt av Rolf Törnqvist i Helsingfors. Inga har kostnadsuppskattningar framlagts, men all sannolikhet talar för att den producerade energin kommer att bli minst lika dyr som ovan angivits för vindkraftverksenergin.

2.9 Energi ur termiska gradienter

Termiska havskraftverk

Solen uppvärmer havens ytor, eftersom solstrålningen snabbt absorberas vid sin passage ned i vatten. I de tropiska bältena kan det utbildas temperaturskillnader på upp till 25 OC mellan ytskiktet och det kalla bottenskikt av vatten som strömmar ned från arktiska områden med bottenströmmarna. Det vertikala avståndet kan vara så litet som 600 m. Teore-

Översikt 271 sou 1974:73

utvinna ca 9 Z nyttigt arbete av tiskt kan en värmemaskin till det kalla från det varma skiktet. Trots ett värmeflöde att ett svenskt projekt, redovisat år 1964, påvisat möjligbakom en sådan utvinning av heterna och studerat teknologin är det knappast i sådana sammanenergi ur havsströmmarna svenskt intresse skulle finnas. Däremot bör hang som ett att med sådana maskiner återman kanske se på möjligheterna vinna energi ur avgaser och kylvatten.

Värmepumpar

Värmepumpen erbjuder en fördelaktig väg att utnyttja lågvär- Den vanliga är en sådig värmeenergi. kylskåpskompressorn matvarorna inuti skåpet och avdan pump, som tar värme från den via sina Med hjälp av en värmepump kan ger kylflänsar. hos den elektriska energin höjas med en fakverkningsgraden tor och detta kan med fördel utnyttjas för att spara 2-3, elektrisk respektive olja. Trots dessa attraktiva energi har inte kommit till nämnvärd anegenskaper värmepumpar Detta i första hand bero på att hittillsvavändning. sägs rande konstruktioner varit otillförlitliga, haft höga underhållskostnader och ofta strejkar.

Det kan nu vara skäl att försöka utveckla tillförlitliga och att i starkt ökad omfattning sätta in dem värmepumpar såväl för husuppvärmning som för återvinning av värmeenergi i industrier m m.

med två skilda för värme- I princip kan man arbeta system Det ena är de konventionella kompressorer som pumpning. berörts det andra bygger på vissa halvledarmaterials ovan, att utbilda en temperaturgradient längs en strömegenskap bana genom dem. Dessa s k Peltier-element har många potentiella fördelar för värmepumpning och bör ägnas specijust ell uppmärksamhet.

Såsom källa för värmeenergin kan tjäna ett flertal system,

den uppvärmda ventilationsluften som såsom ytterluften, skall blåsas ut ur en byggnad, avgaser från förbränningsfrån värmekraftverk men också absorprocesser, kylvatten för solstrålning etc. batorplattor

272 Kap I, Appendix 5: Outtämliga energikällor

Värmepumpar för lokalkomfort behandlas närmare i annat samanhang-

2-10 §s222:ei§E_e2s:si

Denna hör inte energikälla egentligen samman med solenergin och dess omvandlingsformer men tas ändå här såsom en upp icke konventionell termisk energikälla.

I under vårt land har vi en jordskorpan temperaturgradient på +10-15 OC per km vi borrar oss ned. Värmeflödet i berggrunden uppvisar här inte särskilt stora växlingar. Däremot kan det uppträda områden med högre än som mottemperaturer svarar gradientnivån. Detta kan då tillskrivas verkan av lokal radioaktivitet.

I vår stabila berggrund finns det, såvitt man hittills kunnat finna, inga sådana ytliggande diskontinuiteter, som i andra länder möjliggör upphämtandet av termisk från energi måttliga djup. Hos oss ligger diskontinuiteten på 35-40 km djup, där vi f ö känner mycket litet till om vår geologi.

F n förefaller det därför icke vara möjligt att utvinna geotermisk energi i vårt land. Huruvida denna skall bedömning kunna revideras längre fram är framför allt beroende på om vi kan skaffa oss väsentligt vidgad kännedom om berggrunden genom utvidgad geologisk forskning och kartering. Lika väsentlig kan också i sådant fall vara vår eventuellt förvärvade tekniska skicklighet i att borra rakt på stora och djup få upp borrkärnor för studier.

2. FISSIONSTEKNIK

2.1 Samanfattning

2-1-1 §ä:2k:§§ss2§_9syss5li2s

Hur kärnkraftens utvecklingspotential fortsättningsvis skall exploateras i den typ av industrisamhälle som Sverige utgör är en sammansatt frågeställning som griper in i förutsättningarna för hela samhällsutvecklingen. Det torde dock kunna hävdas att en uthållig kärnkraftutveckling erbjuder den för en planeringshorisont om 20-30 år enda betydande omfördelnings- och expansionsmöjligheten för energisektorn i ett land, som i stort sett saknar andra energiråvaror som grund för tillräcklig handlingsfrihet inom energipolitiken. Inom andra sedan länge tillämpade teknikområden för energiomvandling och produktion kommer säkerligen vissa omvandlingsformer att erbjuda intressanta kompletteringar i försörjningen på den kortare sikten. Ett rationellare utnyttjande av vissa inhemska energiråvaror kan skapa inslag av värde för uppbyggnad av en önskad handlingsfrihet. Det kan emellertid ifrågasättas huruvida sådana kompletteringsmöjligheter även vid låga tillväxttakter för energikonsumtionen kan ge mer än korta respittidef före ianspråktagande av nyare teknik.

Utnyttjande av fissionskraft är därför nödvändigt och introduktionen i landet har påbörjats genom utbyggnaden av kärnkraftstationer med lättvattenreaktorer. För denna utbyggnad råder ett fruktbart samspel mellan våra egna utvecklings-, tillverknings- och marknadsföringsresurser och

konkurrerande utländska resurser. Inte minst gäller detta

frågorna på säkerhets- och miljöområdet, där dagens god-

tagbara lösningar med all kraft måste följas upp och avkrävas ytterligare förbättrad verifikation och ökad till-

274 Kap 2. Fissionsleknik

tro. En central fråga för den svenska energipolitiken bör vara hur ett gradvis frigörande från ett alltför starkt importberoende beträffande energiråvaror åstadkommes. Genom exploatering av inhemska urantillgångar och genom uppförande av egen urananrikningskapacitet kan väsentliga bidrag till ett större oberoende skapas inom den närmaste 10årsperioden. På längre sikt bör förstärkning av oberoendet övervägas. Ur råvarusynpunkt sparsammare reaktorsystem innebär ett kraftigt tillskott för bevarande av handlingsfrihet.

De olika framgångsvägarna för utnyttjande av den fissila kärnkraften låter sig givetvis inte inordnas i något fixerat handlingsmönster. En gemensam grund för valmöjligheterna och avvägningsprocessen utgörs av en stark och allsidig forsknings- och utvecklingsverksamhet. Därvid bör uppmärksammas att energipolitiska avvägningar innehåller såväl försörjningspolitiska som industripolitiska element. Även i den längre sikten borde alltså industrins ambitioner att medverka i utveckling och marknadsföring av tillkommande kärnkraftteknik vara ett väsentligt motiv för stöd från samhällets sida.

2-1-2 L§EEY§EE§EE§êEE9E§E

Under de närmaste decennierna kommer den svenska kärnkraftutbyggnaden företrädesvis att ske med lättvattenreaktorer använda för el-produktion och kombinerad el- och värmeproduktion. Det kärntekniska forsknings- och utvecklingsarbetet inom landet måste därför i första hand koncentreras på att ytterligare underbygga och säkerställa tillämpningarna av denna teknik. Utöver fortsatta betydande insatser inom reaktor- och bränsleteknologin, i första hand för kokarreaktorer som marknadsförs av svensk industri, krävs en stark prioritering av forskning och utveckling beträffande säkerhets- och miljöfrågor. De egna resurserna är jämförelsevis små och möjligheter till internationellt samarbete och informationsutbyte måste utnyttjas för att bredda underlaget och fördela kostnaderna.

sou 1974;73 Sammanfattning 275

Tillämpningen av lättvattentekniken i Sverige befinner sig nu i ett skede då behovet av standardiserade konstruktioner och förfaringssätt för uppförande och inspektion gör sig alltmer gällande. Det fortsatta konstruktionsarbetet kommer till övervägande del att bedrivas som produktutvecklingsarbete på inom reaktorindustrin kända förutsättningar. Erfarenheter från driften av de första kokar- och tryckvattenreaktorerna behöver ställas i relation till pågående ock kommande insatser beträffande verifieringen av bränslets och säkerhetssystemens funktion. Erfarenheter och insatser av denna art kommer också att ge anvisningar om hur kokarreaktorns ytterligare utvecklingspotential skall kunna utnyttjas.

Förskjutningar inom prisbilden för energiråvaror kan vidare innebära stegrat intresse för utredningar beträffande förutsättningarna för reaktorer med låg märkeffekt som värmekraftverk.

Statsmakterna har i anvisningar om hur AB Atomenergi bör genomföra sina planer uttalat en prioritering av forskoch utvecklingsarbeten som stöder det pågående utnings- Satsningen på detta innebär att en byggnadsprogrammet. ökande efterfrågan på energi skulle kunna mötas utan att man alltför starkt ökar beroendet av fossila bränslen. De med allmänna medel finansierade FoU-insatser som förutses erforderliga inom området lättvattenreaktorer fram till av 1980-talet beräknas medföra utgifter om 25-30 början Mkr år. Utöver dessa insatser kommer arbeten inom säper kerhets- och miljöområdena att ca 15 Mkr per år un-

kosta

der motsvarande tidrymd.

2 - 1-3 §\_EiSê_E§EI2i§1§ê_§X§E§E1

För andra reaktorsystem än lättvattenreaktorn är en självsvensk utvecklingsinsats syftande till fullständig ständig inte rimlig med hänsyn till våra begränsystemkompetens sade resurser. Ambitionsnivån måste sättas lägre och antill de resurser som efter hand kan frigöras från passas på lättvattenreaktorer. Ett minimikrav utvecklingsarbetet

276 Fissionsreknik

är att aktivt bevaka den internationella utvecklingen och att förbereda sig för den nya tekniken, så att säkerhetsbedömning, offertgranskning, upphandling och drift av aktuella reaktorsystem kan genomföras vid rätt tid. Ett samarbete med utländsk part och successivt ökande egna utvecklingsinsatser är nödvändiga inslag i denna förberedelseprocess.

Av alternativa termiska system tilldrar sig speciellt den gaskylda högtemperaturreaktorn stort internationellt intresse och ett antal kommersiella reaktorer för elproduktion har beställts i USA. Denna reaktor utnyttjar i sin huvudvariant indirekt torium som bränsle och ökar därmed de för kärnkraften tillgängliga råvarureserverna. Den befinner sig på ett tidigare utvecklingsstadium än lättvattenreaktorn, med vilken den för närvarande knappast kan konkurrera i normala fall. Dess användningspotential är emellertid god. Detta gäller framför allt om man lyckas med de nya projekt som nu börjar bearbetas och där temperaturen på den utgående kylgasen avses höjd till 900-95000. Denna heta kylgas skulle kunna utnyttjas som värmekälla för industriella processer, t ex för framställning av gas med högt värmeinnehåll, såsom metan eller vätgas. På samma sätt som naturgas kan den kärnkraftproducerade trangasen

sporteras i rörsystem till förbrukare. En intressant an-

vändning av vätgas är för direktreduktion av järnmalm. Förverkligande av sådana avancerade tillämpningar kan tidigast väntas mot slutet av 80-talet.

Förutsättningarna för introduktion av de gaskylda reaktorerna i Sverige är oklar. En avsevärd insats fördelad över två år föreslås för att ge underlag för en bedömning av dessa reaktorers potential samt för att formulera mera långsiktiga FoU-program. Deltagande i Dragon-projektet beräknas fortsätta. Programutgiften totalt per år skulle därmed bli ca 3.5 Mkr. För en efterföljande femårspericd skisseras två alternativa insatsstorlekar varav den större förutsätter att en gaskyld högtemperaturreaktor för elproduktion skulle kunna beställas i början av 1980-talet.

Sammanfattning 277

Insatsen härför uppskattas kräva inemot 15 manår per år fram till år 1980. Förslag till en sådan insats framställes dock först sedan utredningsskedet avslutats om några ån

Beträffande ytterligare varianter inom gruppen termiska system finns det icke tillräckliga motiv för engagemang annat än i form av begränsade uppföljningsinsatser. Till denna grupp hör den kanadensiska tungvattenreaktorn som kan betecknas som tekniskt utprovad och möjligtvis av intresse för svenskt vidkommande för det fall marknadssituationen inom anrikningsområdet inte skulle motsvara rimligt ställda krav. En mindre insats beträffande förutsättningarna för den s k lättvattenbridern bör komma till stånd. Likaså bör utnyttjandet av PWR-reaktorn för skeppsdrift följas. De föreslagna insatserna bör kunna inrymmas inom ramen ca 0.2 Mkr per år.

2-1-4 §92§§ê_:2§kE9s§z

Världens urantillgångar är begränsade. På sikt är därför ett bättre utnyttjande av uranråvaran än vad som är möjligt i dagens lättvattenreaktorer generellt sett nödvändigt om kärnkraften skall bli en uthållig, ekonomiskt fördelaktig energikälla. De snabba bridreaktorerna erbjuder möjlighet till starkt förbättrat utnyttjande av uranet. I de stora industriländerna pågår mycket omfattande arbeten på att utveckla den natriumkylda snabba bridreaktorn. Tidpunkten för dess kommersiella genombrott beror av ett flertal faktorer, som är svåra att överblicka, men man kan räkna med möjligheten-att stora bridreaktorer kommer att kunna installeras i de stora industriländerna redan under 1980-talet.

AB Atomenergis programdiskussion behandlar några olika tänkbara handlingslinjer där den mera krävande förutsätter installation i Sverige av en komersiell snabb reaktor i början av 1990-talet. Ifråga om mera avvaktande alternativ finns ett som baserar sig på antagandet att en kommersiell anläggning kan komma till stånd först efter sekelskiftet.

278 F issionsreknik

För ett kompetent genomförande av den mera krävande handlingslinjen måste förutsättas att deltagande i internationellt samarbete för reaktorindustrin, kraftföretagen och AB Atomenergi kan byggas upp. Omvänt gäller att utan ett inhemskt FoU-program svarande mot den högre ambitionsnivån försämras, särskilt för industrins vidkommande, förutsättningarna för att effektivt utnyttja samarbeten med företag i utlandet i avsikt att förvärva erforderlig teknologi. Enligt AB Atomenergis bedömning krävs under den närmaste 10-årsperioden betydande insatser för att ge kraftföretag och reaktorindustri samt tillsynsmyndigheter fortlöpande förbättrat underlag för eventuella framtida engagemang på snabbreaktorområdet.

Dagens situation och informationsnivå innebär att man i Sverige ej har tillräckligt underlag för att föreslå ett konkret utformat FoU-program på denna längre sikt. De förutsättningar, som bör styra inriktning och omfattning av ett sådant program måste bearbetas och prövas utförligt. Bedömningen av läget leder då till att en relativt omfattande etableringsstudie bör komma till stånd. Den föreslås genomförd under perioden till och med budgetåret 1976/77. Ett resultat av denna studie skall vara förslag till FoUprogram på längre sikt. En grundlig genomgång av säkerhetsfrågorna för de snabba bridreaktorerna liksom av bränslecykelfrågorna och reaktorsystemets ekonomi bör utgöra huvuddelarna i denna studie. Parallellt med etableringsstudien genomföres vissa begränsade FoU-arbeten, i första hand på materialforskningens område.

Denna handlingslinje innebär programutgifter inom landet om 4-5 Mkr/år under en treårsperiod. Studien kräver tillgång till information från projektstudier i utlandet och visst samarbete i sådana arbeten. Utgifter härför bör också beräknas utöver ovan angivna belopp. För budgetåret 1975/76 har angivits ca 0.6 Mkr, vilket ger en uppfattning om tänkbar storleksordning.

Under förutsättning av en positiv marknadsutveckling utomlands och att förutsättningarna i Sverige ger anledning

Sammanfattning 279

till ökat FoU-engagemang ökar också betydelsen av samarbete med utländska parter.

2-1-5 Eäzsäzäeêlssxkelg

Kartläggningen av FoU-insatser på detta område berör samtliga avsnitt inom den fullständiga uran-235-cykeln inklusive av reaktorplutonium till bränslet för teråterföring miska reaktorer.

I fråga om uranutvinning är förutsättningen att FoUarbete för en eventuell utbyggnad av Ranstad skall finansieras av de exploaterande parterna efter budgetåret 1974/75. Utvecklingsarbeten på prospekteringsområdet bör genomföras liksom smärre insatser beträffande utvinningsteknik. Sådana FoU-insatser beräknas kosta sammanlagt ca 3 Mr per år under de närmaste åren.

för bestrålat bränsle bör följas och Upparbetningstekniken vissa smärre insatser för belysning av alternativ teknik bör fullföljas. Huvuddelen av frågeställningarna för upparbetningstekniken ingår i komplexet högaktivt avfall och faller därmed huvudsakligen inom AKA-utredningens kompetensområde. Förslag till projekt avseende enbart upparbetningstekniska alternativ omfattar tills vidare en treårig insats som beräknats kosta ca l Mkr per år.

Utvecklingsarbeten avseende plutoniumåterföring inom termiska reaktorsystem är nödvändiga och under en 10-årsperiod kan delar av dessa arbeten behöva stöd genom tilldelning av allmänna medel. Marknadsparterna bör dock bära huvuddelen av kostnaderna. För dagen upprätthålles den nödvändiga beredskapen och uppföljningen av utvecklingsområdet genom insats av 1.5-2 Mr/år av allmänna medel för begränsade FoU-arbeten.

Inom anrikningsområdet kan en produktionsanläggning av lämplig storlek vara intressant att ta i drift inom landet under senare hälften av 1980-talet genom förvärv utifrån.

280 F issionsteknik S()lJ 1974:73

Förutsättningarna för ett anläggningsförvärv bör undersökas av en potentiell ägargruppering inom det närmaste året. Ett kunskapsuppbyggande forskningsarbete beträffande Centrifugteknik utföres inom ramen 4-5 Mkr/år under de närmaste åren. Arbetet inom denna ram är av basteknologisk och värderande karaktär beträffande processförutsättningar, särskilt gasdynamik, och ekonomi. Alternativa anrikningsmetoder följs uppmärksamt. Samarbete med utlandet eftersträvas. På sikt förutsättes att ansvaret för FoU-arbeten övertas av kommersiellt inriktade intressegrupper. Utformning och omfattning av ett inhemskt FoU-program är direkt beroende av relationerna till utländska samarbetsparter. Skulle man välja att helt inom landet oberoende utveckla en centrifugteknik fram till industriell exploateringsmognad bör man enligt AB Atomenergi räkna med en utvecklingskostnad i storleksordningen 200-300 Mr.

2-1-6 Beêgsâäilé

I rapportmaterialet belyses översiktligt tillgången på tekniskt skolad personal för genomförandet av redan åtagna och föreslagna utvecklingsuppgifter. Vid jämförelser mellan tillgång och efterfrågan avseende sådan personal framgår att ehuru totalbehovet synes tillfredsställande tillgodosett är vissa discipliner nu hårt ansträngda. Dessutom bedömes att ytterligare förskjutningar i kompetensbilden tillkommer. Krav på förstärkningar på enskilda disciplinområden kan därför förväntas. Medvetandet härom bidrar givetvis till att framförhållningen i planeringen av programområden måste ligga på en rimligt konservativ nivå liksom att utbildningsfrågorna måste ägnas stor omsorg.

2-1-7 §§m9§2§§äll9i2s

Tabell 2.1 ger en summering av kostnader för föreslagna projekt och programområden utom säkerhet och miljö. Området lättvattenreaktorer räknas i detta sammanhang icke som förslag.

Sammanfattning 281

Kostnaderna är angivna i 1974/75-års penningvärde och utgörs av direkta löne- och materialkostnader ökade med 75 Z respektive 10 Z schablonpåslag. Kapitalkostnader är ej inräknade.

Tabell 2.1: Totalsammanställning av förslag i programområden

1974/75 1975/76 1976/77

Övriga termiska system 4.7 5.0

Snabba reaktorerx) 4.0

10.2 10.4

Kärnbränslecykelnx)

i utlandet för internationellt atomx) Utgifter tillkomer, jfr tabell 2.9. energisamarbete

I anmäler AB Atomenergi att den fortfinansieringsfrågan och varor, särskilt under gående fördyringen av tjänster innebär att de förordade alternativen för senaste året, och FoU-bearbetning av gaskylda högtemperaturreaktorer snabba reaktorer kan förverkligas under budgetåret 1975/75 beviljas till AES verksamendast genom att tilläggsanslag het.

Det bör noteras att AB Atomenergis anslagsskrivelser för budgetåret 1975/76 anger programkostnader i löpande penoch att föreslagit statsmakterna att ningvärde bolaget kapitalkostnader fördelas på de enskilda programmen.

2.2 Expertmaterial för området fissionsteknik

Det av energiprogramkommittên (EPK) till AB Atomenergi utlagda uppdraget att utarbeta expertmaterial inom området kärnkraft-fissionsteknik omfattar för forskprogram nings- och utvecklingsinsatser inom ämnesområdet. Detta har avgränsats så att det omfattar samt kärnbränslecykeln reaktordelen med yttre komponenter fram till turbinen. Enligt Kungl Majtzs direktiv till EPK skall KÄRNSÄKFORSK och AKA-utredningen fortsätta att bearbeta FoU-frågor inom sina respektive områden.

Bakgrundsmaterial för detta kapitel har erhållits genom utredningsarbete inom AB Atomenergi samt från svaren på EPKs enkät och från de diskussioner som ägt rum vid speciella hearings. En sammanfattning av enkätsvaren ges i bihang 3.

Två hearings har hållits. Ämnena har varit Uranutvinning, kärnbränslecykel och Kärnkraftreaktorer. Dessutom har ett samråd hållits med representanter för KÄRNSÄKFORSK och AKA-utredningen. Kompletterande diskussioner har vidare hållits med representanter för olika intressentgrupper.

2.3 Nulägesbeskrivning

2.3.1 Kärnkraft för eloch värmeförsörjning

Den dominerande användningen av kärnenergi för fredligt bruk är för generering av elenergi och en växande andel av nyinstallationen av elkraft baseras i många länder på detta energislag. Detta kan illustreras som i exempelvis figur 2.1 där kärnkraftens del av den totala elproduktionen i några länder anges för åren 1972 och 1985. Materialet i figuren baserar sig på uppgifter före oljekrisen hösten 1973 och uppdateringen av planerna för komande elkraftinstallation kommer säkert att för medföra många länder

Nulägesbeskrivning

av kärnkraftens andel. Inom parentes kan nämnas en ökning att för del skulle en kärnkraftutbyggnad enligt Sveriges innebära ett minskat oljebehov 1985 av ca 20 milfiguren ton årligen jämfört med motsvarande produktion joner olja i enbart oljeeldade kondenskraftverk.

SVER|GE JAPAN 100 %

35 .5

50%

30.5 /

1985 1972 1985 1972 1985 1972 1985 1972

KÅRNKBAFT

VATTENKRAFT

OLJA, KOL, GAS

Relativ fördelning av elproduktionen på olika Fig 2.1: energislag, analys år l973

Tabell 2.2 siffervärden på total nominell elektrisk ger effekt kärnkraftverk som installeras eller (Mwe) från håller på att installeras i några av de i kärnkrafthänmest avancerade länderna (ref l-3) och tabell 2.3 seende hur denna effekt fördelar sig på olika reaktortyper. anger En kort beskrivning av olika slag av reaktorer ges i moment 2.3.2.

284 Fissionsleknik

Fissionsprocessen i reaktorerna ger i första hand värme som via lämpligt kylmedel, värmeväxlare tur- (eventuellt), bin och generator omvandlas till elkraft. Verkningsgraden för denna omvandling 30 Z för ligger omkring lättvattenreaktorerna och omkring 35-40 Z för de gaskylda reaktorerna.

Resten av genererad effekt kyls bort i turbinkondensorn och resulterar i en för normala anläggningar marginell höjning av temperaturen på kylvattnet.

Tabell 2.2: Installerad och prognoserad elkraft baserad på kärnkraft i några olika länder

1 driftl) Totaltl) 1 drift 19851)

beställd

2) Ref 3 i

Med hänsyn till att uppvärmningsbehoven i Sverige svarar för ca 40 Z av den totala energiförbrukningen vore det önskvärt att kunna använda värmen från kärnkraftverk direkt för uppvärmning av industri- och bostadsområden. Detta kan realiseras i kraftvärmeverk där reaktorsystemet förses med mottrycksturbiner, som dimensioneras så att en mindre del av den genererade effekten tas ut som elkraft och resten erhålles som hett vatten för användlämpligt ning i ett fjärrvärmesystem. Kapacitetsmässigt stora anläggningar krävs emellertid för god ekonomi och i Sverige torde endast tre fyra områden ha tillräckligt stor och

N ulägesbeskrivning 285 sou 1974:73

. . 1 ) Tabell 2.3: Antal reaktorer fördelade pa reaktortyp

England Frankrike 2 5 9 l Kanada 11 8 8 1 1 Västtyskland 12 9 1 1 1 Japan 2 7 1 Spanien Italien 1 1 7 3 Sverige l) Gäller reaktorer beställda före 1973-06-30 Rörande jfr ordlistan i bihang 1 beteckningarna tät bebyggelse för att kunna utnyttja den tillgängliga värmeeffekten. Eftersom dessa svarar för ca 50 Z av landets kan trots den nämnda begränsningen denna uppvärmningsbehov tillämpning spara stora kvantiteter bränsle. En ytterökning av oljepriset kan medföra att även mindre ligare enheter blir ekonomiska. En analys av frågeställningar av denna art tas emellertid upp i en annan expertbilaga och berörs ej mer här.

av kärnkraft för uppvärmningsändamål skulle Utnyttjningen kunna bli väsentligt mer omfattande om man kunde använda reaktorvärmet för framställning av en gas med högt värmeinnehåll (vätgas, metan ...). Gasen skulle distribueras till användaren genom ett lämpligt och värme

ledningsnät

erhållas genom förbränning. Propå förbrukningsstället duktionen av lämplig gas genom värme kräver emellertid i

praktiken temperaturer över ca 800°C och ingen av dagens

kommersiella reaktorer kan uppfylla ett sådant krav. Man arbetar emellertid i flera länder på utvecklingsalternativ till de gaskylda reaktorerna med en temperatur på utgående kylmedel av ca 950°C. Lyckas man förverkliga dessa reak-

torsystem skulle man få ytterligare ett alternativ till

lösningen av uppvärmningsproblemet.

286 F issionsteknik

Tillgången på stora mängder kylgas med en temperatur över 800-90000 från reaktorer ger också att använda möjlighet kärnkraft direkt i industrin för olika processer. Liksom lågtemperatur-fjärrvärmeproblematiken tas de allmänna processtekniska frågorna upp i annat sammanhang, men de gaskylda högtemperaturreaktorernas potential och de FoUinsatser inom landet rörande dessa reaktorer som kan betecknas som nödvändiga behandlas i moment 2.4.3.

2-3-2 9lik§_z§êks9:s22s:

Dagens kärnkraftstationer använder som central värmekälla

reaktorer av i stort sett tre huvudtyper: lättvattenreaktorn (LWR), tungvattenreaktorn (HWR) och grafitreaktorn (GR). Samtliga tillhör kategorin termiska reaktorer, dvs huvuddelen av de vid fissionen alstrade snabba neutronerna bromsas ned till termisk energi innan de åstadkommer nya fissioner. Det modererande mediet för de olika reaktortyperna framgår av namnet. Som kylmedel användes för LWR lättvatten, för HWR tungvatten (varianter finns med lättvatten eller organiskt material som kylmedel) och för GR koldioxid eller helium (varianter med lättvatten som kylmedel finns också).

Lättvattenreaktorn finns i två utföranden: tryckvattenreaktorn (PWR) och kokarreaktorn (BWR). I den förra hålls trycket i reaktortanken så högt att ingen nettokokning förekommer i kylmedlet. Man har alltså vid från utloppet reaktorn vatten av hög temperatur och högt tryck och den för turbinen alstras nödvändiga ångan i en speciell ånggenerator (jfr principschemat, figur 2.2). I kokarreaktorn tillåts kylmedlet koka, ångan alltså i reaktorn genereras och förs därifrån direkt till turbinen (figur 2.3). Båda varianterna har för- och nackdelar och någon värdering skall ej göras här.

Av tungvattenreaktorerna dominerar den i Kanada utvecklade tryckrörsreaktorn med naturligt uran som bränsle och tungt vatten som kylmedel. Kylmedlet befinner här liksom vid sig PWR hela tiden i vätskefas och en ånggenerator är nödvän-

Nulägesbeskrivning 287 sou 197473

som mellansteg till turbinen. Varianter av tryckrörsdig reaktorn med kokande lättvatten som kylmedel finns i prototyputförande i Kanada och Storbritannien.

KVATTE N REAKTOR ( PWR ) TRYC TURBIN REAKTOR GENERATOR

2.2: Principschema för en tryckvattenanläggning Fig

KOKARREAKTOR (BWR) TURBIN GENERATORI W BRÄNSLEELEMENT KONDENSOR KVUWUTEN TRYCKKÃRL PUMP 4-1_- . PUMP

2.3: Principschema för en kokarreaktor Fig reaktorerna som finns i ett flertal Vari- AV de gaskylda anter är högtemperaturreaktorn (HTR) med partikelbränsle den som har den största utvecklingspotentialen. Kylmedlet

är här helium som i reaktorn upphettas till ca 75000.

288 F issionsteknik

Trycket är ca 50 bar. I princip skulle gasen kunna ledas till en gasturbin för direkt generering av elkraft och det är troligt att inom ca 10 år en prototyp av en HTR med gasturbin finns framtagen.

De prototyper som är i drift utnyttjas för elproduktion på konventionellt sätt, dvs en ånggenerator placeras mellan reaktor och turbin. En principskiss över en HTRbaserad anläggning återges i figur 2.4.

Samtliga de nämnda reaktortyperna utnyttjar uranbränslet endast i ringa grad. Den primärt klyvbara är U235 isotopen som ingår i naturligt uran till 0.7 Z. Skedde klyvning enbart i denna isotop skulle den maximala utnyttjningen således begränsas till 0.7 Z men skulle i verkligheten bli väsentligt lägre. Under drift av reaktorerna produceras emellertid genom neutroninfångning i uranisotopen U238 en klyvbar plutoniumisotop Pu239. Denna liksom isotopen Pu24l, som byggs upp genom successiv neutroninfångning i Pu239, är klyvbar på sama sätt som U235. Den effektiva utnyttjningen av uranet ökas därigenom och är för de

:ao c mmwuuwmnwwuvx w Turbin-

H|DVIIHHUHHNIIIKLIHH

,, generator 760 t Kondensor *

hnatarvatten- Förvärmare Kondensat- PUMP PUMP

Principschema för en gaskyld högtemperaturreaktor

nämnda s k termiska reaktorerna av storleksordningen 1 Z. Ett godhetstal för reaktorerna när det gäller plutoniumproduktion är det s k konversionsförhållandet som anger

sou 1974:73 Nulägesbeskrivning 289

bråkdelen bildade plutoniumatomer per förbrukad U235-atom. Som visas längre fram ligger konversionsförhållandet för olika typer av termiska reaktorer mellan ca 0.5 och 0.8.

En väsentlig ökning av nyttiggörandet av uranets energiinnehåll kräver reaktorkonstruktioner som ger konversionsförhållanden l. Sådana värden kan uppnås i de s k snabba reaktorerna, bridreaktorerna (FBR), med en blandning av och som bränsle. För sådana system användes be-

Pu02 U02

greppet bridförhållande snarare än konversionsförhållande och den karakteristiska egenskapen för bridreaktorerna är således att de kan producera mer klyvbart material än vad de förbrukar. Stora insatser görs i olika länder på att utveckla kraftreaktorer baserade på bridreaktorprincipen och tre prototypreaktorer på 250-350 MW elektrisk effekt har nyligen körts igång. Lyckas man med driften av dessa och med extrapoleringen till fullstora enheter så att bridreaktorn i en framtid kan ersätta de termiska reaktorerna skulle utnyttjningen av uranet kunna öka från ca l Z till ca 70 Z. Bränslekostnaderna för dessa system blir låga och därigenom görs även mycket låghaltiga fyndigheter ekonomiskt brytbara och t 0 m uranet ur havsvattnet skulle kunna utvinnas utan stor belastning för ekonomin. Sammanlagt medför dessa faktorer att fissionskraften i princip skulle kunna täcka världens energibehov under mycket lång tid.

Karakteristiskt för de snabba reaktorerna är att modere-

rande material måste undvikas. Vattenkylning kan ej tillgripas. Kylning med flytande natrium är en huvudlinje som demonstrerats i experiment- och prototypanläggningar. Ett alternativ till natrium är heliumgas men ännu har ingen heliumkyld snabb reaktor byggts. En principskiss över en anläggning med en natriumkyld reaktor av s k slingtyp återges i figur 2.5. Då natriet vid passeringen genom reaktorn blir kraftigt radioaktivt krävs en speciell värmeväxlare med aktivt natrium på primärsidan och inaktivt natrium på sekundärsidan mellan reaktor och ånggenerator.

290 F issionsrøknik SOU 1974573

Mellanöverhettare

162 bar

Generator Överheuare

Kondensor nu

Reaktor

Matarvattenforvarmare Kondensat- PUMP

Fig 2.5: Principschema för en natriumkyld snabb reaktor

Bridreaktorernas säkerhetsförutsättningar är ej direkt jämförbara med motsvarande förutsättningar för termiska reaktorer. Ett speciellt problem sammanhänger med det faktum att bridreaktorn drivs med bränsle av hög anrikning (15-20 Z) och med hög specifik effekt samt att den totala bränslekvantiteten vida överstiger vad som minimalt erfordras för att uppnå kritisk storlek. Detta senare

förhållande gäller även för de termiska reaktorerna men

till skillnad från dessa kan en geometrisk omfördelning av i

bränslet i en snabb reaktor ge upphov till ett väsentligt reaktivitetstillskott.

Sker en sådan omfördelning exempelvis av härdpå grund smältning erhålles en snabb energifrigörelse, som kan leda till förångning av bränsle. Härvid stoppas kedjereaktionen men en tryckuppbyggnad erhålles. Vid olämplig reaktorkonstruktion skulle övertrycket kunna leda till brott på inneslutningen och därmed till en icke acceptabel spridning av radioaktivitet.

sou 19747 3 N ulägesbeskrivning 291

Vid konstruktion av säkerhetsanordningar för bridreaktorer måste därför möjligheten av omfattande härdsmältning beaktas och flera anläggningar har dimensionerats för att klara en sådan maximal olycka. Flera reaktorstationer av prototypstorlek har också byggts för vilka säkerhetsanordningarna förutsättes vara tillräckligt omfattande för att praktiskt sett omöjliggöra härdsmältning. Detta åstadkommes genom att reaktortanken görs dubbelväggig (med läckagedetektor i mellanrummet mellan väggarna) och tillgänglig för inspektion; därigenom bortfaller risken för kylmedelsförlust genom tankbrott. Vid natriumkylning är , risken för tankbrott låg beroende på lågt drifttryck. Härden utformas så att självcirkulation ger tillräcklig kylning vid avstängd reaktor; därigenom bortfaller risken med stopp i cirkulationspumparna. Reaktorn utrustas med två oberoende och olika snabbstoppsystem, som skall säkerställa avstängning av reaktoreffekten innan begynnande skador i härden hinner sprida sig till riskabel omfattning.

Risken för okontrollerad omfördelningskriticitet i snabba reaktorer och andra skillnader i de primära säkerhetsegenskaperna för dessa system och termiska reaktorer är snarare kvalitativa än principiella och påverkar närmast de konstruktionskrav, som måste ställas på reaktorn. I och med att dessa konstruktionskrav uppfylls, utjämnas skillnaderna mellan de båda systemen ur säkerhetssynpunkt. För att en direkt jämförelse skall bli meningsfull måste emellertid säkerhetsegenskaperna hos konkreta anläggningar bedömas. För närvarande saknas i Sverige underlag för en sådan jämförelse.

För att fullständiga bilden av bränslesystem inom fissionsområdet bör nämnas att man genom neutroninfångning i ämnet torium erhåller en uranisotop, U233, som är klyvbar liksom U235 och i vissa avseenden har gynnsammare egenskaper än denna isotop. Som alternativ till en bränslecykel baserad

på uranisotoperna U235 och U238 arbetar man därför spe-

ciellt för de gaskylda högtemperaturreaktorerna på en cykel med U233, U235 och torium som bränsle. Denna bränslecykel benämnes ofta toriumcykel.

292 F issionsteknik S()lJ 1974:73

Det plutonium som bildas i en reaktor bränns liksom U235 men det återstår alltid en resthalt av plutonium i det färdigbestrålade bränslet. Genom kemisk separation i lämplig anläggning tillvaratas plutoniet och kan antingen återanvändas i termiska reaktorer eller lagras för en

framtida användning i snabba reaktorer. Optimal återan-

vändning av plutonium i termiska reaktorer är inte minst av ekonomiska skäl angelägen och några frågeställningar i samband med plutoniumåtercykling skall belysas i moment 2.4.5.

I tabell 2.4 ges en sammanställning över data för ett antal reaktorer representerande de viktigaste reaktortyperna. Antalet uppgifter har begränsats till de som med hänsyn till syftet med denna rapport kan betraktas som viktiga. Dit hör bl a verkningsgraden för elproduktion, typ av bränsle (anrikning) och konversionsförhållande. Värdena för bridreaktorn är osäkra då ingen kommersiell sådan reaktor ännu har byggts.

Endast vissa typer av tungvattenreaktorer och den gamla typen av grafitreaktorer (i tabellen representerad av den engelska magnox-reaktorn) kan drivas med naturligt uran. Bränslet till övriga reaktortyper måste vara anrikat på isotopen U235 eller plutoniumberikat. Enbart tillgång till natururan från egna gruvor eller plutonium från egna reaktorer garanterar inte bränsleförsörjningen till dessa reaktorer utan anrikningsmöjlighet måste också stå till buds.

Valet av reaktortyp för de svenska kärnkraftstationerna har emellertid inte i första hand baserats på ett importoberoende när det gäller bränsle utan fastmer på totalekonomi. Vårt kärnkraftprogram har därigenom för lång tid framöver kommit att bli baserat på lättvattenreaktorn. Vi har också en egen tillverkare av lättvattenreaktorer, ASEA-ATOM, och tyngdpunkten för de svenska FoU-insatserna inom kärnkraftområdet måste under ännu många år läggas på problem anknytande till lättvattenreaktorerna.

SOU 197473 N ulägesbeskrivning 293

Tabell 2.4: Karakteristiska data för reaktorer tillhörande olika reaktortyper

Typ Reaktor kw/kg TM1) Verknings- Anrikningz) Konversions-

grad Z Z U235 förhållande (initialt)

Enligt de studier som utförts av Centrala driftledningen (CDL) (ref 3) kommer utbyggnadsbehovet i Sverige på elsidan att växa i det närmaste linjärt med Liden under den närmaste 20 års perioden. Ökningstakten motsvarar ca 1500-1600 MW/år nyinstallerad effekt. Den totala energiförbrukningen kommer likaledes att öka men relativt sett i lägre takt.

En väsentlig del av det nytillkommande energibehovet framför allt på elsidan kan täckas med kärnenergi. För en viss del av det energibehov som nu täcks med olja och andra energiråvaror kan kärnenergin också utgöra ett konkurrenskraftigt alternativ. Detta gäller speciellt inom området lågtemperatur-fjärrvärme.

Den pågående utbyggnadsfasen av kärnkraft i Sverige omfattar elva kraftstationer med en sammanlagd installerad

294 F issionsreknik

effekt av 8300 MW. De tio hittills beställda reaktorerna är samtliga av lättvattentyp, 3 tryckvattenreaktorer (PWR) och 7 kokarreaktorer (BWR). Reaktortypen för den 11:e stationen är ännu ej fastställd. Stationernas storlek och planerad idrifttagning framgår av tabell 2.5.

Enligt 1972 års CDL-studie över utvecklingen av elproduktionssystemet fram till 1990 skulle under 1980-talet ytterligare 13 kraftreaktorer tillkomma. Någon ny studie som belyser möjlig inverkan av oljekrisen under vintersäsongen 1973/74 föreligger inte. Statsmakterna har ännu ej tagit ställning till förutsättningarna för en fortsatt kärnkraftutbyggnad. Ärendet kommer att behandlas under vårriksdagen 1975. Det pågående utbyggnadsprogrammet med lättvattenreaktorer liksom nödvändigheten att kunna bedöma den fortsatta kärnkraftutvecklingens möjligheter bl a beträffande nya reaktorsystem innebär emellertid att studier och FoU-arbeten under 1970-talet förs vidare.

Tabell 2.5:, Reaktorer i drift eller under uppförande inom landet

N ulägesbeskrivning 295 sou 19747 3

2.3.4 EäEE§E§E§l§§§E§§IÅEÅ9E§E

A l 1 m ä n t

De olika stegen i kärnbränslecykeln för en reaktoranläggning illustreras schematiskt i figur 2.6. De centrala leden i cykeln med hänsyn till beroendet av omvärlden utgöres för Sveriges del av tillgång till natururan och anrikningstjänster samt möjlighet till upparbetning av bestrålat bränsle. För den pågående kärnkraftutbyggnaden i Sverige omfattande ca 8000 MW har större delen av natururanbehovet täckts fram t 0 m 1985 genom gjorda upphandlingar. Den långsiktiga råvaruförsörjningen genom prospektering och brytning av uran har mot bakgrund av de stora kärnkraftprogrammen utomlands fått förnyad aktualitet. Priset på uranråvara stiger på av snabbt bör grund ökad efterfrågan från l980-talets

Prospektering

Uranutvinning

------- lsotopanrikning

Uran H 1

Bransleelement g

tillverkning o

F""-I""""I

Energiproduktion : *------- ----- --n Pu

Upparbetning

AvfaH 2.6: Karakteristiska steg i kärnbränslecykeln Fig

296 F issionsteknik

jan. Även kraftiga prisökningar har dock endast marginell inverkan på kärnkraftens konkurrenskraft.

Beträffande anrikningstjänster har kontrakt tecknats med den amerikanska atomenergikommissionen (USAEC) som omfattar behoven för de beslutade reaktorerna fram till mitten av 1995. Avtal har även slutits med Sovjetunionen om leveranser av anrikningstjänster. De europeiska anrikningsföretagen Eurodif (Frankrike) och Urenco (England) marknadsför nu anrikningstjänster att utföras framöver i nya anläggningar som tas i drift under 1980-talet.

Rörande upparbetningstjänster finns ett avtal för Oskarshamn I avseende 140 ton bestrålat uran vilket motsvarar behovet fram till 1976.

Som en illustration av olika bränslebehov för en kraftteaktor anges i tabell 2.6 den mängd natururan och de anrikningstjänster (i enheten SWU = Separative

Tabell 2.6: Specifika behov för ett 1000 Mwe kärnkraftverk å

Natururan av

år från Anrikning Uttag ldrlft utbränt bränsle

ta3“1“g

103 kg U 103 swu 103

kg u

Z - 500 110 1 - - 110 ° _ 80 50 1 210 _ 105 2 155 85 28 3

6 100 70 28

7 70 2a

Nulägesbeskrivning 297

Work Units) som krävs för en kärnkraftstation på 1000 Mwe (LWR) vid olika tidpunkter i förhållande till idrifttagningsåret. Tabellen ger också för olika år uttagen mängd färdigbestrålat bränsle som skall upparbetas efter viss tids förvaring vid kraftstationen.

Den kraftiga utbyggnaden av kärnkraften som förutses i Sverige och i många andra länder kan endast realiseras om kärnbränsleförsörjningen är säkrad. Tillgången på natururan och anrikningstjänster samt möjligheten till upparbetning av bestrålat bränsle skall i korthet beröras i det följande.

U r a n t i l 1 g å n g e n

I tabell 2.7 ges en sammanställning över kända tillgångar av uran i olika delar av världen (östblocket och Kina undantagna) samt en uppskattning av ytterligare brytvärda fyndigheter. Materialet har ordnats i två grupper efter förväntat pris på uranet uttryckt i dollar per pund efter amerikansk praxis. Sam-

U308

manställningen har gjorts av Nuclear Energy Agency (NEA) inom OECD och International Atomic Energy Agency (IAEA) med material som fanns tillgängligt i januari I973 (ref 4).

uranbehovet i västvärlden (ref 4) räknat Det ackumulerade till ca 500 000 ton uran år 1983, från 1973 har uppskattats år 1990. Vid beräk- 1 000 000 ton 1987 och 1 500 000 ton har man utgått från en utbyggnadsningen av uranbehovet dominerar. Jämför man prognos där lättvattenreaktorerna 2.7 finner man att de kända dessa siffror med de i tabell motsvarar behovet fram till lågpristillgångarna (i $ 10/lb) omfattar inte tillkommitten av 1980-talet. Beräkningen mande uranbehov för de utökningar av utbyggnadsprognoserav oljekrisen vintern 1973/74. na som föranletts

är De kända svenska tillgångarna, som är mycket betydande, skiffrarna. Uranhalten koncentrerade till de västsvenska ligger i den högre prisklassen. är låg och fyndigheterna

298 F issionsteknik

Genom uranprospektering, bedriven av Sveriges Geologiska Undersökning (SGU), har vidare under de senaste åren ett flertal uranmineraliseringar påträffats, främst i

Arjeplog-

området. Omfattningen av eventuella fyndigheter är ej fastställd och prospekteringsverksamheten fortsätter.

Tabell 2.7: Västvärldens

urantillgångar1› (ref 4)

Land Prisklass 10 $/lb uranoxid 10-15 $/lb uranoxid Kända Sannolika Kända Sannolika

103 ton U 103 ton U 103 ton U 103 ton U

(inkl Angola) Sydafrika 202 8 62 26 (inkl Namibia)

förekommit

U r a n a n r i k n i n g

Bränslet i lättvattenreaktorerna innehåller uran med en U235-halt av 2.5-3 Z. Tillgång till anrikningstjänster är således nödvändig och som nämnts tidigare täcks vårt anrikningsbehov fram till mitten av 1990-talet för beslutade

Nulägesbeskrivning 299 sou 1974;73

reaktorer genom kontrakt med USAEC som driver tre stora anrikningsanläggningar. Flera länder har bilaterala regeringsöverenskomelser med USA enligt vilka anrikningsför ett visst reaktorprogram, om man tjänster garanteras sluter avtal därom inom specificerad tid. Den ökade efterfrågan har dock medfört att leverans enligt nya kontrakt endast garanteras i mån av tillgänglig kapacitet. Efter den l juli 1974 måste dessutom avtal tecknas minst åtta år före första leverans.

Kapaciteten på USAECS nuvarande anläggningar beräknas vara fullt utnyttjad omkring 1984 (ref 5). Senare uttalanden antyder dock att denna situation inträffar tidigare. Nya anläggningar måste uppföras och planer på sådana finns både i USA och Västeuropa. I Sovjetunionen finns dessutom anrikningskapacitet som på senare tid erbjudits västvärlden bl a Sverige.

Alla i drift varande stora anrikningsanläggningar utnyttjar en teknik byggd på gasdiffusion. Diffusionsförfarandet grundar sig på principen att gasen uranhexafluorid

(UF6)

med hjälp av kompressorer pressas genom gasgenomsläppliga membranet, varvid molekyler med den lättare uranisotopen U235 något snabbare går igenom membranet och därmed anrikas på andra sidan. Kompressorarbetet innebär en hög elca 2500 kWh/kg separativt arbete, varför el-

förbrukning,

kostnaden större delen av den rörliga kostnaden för utgör och därmed mycket starkt påverkar priset. Ekoanrikningen nomien hos gasdiffusionsanläggningar är starkt storleksberoende.

Det franskdominerade bolaget Eurodif, i vilket Belgien, Italien och Spanien ingår som delägare, har nyligen beslutat att bygga en diffusionsanläggning i Frankrike baserad på fransk teknik. Kapaciteten hos anläggningen anges till ca 9000 ton anrikningsarbete per år och idrifttagningen planeras till l979. Möjligheter till viss kapacitetshöjning finns.

300 F issionsteknik

Ett annat förfarande är under utveckling med stora resursinsatser i Europa, USA och Japan och möjligen på andra håll, nämligen gascentrifugmetoden. Elförbrukningen rör sig om l/l0 av förbrukningen vid diffusionsförfarandet. Anrikningen per steg är visserligen hög men produktionen i varje centrifug blir liten och en industriell anläggning får byggas upp av ett stort antal parallella kaskader. Man får emellertid därmed frihet att bygga ut kapaciteten mera successivt än vid diffusionsförfarandet. Fortfarande finns dock en skalfaktor såtillvida att tillverkningen av centrifuger måste ske med massproduktionsteknik för att styckekostnaden skall bli tillräckligt låg.

Gascentrifugtekniken bedömes ha en god utvecklingspotential och ett antal av olika centrifuger grad av utveckling har varit i drift i flera år. nu med Experimentanläggningar går en produktion av några tiotal ton anrikat uran per år. En mera definitiv värdering av huruvida slår centrifugmetoden igenom eller ej synes dock erfordra några års ytterligare insatser. Speciellt kommer resultaten från demonstrationsanläggningar som kommer i drift år 1976 att vara viktiga för beslut om utformningen av tillkommande kapacitet.

En grupp i Europa med intressenter från Västtyskland, Nederländerna och Storbritannien bygger pilotanläggningar med gascentrifuger och har annonserat att tillräckligt kundunderlag nu föreligger att bygga ut till 1200 tons kapacitet år 1980. Fortsatt utbyggnad beror av marknad, finansiering, etc.

För att fullständiga den tekniska bilden bör nämnas att arbeten med andra gasseparationsmetoder bl a med pågår, den s k Beckermetoden där man utnyttjar det olika beteendet hos de två uranisotoperna i en dysa där gasen tvingas göra en avböjning. Elförbrukningen blir dock minst lika hög som vid diffusionsförfarandet. Metoder baserade på laserteknik är vidare under bearbetning bl a i USA. För en mer detaljerad beskrivning av olika anrikningsmetoder hänvisas till ref 6.

Nulägesbeskrivning 301 sou 197473

nämnas att utvecklingsarbete pågår i Det bör slutligen Unionen och att man också Sydafrikanska på en ny process i Kanada visar starkt intresse för ani Australien liksom Detta innebär att länder med väsentliga rikningsområdet. att framdeles även uranreserver granskar möjligheterna kunna erbjuda anrikat material.

a v a n V ä n t b r ä n s 1 e U p p a r b e t n i n g

av utbränt bränsle avlöser kärnkraftverken Upparbetningen förvara och hantera detta material efter en första från att kortare lagringstid. Vid upparbetning separeras klyvningsprodukter och konstruktionsmaterial från uran och plutonium. Det högaktiva avfallet går till lagring och ytterför överföring till lämplig form för ligare bearbetning Kvarvarande uran och plutonium återlångtidsförvaring. Det plutonium som separerats från föres i bränslecykeln. utbränt bränsle kan likställas med höganrikat uran och har ett motsvarande värde.

Utbränt bränsle från en lättvattenreaktor innehåller Värdena beror 0.7-0.8 Z U235 och ca 0.7-0.8 Z plutonium. av utbränningens storlek och reaktortypen men de givna siffrorna kan tjäna som riktvärden.

Det behovet av upparbetning har inventerats europeiska och kan numera anses vara helt dominei olika samanhang av oxidbränsle. Detta rat av LWR-utbyggnadens omsättning att behovet 1980 motsvarar upparbetning av betyder omkring ca 1300 ton uran/år. Kapaciteten hos upparbetningsanlägg- Windscale och La Hague sammanlagt utgör år 1980 ningarna ca 1600 ton uran/år. De på senare tid starkt utökade planerna får ingen inverkan på behovet på kärnkraftkapacitet år 1980.

i Europa erfordras för 1980-talet. Ny upparbetningskapacitet Det svenska behovet är av den storleken att det rent ekonomiskt inte är lönsamt att ta i drift någon inhemsk anförrän mot slutet av 1980-talet eller början av läggning 1990-talet. Med hänsyn till problemen med omhändertagande

302 Fissionsteknik S()LJ 1974:73

av högaktivt avfall kan det dock inte uteslutas att_uppförandet av en anläggning i Sverige blir aktuellt tidigare.

2-3-5 §ê5s:hss§:_9sh_miliêâzåsez

Kärnkraftbaserad energiproduktion medför att radioaktiva ämnen tillförs miljön och därmed biosfären. Detta kan ske såväl under den normala driften av kärnkraftanläggningarna som vid vissa missöden och haverier. Vid och hantering förvaring av avfallsprodukter kan vissa utsläpp av radioaktivitet ej helt uteslutas.

Även om radioaktiva ämnen från kärnkraftverksamheten utgör ett nytt tillskott är det av vikt att hålla i minnet att radioaktiva ämnen i alla tider förekommit i biosfären. Strålningen från dessa radioaktiva ämnen utgör den s k naturliga bakgrunden av radioaktivitet. Debatten om kärnkraftens miljöpåverkan gäller bl a frågan om människan genom kärnkraft på ett avgörande sätt påverkar den naturliga förekomsten av radioaktiva ämnen och därigenom förändrar de framtida livsbetingelserna.

Det allmänna debattläget för dagen innebär i huvudsak följande:

- De tekniska förhållandena medger att normaldriftsavgivningen av radioaktivitet från kärnkraftverksamheten kan begränsas till så låga värden att enighet kan nås om deras tillåtlighet.

- Verkningarna i kärnkraftverkens omgivning av förutsedda haveriförlopp, s k dimensionerande haverier, blir harmlösa om skyddssystemen fungerar som avsett. Det råder i debatten i oenighet bedömningen av frågan om detta kan förväntas bli fallet.

Stora haverier, med från samhällets synpunkt förhållandevis svåra verkningar, kan uppkomma i fall där skyddssys-

Nulägesbeskrivning 303

temen visar sig ej ha avsedd verkan. Kärnkraftens förebedömer att stora haverier med svåra följder är språkare så osannolika att man ej i praktiken behöver räkna med att de kommer att inträffa i en enskild anläggning under dess drifttid. Mot bakgrunden av det stora antalet anläggningar som planeras och osäkerheten i bedömningsunderlakan man dock icke utesluta att haverier med svåra följget der kan komma att inträffa någon gång bland hela mängden av kärnkraftverk i hela världen. Kärnkraftens kritiker tar fasta senare förhållande. Debattläget utpå detta i frågorna om på vilka grunder samhället kan mynnar ett risktagande, och hur risken av en verksamhet acceptera skall kunna vägas mot nyttan av verksamheten.

När det till miljön av radioaktiva ämgäller avgivningen nen från förvaringsplatserna för radioaktiva avfallsprodukter anser kärnkraftens kritiker att de nu tillgängliga metoderna för avfallsförvaring ej kan anses tillfyllest för Kärnkraftens föreden planerade kärnkraftutbyggnaden. framhåller att goda möjligheter föreligger att språkare och utvecklingsarbete ytterligare förgenom forskningsbättra metoderna för förvaring av kärnkraftverksamhetens radioaktiva avfallsprodukter. Genom att överföra avfallsform - t ex glas - räknar man med produkterna i olöslig att ha uppnått en produkt godtagbar för långtidsförvaring. om att avfallsfrågornas lösning i det Enighet föreligger är en förutsättning för fortsatt kärnlängre perspektivet kraftproduktion.

Erfarenheterna hittills av kärnkraftverksamheten är gynnsamma. Normaldriftsavgivningen av radioaktivitet till miljön har kunnat begränsas till obetydliga andelar, omkring l Z, av de fastställda gränsvärdena. I enlighet med prinatt radioaktivitetsavgivningen skall hållas så låg cipen med som det visar sig praktiskt möjligt och genomförbart hänsynstagande till ekonomiska och sociala omständigheter, pågår samtidigt en sänkning av de fastställda gränsvärdena.

Haverier har förekommit i kärntekniska anläggningar för militära ändamål och försöksanläggningar för forsknings-

304 F issionsreknik

ändamål. Hittills har inga haverier i kärnkraftverk medfört påvisbara verkningar utanför anläggningen.

På grundval av dessa erfarenheter bedöms de uppnådda resultaten godtagbara ur säkerhetssynpunkt. Forskningsoch utvecklingsarbetet inom det kärntekniska säkerhetsområdet har i första hand varit inriktat på att anvisa lösningar på säkerhetsproblemen för de första reaktoranläggningarna. Mot bakgrund av den omfattande utbyggnaden av kärnkraftverk erfordras under den närmaste tioårsperioden en fortsatt stark insats av forsknings- och utvecklingsarbete för att demonstrera att de nu tillgängpå kärnkraftens säkerhetsproblem är godliga lösningarna tagbara också i den situationen att kärnkraften mot slutet av seklet kan komma att svara för en betydande del av landets elkraft- och värmeproduktion.

2.4 Behov av FoU

2-4-1 121222222

I de efterföljande fem momenten kommer en översiktlig redovisning av behovet av forsknings- och utvecklingsinsatser inom kärnkraftområdet att ges med speciell hänsyn tagen till svenska förhållanden. Behandlingen av LWR-systemen blir olik den för de övriga reaktorsystemen. Motiven för insatserna är här självklara; ett antal LWR är i drift

eller under uppbyggnad, en tillverkare av kokarreaktorer

finns inom landet etc. Alla problemkomplex Sammanhörande med konstruktion, drift och säkerhet måste behärskas och forsknings- och utvecklingsinsatserna styrs av denna målsättning. En betydande del av erforderliga insatser kan jämställas med normal produktutveckling och faller utanför sådana FoU-förslag som skall behandlas av EPK. Problemställningarna omnämns likväl och som underlag har bl a använts material från enkätsvaren och hearingen om kärnkraftreaktorer.

Av övriga reaktorsystem tilldrar sig HTR- och de snabba

Behov av FoU 305

reaktorerna ett speciellt intresse. En utförlig bakgrundsbåda dessa system under moment 2.4.3 resteckning ges för 2.4.4 som ett antal områden utpekas där pektive samtidigt svenska insatser bedömes angelägna.

FoU-insatser på kärnbränslecykeln behandlas i moment 2.4.5 i vilket också problemen kring plutoniumåtercykling tas upp. Sist diskuteras målsättningen för arbeten på säkerhets- och miljöområdena.

2.4.2 Lättvattenreaktorer

Den statliga satsningen på FoU inom kärnkraften i Sverige är liten i jämförelse med motsvarande satsning i andra länder Detta medför att en med egen reaktorutveckling. stark av arbetena på olika problemområden är prioritering och det ställer krav på att resultat från utnödvändig ländskt forsknings- och utvecklingsarbete kan tillgodogöras i Sverige. Kommersiell sekretess förhindrar emellertid ofta spridning av information och detta börjar gälla även säkerhetsområdet. öppenheten har där tidigare varit god men minskar nu inte minst beroende på att stora projekt samfinansieras av ett antal länder och organisationer. Det är därför viktigt att Sverige i så hög grad som möjligt kan deltaga i utvecklings- och verifikationsprojekt tillsammans med andra länder. Ett exempel på ett sådant samfinansierat projekt är säkerhetsexperimenten i Marviken.

Utbyte av information kan också ske via andra kanaler. ASEA-ATOM har således nyligen tecknat ett tekniskt informationsavtal med General Electric (GE) i USA, genom vilket företaget får tillgång till amerikanska erfarenheter beträffande kokarreaktorer samtidigt som GE får tillgång till motsvarande svenska erfarenhet.

När det gäller konstruktion och utformning av kokarreaktorerna hävdar ASEA-ATOM att insatser syftande till långtgående standardisering av uppnådda utförande är mera angelägna för närvarande än arbeten som skulle tillvarata

306 F issionsteknik

systemets hela utvecklingspotential. Målet på kort sikt är att utarbeta en optimerad komplett konstruktion med hänsynstagande till kända säkerhetskriterier. En sådan konstruktion skall ha förbättrad driftsäkerhet och ekonomi samt medge enklare underhållshantering.

Drifterfarenhet från svenska reaktorer är hittills ringa speciellt vad det gäller långtidseffekter. Driftstopp kan komma att inträffa på grund av fel eller haverier på komponenter såsom säkerhets- och skalventiler, pumpar, värmeväxlare, styrdon m m. Förändrat ekonomiskt utbyte kan också komma att inträffa till följd av skador på bränsleelementen. Insatser krävs för att insamla, systematisera och analysera uppkomna fel så att underlag för mer ändamålsenliga specifikationer erhålles.

Kemi- och korrosionsproblem verkar i många fall livslängdsbegränsade på komponenter. Typiska problem för BWR av detta slag är spänningskorrosionssprickning av rostfria stål- och nickellegeringar i syrehaltigt högtemperaturvatten, utfällning av korrosionsprodukter på bränsleelement under kokning och fläckvis kraftig oxidation av bränslets kapslingsmaterial. För PWR-systemen koncentrerar sig de besvärligaste korrosionsproblemen till sekundärkretsen. Svåra angrepp förekommer där speciellt på ånggeneratorn. Processer av de nämnda slagen är otillräckligt kända, och grundläggande och tillämpade studier bör göras för att öka förståelsen för dem.

Andra åtgärder som direkt eller på längre sikt ökar reaktorutnyttjningen är förbättring av beräkningsmetoderna för härdanalys och bränsleutbyte, utveckling av adekvata inspektionsmetoder speciellt för primärsystemets komponenter samt utarbetande av normer för kvalitetskontroll. I dessa senare frågor har tillverkande industri, kraftföretag och säkerhetsmyndigheter stora möjligheter att dra nytta av internationellt samarbete.

Ett problem som inte berörts ovan gäller reaktortankens integritet under reaktorns livstid. Visserligen bedöms

Behov av FoU 307

sannolikheten för haveri genom fel på tanken vara mycket liten, men konsekvenserna av ett sådant haveri skulle kunna bli stora. FoU-insatser inom hithörande områden är ange- Parallellt med sådana arbeten beträffande ståltankar lägna. bör fortsatta insatser göras på tryckkärl av förspänd betong. utgör säkerhetsmässigt intressanta alter- Betongtryckkärlen nativ till ståltanken samt kan underlätta ökningar i enhetsstorleken på reaktorerna.

2 - 4- 3 §y:ise_se:ei§1:e_§z§sse *

G a s k y l d a h ö g t e m p e r a t u r r e a k t o r e r

Bakgrund

Ett antal kärnkraftstationer med gaskylda högtemperaturreaktorer har beställts i USA med beräknad idrifttagning under de första åren in på 1980-talet. Igångsättningen av dessa projekt beror dock på hur driften av prototypreaktorn Fort St Vrain kommer att gestalta sig. De gjorda beställningarna är således inte likvärda med normala LWR-beställningar.

Driftserfarenhet finns hittills endast från relativt små prototypreaktorer men ytterligare erfarenhet erhålles när den nämnda Fort St Vrainreaktorn (330 Mwe) kommer upp i full effekt. HTR-systemen saknar således den mognad som LWR-systemen har och ett antal problem kan förväntas uppstå vid extrapolation till fullstor skala och långtidsdrift. Prismässigt kan de vidare enligt en nyligen genomförd engelsk undersökning (ref 8) inte hävda sig mot LWR-

systemen. Jämförelsen gäller engelska förhållanden men det

finns ingenting som talar för att slutsatsen skulle bli annorlunda för Sveriges del. Det har å andra sidan framhållits att principiellt bör HTR ge bättre tillgänglighet eftersom underhållsproblemen för primärkretsen är enklare och att reaktortypen skulle vara lättare att anpassa till skärpta säkerhetskrav. Trots detta torde emellertid motiven för en svensk satsning med allmänna medel på HTR med enbart

308 F issionsteknik

dvs för elproduktion med konventionell metod, ångcykel, vara ringa.

Som framhölls under momenten 2.3.1 och 2.3.2 har HTR emellertid en utvecklingspotential som kan resultera i system av intresse även för Sverige. Dit hör direktcykelgasturbinanläggningar i kombination med lågtemperaturfjärrvärmesystem samt HTR för processvärme och gasgenerering. En uppom i vilken takt anläggningar av detta slag komfattning mer att uppföras utomlands ges av figur 2.7.

I I I Kommersiella reaktorer

l

Demonstrationsreaktorer Tyskland, USA

§Fñ-Gasturbin. HTR-Process 850 _

i UK HTR- nga 1150 MWe. USA. Tyskland, THTR-Ånga 300 MWe. Tyskland F. St. Vrain, HTR-Ånga 330 MWe, USA AGR UK \MAGNox UK, Frankrike

I Experimentreaktorer

å HTR-Process 50 MWt, 1000°C. Japan AVR, 15 MWe. Tyskland Peach Bottom 45 MWe. USA HTR-Ånøa DRAGON,22MWt,0ECD

l

| 1 1 | | i 1960 65 70 75 1980 85 90 95 2000 05 10 År

Tidplan för idrifttagning av planerade och fö- Pig 2.7: reslagna experiment- och demonstrationsreaktorer samt kommersiella reaktorer av gaskyld typ

Synpunkter på FoU-insatser

Vi har för närvarande ringa erfarenhet inom gasreaktortek- Ett mångårigt deltagande i det internationella nologin. i England har endast i begränsad omfatt- DRAGON-projektet upp med ett aktivt arbete inom landet. En avning följts sevärd utredningsinsats krävs för att en reell bedömning av högtemperaturreaktorns nuläge och dess utvecklingspotential skall kunna göras. Genom att parallellt analysera

SOU 197473 Behov av FoU 309

det framtida energibehovet skulle underlag kunna erhållas för en diskussion av eventuell introduktion av HTR i Sverige. Bilaterala kontakter med någon utländsk partner bör också övervägas för att komplettera engagemanget i DRAGON-projektet.

För den närmaste tvåårsperioden väsentliga uppgifter inom HTR-området bedöms vara:

behovsanalys och strategistudier

- inkluderande av bränslecykelfrågor bedömning toriummarknaden, tillgången på anrikningstjänster, upparbetning och refabrikation

- av världens heliumresurser kost* bedömning jämte nadsbedömning av heliumframställning ur alternativa råvaror

- av olika bedömning processalternativ med hänsyn till råvarutillgång, tidsskala för processutveckling, energilagring

- särskild av de konstruktions- och granskning funktionsdelar som avviker från hittills prövade anläggningar

säkerhetsgranskning

- HTR-reaktorns potential vid driftstemperaturer över 95000.

Efter tvåårsskedet kommer, under förutsättning att HTR fortfarande bedöms som aktuell för vårt land, insatser att krävas över en längre tid. Vägledande för inriktningen av detta arbete torde vara:

- förväntad installerad HTR-effekt

- svensk industris att medverka vid möjligheter HTR-utbyggnaden

310 F issionsteknik

eftersträvad grad av försörjningsoberoende

samarbetsöverenskommelser med parter.

utländska

T u n g v a t t e n r e a k t 0 r e r

Kanadensarna har haft en otvetydig framgång i det egna landet med att konstruera och ta i drift fullstora kärnkraftanläggningar med tungvattenreaktorer av tryckrörstyp (CANDU). Dessa som förut drivs, framhållits, med naturligt uran. En framtida starkt ökad kostnad för anrikningstjänster eller brist på sådana skulle kunna denna av göra typ tungvattenreaktorer attraktiv även för svenskt vidkommande trots högre anläggningskostnad. För andra utföranden av den tungvattenmodererade tryckrörsreaktorn, t ex SGHWR i England eller GENTILLY-1 i Kanada, och som arbetar med kokande lättvatten för kylning krävs anrikat uran till bränslet. I England har man nyligen bestämt för att sig komplettera sitt kärnkraftprogram med en begränsad utbyggnad baserad på SGHWR.

L ä t t v a t t e n b r i d e r nl)

Under moment 2.3.2 framhölls kortfattat att den klyvbara isotopen U233 bildas genom av neutroner i infångning

torium 232. U233 har sådana att man teoretiskt

egenskaper kan uppnå bridning även i ett termiskt I USA har system. under många år arbete pågått att ett LWRförverkliga system med U233 som klyvbar isotop torium för U233samt produktion. Resultatet av arbetet har endast sparsamt rapporterats i litteraturen. Man torde emellertid ha haft framgång med att dimensionera ett system med ett bridförhållande strax över l (ref 9). Reaktorsystemet är av men PWR-typ härdkonfigurationen är väsentligt olik de normala PWR-systemens .

1) Ett annat termiskt bridsystem, MSBR (Molten Salt Breeder Reactor), har varit föremål för avsevärda insatser i USA. Detta system är dock mycket långt ifrån en teknisk utformning och behandlas ej mera här.

sou 1974:73 Behov av FoU 311

Reaktortypen är inte av speciellt intresse för Sverige, men lyckas man med utvecklingsarbetet öppnas en möjlighet att effektivt utnyttja världens toriumreserver. Det kan därför anses vara av intresse att en viss insats görs för att i första hand få fram fysik- och kostnadsunderlag för bedömning av bränslecykeln.

S k e p p s r e a k t o r e r

Kärnkraftdrivna fartyg har sedan länge varit föremål för studier och utvecklingsarbete i flera länder. Nukleära demonstrationsfartyg med PWR-reaktorer har byggts och drivits i USA, Sovjet, Västtyskland och Japan. Hittills har ekonomin synts tveksam i jämförelse med konventionell drift. Utvecklingen mot allt större fartyg och högre farter och framför allt de på senare tid kraftigt ökade oljepriserna tenderar att gynna nukleär drift. En stor aktivitet har därför förmärkts i utlandet för att påskynda och förstärka utvecklingsinsatserna. Möjligheten att spara olja genom övergång till nukleär drift har härvid varit ett pådrivande moment.

I Sverige har insatserna hittills - bortsett från en under mitten av 60-talet tillsammans med Norge genomförd projektstudie - varit begränsade till en passiv bevakning av

den internationella utvecklingen. Då Sverige såväl på

varvs- som redarsidan är en relativt stor sjöfartsnation ett engagemang motiverat. Det framstår som ett misynes nimikrav att en aktuell värdering och aktiv uppföljning av den internationella utvecklingen kommer till stånd. Som ett första steg bör en utredning göras som belyser det tekniska läget, de ekonomiska utsikterna, oljebesparingsmöjligheterna samt de speciella säkerhets- och ansvarsfrågor som är förknippade med en mera omfattande introduktion av kärnkraftdrivna fartyg. Insatser för en sådan studie tas upp i expertmaterialets avdelning C, Transport och samfärdsel.

3 l 2 F issionsteknik SOU [974273

2.4.4 Snabba bridreaktorer

I n t e r n a t i o n e 1 1 t p e r s p e k t i V

Ett målmedvetet arbete pågår idag i samtliga stora Iländer för introduktion av snabba natriumkylda bridreaktorer, LMBR (Liquid Metal Fast Breeder geactor) i kraftproduktionssystemen. Mycket stora insatser görs för framtagning av funktionellt, säkerhetsmässigt och ekonomiskt tillfredsställande tekniska lösningar av LMTBR. Utvecklingsarbeten har pågått under lång tid - en första experimentreaktor av denna typ, EBR-l i USA, togs i drift redan 1951 - och de nationella programmen förutser ännu en tid av minst 10-15 år innan typen nått komersiell mognad.

Utvecklingsinsatserna för LMBR bedrivs i stort sett parallellt i de olika länderna och ger därmed bredd och tyngd åt utvecklingsprogrammet och säkerhet i de tekniska lösningar, som successivt adopteras. Hittills har arbetena präglats av fysikaliska och tekniska studier i experimentreaktorer och försökskretsar samt av omfattande projektstudier. Den natriumkylda reaktortypen har dominerat bridreaktorfältet och typen har nått längst i utveckling. Viss verksamhet bedrivs även på en gaskyld variant, än så länge betraktad närmast som ett reservalternativ.

Det internationella programet för LMTBR-arbetena karakteriseras av att en serie prototyper med eleffekter kring 300 MW tas i drift under 1970-talet. Dessa följs av större anläggningar under 1980-talet då den natriumkylda reaktortypen sannolikt även når viss kommersiell mognad. Omfattningen och tidsskalan för idrifttagning av dessa framgår av figur 2.8

S v e n s k a b r i d r e a k t 0 r a r b e t e n

De hittillsvarande svenska insatserna på bridreaktorn har i första hand bedrivits inom AB Atomenergi. 1959 påbörjades konstruktionsarbetena på en snabb nolleffektreaktor

Behov av FoU 313 sou 1974:73

avsedd för neutronfysikaliska undersökningar. Verk- (FRO) samheten vid FRO pågick under åren 1964-71 och reaktorn är nu nedlagd. Omfattande teoretiska insatser har vidare bedrivits med FRO-arbetet. Även projektstudier parallellt av olika av bridreaktorer har utförts. l968 redovityper sades en jämförande studie som beskrev förutsättningarna att använda vattenånga, helium respektive natrium som kylmedel.

| LMFBR-prototyper i drift (250 - 500 MWe) USA (Clinch River)

Japan (Monu)

e

Benelux (SNR)\

uK (Pm

Frankrike Phénix)

BN

\\\ Sovjetunionen 350)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 År

I LM FBR-fu Ilskalekraftverk i drift

UK (CFR-1)

Sovjetunionen (BN 600) x

1970 1975 1980 1985 1990 1995 År

2.8: Tidplan för idrifttagning av prototyp- och Fig fullskalereaktorer av bridtyp utomlands

Sedan mitten av 1960-talet har diverse uppföljningsarbeten gjorts på bränsle- och materialområdet delvis i internationellt samarbete. För studier av natriumteknologi har två mindre kretsar byggts i Studsvik i vilka kemi- och materialproblem studeras.

314 Fissionsteknik

Den internationella utvecklingen har följts genom bl a deltagande i olika utländska projekt. Ett avtal mellan UKAEA, England, och bolaget beträffande informationsutbyte och FoU-samarbete på bridreaktorområdet, som inte berör direkt kommersiella aspekter, löper till 1975 och torde kunna förlängas.

B r i d r e a k t o r n i s v e n s k t k r a f ts y s t e m

Mot bakgrund av att LMFBR-systemet kan bli kommersiellt etablerat utomlands under senare delen av 1980-talet har vissa frågor beträffande och ekonomi bränsleförsörjning för svenska förhållanden preliminärt undersökts med antagandet att LMFBR introduceras i landet år 1993. Erforderligt plutonium kan redan tidigare erhållas från det svenska LWR-systemet.

Studien (ref 10), som avser en utbyggnadsperiod av 30 år, har sålunda baserats på en jämförelse mellan följande två idealiserade reaktorstrategier:

I LWR-system installeras fram till år 1993, därefter enbart FBR

II fortsatt installation av LWR-system under hela 30-årsperioden.

Utvecklingen av årlig uranförbrukning och behov av separationsarbete (anrikningstjänster) för de två idealiserade strategierna exemplifieras av figur 2.9.

Om man för de två studieexemplen jämför den ackumulerade uranförbrukningen fram till år 2005 samt inkluderar den

förbrukning som ar knuten till de installerade kraftverkens

återstående livslängd, finner man att för exemplet I denna blir ca 100 000 ton och för exemplet II ca 175 000 ton uran.

.. .. ,

u-am...a.a..«.v

sou 197473 Behov av FoU 315

Uranbehovet för FBR-systemet är litet jämfört med behovet för LWR-system. Den brytvärda uranmängden i Billingen har beräknats vara av storleksordningen 300 000 ton. Den svenska självförsörjningen i kärnkraftproduktionen skulle därmed kunna säkras på mycket lång sikt genom introduktion av bridreaktorer. 1000 ton/år UH! Separationsarbete 5 7 - 4,5

Fortsatt installation av LWR

Introduktion av FBR år 1993 \

L l l I 4 n L I . 1975 80 85 90 95 2000 05 10 15 20TMår

Fig 2.9: Utvecklingen av Sveriges årsbehov av uran och separationsarbete vid två olika utbyggnadsstra* tegier. Den svenska kärnkraftutbyggnaden har antagits förlöpa enligt ref 3

I n d u s t r i n s r 0 1 1

Hittills har kraftindustrins och den tillverkande industrins intresse för snabba bridreaktorer varit av relativt begränsad omfattning. Förutom AB Atomenergi har dock såväl ASEA-ATOM som kraftföretagen haft samarbetsavtal med amerikanska firmor som utvecklar LMFBR. Samma företag deltager nu i utländska studier av den gaskylda bridreaktorn.

316 F issionsteknik

Vad komponent- och materialindustrin beträffar har huvud- Sandvik AB engagerat sig och levererat rörmaterial sakligen till för de engelska och franska protoånggeneratorerna Man har även satsat på utveckling av ett typreaktorerna. kapslingsmaterial lämpligt för snabba reaktorer. eget

Det kan förutsättas att svenskt industriellt deltagande i byggandet av kraftverk med bridreaktorer kommer till stånd vid exploatering inom landet.

S y n p u n k t e r p å F 0 U - i n s a t s e r

Formuleringen av ett långsiktigt FoU-program avseende underlag för etablering av snabba bridreaktorer i Sverige måste föregås av en ingående analys och värdering av de ekonomiska, tekniska och miljömässiga förutsättningarna. Reaktorsystemets egenskaper sedda ur kraftföretagens och tillsynsmyndigheternas synvinkel bör utgöra en gemensam plattform för värderingsstudier och uppföljande forskningsarbete. De intressen för engagemang i tillverkning och marknadsföring av reaktorsystem och komponenter samt bränsle som kan uppkomma hos industrin skall kunna beaktas, t ex förutsättningar för industriella licensarrangemang. Oberoende svenska inslag i industriell utveckling av system och bränsle bedöms ligga utanför planeringshorisonten före år 2000. Det är däremot inte uteslutet att anskaffning av anläggningar från utlandet är av intresse betydligt tidigare. För närvarande saknas dock underlag för en verklig bedömning av den frågan.

Det är därför angeläget att man påbörjar arbeten, som syftar till att skaffa underlag för av denna reakbedömningen tortyps egenskaper och för utformningen av programförslag för forsknings- och utvecklingsarbetet.

Deltagande i säkerhetsanalys av ett utländskt projekt kan betecknas som en nyckeluppgift i uppbyggnaden av information. Utvecklingen och erfarenheten av de sex utländska prototyper som är i drift eller tas i drift omkring år 1980 bör följas.

Behov av FoU 317 sou 1974:73

2-4-5 §§EE§EäE§l§EZE§lE

P r o s p e k t e r i n g

Uranprospektering bedrivs i Sverige av Sveriges Geologiska I en promemoria till EPK framhåller SGU att Undersökning. och utvecklingsinsatser är nödvändiga inom två forskningsmalmgenetik samt geofysiska uranhuvudområden, nämligen letningsmetoder. Som motivering för geologisk-mineralogisk i malmgenetiska frågor anges bl a De närmare forskning för transport och avsättning av mekanismerna anrikning, uran till ekonomiska fyndigheter är mycket ofullständigt håll i utlandet men här i kända. Forskning pågår på sina är insatserna område mycket små. Detta är Sverige på detta en allvarlig brist, i synnerhet som många av de hittills kända svenska uranmineraliseringarna synes sakna direkt i andra länder och kunskap därför ej enbart motsvarighet kan hämtas utifrån. Det praktiska uranprospekteringsarbetet bygger på kunskap och antaganden om uranfyndighetens idéer som än så länge på grund av bristande bildningssätt, är kunskap om de grundläggande malmbildningsprocesserna relativt oklara.

För att förbättra denna situation och därmed skapa förutför en effektivare prospekteringsinsats föresättningar slår SGU ett forskningsprogram inom detta område som närmare preciseras under moment 2.7.6.

att tekniken för ra- Rörande uranletningsmetoder påpekas är mycket väl utvecklad. Insamlande diometrisk flygmätning data kan göras med måttliga insatser. Efav stora mängder fektiva metoder för en systematisk utvärdering av erhållet saknas emellertid och en utvecklingsinsats är här material nödvändig.

De flygtekniska prospekteringsmetoderna bör vidare kompletteras med andra metoder och främst finns ett behov av forskrörande metoder baserade på den radiogena värmeutveckning lingen.

318 F issionsreknik S()LJ 1974:73

U r a n u t v i n n i n g

Verksamheten i Ranstad är f n inriktad på försöks- och utvecklingsarbete med syfte att verifiera de tekniska och ekonomiska för förutsättningarna exploatering av Billingens uranförande skiffer i stor skala. En betydande del av det åt pågående programmet ägnas de miljömässiga konsekvenserna av vid

avfallshanteringen en utvinning i stor skala.

Under senare delen av 1974 genomför AB Atomenergi överläggningar om resultaten med intresserade i avföretag sikt att nå principbeslut i utbyggnadsfrågan. Väljes utbyggnad skall enligt statsmakternas direktiv kostnaderna för erforderligt fortsatt utvecklingsarbete bestridas av de i projektet deltagande intressenterna.

De skifferbehandlingsmetoder som tillämpas i Ranstad tar speciellt sikte på utvinningen av uran. Studier av alternativa lakningsmetoder har av föreslagits Institutionen för Kärnkemi vid Chalmers Tekniska Högskola. Metoder har också föreslagits enkätsvar från (jfr Institutet för Innovationsteknik) som avser en totalutnyttjning av skiffer, dvs led av processer med vars hjälp olja, uran, metaller och keramiska material skulle kunna utvinnas. Förslaget avser i första hand Kvarntorpsskiffer. Någon precisering av erforderliga och forsknings- utvecklingsinsatser görs emellertid inte här utan frågan tas upp i Kapitel Al av Utvinning energiråvaror samt icke-konventionella energiprocesser.

Orienterande utvinningsundersökningar på prover från de uranmineraliseringar som påträffats vid SGUs prospektering utföres för närvarande av AB Atomenergi och det är angeläget att denna verksamhet fortsättes.

U r a n a n r i k n i n g

Inom anrikningstekniken tilldrar sig centrifugmetoden det största intresset från svensk sida. Sverige är representerat i en internationell studie av centrifugmetoden, i

. ..

Behov av FoU 319

vilken bedömningar görs av redovisad information från det

pågående samarbetsprojektet mellan Holland, Västtyskland

och Storbritannien. Deltagandet i denna studie kan dock ej anses tillfyllest för att möjliggöra en kvalificerad bedömning av centrifugmetodens konkurrenskraft, då den tek niska information, som lämnas till deltagarna med hänsyn till sekretessbestämmelserna, är mycket begränsad. De tre länderna erbjuder möjligheter till mera detaljerad information på bilateral bas under förutsättning att överenskommelser bl a beträffande sekretess- och säkerhetsfrågor upprättas på regeringsnivå. Betydande fackkunskap krävs för att dra relevanta slutsatser ur redovisade fakta.

Parallellt med studier av anrikningsprojekt i andra länder bedriver AB Atomenergi därför viss forskning för att er hålla bättre insikt framför allt i den teknik som gascentrifugen bygger på. Insatserna avser i första hand orienterande arbeten och genomförs i samarbete med institutioner och företag inom landet. Forskning inom det gasdynamiska området utgör en betydande del av arbetet.

Beträffande förutsättningarna för den fortsatta F0U-verksamheten på anrikningsområdet bör målsättningen bl a vara att inom det närmaste året definiera en ägargruppering, som kan åtaga sig att tillsammans med avnämarintressen bearbeta strukturen för anrikningsproduktion inom landet.

U p p a r b e t n i n g

Bearbetning av använt bränsle är nödvändig såsom ett led i hantering och deponering av de vid reaktordriften bildade starkt radioaktiva Vid klyvningsprodukterna. upparbetningen av det utbrända bränslet tillvaratages återstående anrikat

uran, producerat plutonium samt eventuellt andra produkter.

Tekniken för upparbetning av bestrålat oxidbränsle från lättvattenreaktorer är relativt väl etablerad. Fortsatt utveckling av processer och apparatur för vätskeextraktion är dock angelägen framför allt för av bränsle behandling med hög utbränning.

320 F issionsreknik

För upparbetning av använt kärnbränsle från svenska reaktorer och för hantering och deponering av avfall utnyttjas f n utländska anläggningar.

Under 1973 tillsatte industriministern AKA-utredningen för att analysera de olika frågor, som är av betydelse för den svenska beredskapen på avfallsområdet. Bland dessa frågor anges i direktiven till bl a behov, riktutredningen linjer och omfattning av ett eventuellt nationellt forskningsarbete rörande behandling och förvaring av högaktivt avfall mot bakgrunden av tekniska, ekonomiska och säkerhetsmässiga aspekter. AKA-utredningen har i juni 1974 avlämnat en lägesrapport, DsI 1974:6 (ref 12).

Behandling, transport och förvaring av det aktiva avfallet från bränslehanteringen är en miljömässigt och ekonomiskt viktig fråga och ökade insatser kommer sannolikt att bli nödvändiga.

P l u t 0 n i u m å t e r f ö r i n g

Stora kvantiteter plutonium kommer så småningom att ha extraherats ur bränslet från de svenska kraftreaktorerna. Detta illustreras i figur 2.10, som ger ackumulerad plutoniummängd som funktion av tiden fram till år 1995.

Återanvändningen av plutoniet introducerar ett antal frågeställningar, som måste belysas genom forsknings- och utvecklingsinsatser. Säkerhet, ekonomi, reaktorfysik samt tillverkning, upphandling och kontroll av bränsle är några av dessa.

Återcyklingen, som i en testfas påbörjas redan i och med att ett par plutoniumberikade bränslepatroner insättes i Oskarshamn I-reaktorn sommaren 1974, får till en början liten omfattning. Behandlingen av frågan om det mest ekonomiska sättet att återföra plutoniet bör likväl tas upp med hög prioritet. Här finns ett helt spektrum av alternativ, allt ifrån återföring av plutonium i den reaktor det

Behov av FoU 321

alstrats till byggandet av speciella reaktorer optimerade för plutoniumbränsle. Dimensionering av plutoniumberikade bränslepatroner och kartläggning av säkerhetsproblemen är speciella uppgifter som måste behandlas i detta sammanhang.

TonPu (uttaget) 60

l

P“tot

5 0

4 0

30 /

I I 20 4 a

z

10 K z

_f_ | ;llllllllll |||| 0 1972 1975 1980 1985 1990 1995

Fig 2.10: Mängd plutonium i bränsle från svenska uttaget reaktorer. Kärnkraftutbyggnad enligt ref 3

Tillverkning av plutoniumbränslet inom landet är i det initiala skedet inte ekonomisk. När behovet av plutoniumbränsle ökar kan bli aktuell.

tillverkning AB Atomenergi

har för närvarande och för att utrustning personal följa utvecklingen på tillverkningssidan. Denna resurs är viktig också för att kunna bistå med tekniska kraftföretagen insatser rörande och kontroll av leveupphandlingsfrågor rerat bränsle.

Behov finns vidare av att utöka resurserna för undersökning av bestrålat bränsle till att tillåta studium också av plutoniumbränsle. AE har fått för investeringsanslag

?I

322 F issionsteknik

en sådan komplettering av tillgänglig utrustning i Studsvik och ytterligare medel att erfordras för försöks-

kommer

verksamhet vid denna utrustning.

Insatser erfordras för fastställande av normer för transport, förvaring, hantering och användning av plutoniumbränsle. Verksamheten utomlands måste här noga följas och adekvata bestämmelser bör tas fram i takt med att en klarare bild erhålles över verksamhetens omfattning.

Många av de nödvändiga FoU-insatserna kommer att bestridas av den tillverkande industrin och kraftföretagen men betydande statligt stöd är tills vidare erforderligt.

2-4«6 §ä5s:hssl_9ili§

M å l s ä t t n i n g

Målsättningen för arbete med kärnkraftens säkerhets- och miljöfrågor är generellt att

- fastställa de gränser, inom vilka radioaktiva ämnen från kärnkraftverksamheten kan få tillföras miljön,

- anvisa tekniska arbetsmetoder, som även vid full kärnkraftutbyggnad medger att avgivningen av radioaktiva ämnen från kärnkraftverksamheten till miljön begränsas inom de fastställda gränserna,

- anvisa metoder för begränsning av risken för haverier samt deras konsekvenser i omgivningen av kärnkraftverk,

- anvisa metoder för förvaring under lång tid av kärnkraftverksamhetens radioaktiva avfallsprodukter.

BE/?OV GV FOU

Forsknings- och utvecklingsarbetet med kärnkraftens säkerhetsfrågor har till uppgift att skapa det kunskapsunderlag, som erfordras för att uppnå den nämnda målsättningen.

De faktorer, vilka sannolikt kommer att väga tyngst i fråga om styrning av insatser för forskning och utveckling inom kärnkraftens säkerhetsområde under den närmaste tiden, är

- erfarenheter av drift av ett snabbt ökande antal kärnkraftverk och av det fortlöpande tekniska utvecklingsarbetet - direktiv från beträffande tilnya myndigheter lämpningen av säkerhetskriterier och standards

- av i vilken takt bedömningen kärnkraftutbyggnaden behöver ske

- hos den allmänna attityder opinionen.

Det är för närvarande inte att för tiden fram till möjligt 1980 mera i detalj bedöma hur dessa faktorer komer att påverka säkerhetsforskningens utveckling eller de behov, som kan bli särskilt påkallade. Dessa kan därför endast i anges stora drag. Närförläggningsutredningens betänkande SoU 1974:56 (ref 13) utgör ett bidrag till programdiskussionen.

P r 0 b 1 e m 0 m r å d e n

Säkerhetsfrågor vid normaldrift av kärnkraftanläggningar

Den normala driften av kärnkraftanläggningar ger upphov till vissa kontrollerade utsläpp av radioaktiva ämnen. De radiologiska effekterna på lång sikt av dessa utsläpp, vilka kommer att öka i takt med den fortsatta kärnkraftutbyggnaden, behöver närmare kartläggas.

I detta sammanhang bör också jämförelser med långsiktiga omgivningseffekter av produktion av el med alternativa produktionsmetoder göras.

324 F issionsteknik

Bestämmelser om avsevärt reducerade gränser för tillåtav radioaktiva ämnen håller nu på att inliga utsläpp föras. Detta kan komma att fordra insatser på utveckling

av filter och reningsanordningar av olika slag samt

kontrollutrustning för att övervaka att de nya skärpta normerna innehålls. Tekniken inom detta område är dock väl utvecklad, de skärpta kraven huvudsakganska varför ligen torde komma att drabba kärnkraftanläggningar genom kostnader för installationer. Dessa torde dock ej högre komma att väsentligen rubba totalekonomin i anläggningen.

Kvalitetskontroll

Kvalitetskontrollen är utomordentligt viktig för kärnkraftsäkerhet. Detta innebär såväl att ingåanläggningarnas ende komponenter måste specificeras och kontrolleras mycket noggrant som att kvalitetskontrollen under uppförande av måste ställda en anläggning fylla mycket högt krav. Insatser för höjandet av säkerhetsnivån torde i hög grad komma att inriktas på kvalitetskontrollsidan. Speciellt gäller detta primärsystemet och framför allt en så viktig komponent som reaktortanken.

Bränsleelementfrågor

Bränsleelementens kvalitet är av stor betydelse såväl för driftekonomi som för säkerhet. Insatser för att förbättra bränslets egenskaper och för att studera dess uppträdande under haverisituationer kommer att utgöra en väsentlig del i säkerhetsprogrammen, och införandet av plutoniumberikat bränsle torde komma att ytterligare accentuera säkerhetsfrågorna.

Verifikation av säkerheten mot haverier

När det möjliga haverier i kärnkraftanläggningar har gäller man hittills inriktat de konstruktiva insatserna på att för ett maximalt haveri inskränka konsekvenserna för antaget till praktiskt taget försumbar nivå. Detta s k omgivningen dimensionerande haveri har utgjorts av ett brott på en av

, ..

m§\-@«4›;Å,_

Behov av FoU 325

de stora ledningarna i primärsystemet för lättvattenreaktorer, och olika säkerhetsanordningar och inneslutningar har dimensionerats för att förhindra nämnvärda utsläpp av aktivitet även vid en dylik händelse. Dagens trend ifråga om studier av säkerheten vid nu aktuella kärnkraftanläggningar består i att man försöker att helst i full skala experimentellt verifiera funktionen hos sådana säkerhetsanordningar i anläggningen, vilka tidigare specificerats beräkningar och försök i liten skala. Veripå teoretiska fikationsexperiment i stor eller full skala blir i många fall mycket kostsamma, vilket ökat intresset för internationell samfinansiering av dylika försök. Behovet av dylika experiment torde komma att kvarstå under en stor del av den närmaste tioårsperioden, bl a därför att redan startade försök ofta sträcker sig över en femårsperiod.

Det s k dimensionerande haveriet är inte identiskt med det maximalt tänkbara haveriet. Sannolikheten för detta svårare haverifall är mycket låg. I diskussionen om kärnkraftanläggningarnas säkerhet har emellertid dessa svårare haverier kommit att spela en allt större roll på senare tid. Stora insatser har redan gjorts i olika länder för att bedöma och beräkna sannolikheten för dylika haverier samt deras radiologiska konsekvenser för omgivningen. Insatser på kärnkraftanläggningarnas säkerhet inom det närmaste årtiondet kommer att innebära fortsatta studier av dessa frågor. Som exempel kan nämnas frågan om bättre utförande av reaktorinneslutningar, som skall förhindra spridning till omgivningen av aktivitet. Värdet av bergrumsförläggning eller mer generellt underjordsförläggning har diskuterats, men mera systematiska utvärderingar av fördelar och nackdelar med en sådan inneslutning har ännu inte skett.

Radioaktivt avfall

Ehuru man i princip har tillgång till tekniskt säkra metoder för omhändertagande av högaktivt avfall kvarstår behovet av utvecklingsinsatser för att utarbeta de tekniskt och administrativt konkreta lösningarna. Hanteringens

326 F issionsteknik

volym har ännu inte föranlett uppförandet av behandlingsoch förvaringsanläggningar i full skala.

AKA-utredningen redovisar i sin lägesrapport av juni 1974 (ref 12) en översikt beträffande utvecklingsarbeten för hantering av högaktivt avfall. Utredningen har också nyligen getts kompletterande direktiv rörande studier beträffande hanteringen av låg- respektive medelaktivt avfall.

Slutlig avställning och nedläggning av en kärnkraftanläggning kräver att noggrant specificerade procedurer behöver utarbetas. Vissa åtgärder i detta sammanhang behöver ytterligare studeras.

2.5 Resurser för FoU

Huvuddelen av de materiella resurserna för FoU inom kärnenergiområdet finns hos AB Atomenergi i Studsvik och hos ASEA-ATOM i Västerås. Någon uppräkning av befintlig utrustning och apparatur på dessa ställen görs inte här. I stor utsträckning uppfyller tillgängliga resurser inklusive beslutade de omedelbara

kompletteringar utrustnings-i

krav som ställs i program och projekt upptagna i enkätsvaren. På sikt är förnyelsefrågan av stor vikt och har uppmärksamats av statsmakterna.

Kartläggningen av de personella resurserna har resulterat i en förteckning som omfattar AB Atomenergi, högskoleinstitutioner och svensk kraftindustri. FoU-insatser hos kraftindustrin förväntas i regel vara finansierade med dess egna medel, men dess resurser kan i vissa fall engageras för andra FoU-insatser. Inom kategorin högskoleinstitutioner har enbart sådana med kärnkraftverksamhet som huvudsaklig sysselsättning medtagits.

För kraftindustrin har uppgifter hämtats från en enkät rörande antalet personer sysselsatta med forskningsuppgifter på heltid inom kärnkraftindustrin i olika länder. Enkäten gällde förhållandena vid årsskiftet 1973-74 och i det

Resurserjör FoU 327

svenska svaret indelades de aktuella företagen i fyra kategorier, nämligen:

l. kraftföretag 2. och (Ranstad + gruv- prospekteringsverksamhet SGU) 3. tillverkare av reaktorer och komponenter till kärnkraftverk (ASEA-ATOM, Westinghouse/Monitor, Uddcomb) 4. inklusive bränsleelement-

bränsleçykelindustri tillverkning (ASEA-ATOM, Sandvik).

Tabell 2.8: Personella resurser i Sverige för FoU-arbeten

Högskoleutb eller motsv Övriga 225 240 AB Atomenergi Summa 225 240

Högskoleinstitutioner CTH - Instituion för kärnkemi 10 10 - 3 energiteknik - 7 3 reaktorfysik

KTH - Institution för reaktorteknologi 6 2 - reaktorfysik 6 2 Summa 32 19

Kraftindustrin 17 1 Kraftföretag

328 F issionsteknik

I tabell 2.8 samanställs erhållna uppgifter om personalresurser inom de nämnda grupperna företag och institutioner.

2.6 Internationellt samarbete på kärnenergiområdet

I och med president Eisenhowers Atoms for Peace Programe år 1953 lades grunden till ett omfattande internationellt samarbete inom kärnenergiområdet. Detta har sedan vidareutvecklats och kärnenergin har nu blivit ett av de största fälten för internationell samverkan. Samarbetet sker dels genom internationella organisationer, dels direkt genom multinationellt och binationellt samarbete mellan länderna på olika projekt.

2-6-1 l2§§:9§si99ell§_9:g§9

I n t e r n a t i 0 n a l A t o m i c E n e r g y A g e n c y (IAEA)

IAEA, som grundades 1956, är nu en organisation med 105 nationer anslutna och en personal på närmare 1200 anställda. Huvudkontoret är i Wien och budgeten för år 1974 uppgår till 29.3 miljoner dollar.

IAEA är ett autonomt organ, men med viss anknytning till Förenta Nationerna. Dess huvuduppgift är att befrämja användningen av den fredliga atomenergin samt att medverka till att kärnenergin inte används för militära ändamål.

IAEAS viktigaste uppgift har blivit att handha den internationella säkerhetskontrollen till vilken flertalet icke kärnvapenländer anslutit sig. Arbetet koncentreras vidare på hjälp åt U-länderna i kärnkraftfrågor och på kärnener-

gins miljöproblem. Varje år ordnar organet ett dussintal

symposier, kurser och konferenser.

IAEA är centrum för det datorbaserade internationella dokumentationssystemet INIS på kärnenergiområdet.

Internationellt samarbete 329

N u c l e a r E n e r g y A g e n c y (NEA)

NEA är OECD-ländernas kärnenergiorgan. Utom de västeuroländerna är USA, Kanada, Japan och Australien anpeiska slutna till NEA som sammanlagt omfattar 20 medlemsländer. grundades 1957 (namnet var då ENEA, European Organet Nuclear Agency). Personalen i sekretariatet uppgår Energy till ett 80-tal anställda.

tre nukleära samtliga påbörjade i OECD har huvudprojekt, slutet av 1950-talet, nämligen:

- i den internationella upparbetningsanläggningen Eurochemic i M01 i Belgien

- den Dragon i Winfrith gaskylda experimentreaktorn i Storbritannien, samt

- i Halden i Norge. tungvattenkokaren

Bland övriga projekt kan nämnas centralen för neutrondata i Saclay i Frankrike och programbiblioteket i Ispra i Italien. Liksom IAEA ordnar också NEA årligen konferenser och symposier. NEAS budget exklusive de tre huvudprojekten är ca 10 miljoner kronor.

Driften vid Eurochemic skall upphöra under 1974 och ett har utarbetats, som går ut på att anläggningen i program fortsättningen skall utnyttjas för att ge ytterligare internationell erfarenhet av hantering och lagring av högaktivt avfall.

i Dragon-projektet är sedan några år Försöksprogrammet koncentrerat av bränsleelement. Säpå vidareutveckling kerhets- och miljöstudier för HTR-reaktorn bedrivs i anhärtill. Vissa studier av förutsättningarna för slutning produktion av processvärme har nyligen föreslagits.

Arbetet i tungvattenkokaren i Halden ägnas främst åt

330 F issionsreknik

långtidsprov av bränsle samt fortsatt utveckling av ett datorbaserat automatiskt kontrollsystem för lättvattenreaktorer.

D e n e u r 0 p e i s k a a t 0 m e n e r g i g e m e ns k a p e n E u r a t 0 m

Euratom är EG-ländernas atomorgan med huvudkontor i Bryssel. Man arbetar med femårsprogram och har en årlig budget på ca 200 miljoner kronor och en forskarstab på ett par tusen personer. Euratom har fyra gemensamma forskningscentra, Ispra i Italien, Karlsruhe i Västtyskland, Geel i Belgien och Petten i Nederländerna. Euratom arbetar under stora svårigheter, bl a beroende på att marknadsförhållanden och industriella satsningar i Europa utvecklats enligt andra vägar än de som låg till grund för upprättandet av Euratoms struktur.

D e n n 0 r d i s k a a t 0 m k 0 o r d i n e r i n g sk o m m i t t ê n NAK

NAK bildades 1968 med uppgift att och samordna utnyttja kapaciteten hos de nordiska kärnenergiforskningsinstituten. NAK består av en direktionsmedlem och en kontaktman från var och en av de fyra instituten Risö i Danmark, Otnäs i Finland, Kjeller i Norge och Studsvik i Sverige, samt en samnordisk ledamot som speciellt ägnar åt kosig ordineringsarbete.

På initiativ av NAK är för närvarande ett 20-tal nordiska arbetsgrupper verksamma för gemensamma projekt till ett värde av ca 8 miljoner kronor per år. Säkerhetsforskning är en viktig del i arbetsprogrammet, bl a utveckling av datorprogram för beräkning av tänkta reaktorhaverier. Ett stort samnordiskt projekt, som pågått sedan 1967, är betongtanksprojektet i Studsvik, som syftar till att utveckla reaktortryckkärl av förspänd betong för lättvattenreaktorer. Detta har i sin senaste fas utvidgats från ett nordiskt till ett internationellt i vilket också projekt, England, Frankrike och Italien deltar.

Internationellt samarbete 331

A n d r a s a m a r b e t s 0 r g a n

Ett forum mellan de statliga forskningsorganisationerna diskussion av gemensamma problem är European i Europa för som anordnar ett par sam- Atomic Energy Society (EAES), år samt informationsutbyte inom sådana mankomster per som inte täcks av IAEAs och NEAS program. specialområden

forum för åsikts- och informationsutbyte, främst inom Ett industriella sektorn är FORATOM, en sammanslutning av den i de europeiska länderna. atomindustri-organisationer Foratom anordnar kongresser och symposier, samt utreder av intresse för medlemsländerna. frågor gemensamt

2.6.2 Sverige och det internationella samarbetet

samar-

Sverige deltar mycket aktivt i det internationella

betet och är medlem i samtliga ovannämnda organisationer utom Euratom samt medverkar i ett flertal internationella Dessutom bilateralt samarbete med ett flerprojekt. pågår tal länder. Arbetena inom AB Atomenergi på bränsleelement och konstruktionsmaterial för snabba reaktorer sker t ex i samarbete med UKAEA, det brittiska atomhuvudsakligen

Beräknade för olika internationella Tabell 2.9: utgifter engagemang

1974/75 1975/76 Mkr Mkr

1.81 2.08 IAEA

Halden 1.02 0.55x)

1.40 o.90x)

Dragon samarbete 0.35 0.40 Nordiskt 0.15 0.65 Nya reaktorsystem 0.10 0.10 Urananrikning 0.35 0.35 övrigt 5.18 5.03 Summa avtal som upphör under budx) Enligt nu gällande l975/76; förlängningar medför ökade getåret utgifter

332 F issionsteknik

energiorganet. Tillsammans med några av NEAs medlemsländer deltar Sverige i en studie av den gaskylda bridreaktorn. Avtal om tekniska informationsutbyten har träffats med de inom kärnkraftområdet mest verksamma industriländerna.

Utgifterna för Sveriges deltagande i olika internationella organisationer och projekt på kärnenergiområdet har för 1974/75 beräknats till ca 5.2 Mkr. Tabell 2.9 visar uppdelningen på olika poster samt förslag till anslag för 1975/76.

2.7 Förslag till FoU-program

2-7-1 Ielsésiss

I detta avsnitt förtecknas kortfattat de program- och projektförslag som framförts. En områdesuppdelning har gjorts i stort sett motsvarande den i avsnitt 2.4. En tabellsammanställning över insatserna programvis återfinnes i sammanfattningen (avsnitt 2.1).

Huvuddelen av förslagen härrör från AB Atomenergi. Andra förslagsställare är främst institutioner vid de tekniska högskolorna. Ett antal företag och organisationer har vidare utan att ställa egna förslag rekommenderat insatser på olika områden (jfr bihang 3).

Förutom den fortsatta satsningen på LWR-system upptar föreslagna insatser för den gaskylda högtemperaturreaktorn och den snabba bridern en ökande volym. Arbetsinriktningen och omfattningen för dessa kan relativt väl definieras för de närmaste två till tre åren och avser att ta fram förslag till mera långsiktiga FoU-program. För kärnbränslecykeln redovisas viss allmän inriktning. Dessa bedömes kräva fortsatt struktureringsarbete innan mer precisa program kan åskådliggöras.

Kostnaderna i de följande tabellerna anges i 1974/75 års

Förslag till FoU-program 333

penningvärde och motsvarar lön ökad med 75 Z och materialkostnader med 10 Z påslag. Kapitalkostnader är ej inräknade.

2-7-2 LäEE!êEE§EEêêEE9E§E

Det behov av FoU för LWR-system, som kortfattat beskrivits i avsnitt 2.4 komer i betydande utsträckning att tillgodoses genom de personal- och kostnadsmässigt stora insatser som utförs av AB Atomenergi. En väsentlig del av verksamheten bedrivs inom ett samarbetsavtal mellan ASEA-ATOM och AB Atomenergi.

Förutom arbetena tillsammans med ASEA-ATOM omfattar AES LWR-verksamhet i samarbete med kraftutvecklingsprojekt företagen samt en viss långsiktig forskningsverksamhet med finansiering dels över det egentliga statsanslaget, dels via medel från Styrelsen för teknisk utveckling (STU).

Verksamhetens omfattning bestäms i hög grad av tillgängliga förväntade resurser snarare än av begränsning i be-

och

hoven av FoU-insatser. Möjligheterna att för vissa prokunna åstadkomma samfinansiering mellan enskilda jekt och statliga intressen är av stor betydelse. Programförmåste utsättas för en noggrann granskning, och slagen innebär oftast ett försteg för de kortsikprioriteringen som sammanhänger med den pågående tiga projektinsatser

kärnkraftutbyggnaden. En kontinuerlig översyn av program-

och reviderade projektförslag kan förvänmet är nödvändig vid driften av reaktas bl a grundade på erfarenheter torerna i det svenska kraftnätet.

Tabell 2.10: Beräknade FoU-insatser för LWR-området finansierade statsanslag till AB Atomenergi genom

Arbets- 1974/75 1975/76 Medelinsats/år uppgift Kostnad Kostnad 1976/77-1980/81 Mr Mkr Kostnad Mkr LWR 22 23 20

334 F issionsreknik S()lJ 1974:73

Den planerade LWR-insatsen hos AB Atomenergi finansierad genom statsanslag redovisas summariskt i tabell 2.10. Insatsen 1974/75 omfattar ca 70 manår.

De genom STU finansierade arbetsuppgifterna innebär för

budgetåret 1974/75 en personalinsats av ca 25 manår och stöds av STU med ca 4 Mr. Fördelningen på mera betydande arbetsområden innebär en klar prioritering av materialområdet inklusive kemi- och korrosionsområdet. Övriga discipliner är i huvudsak reaktorfysik samt värme- och reglerteknik.

Arbetena vid AB Atomenergi och ASEA-ATOM kompletteras av viss verksamhet vid de tekniska högskolorna. De redovisade projektförslagen framgår av tabell 2.11. Tillämpligheten på LWR är i vissa fall endast indirekt.

Tabell 2.11: Föreslagna FoU-insatser för LWR-system vid högskoleinstitutioner

1974/75 1975/76 1976/77 Organisation Arbetsuppgift Kostnad Kostnad Kostnad Mkr Mkr Mkr CTH: Inst för Underhållsteknik, energiteknik funktionsmodell för 0.4 0.25 0.25 Ä

UO2-bränsle i i

CTH: Inst för I Neutronnedbroms- ix reaktorfysik ning m m 0.8 0.7 0.7 KTH: Inst för Burnoutförsök reaktorteknologi 0.15 LTH: Inst för Drifttillgäng-

sammanlagda nats fordra ett tiotal manår. 2.7.3 Gaskylda högtemperaturreaktorer AB Atomenergi står som förslagsställare för en program-

Förslag till FoU-program 335

ram på gaskylda högtemperaturreaktorer. Bolaget framför i

sitt förslag en plan för ett tvåårigt utredningsarbete för att ta fram underlag för ett långsiktigt FoU-program. Som förutsättningar för dessa utredningsarbeten avser AE använda några idealiserade alternativ beträffande möjlig etablering av HTR.

ställas i början av 1980-talet för idrifttagning framemot 1990.

först mot Slutet av 1980-talet eller i början av 1990-talet.

Under utredningsperioden 1974/75-75/76 genomförs följande studier:

- Strategistudier av kraftystem som innehåller kombinationer av olika kraftreaktorer, inkluderande HTR och snabba reaktorer. Beträffande bränslecykeln görs främst jämförande utvärderingar för uran- och toriumcykeln.

- Studier av reaktorbränslet beträffande tillverkning, bestrålningsuppförande, upparbetning, refabrikation samt transport- och avfallsproblem för uran och toriumcyklerna. Marknadsförhållanden för torium och höganrikat uran uppföljes, likaså heliummarknaden.

- Studier av funktions- och säkerhetsfrågor.

- Studier av komponenter och system, främst sådana som avviker från de som används i lättvattenreaktorerna.

- Studier mot bakgrund av processalternativ av landets behov. Aktuella alternativ studeras i samarbete med berörda industrier och avnämare.

336 F issionsteknik SOLJl97m73

För dessa studier krävs tillgång till information och underlag från utländska företag och organisationer. Även möjligheterna till långsiktigt samarbete med utländska intressenter bör undersökas. Kostnader för AB Atomenergis insatser ges i tabell 2.12. Dessutom redovisas i tabell 2.13 insatser vid KTH och LTH för vissa initialstudier. Till dessa insatser kommer kostnaderna för deltagandet i DRAGON-projektet, för närvarande ca 1.4 Mkr/år.

Tabell 2.12: Beräknade HTR-insatser (AB Atomenergi)

1974/75 1975/76 1976/77 Arbetsuppglft Kostnad Kostnad Kostnad Mkr Mkr Mkr Utredning inkl _ viss FoU 1.7 2.0 1-2

Arbetet beräknas genomfört med en insats av ca 8 manår/år.

Tabell 2.13: Föreslagna HTR-insatser vid KTH och LTH

1974/75 1975/76 1976/77 Arbetsuppglft Kostnad Kostnad Kostnad Mr Mr Mkr Initialstudier 0.3 0.2 0.2

Arbetet genomförs med en insats av 2-3 manår/år.

För 1976/77-1980/31 har en bedömning av erfemårsperioden forderliga insatser vid o1ika utfall av den inledande tvåårsstudien För alternativ 1 bör senast i slutet av gjorts. 1970-talet svenska intressenter inleda samarbete med en utländsk partner. Deltagande: i DRAGON-projektet fortsättes och Sverige aktiverar sin insats inom den speciella HTR Process Heat Study Group som bildas i anslutning till DRAGON-projektet. För alternativ 2 fortsättes bevakningen av HTR-reaktorerna främst som en uppföljning av de krav som utvecklingen för processanvändning kan ställa. Alternativ l kan uppskattas innebära insatser om 10-15 manår

sou |974;73 Förslag lill FoU-program 337

. . . . år under femårsperioden, alternativ 2 ca 5 manar per per år under samma tid.

2-7-4 §2:is2_ss:mi§5§_:s§§s9:s:

T u n g v a t t e n r e a k t 0 r e r (HWR), l ä t tv a t t e n b r i d r a r (LWBR) 0 c h s k e p p sr e a k t o r e r (SR)

För tungvattenreaktorsystemet föreslås en uppdatering av tidigare gjorda värderingar som funktion av ändrade bränslepriser och varierande bränslecykel. För de övriga systemen föreslås marginella uppföljnings- och värderingsinsatser.

Arbetet sträcker sig över två år och beräknas kosta 0.2 Mr per år (1974/75 och 1975/76).

2-7-5 §22䧧_§sié:sêks9:2:

Följande studiealternativ för snabba reaktorer i svensk kärnkraftutbyggnad föreslås utgöra förutsättningar för den utredande etableringsstudie som AB Atomenergi avser att utföra under de tre närmaste budgetåren t 0 m 1976/77.

§_§ u d i e a l t e r n a t i v 1: Snabba bridreaktorer, LMBR, installeras kommersiellt i Sverige i början av 1990-talet, med understöd av relativt bred kompetens hos berörda parter inom landet.

S t u d i e a l t e r n a t i v 2: Installation av bridreaktorer i Sverige inträffar senare under 1990-talet, initialt med svensk industrimedverkan begränsad till leverans av huvudsakligen konventionella anläggningsdelar.

S t u d i e a l t e r n a t i v 3: Ingen installation av bridreaktorer sker inom överskådlig tid i Sverige.

Planeringen av insatserna för det långsiktiga FoU-programmet kan baseras på en etappindelad plan enligt följande

338 Fissionsteknik sou 1974373

mönster för studiealternativet 1. För de andra alternatibortåt i tiden för etapperna II-V. ven sker förskjutning

t°11 11-7 t-Å t __ 3 år q, »y q, q, II III IV V I m :+6

Beslut om an- Q

skaffning ------- Andra LMFBR i det Beställning svenska kraftsystemet Uppförande Idrifttagning

karaktären hos insatserna förutsättes Den övergripande vara:

- att under etapp I genom referensprojektstudier, säkerhetsanalyser och vissa begränsade egna FoU-insatser skapa en grundläggande kompetens för värdering av FBR-systemet och dess betydelse för Sverige.

- att under etapp II och senare etapper

dels i konkreta projektarbeten i samdeltaga arbete med svenska kraftföretag, industrier och myndigheter,

dels FoU-insatser undergenom kontinuerliga uppbyggnaden av svensk industris levestödja för system och komponenter till ranskapacitet FBR, samt stödja svenska kraftföretag och mynvid värdering av driftsfrågor och sädigheter kerhet.

etapp I, som AE föreslår Den mer specifika beskrivningen utföras t 0 m budgetåret 1976/77 innebär:

Förslag till FoU -program 339

Under 1974/75 påbörjas referensprojektstudier av snabba bridreaktorer med tyngdpunkt lagd på studium av säkerhetsfrågor. Vissa begränsade FoU-insatser på materialoch bränslesidan pågår jämsides. Fr 0 m 1975/76 bedrives arbetet för uppbyggnad av ökad kompetens inom vissa nyckelområden, främst säkerhets- och miljöegenskaper, bränsleprestanda och bränsleförsörjning samt driftegenskaper. Huvudinsatsen gäller den natriumkylda reaktorversionen. Viss uppföljning av den gaskylda versionen bedrives parallellt främst i den internationella verksamheten genom deltagande i projektstudier i vilket flera länder samarbetar.

För de efterföljande etapperna kan arbetsuppgifter rubrikmässigt anges såsom följer nedan.

E_E_§_2_2___II

Projektering av första LMFBR Val av samarbetspartner Specificering av anläggning och förläggning Offertgranskning Licensering FoU-insatser

Anskaffning och uppförande Säkerhetsbearbetning Material- och komponentprovning Driftstudier FoU-insatser

§_2_§_2_2___Y

Drift av första LMFBR Verifieringsstudier Bearbetning av nästa LMFBR-projekt

340 F issiønsleknik SOLJl974J3

För etapp I har medelsbehovet beräknats till de belopp som anges i tabell 2.14_

Tabell 2.14: Beräknade kostnader för etableringsstudie samt för viss FoU för snabba bridreaktorer (AB Atomenergi)

1974/75 1975/76 1976/77 Arbetsuppglft Kostnad Kostnad Kostnad Mkr Mkr Mkr Etableringsstudie och viss FoU 4.0 4.7 5.0

För budgetåret 1974/75 har manårsinsatsen beräknats till ca 15 manår.

För genomförandet av etableringsstudien beräknas också informationsförvärv och samarbete med utlandet föranle-

da vissa kostnader som föreslås påförda anslaget för in-

ternationellt atomenergisamarbete. För 1975/76 föreslås ca 0.6 Mkr för ovanstående ändamål.

En preliminär uppskattning har gjorts beträffande omfattningen av ett FoU-program grundat på studiealternativ 1 för den närmaste femårsperioden efter 1977. Insatsen uppskattas till minst 50 manår/år i genomsnitt som beräknas finansierade genom allmänna medel.

2-7-6 Eêsaäsäsêlsszksla

P r 0 s p e k t e r i n g

Sveriges Geologiska Undersökning har i en särskild PM till EPK föreslagit de i tabell 2.15 Tubrikmässigt angivna insatserna.

sou 1974313 Förslag till FoU-program 341

Tabe11 2,15: Prospekteringz __ Sammanställning över manårsinsatser och kostnader för treårsperioden 1975/76-1977/78 (SGU)

1975/76 1976/77 1977/78 Arbetsuppglft Kostnad Kostnad Kostnad Mkr Mkr Mkr Projektledning 0.15 0.15 0.15 Geologi, mineralogi 1.35 1.35 1.35 Geofysik 1.2 1.2 1.2 Internationellt utbyte 0.05 0.05 0.05 Suma: 2.75 2.75 2.75

Totalinsatsen har angivits såsom 10-12 manår/år.

U r a n u t v i n n i n g

Under budgetåret 1974/75 bedrivs utvecklingsarbetet i Ranstad med ett direkt statsanslag om 2.4 Mkr till AB Atomenergi som bidrag till den gemensamma projektbudgeten som Statens Vattenfallsverk och AE svarar för. Utgifter för orienterande utvinningsundersökningar av betydelse för SGUs prospekteringsverksamhet täcks inom detta bidrag.

AB Atomenergi förhandlar enligt statsmakternas direktiv med andra intressenter om förutsättningarna för en exploa-

Tabell 2_16, Beräknade insatser inom området uranutvinning utom Ranstad

197A/75 1975/76 › Organisation Arbetsuppgift Kostnad Kostnad Mkr Mr CTH: Inst för Förbättrad utkärnkemi vinning ur skiffrar 0.3 0.3

342 F issionsreknik

tering i stor skala av fyndigheterna i Billingen. Inga medel för FoU-verksamhet för Ranstads-projektet 1975/76 och senare har därför tagits upp i detta sammanhang.

I tabell 2.16 upptas ett projektförslag från CTH som behandlar förbättrad utvinning ur skiffrar genom alternativa lakningsprocesser. Insatsen har beräknats till ca 2 manâr/år.

Institutet för Innovationstekniks förslag rörande totalutnyttjning av skiffer behandlas i kapitel Al: Utvinning av energiråvaror samt icke-konventionella energimetoder.

U r a n a n r i k n i n g

AB Atomenergis insatser beträffande isotopanrikning av uran avser att omfatta

- fortsatt basteknologiskt arbete rörande centrifugmetoden, speciellt beträffande vissa gasdynamiska och rotordynamiska förutsättningar för processen,

uppföljning så långt som möjligt av resultaten från de utländska experiment- och prototypanläggningar, som tas i drift,

i

- fortsatta

analyser av tillgängliga informationer 1 beträffande i

centrifugprocessens ekonomi, z 4

- 3

kontakter för att utröna möjligheterna att föri värva centrifuganläggningar och centrifugteknik från utlandet,

- vissa uppföljande studier av forskning och utveckling på alternativa anrikningsmetoder.

Det basteknologiska arbete, som påbörjades 1972 beträffande centrifugmetoden, bedömes ha en växande betydelse för ana-

Förslag till FoU-program 343

av de data om ekonomi och teknik som från tid till lysen annan kan bli tillgängliga via kontaktvägar och studiesamarbeten med utländska parter.

bedömer det vara viktigt att arbetet kan drivas Atomenergi kontinuerligt under de närmaste åren. Under åren 1976 och 1977 beräknas värdefulla indikationer framkomma om förutsättningarna utomlands i och med att större prototypanläggningar då bör ha tagits i drift.

Kostnaden för det basteknologiska programmet jämte de upparbetena på alternativa metoder har beräknats till följande 4.3 Mr för budgetåret 1974/75, ca 4.5 Mkr 1975/76 och uppskattats,till ca 5 Mkr för 1976/77. Manårsinsatsen under 1974/75 beräknas till ca 15 manår sammanlagt hos AE och samarbetande institutioner.

På längre sikt förutsättes att ansvaret för FoU-arbeten övertas av kommersiellt inriktade intressen.

U p p a r b e t n i n g a V b e s t r å l a t b r ä n s 1 e

Utvecklingen på områdena behandling, transport och förvaring av det aktiva avfallet från upparbetningen följs av AB Atomenergi dels genom deltagande i Eurochemic, dels genom egna insatser. Liknande verksamhet bedrivs också på vissa högskoleinstitutioner. Program och projekt på detta område faller dock inom AKA-utredningens kompetensområde.

Tabell 2.17: Insats på upparbetningsteknik (CTH)

1974/75 1975/76 l976/77 Proje k t Kostnad Kostnad Kostnad Mkr Mkr Mkr Upparbetningsteknik 0.9 0.9 0.9

föreslås dessutom av Institutionen för viss verksamhet kärnkemi, CTH, för utvecklingsarbeten på extraktionsom-

344 F issionsteknik SOLJl97473

rådet. Genom utnyttjning av centrifugteknik i stället för

pulskolonner anser man sig kunna öka separationsgraden. Tabell 2.17 anger den föreslagna insatsen.

Manårsinsatsen har i genomsnitt beräknats till ca 5 manår per år.

P u å t e r f ö r i n g

Tyngdpunkten av den föreslagna statsfinansierade verksamheten (tabell 2.18) ligger på bränslesidan f n i huvudsak som beredskap för komande engagemang. En mindre insats förutsättes också på reaktorfysiksidan.

Tabell 2.18: Beräknade insatser för plutoniumåterföring (AB Atomenergi) 1974/75 1975/76 1976/77 Projekt Kostnad Kostnad Kostnad Mkr .Mkr Mr Bränsleteknik och reaktorfysik 1.5 1.7 1.7 1974/75 beräknas manårsinsatsen vara 7-8 manår

2-7 7 §§K§IE§Ez_TÅli§

Huvuddelen av verksamheten bedrivs inom AB Atomenergi. Den del av kostnaderna, som bestrids av allmänna beräkmedel, nas uppgå till ca 15Mkr per år under en femårsperiod framåt, dvs under resten av 1970-talet.

Av AB Atomenergi planerade insatser bekostas år 1974/75 genom ett särskilt statsanslag på 9.2 Mkr, vartill kommer insatser, planerade och bekostade av KÄRNSÄKFORSK samt STU och forskningsråd. AB Atomenergi föreslår i sina anslagsframställningar att 11.7 Mkr tilldelas i särskilt statsanslag för 1975/76.

Då den övergripande behovsidentifieringen och programbeskrivningen ingår i AKA-utredningens och KÄRNSÄKFORSKS respektive uppdrag, dpptas ingen sammanställningav totalprogrammet i denna rapport.

BIHANG l

ORDLISTA

§§gk9rtningar för kommittéer! organisationer m g

AA AB ASEA-ATOM AE AB Atomenergi AFR Statens råd för atomforskning AKA Utredningen rörande aktivt avfall CDL Centrala driftledningen CTH Chalmers tekniska högskola Dfa Delegationen för atomenergifrågor Dsf Delegationen för kärnkraftens säkerhets- och miljöfrågor (KÄRNSÄKFORSK) EPK Energiprogramkommittên FFA Flygtekniska försöksanstalten GE General Electric KTH Kungliga tekniska högskolan LTH Lunds tekniska högskola SGU Sveriges Geologiska Undersökning SKBF Svensk kärnbränsleförsörjning AB STU Styrelsen för teknisk utveckling SV Statens Vattenfallsverk UKAEA Engelska atomenergiorganet (United Kingdom Atomic Energy Authority)

Eêgkggtningar för olika reaktortyper

BWR Kokarreaktor (Boiling Water Reactor) FBR Snabb bridreaktor (Fast Breeder Reactor) GFBR Gaskyld snabb reaktor (Gas cooled Fast Breeder Reactor) GR Grafitreaktor (Graphite Reactor) HTR Gaskyld högtemperaturreaktor (High Temperature Reactor) HWR Tungvattenreaktor (Heavy Water Reactor)

346 Kap 2, 1

Bihang

LMFBR Snabb natriumkyld reaktor (Liquid Metal Fast Breeder Reactor) LWBR Lättvattenbrider (Light Water Breeder Reactor) LWR Läctvattenreaktor Water (Light Reaccor) PWR Tryckvattenreaktor (Pressurized water Reactor) SGHWR Lättvattenkyld tungvattenreaktor (Steam Generating Heavy Water Reactor) SR Skeppsreaktor (Ship Reactor)

BIHANG 2

REFERENSER

Nuclear Engineering International, September 1973, p 697 Wirtschaft, Technik, Wissenschaft, Mai 1974 Sveriges Elförsörjning, 1975-1990. 1972 års CDL-studie Uranium: Resources, Production and Demand, NEA-IAEA, Aug 1973 Nucleonics week, V01 15, No 17, April 25, 1974 Fourth FORATOM Congress, Stockholm, September 21-23, 1970, p 7 Upparbetning av kärnbränsle, Stencil 1, 1971:1 Nucleonics Week, V01 15, No 4, January 24, 1974 Seed and blanket reactors, A Radkowsky, G W Hardigg, R G Luce, Third Geneva Conf, V01 6, p 304 10. Snabba Bridreaktorer i Sverige: Del II Bränsleförsörjning och ekonomi. K Jirlow, AB Atomenergi, Rapport AE-RF-74-3024 11. Europe, No 1558, July 12, 1974 12. Kärnkraftens Högaktiva Avfall. Lägesrapport från AKA-utredningen, juni 1974. DsI 1974:6 13. Närförläggning av kärnkraftverk. Närförläggningsutredningens betänkande, juni 1974. SOU 1974:56

BIHANG 3

ENKÄTSVAREN

Nedan anges korta sammanfattningar av svar på EPKS enkät som anknyter till kärnkraft-fissionsteknikområdet.

AB Atomenergi: AES remissvar inom fissionsteknikområdet omfattar följande fyra delrapporter.

1. Sammanställning av forsknings- och utvecklingsarbeten på kärnkraft- och säkerhetsområdet. 2. Utvecklingsinsatser inom kärnbränslecykeln. 3. Gaskylda högtemperaturreaktorer i Sveriges framtida energiförsörjning. 4. FoU-insatser för introduktion av snabba bridreaktorer i Sverige.

Rapporterna ger efter en bakgrundsbeskrivning projektoch programförslag för arbeten inom kärnbränslecykeln och för insatser på högtemperatur- och bridreaktorområdena. På säkerhetsområdet belyses olika problemställningar och pågående och planerade projekt redovisas. En bedömning görs av storleken på framtida insatser.

De framförda förslagen med motivering redovisas under avsnitten 2.4 och 2.7 i huvudrapporten och utvecklas ej närmare här.

insatser fanns AES förslag till på lättvattenområdet ej med i remissvaret men har inhämtats senare.

ASEA-ATOM: på kort sikt sammanfattas i Utvecklingsarbetet Förbättrad totallösning för kärnkraftprojektbeteckningen verk med BWR. Projektet avser att utarbeta en optimerad konstruktion med hänsynstagande till alla kända komplett säkerhetskriterier som har bättre driftsäkerhet, ekonomi och servicebilitet än hittillsvarande konstruktioner.

350 Kap 2, Bihang 3

Kostnaden för projektet är av storleksordningen 22 Mr och bekostas av AAs egna medel.

Inom det bedöms långsiktiga perspektivet som angeläget att genomföra de säkerhetstekniska experiment som nu pågår eller planeras, att bearbeta frågor rörande ståltankars integritet, att stöda arbetena på betongtrycktankar och att genomföra en ökad standardisering av LWR-anläggningarna. Utöver dessa insatser är utvecklingsarbeten på bridreaktorer viktiga, då kraftförsörjningen genom bridreaktorerna kan säkras under hundratals år framöver.

Statens Vattenfallsverk: FoU-verksamheten konkretiseras i femårsprogram, som under den närmaste femårsperioden för kärnkraftens del omfattar utvecklingsarbeten rörande bl a härdanalys, beräkningsmetoder, plutoniumanvändning och kinetikfrågor. Bearbetning av drifttillgänglighetsfrågor, utveckling av inspektionsmetoder, stöd åt forsknings- och miljöproblem är andra uppgifter inom samma program.

Som angelägna områden för långsiktig FoU nämns bl a kärnkraftens avfallsproblematik, gaskylda högtemperaturreaktorer, bridreaktorer och säkerhetsområdet för såväl lättvattenreaktorer som framtida typer.

Högskoleinstitutioner: Ett antal institutioner vid universiteten, de tekniska högskolorna och andra organisationer ger i sina remissvar kortfattade inom kärnprojektförslag kraftområdet. Förslagen omfattar huvudsakligen en ett- eller två-årig tidsram men i vissa fall ges också synpunkter på inriktningen av utvecklingsarbetet på lång sikt. En uppräkning av områden där insatser föreslås ges nedan.

- Radioaktivt avfall, upparbetningsteknik, radioekologi (CTH, LU)

Enkätsvaren 351

- Uranutvinning,

U02-bränsle

(CTH, KTH, LKAB) - drifttillgänglighet Tillförlitlighetsmetodik, (CTH, LTH) - Värmeteknik, reaktorfysik (KTH, CTH) - HTR-system (LTH, KTH) - Gasdynamik (KTH, FFA)

Institutet för Innovationsteknik: Institutet beskriver i sitt enkätsvar en metod för totalutnyttjning av skiffer som föreslås Programmet omprovas på Kvarntorpsskiffer. fattar tre delvis parallella etapper över en 18 månadersperiod.

Ämnet berör två sponsorsområden och förslaget tas upp i kapitel A1 Utvinning av energiråvaror samt icke-konventionella energiprocesser.

Korrosionsinstitutet, Förslag förs fram Ångpanneföreningen: av Korrosionsinstitutet rörande studier för att minska korrosion bl a i kärnkraftverk (behandlas i Kapitel A3), och Ångpanneföreningen belyser inspektions- och besiktningsverksamheten för reaktorkärl, rörsystem etc för kärnkraftverk. FoU-insatser anknytande till denna verksamhet bedrivs internt men kvalificerad kan också inom företaget personal ställas till förfogande för att leda av staten bekostat utvecklingsarbete.

Övriga: Statens industriverk betonar betydelsen av importoberoende: i energiförsörjningen och rekommenderar utvecklingsatbeten på nattium- och gaskylda snabba reaktorer. Verket förordar också insatser på säkerhetsområdet, på närlokaliserin 8 sfrå 8 or m m.

352 Kap 2. Bihang 3 S()LJ 1974:73

§ygrig§§_lggg§tri§§§§ugd förordar ökad uranprospekteringsverksamhet och anser en författningsändring angelägen för att öka industrins intresse för sådan verksamhet.

E§z§y2rs2§_§9z§1_2_i9g§22§2215 nämner sin kompetens i beredskaps- och säkerhetsfrågor avseende kärnkrafttekniken (studium av haveriprocesser) och arbetar vidare med framtagning av kärnfysikaliska grunddata.

y§§m§yggk§§§gggigggg framhåller vikten av studium av säkerhetsproblem och avfallsförvaring liksom av möjligheten att framställa vätgas med energi från kärnkraftverk.

Styrelsen för teknisk utveckling rekommenderar att en utvärdering göres av möjligheterna till inhemsk uranutvinning och eventuellt urananrikning. STU framhåller också vikten av FoU-insatser som bedöms nödvändiga för att kunna föra utbyggnadsprogrammet för kärnkraftenergin vidare. Frågor rörande säkerhet och avfallshantering bör särskilt beaktas.

Statens råd för atomforsknigg: Inom området fissionsteknik finner rådet det att stödja forskning av grundangeläget läggande karaktär men riktad mot problem av betydelse inom kärntekniken, t ex säkerhetsfrågor, materialproblem, avfallsbehandling och inverkan av radioaktiv strålning på biologiskt material.

3 EL-, GAS- OCH VÄRMFÖRSÖRJNING

3.1 Sammanfattning

Man kan på goda grunder utgå från att vi har en i stort sett ekonomiskt riktig utformning av landets energiförsörjning med de förutsättningar som hittills varit rådande. I varje fall synes detta gälla inom de olika sektorerna av energiproduktion och -distribution var för sig. När nya förutsättningar uppträder (exempelvis högre oljepris), sker också en ekonomiskt betinjçd omställning. En viss tidsfördröjning är därvid oundviklig, beroende på att det tar tid att bygga nya anläggningar respektive att bygga om gamla.

Vi har här inte funnit annat än att det för den konventionella el-, gas- och värmeförsörjningen gäller att alla utvecklingsåtgärder som är ekonomiskt lönsamma kommer till stånd genom någon form av normal produktutveckling utan särskilt statligt FoU-stöd. Inom el-, gas- och värmeförsörjningen är för övrigt situationen den, att utveckling av teknisk utrustning - med vissa undantag - endast i marginell grad kan bidra till förbättrat utnyttjande av primär energitillförsel genom verkningsgradsförbättringar etc. Det väsentligaste målet för utvecklingen är normalt att ernå sänkta kostnader. Det i särklass mest betydande av nämnda undantag är utnyttjande av spillvärmet från elkraftproduktion i kondenskraftverk, men man bör givetvis utnyttja alla möjligheter som kan stå till buds att förbättra energiutnyttjandet.

Målet för statliga åtgärder av FoU-karaktär bör inom den konventionella el-, gas- och värmeförsörjningen vara

354 Kap 3: EI-, gas- och värmeförsörjning sou 197473

- att minska nuvarande i största oljeberoende möjliga omfattning, dvs understödja en ökad användning av andra energikällor och energiråvaror - att nuvarande förbättra utnyttjning av den primära energitillgången.

Ett förverkligande av de angivna målen för förändringar kan knappast väntas leda till lägre kostnader för energiförsörjningen. Tvärtom torde problemställningen i realiteten vara att söka förverkliga målen med minsta möjliga ytterligare ekonomiska uppoffring. Möjligen kan det därför i stället för behov av FoU-stöd uppträda behov av statliga bidrag för att täcka merkostnader av denna karaktär vid tillämpning av känd teknik. Detta torde emellertid falla utanför energiprogramkommitténs uppdrag.

För förverkligande av nämnda målsättning krävs utveckling av teknisk utrustning men i minst lika hög grad utveckling av energiförsörjningssystem av olika slag. Sådan utveckling måste dock utgöra en del av den totala samhällsplaneringen, vilken därmed är av största betydelse för om energiförsörjningen skall kunna ordnas på ett sätt som ger bästa möjliga utnyttjning av den primära energitillförseln.

Inventeringen av önskvärda FoU-insatser har gett till resultat ett medelsbehov av ca 50 Mkr och en erforderlig personalinsats på minst 200 manår. Behovet av statligt stöd kan därvid uppskattas till ca 40 Mr. Tabell 3.1 innehåller en sammanställning av resursbehoven inom olika delområden. Utöver angivet medelsbehov tillkommer i vissa fall investeringar i provanläggningar. Utsträckningen i tiden varierar för de olika projekten. Endast i undantagsfall är projekttiden längre än fem år och normalt ligger den mellan två och fem år. Angivet resursbehov kan därför i stort sett anses gälla en tid på fyra år.

Det bör observeras att den genomförda inventeringen av projektförslag ej kan göra anspråk på att vara fullständig. Även andra projekt än de som här har redovisats kan med stor sannolikhet bli aktuella om inte förr när riktlinjer för statligt stöd till FoU på energiområdet har formulerats. Å andra

SOLJl974J3 Sammanfattning 355

naaau

uamsuoc

wø«øwmmaømoua

ummamcwwwa=moua

ewa

M

ømuxmwoum

m

ax

ca

m

umwøaumummøm

mxaao

m

av

ummd«cxumEc

ax:

wømumummdH

Hmm

muwcmm uosaox

om

nu

umummumx»

mm om oou

am am am

nomuwm

om om

dmvau

3 nu S

Icwamø mumm umømz nos nas nos

8 mo 8 8 8

.m

cmvomuwmwuwmuu

uuqømaodmo

2.0 ma.a no.m oH.a äs mm;

aomøaøxumuumu:

umxuxz

a.oa

å;

vmum

Aumcmñ

ummaumum

amma

.um

mumuwm uamuos

o; .m a.m N.m m6 mä a;

ax: o.om

uxzv

mm Så

mm

som

xmuamø IamuoH Axmmoamn

n.m o.q än im 0.0

n.mH

uomuwa

uxz H.oq

»J

www

dm .um

nmawvmz Axuamuos

os

onwn

må o.m o.q än

n.oa i.: N.m«

uuom

Bow

o:wAWwlwWM..

ax:

:.00 nuo

uuoum

|maum uummux

m

mu

wamumaøasxomn

:oo

øomu=amnummvospm

a

Ham

øowuxøvoummmo aoüsâbwau-

wvmusoaon

:oo

domuxzvoum xmauuxoam uommâaøummw äwmämndz

umm 58:9:

åmäøouuw., wømumwuom Iaäoøoxm

Hampus

uaum uwmux

:oo Cm

356 Kap 3. EI-, gas- och värmeförsörjning

sidan torde angelägenhetsgraden för vissa av de nu inlämnade projektförslagen vara relativt liten. De olika projektförslagen måste givetvis underkastas teknisk granskning, vilket är en angelägenhet som faller utanför ramen för energiprogramkommittêns arbete.

Trots ovannämnda bristfälligheter och trots att uppgifterna om medelsbehov är ofullständiga i vissa av projektförslagen synes emellertid inventeringen av projektförslag ha gett en rimlig nivå på den totala satsningen på statligt stöd till FoU inom konventionell el-, gas- och värmeförsörjning liksom även en medelsfördelning mellan olika delområden som framstår som rimlig. Möjligen bör här viss reservation göras i fråga om den förhållandevis stora satsningen på konventionell gasproduktion och -distribution, bl a mot bakgrunden av den oklara situation som råder beträffande framtida import av naturgas till Sverige.

Redogörelse/ör delområden 357

3.2 Redogörelser för olika delområden

Framställningen i detta avsnitt bygger på enkätsvar och hearings med experter samt i samband därmed ingivna promemorior, projektförslag m m. Vidare har inom olika fackområden anlitats särskilda specialister, med vilkas hjälp bifogade appendix har utarbetats.

Kapitel A 3 behandlar följande ämnesområden:

- Vattenkraftproduktion - Produktion av värme och värmebaserad elkraft (dock ej kärnkraftreaktorer, vilka behandlas i kapitel A 2) - Distribution och ackumulering av värme - Elektrisk kraftöverföring - och -distribution (dock icke- Gasproduktion ej konventionella metoder för gasproduktion som behandlas i kapitel A 1) - Ekonomioch systemfrågor inom el-, gas- och värmeförsörjning -

Miljöfrågor inom el-, gas- och värmeförsörjning

De projektförslag som i mera konkret form har inlämnats till EPK och som ligger inom ämnesområdet för detta kapitel har sammanställts för varje delområde som en bilaga till respektive appendix. Som referensbeteckning för dessa projektförslag används energiprogramkommittêns diarienummer (Dnr xxx).

3 2-1 YêEE§BEEê§EEE9QE5EÅ9B

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Vattenkraftutbyggandet har i vårt land pågått under lång tid och mycket forsknings- och utvecklingsarbete har lagts ned inom området av såväl statlig som enskild kraftindustri. Arbetet har varit knutet till optimeringsproblemet för produktionsapparaten samt till funktionella och tekniska lösningar för olika anläggningsdelar.

Vattenkrafttekniken i Sverige får sägas stå på en hög nivå

358 Kap 3: E1-, gas- och värmeförsörjning

internationellt sett. Detta utgör samtidigt ett bevis för att kraftföretagen har lagt ner ett omfattande och tillräckligt forskningsarbete inom detta område.

Möjliga utvecklingsmål för FoU i Sverige

Den svenska som hittills vattenkrafttillgång exploaterats ca 60 TWh/år - en utgör drygt tredjedel av naturenergin. Det är av ett betydande värde för landets energiförsörjning att kunna utnyttja betydligt mera. Nu aktuella utredningar synes antyda att ungefär 50 Z ytterligare vattenkraft skulle kunna byggas ut. Ett forskningsarbete inriktat på att uppnå största möjliga del av detta får anses vara mycket betydelsefullt.

Fortsatt vattenkraftutbyggande möter emellertid motstånd från flera andra intressegrupper. Det får därför i detta samanhang bedömas som sannolikt att endast en del av dessa ytterligare 30 Twh kan exploateras. Med hänsyn härtill och med hänsyn till att den svenska tekniken redan står mycket högt inom detta område är det realistiskt att tills vidare begränsa FoU-aktiviteten inom vattenkraftområdet. Av intresse är då framför allt undersökningar rörande dels inverkningarna till följd av utbyggnader, speciellt de i verkligheten inträffade konsekvenserna (miljöskador och andra skador samt övriga följdverkningar i vid bemärkelse), dels utnyttjande av resurser i vattendrag där utbyggnader redan finns.

En utredning av vilka konsekvenser som i verkligheten blivit följden av olika vattenkraftutbyggnader skulle vara värdefull, bl a av det skälet att detta skulle bidra till att göra bedömningarna säkrare vid kommande utbyggnader liksom även till att förbättra underlaget för miljövårdsåtgärder.

I de nu utbyggda älvarna kan såväl energitillgången som effekttillgången avsevärt höjas. Detta kan ske genom att man mera fullständigt tillvaratar tillgångarna, exempelvis i kvarvarande outbyggda älvsträckor, genom effektutbyggnader i befintliga kraftstationer och utökning av sjöregleringen. Ett fortsatt FoU-arbete synes här motiverat. Hit kan även

Redogörelseför delområden 359 sou 197473

föras frågan om att sätta in standardiserade små vattenkraftstationer som ersättning för mindre äldre kraftstationer, gamla sågverk och kvarnar som är nerlagda och tillvaratagande av outbyggda vattenkrafttillgångar i mindre vattendrag.

Program för FoU, projektförslag

Inom VAST (Svenska Kraftverksföreningens Stiftelse för Tekniskt Utvecklingsarbete) bedrivs tekniskt utvecklingsarbete med karaktär av produktutveckling. Någon FoU i den mening som avses i direktiven till energiprogramkomittên förekommer knappast.

För energiprogramkommittêns verksamhet har inom detta område uppställts följande tre projektförslag:

- Studium av de verkliga miljö- och skadekonsekvenserna vid vattenkraftsbyggnader (Dnr 192) - resurser Optimalt utnyttjande av vattendragens (Dnr 193) - av små kraftstationer Standardisering (Dnr 194)

Resursbehov för FoU

Angivet resursbehov för de tre projektförslagen uppgår till ca 10 manår och ca 1,5 Mkr. Arbetena kan förutses bli fördelade på två årl

Behov av statligt stöd

För genomförande i full omfattning av de tre projektförslagen torde krävas statligt stöd.

3.2.2 Produktion av värme och värmebaserad elkraft

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Till av bl a de tidigare låga oljepriserna är eldföljd städerna för värme- och elproi ång- och hetvattenpannor duktion i de flesta fall utformade för enbart oljeeldning.

360 Kap 3: EI-, gas- och värmeförsörjning sou 197473

Undantagen är i huvudsak anläggningar som projekterats på 1950-talet och tidigare. Åtskilliga pannor har konstruerats med fullt utnyttjande av oljeeldningens möjligheter till små eldstadsvolymer, vilket i praktiken gör det omöjligt att använda andra bränslen än olja eller möjligen gas. Mer konventionella pannor uppnår efter ombyggnad 50-60 Z effekt med fasta bränslen. Det högre värdet för gäller stenkol, det lägre för torv, träflis etc.

Eftersom kombinationen av el- och värmeproduktion i kraftvärmeverk innebär att ca dubbelt så mycket av bränslets

värmeinnehåll kommer till nyttig användning jämfört med en-

bart elproduktion är intresset stort för sådana utbyggnader. Med hittills gällande förutsättningar har emellertid krävts utbyggnader i jämförelsevis stora enheter för att erforderlig lönsamhet skall uppnås. Viktigt är också att värmeunderlaget är tillräckligt stort i förhållande till maskinen för att man skall få fullgod produktionsekonomi. Denna omständighet är för närvarande en begränsande faktor för utbyggnaden av kraftvärmeverk och har bl a lett till försök med mycket små enheter såsom dieselkraftvärmeverk.

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

Av speciellt intresse för landets energiförsörjning är inhemska alternativbränslen, såväl nya sådana som utökad användning av redan utnyttjade. Det gäller därvid dels att introducera nya eldningsmetoder, dels att vidareutveckla befintliga. Till stor fördel skulle vara om man kunde utveckla metoder som accepterar stor variation i bränslen. Även användningen av stenkol bör beaktas. Ytterligare en fördel erhålls om sådana bränslen kan accepteras som normalt betraktas som krisbränslen, exempelvis höganäskol, flis etc. Värdet i krislägen ökar väsentligt om utrustningen kan anslutas till befintliga oljeeldade ång- och hetvattenpannor utan alltför stora ingrepp i pannorna och utan alltför stor reduktion av effekten.

Utveckling av värmeteknisk utrustning för kraftvärmeverk är av stort intresse över ett brett register av aggregateffek-

Redogärelseför delområden 361

ter från kärnkraftaggregat till gasturbin- och dieselaggreär också av intresse t ex att ungat. På fjärrvärmeområdet dersöka att utnyttja förlustvärme från indumöjligheterna striprocesser för uppvärmning av tätorter.

Program för FoU, projektförslag

I första hand bör FoU inriktas på två områden, dels användande av inhemska alternativbränslen och stenkol, dels tillvaratagande av värme (företrädesvis för fjärrvärmedistribution) i samband med elproduktion och industriella processer.

Vad gäller utveckling av processer som möjliggör användande av inhemska alternativbränslen och stenkol har till kommittén inkommit tre väl konkretiserade förslag till FoU-projekt, för vilka statligt stöd önskas.

Projektrubriker: - som eldstad i nya ångpannor och Ignifluidprocessen som gasgenerator för äldre oljeeldade ångpannor (Dnr 82) - i fluidiserande bädd av kol, sopor, avfall, Eldning spillolja etc (Dnr 191) - av och avfall men även bark, Suspensionseldning sopor torv 0 dyl (Dnr 136)

om icke-konventionell användning av bränslen behand- Frågan las i hela sin vidd i kapitel A 1: Utvinning av energiråvaror samt icke-konventionella energiprocesser.

Vad av förlustvärme föreligger ej i gäller tillvaratagande samma utsträckning konkreta förslag till FoU-projekt för Vilka stöd önskas. Följande förslag har lämnats: statligt

- av industrins förlustvärme för bostads- Användning uppvärmning i fjärrvärmesystem (Dnr 81) - för från Systemanpassning av värmepump fjärrvärme befintligt kärnkraftverk (Dnr 130) - studie av ångkraftprocessen för fjärr- Systematisk värmeändamål (Dnr 153)

Kommittén har även erhållit förslag till FoU-projekt för

362 Kap 3: E1-, gas- och värmeförsörjning

vilka statligt FoU-stöd ej erfordras, medan däremot stöd behövs i form av beställningar, vilket i sin tur kan kräva statligt stöd till beställarna.

De redovisade projektförslagen bör i första hand uppfattas som exemplifieringar. Den inventering av projektförslag som gjorts kan ej göra anspråk på att vara fullständig.

Resursbehov för FoU

Resursbehovetför de inlämnade förslag till FoU-projekt där statligt stöd är aktuellt omfattar totalt en personalinsats på ca 35 manår och ett medelsbehov på ca 5 Mkr (uppgifter saknas för ett förslag, Dnr 130). Man torde kunna räkna med att dessa FoU-insatser i stort sett faller under treårsperioden 1975/76 - vilket innebär en nivå av ca lO 1977/78, man och ca 2 Mkrlår. Därutöver tillkommer investeringar i provanläggningar.

Några svårigheter att genomföra de redovisade FoU-projekten med hjälp av inhemska personella resurser i samarbete med utländska företag synes ej behöva befaras.

Behov av statligt stöd

Ett behov av statligt stöd under de tre första åren på ca 3,5 Mr totalt och drygt l Mkr/år kan utläsas av de projektförslag där uppgifter har lämnats. Därav faller ca 3 Mkr totalt och ca l Mkr/år på projekt med hög angelägenhetsgrad.

De olika projektförslagen måste givetvis underkastas teknisk granskning. Även andra projekt än här redovisade kan med stor sannolikhet bli aktuella.

3.2.3 Värmedistribution och ackumulering

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Fjärrvärme innebär energitransport med hjälp av ett uppvärmt medium som pumpas i rörledningar. De flesta fjärrvärmesystem

Redognörelseför

delområden 363 sou 1974:73

arbetar med vatten som energibärare. Ångsystem blir relativt dyrbara och används bara i speciella tillämpningar industrier). Det i särklass största använd- (skyskrapor, för fjärrvärme är husuppvärmning inklusive ningsområdet varmvattenberedning.

Fjärrvärme distribueras för närvarande i 45 svenska kommuner, medan mer eller mindre långt framskridna planer finns i ytterligare ett 50-tal.

För fjärrvärmeledningar används som rörmaterial till överdel stål av enkel (icke korrosionsbeständig) kvalivägande tet. Rören har traditionellt fuktskyddats genom förläggning i en kulvert av betong och värmeisolerats för att begränsa värmeförlusterna. Utifrån denna grundutformning har förenklade varianter utvecklats.

Den konventionella utformningen av fjärrvärmeledningar ifrånu av olika skäl. finns gasätts Nya konstruktionsmaterial tillgängliga och ändrade förutsättningar gäller i fråga om energipriser, metoder för värmeproduktion, överföringsavstånd, bebyggelseutformning m m. Flera aktuella utvecklingsfrån att vattentemperaturen bör väljas annorprojekt utgår

lunda än hittills. I Sverige har hittills framledningstempe-

ratur 1200 och returtemperatur 60° blivit det vanligaste, medan man i Sovjet, som har 90 Z av världens fjärrvärmeleveranser, har 1500.

Kraftvärmeverk kan utrustas med hetvattenackumulatorer som det möjligt att förskjuta el- och värmeproduktion i förgör hållande till varandra under dygnets timar. Konventionella hetvattenackumulatorer byggs av svetsad stålplåt. För att än dagens teknik meduppnå en billigare värmeackumulering man närmare studera andra möjligheter såsom våta ger vill bergrum, betongtankar och öppna bassänger.

Möjliga utvecklingsmål för FoU i Sverige

Det vikti aste utvecklin smålet P å färrvärmeområdet J s nes Y 8 8 vara att utnyttjande av kärnkraftvärmeverk, varmöjliggöra

364 Kap 3. E1-, gas- och värmeförsörjning

vid en väsentlig faktor är frågan om närlokalisering, Vilken är föremål för särskild utredning. Även vid de längre överföringsavstånd som kan bli påtvingade till följd av restriktioner för förläggning av kärnkraftverk kan emellertid fjärrvärme bli ekonomisk enligt konventionella synsätt. En angelägen uppgift är här att utveckla metoder för att ekonomiskt överföra stora värmemängder på stora avstånd (upp till och över l00 km). kunna Kostnadsbesparingar synes uppnås genom att utveckla ledningar av okonventionella material såsom plast och betong eller att vattgenom transportera net i våta bergtunnlar.

Generellt är kostnaden för av fjärrvärmeledningarna avgörande betydelse för ett fjärrvärmesystems lönsamhet och därmed för fjärrvärmens utbredning. Utveckling med sikte på att minska kostnaderna för fjärrvärmenäten i samhällena är därför av stor betydelse. En intressant är användutvecklingsriktning ning av korrosionsbeständiga material (plast, korrosionsbeständigt stål), som medger förläggning utan särskilt fuktskydd och därmed lägre kostnader.

Förutom kärnkraftvärmeverk är undersökning av alla möjligheter till kombination av el- och värmeproduktion i kraftvärmeverk av stort intresse liksom även undersökning av möjligheterna att använda spillvärme från industriella för processer fjärrvärmeändamål.

Intressanta tillämpningar av hetvattenackumulering är att genom ackumulering under längre tidsrymder än ett mindygn ska behovet av oljeeldade och att i varmhetvattenpannor vattenmagasin ackumulera elvärme som producerats under lågbelastningstid. Den sistnämnda tillämpningen förutsätter dock ett effektdimensionerat elkraftsystem där den maximala belastningseffekten är den dimensionerande faktorn. Tidpunkten för övergång till effektdimensionerat i system Sverige förutses numera infalla mot slutet av 1980-talet, som tiej digare beräknats under 1970-talet.

Utveckling med sikte på att minska energibehovet för pumparna kan marginellt minska ett kostnader och fjärrvärmesystems

i

Redogörelseför delområden 365

är av visst intresse.

är av utrustning för mät- En viktig detaljfråga utveckling t ex för i ning av små värmemängder, fjärrvärmeabonnenter

småhus.

Program för FoU, projektförslag

bör ges åt FoU som gäller fjärrvärme- Hög angelägenhetsgrad ledningar och hetvattenackumulering.

beträffande har Följande projektförslag fjärrvärmeledningar lämnats till energiprogramkomittên:

- och för de stora Utvecklings- provningsprogram mellan kärnkraftvärmeverk och varmvattenledningarna distributionscentra (Dnr 113) - av hetvatten i våta bergtunnlar (Dnr 129) Transport - för sista ledet i distribu- Prov med plastledningar tionen till husen (Dnr 117) - Gemensamma sekundärsystem av plaströr för uppvärmnings- och tappvarmvatten (Dnr 115) - (värmeväxlare) för gemen- Plastkomponentutveckling för och tappvarmvatsamma system lokaluppvärmning ten (Dnr 114)

här har fullständig projektinventering kun- Ej heller någon nämnas att ett intressant förnat göras. Det kan exempelvis av korrosionsbeständigt stål i slag, som avser användning har resulterat i ett direkt projektfjärrvärmeledningar, ej

förslag.

Av stort intresse i detta samanhang är de undersökningar rörande med i huvudsak konventionell fjärrvärmeöverföring Barsebäcks kärnkraftstation till Malmö och Lund teknik från utföres av Kraft AB i samarbete med berörvilka Sydsvenska da kommuner.

beträffande hetvattenackumulering Följande projektförslag har erhållits:

- av hetvatten i bergrum (Dnr 128) Lagring

366 Kap 3: E1-, gas- och värmeförsörjning sou 197473

- av hetvatten Lagring i bet0ngtank_vid max 95 °C i samband med elvärme (Dnr 127) - Varmvattenmagasin vid atmosfärstryck (öppen tank) (Dnr 116) -

Värmeackumulering (Dnr 159)

Två projektförslag som avser systemstudier har också inlämnats:

- Allmän systemstudie för samoptimering genom dataprogram av ett fjärrvärmesystem i dess helhet (Dnr 112) - Modell av fjärrvärmesystem (Dnr 158)

Fyra av projektförslagen (Dnr 114 t 0 m 117) behandlar utveckling av lågtemperaturfjärrvärme. Förslagsställare är AB Atomenergi. En preliminär utredning har redovisats tidigare av AB Atomenergi i samarbete med bl a Svenska Värmeverksföreningen (Ref 1). Det bör noteras att tre av projekten (Dnr 114, 115 och 117) egentligen i första hand faller inom ämnesområdet för avdelning D: Lokalkomfort och hushåll.

Ett projektförslag, som redovisas under avsnittet Gasproduktion och -distribution, är av intresse även vad gäller hetvattenackumulering i berg, nämligen:

- Lagring av energi i bergrum (Dnr 108)

Detta projekt behandlar i första hand naturgas. Kostnadsmässigt är förslaget av samma storleksordning som det tidigare nämnda (Dnr 128), och viss mellan dessa samordning båda projekt bör förmodligen övervägas.

Resursbehov för FoU

Medelsbehovet för nio av de inlämnade förslagen till FoUprojekt uppgår totalt till ca 17 Mkr. Uppgifter saknas helt för två förslag (Dnr 127 och 129). I något fall tillkommer investering i provanläggning. FoU-insatserna anses erfordras under de tre-fem första åren.

Redogörelse/ör delområden 367

Tre av de nio (Dnr 113, 117 och 128) är av annan projekten än de övriga med en totalkostnad av storstorleksordning leksordningen 5 Mkr per projekt.

om personalbehovet är ofullständiga, men några Uppgifterna att behovet anses enligt lämväsentliga svårigheter fylla nade uppgifter ej föreligga.

Behovet av statligt stöd

Ett behov av statligt stöd under den första treårsperioden på ca 9 Mkr totalt och 3 Mr/år kan utläsas av de projektförslag där uppgifter har lämnats.

Angelägenhetsgraden för projekt gällande FoU på fjärrvärme bedömas måste får som hög, men de olika projektförslagen underkastas teknisk granskning, och även andra självfallet än här redovisade kan med stor sannolikhet bli akprojekt tuella.

3»2-4 §leEszi§E_§z§§2§22:§åriga

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Inom området konstruktion av elektriska generatorer har utvarit under senare år. Allt större vecklingen mycket livlig enheter vilket medför konstruktionsproblem av tillverkas, ökad Möjligheterna att införa supraledning svårighetsgrad. studeras på flera håll i världen.

har väl framme i fråga om införande av höga Sverige legat med åtföljande reduktion av överföröverföringsspänningar insatser har gjorts för utingskostnaderna. Uppmärksamade och införande av 400 kV växelspänning och högspänd veckling likström. För närvarande görs en stor utvecklingsinsats på dimensionering av ett 800 kV-nät för det svenska kraftsystemet.

Ställverksanläggningar på platser där utrymmet är dyrbart eller atmosfären är förorenad utförs i ökande omfattning

368 Kap 3. E1-, gas- och värmeförsörjning sou 1974:73

som gasisolerade ställverk. Sådana ställverk väntas bli ekonomiskt jämförbara med konventionella ställverk vid de högsta spänningarna, exempelvis 800 kV. Ökande svårigheter att dra fram luftledningar inom tättbebyggda områden har gett användningen av kablar större aktualitet även för höga effekter. Utveckling av nya kabelkonstruktioner pågår, varvid bl a tryckgaskablar och supraledande kablar studeras.

Datorer introduceras och finns redan i användning för drift och övervakning av kraftsystem liksom även för planering och dimensionering av systemen.

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

FoU beträffande lednings- och ställverksisolation har hög angelägenhetsgrad. Här kan nämnas såväl plastmaterial som gasformiga isolationsmaterial, exempelvis ersättning för svavelhexafluorid Andra aktuella frågor är studium

(SF6).

av isolation 1 salthaltig atmosfär och utveckling av plastmaterial för kraftledningsstolpar.

Ett annat område där utveckling är angelägen är användningen av datorer. Systemanalys och optimering av elektriska distributionsnät bör utvecklas vidare. Även i fråga om elinstallationer i byggnader finns vissa frågor som bör undersökas närmare.

Program för FoU, projektförslag

FoU inom isolationsområdet bör ges den högsta angelägenhetegraden. Följande projektförslag har inlämnats:

- Undersökning av dels de grundläggande åldringsmekanismer som påverkar en isolerings livslängd, dels livslängdens beroende av elektrisk fältstyrka och drifttemperatur med tillämpning på olika typer av plaster (Dnr 101) - Långtidsprovning av lednings- och ställverksisolation vid växel- och likspänning (Dnr 102) - för SF som isolermedel Ersättning i kapslade ställ-

verk, kablar etc ?Dnr 122)

- Kraftledningsstolpar av syntetiskt material (Dnr 123)

Redogörelseför delområden 369

Inom övriga områden har följande förslag till FoU-projekt erhållits:

- för av kraftnät Datorprogram styrning (Dnr 124) - av distributionsnät Optimal utbyggnad (Dnr 165) - av distributionsnät till Systemanalys med hänsyn elkvalitet och tillförlitlighet (Dnr 166) - Databas för i elekttillförlitlighetsberäkningar riska kraftsystem (Dnr 170)

Resursbehov för FoU, behov av statligt stöd

Resursbehovet för de inlämnade förslagen till FoU-projekt omfattar totalt en personalinsats på ca 25 manår och ett medelsbehov på ca 4 Mr totalt. FoU-insatserna faller till största delen - vilket inom fyraårsperioden 1975/76 1978/79, innebär en årsresurs i medeltal av 6 man och l Mkr. Förutsättningen för att dessa FoU-arbeten skall komma till utförande torde vara att statligt stöd erhålls för hela kostnaden.

Tillgång till kompetent expertis finns inom landet, men kontakt bör hållas med t ex Electric Power Research Institute (EPRI) i USA. Ett forskarutbyte bör ske. Kostnaderna för ett sådant kan för närvarande inte anges.

3.2.5 Gasproduktion och -distribution

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Gas har hittills spelat en liten roll i Sveriges energiförsörjning och har i huvudsak förekommit i form av stadsgas i ett antal större städer. Stadsgasverken, där produktionen från början baserades uteslutande på importerat stenkol, har under de senaste åren övergått till högtrycksprocesser med råvarorna lättbensin och butan i s k spaltgasverk. Det sista kolgasverket i landet lades ner år 1972. För närvarande finns i landet sju större stadsgasverk. Genom energikrisen 1973/7A med åtföljande våldsam prisstegring på lätta petroleumprodukter har det ekonomiska läget för stadsgasverken blivit

370 Kap 3: E/-, gas- och värmeförsörjning

mycket besvärande, och man har börjat söka efter andra råvaror a

Naturgas har under det senaste årtiondet börjat utnyttjas i olika länder i accelererande takt. De producerande länderna i Europa förbrukar i första hand själva sin gas men exportavtal förekommer. Viss import av naturgas i kondenserad form (Liquified Natural Gas, LNG) från fyndigheter utanför Europa förekommer.

Intresset för naturgas är stort även i Sverige. Olika utredningar har gjorts i syfte att förbereda import av naturgas till Sverige avseende såväl rörimport som import av LNG per fartyg (Ref 2). Vidare bedrivs prospektering av Oljeprospektering AB.

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

Vid ökad gasanvändning i Sverige kan befintlig teknik och erfarenhet i andra länder nyttiggöras genom internationella kontakter och internationellt samarbete. Man bör genomgående söka åstadkomma en kombination av befintlig kunskap utomlands och FoU inom landet. Användningen av gas kan bli avsevärt större än hittills. Ett alternativ är att naturgasimport kommer till stånd. Ett annat alternativ är utnyttjande av icke-konventionella processer och nya råvaror (torv, avfall av olika slag etc samt även stenkol). Kombination av båda alternativen kan bli aktuell. Förbrukningsområdena kan bli antingen lokalt begränsade (som för närvarande vid stadsgasverken) eller mer landsomfattande. För de nuvarande stadsgasverken gäller att avgöra hur de i framtiden skall ingå i landets energiförsörjning.

Utveckling av icke-konventionella processer för gasproduktion behandlas i kapitel A 1: Utvinning av energiråvaror samt icke-konventionella energiprocesser.

Vad som kommer att erfordras i samband med eventuellt ökad gasanvändning i Sverige är i första hand utbildning för att man skall kunna tillgodogöra sig den teknik som finns ut-

sou 197473 Redogörelseför delområden 371

vecklad och i användning utomlands. I nuläget mest aktuellt är marknadsundersökningar rörande användning av gas, i första hand naturgas.

Inom ett område saknas ännu utvecklad teknik, nämligen i fråga om lagring av flytande naturgas i bergrum.

Program för FoU, projektförslag

Behovet av FoU inom konventionell gasproduktion och gasdistribution synes vara av liten omfattning och blir dess-

utom helt beroende av vilken inriktning man väljer i fråga

om användning av gas i framtiden. Vad som främst kan bli aktuellt är att tillgodogöra sig utvecklad teknik utomlands och att följa utvecklingen internationellt.

Vad gäller marknadsundersökningar har ett projektförslag inlämnats:

- av tekniska och ekonomiska förutsätt- Undersökning ningar att bygga upp ett detaljdistributionssystem för gas i en tätortsregion (Dnr 83).

Ett projektförslag rörande teknisk utveckling har erhållits:

- av i första hand Lagring energi bergrum (i naturgas) (Dnr 108)

Det sistnämnda projektet torde innehålla en del utvecklingsarbete som kan vara av värde även för ett projekt som avser lagring av hetvatten i bergrum (Dnr 128) och som redovisas under momentet värmedistribution och -ackumulering.

Resursbehov för FoU, behov av statligt stöd

Medelsbehovet för den föreslagna marknadsundersökningen har angivits till 0,4 Mkr under ett år, varav hälften anses behöva täckas genom statligt stöd.

Kostnaden för projektet rörande bergrumslagring har angivits till totalt 10 Mkr fördelat på fyra år. Behovet av

372 Kap 3. E1-, gas- och värmeförsörjning sou 197473

statligt stöd kan röra sig om 75 Z av beloppet.

3.2.6 Ekonomi- och systemfrågor inom el-, gas- och värmgförsörjning

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Man kan på goda grunder utgå från att vi hittills haft en i stort sett ekonomiskt optimal utformning av landets energiförsörjning med de förutsättningar som varit rådande. I varje fall synes detta gälla inom de olika sektorerna av energiproduktion och -distribution var för sig. När nya förutsättningar uppträder (exempelvis högre oljepris) sker också en ekonomiskt betingad omställning. En viss tidsfördröjning är dock oundviklig, beroende på att det tar tid att bygga nya anläggningar respektive att bygga om gamla.

Metodik för systemoptimering inom olika sektorer av energiförsörjningen finns i stor utsträckning utvecklad och i praktisk användning. Optimeringen mellan olika energisektorer sker huvudsakligen genom den styrning som prissättningen på de olika energiformerna åstadkommer. I stort sett saknas tillgång till ekonomiska modeller med vilkas hjälp man skulle kunna belysa vilken inverkan som olika utformning av energiförsörjningen och olika prissättning på energin har på efterfrågan påenergi och produkter samt på samhällets kapitalmarknad, handelsbalans etc.

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

Det torde inom den konventionella el-, gas- och värmeförsörjningen gälla att all utveckling av komponenter och tekniska system som med tillämpade kriterier är ekonomiskt lönsam kommer till stånd genom någon form av normal produktutveckling utan särskilt statligt FoU-stöd. Utveckling av den tekniska utrustningen torde dock - med vissa undantag - endast imarginell grad kunna bidraga till förbättrad energihushållning i landet genom verkningsgradsförbättringar etc. Målet för denna utveckling är i stället normalt att sänka kostnaderna.

Redogörelseför delområden 373

Utvecklingsmål blir att med utgångspunkt från befintlig och utvecklad konventionell teknik samt nya tekniska processer åstadkoma gynnsam fördelning mellan olika energiråvaror samt mellan olika produktions- och distributionsmetoder. Kriterier för vad som är gynnsamt behöver ytterligare utvecklas med beaktande av, förutom konventionella ekonomiska principer, även t ex skillnad i försörjningstrygghet vid användning av olika former av inhemsk eller importerad primärenergi.

Vidare bör eftersträvas en integration mellan olika energisektorer (t ex genom kombinerad el- och värmeproduktion) och ett tillfredsställande tillvaratagande av primär energitillförsel, oberoende av institutionella gränser (t ex samordning av energibalanser för närliggande industrier och tätorter).

Vissa ekonomiska uppoffringar kan exempelvis inte uteslutas då man önskar öka utnyttjningsgraden av primärt tillförd energi och därmed minska behovet av sådan eller i ökad grad tillgodose behovet av primär energi med inhemska energikällor eller sådana importerade energiformer som kan bedömas ge säkrare försörjning än andra. FoU för detta ändamål med målsättningen att hålla den därvid nödvändiga ekonomiska uppoffringen så liten som möjligt kan knappast komma till stånd utan statligt stöd.

För den konventionella el-, gas- och värmeförsörjningen kan en sådan målsättning till viss del kräva utveckling av teknisk utrustning, men i minst lika hög grad erfordras utveckling av energiförsörjningssystem av olika slag. Sådan utveckling är i hög grad beroende av den totala samhällsplaneringen, vilken därmed är av stor betydelse för hur energiförsörjningen skall kunna ordnas så att exempelvis bästa möjliga utnyttjande av den primära energitillförseln uppnås. Exempel: Lokalisering av kraftvärmeverk i anslutning till industri- och bostadsområden på ett sätt som möjliggör maximalt utnyttjande av värmeinnehållet i det bränsle som används.

374 Kap 3: E1-, gas- och värmeförsörjning

Program för FoU, projektförslag

FoU beträffande ekonomi- och systemfrågor kan avse dels ut-

veckling av metodiken, dels utveckling av själva systemen.

Inom området metodutveckling kan bl a följande moment ur-

skiljas:

- Insamling och behandling av dataunderlag - för Prognoser energikonsumtion - Kriterier för val av energislag - Metoder för att överblicka och integrera energibehovet (med företags-, energisektor- eller regionaluppdelning) - Driftplanering av energisystem - Taxesystem (däri inbegripet myndighetsstyrning genom villkor och avgifter)

Följande frågor har ansetts ha hög angelägenhetsgrad:

- av da- Analys och utvärdering för planeringsändamål taunderlag som finns insamlat eller som rutinmässigt insamlas under alla förhållanden (exempel: uppvärmningsanordning i bostadshus) - Metodik för Sambandet mellan konsumtionsprognoser. energipris och energiförbrukning. Inverkan av t ex politiska beslut av olika slag på energiefterfrågan, val av energislag osv. (Felaktig prognosering av konsumtionen har stora ekonomiska konsekvenser för samhället, framför allt om prognosen är för låg.) - Flexibilitet inom och substitueringsmöjligheter energiförsörjningen - Regional differentiering beträffande energiförsörjning och energiprissättning

Vad gäller driftplanering av energisystem kan konstateras att omfattande utveckling med karaktär av produktutveckling erfordras och pågår, speciellt i fråga om elkraftsystem.

Området systemutveckling kan exemplifieras enligt följande:

- av förlustvärme från industrier för bo- Användning stadsuppvärmning i fjärrvärmesystem - rörande Systemfrågor byggnaders energiförsörjning (Vattenburen värme, fjärrvärme/elvärme, värmeacku-

Redogörelse/ör delområden 375

mulering, värmepump, utnyttjande av solenergi) - Studium av vilka konsekvenser, exempelvis från miljösynpunkt, som förorsakas av den industriproduktion för export som ur handelsbalanssynpunkt erfordras som motvikt till Sveriges energiimport och därvid jämförelse med utnyttjande av inhemska energitillgångar, t ex vattenkraft, torv.

De redovisade frågeställningarna synes ha hög angelägenhetsgrad. Av stor vikt är därtill utredningar rörande energiförsom beaktar ny teknik. I ett långt tidssörjningsalternativ perspektiv finns här sådana frågor som utnyttjande av kärnkraftsreaktorer av högtemperaturtyp, från vilka processvärme kan levereras till industrier, t ex stålverk.

Till kommittén har inkommit 13 förslag till FoU-projekt, vilka i huvudsak gäller metodutveckling. Samtliga avses att utföras som doktorsarbeten vid tekniska högskolor.

Projektrubrikerz

- Bränslemarknadens (Dnr 157) dynamik - Incitamentsmodeller vid regional energisamverkan (Dnr 160) - betydelse för val av Investeringskalkylmetodikens teknisk grundkonception i energisystem, konsekvenser ur energibesparingssynpunkt (Dnr 161) - med tanke av ny teknik Planläggning på integrering i bestående energiförsörjningssystem (Dnr 162) - (Dnr 163) Regionala energibalanser - och inkomstelasticitet - Energiefterfrågans prisen litteraturstudie (Dnr 164) - (elektriska regional- och dist- Prognoseringsmetodik ributionsnät) (Dnr 167) - (elkraft) (Dnr 168) Belastningsanalys - för och driftända-

Sannolikhetsmetoder planerings-

mal (Dnr 169) - av elektriska system inom en re- Långtidsplanering gion (Dnr 171) - i samband med värmepumpsanläggningar i Energibalans byggnader (Dnr 172) - för (Dnr 173) Energimodell regionalplanering - inverkan (Dnr 174) Miljökravens på systemplanering

376 Kap 3. E/-, gas- och värmeförsörjning

Endast ett projektförslag med karaktär av systemutveckling har erhållits:

- Jämförande studie av olika former för energilagring mot bakgrund av förväntad utveckling inom kraftproduktions- och uppvärmningsområdet (Dnr 176)

Angelägenhetsgraden för en del av de framförda projektförslagen synes begränsad. Å andra sidan har ingen total inventering kunnat genomföras, varför de totala resursbehoven ändå torde någorlunda representeras av här lämnad inventering.

Resursbehov för FoU, behov av statligt stöd

Resursbehovet för de inlämnade 13 förslagen till FoU-projekt beträffande metodutveckling omfattar totalt en personalinsats på ca 30 manår och ett medelsbehov på ca 2,5 Mkr totalt. FoU-insatserna faller till största delen inom tvåårsperioden - vilket innebär en årsresurs i medeltal av 1975/76 1976/77, ca 15 man och drygt l Mkr. Direkt statligt stöd erfordras för i stort sett hela kostnaden.

Projektet som avser energilagring kräver en insats av 12 manår och 1,2 Mkr under en tid av sex år (två man och 0,2 Mkr/år). Även här erfordras statligt stöd för hela kostnaden.

Tillgång till erforderlig personal anses finnas inom landet.

3.2.7 Miljöfrågor inom el-, gas- och värmeförsörjning

Teknikens nuvarande ståndpunkt

Forskningen rörande recipientspridda föroreningar har hittills mest koncentrerat sig på kartläggning av emissionernas källstyrkor och deras spridningssätt samt deposition, medan mindre arbete har nedlagts på doseffekter. Arbetet har med andra ord varit kvalitativt färgat, medan föroreningarnas kvantitativa effekter inte rönt samma intresse. Det är emellertid för landet av största ekonomiska och biologiska vikt

Redogörelse/ör delområden 377

att veta de sanna miljöeffekterna.

Nu pågående FoU-arbete i Sverige är inte speciellt omfattande. Åt miljöproblem som har samband med energiproduktion från fossila bränslen anslås 2 å 3 Mkr/år. De nu pågående arbetena har närmast karaktären av inventeringar samt då det gäller luft- och vattenrecipienter uppställning av modeller. Miljöeffekter genom eventuell rubbning av jordens värmebalans vid högt energiutnyttjande undersöks sålunda inte. Ej heller bedrivs forskning rörande effekter av mera icke-konventionella energikällor eller -system (vind- och solenergi, geotermisk energi, fusionskraft, vätgassystem).

Kunskaperna om sambanden mellan dos och effekt för de dominerande luftföroreningarna från fossila bränslen är för närvarande mycket osäkra och spekulativa. Det stora intresset för kraftfulla åtgärder mot enstaka föroreningar härrör historiskt från mera klart visade samband vid vissa onormala och kortvariga luftföroreningssituationer (luftför0reningskatastrofer) och från experimentsituationer, då koncentrationerna varit kanske hundrafaldigt högre.

Effekten av kylvattenutsläpp är i huvudsak kartlagd genom de arbeten som gjorts med medel från statens Vattenfallsverks miljövårdsstiftelse.

Möjliga utvecklingsmål för FoU inom Sverige

Det fortsatta FoU-arbetet i Sverige borde ha sin tyngdpunkt kring

- om hur man skall tolka effekterna av föroreproblem ningar - lokala skada praktiska, motåtgärder där uppenbar skett - studier av överlagrade, långsiktiga klimatologiska förändringar

Program för FoU, projektförslag

Sju förslag till FoU-projekt har uppställts. Med ledning av

378 Kap 3. E1-, gas- och värmeförsörjning

detta relativt ringa antal projekt har följande förslag till prioritering av olika delområden uppställts, varvid prioriteten är fallande.

l. Humanbiologiska effekten av små doser av luftföroreningar Projektförslag: Utveckling av metoder för bedömning av den humanbiologiska effekten av små doser av luftföroreningar från fossila bränslen (Dnr 224)

Undersökning av olika systems känslighet för försurning Projektförslag: Utredning beträffande kostnaderna för förebyggande åtgärder m m i fråga om skador till följd av användning av svavelhaltiga bränslen (Dnr 93) Undersökningar beträffande försurningens inverkan på skogens tillväxt (Dnr 96)

Restaurering av sjöar Projektförslag: Praktiskt försök att medelst kalkning restaurera bivattendraget till Viskan-Öresjöarnas nederbördsområde (Dnr 137)

Optimering av processer Projektförslag: Optimering av processer (t ex förbränning) för att minska den sammantagna miljöpåverkan från olika föroreningar m fl frågor (Dnr 109)

Utveckling av spridningsmodeller Projektförslag: - Utveckling av mesoskaliga (10 100 km) spridningsmodeller för luftföroreningar (Dnr lll) Vidareutveckling av numeriska modeller för kylvattenspridning (Dnr 131)

Resursbehov för FoU, behov av statligt stöd

För det projekt som avser praktiskt försök att restaurera ett vattendrag har kostnaderna beräknats till ca 4 Mkr under en tid av fem år, dvs 0,8 Mkr/år. Uppgift saknas om behovet

FoU-arbetets grad av långsiktig/mt 379

av statligt stöd.

För av de övriga projektförslagen (uppgifter saknas helt fyra för Dnr 93 och 109) blir den totala kostnaden enligt lämnade uppgifter ca 2 Mkr med en ungefärlig årlig kostnad på något mer än 0,5 Mkr/år. Uppgifterna om behov av statligt stöd är ofullständiga.

Resurser finns inom landet för att etablera erforderliga projektgrupper. Dessa bör vara sammansatta av specialister inom kraftindustrin samt representanter för myndigheter och vetenskapliga institutioner.

3.3 översikt över FoU-arbetets grad av långsiktighet

Nedan nämnda områden för FoU får betraktas som exempel på viktiga sådana, och ordningsföljden innebär ej någon prioritering.

Vad gäller FoU rörande ekonomi-, system- och miljöfrågor kan alltefter frågornas art alla grader av långsiktighet uppträda.

FoU på kort och medellång sikt (Första kommersiella anläggningen i drift inom tio år)

- Vattenkraftproduktion - etc i ång- och Eldning av sopor, avfall, bark, torv hetvattenpannor - för an- Gasturbinanläggning i fjärrvärmeapplikation vändning av fasta bränslen - Nukleära fjärrvärmeångturbiner - av förlustvärme från Användning industriprocesser för fjärrvärmesystem - av korrosionsbeständiga material i fjärr- Användning värmeledningar - He tvattenackumul er ing i bergrum - Luftmagasinskraftverk - av i ställverk och kablar

Användning SF6

- i elektriska kraftsystem Datoranvändning

380 Kap 3. E1-, gas- och värmeförsörjning .

- Alternativa råvaror för produktion av stadsgas - Naturgas

FoU på lång sikt (Första kommersiella anläggningen i drift inom 10-25 år)

- Överföring av stora mängder hetvatten på långa avstånd, speciellt från kärnkraftvärmeverk - Lågtemperatur-fjärrvärme

FoU på mycket lång sikt (Första kommersiella anläggningen i drift senare än inom 25 år)

- Intet har framkommit att redovisa.

3.4 Resurser för FoU på berörda områden

De uppgifter rörande resursbehov och behov av statligt stöd som kan utläsas av inlämnade projektförslag har sammanställts i tabell 1. Det måste här understrykas dels att inventeringen av projektförslag ej kan göra anspråk på att vara fullständig, dels att angivna resursbehov ej omfattar längre tid än i stort sett fyra år. Utsträckningen i tiden för de olika projekten varierar men ligger normalt mellan två och fem år.

Ett genomgående drag i de inlämnade är att projektförslagen förslagsställarna i nästan samtliga fall anser att FoU-pr0jekten kan genomföras med hjälp av redan tillgängliga personella resurser och - i fall några genom redan påbörjat samarbete med utländska experter och utländska Detta företag. torde vara korrekt, i varje fall när varje undersöks projekt individuellt, men man får ej bortse från risken att begränsad tillgång på kompetent personal inom något tekniskt specialområde kan bli besvärande vid genomförande av ett brett upplagt program för FoU inom energiområdet.

BIHANG 1

Förkortningar

Kommittéer, organisationer! företag m m AE AB Atomenergi AMS Arbetsmarknadsstyrelsen CDL Centrala driftledningen CTH Chalmers tekniska högskola EPK Energiprogramkommittên EPU Energiprognosutredningen IVA Ingenjörsvetenskapsakademien KTH Kungliga tekniska högskolan LTH Lunds tekniska högskola SCA Svenska cellulosa AB SGU Sveriges geologiska undersökning STU Styrelsen för teknisk utveckling SU Svenska utvecklingsaktiebolaget SV Statens vattenfallsverk SVF Stiftelsen för värmeteknisk forskning VAST Svenska kraftverksföreningens stiftelse för tekniskt utvecklingsarbete ÖEF Överstyrelsen för ekonomiskt försvar

ÖYEÅSE E0 Eldningsolja FBC Fluidized Bed Combustion (förbränning med fluidiserad bädd) LNG Liquified Natural Gas (flytande naturgas) SF Svavelhexafluorid (en elektriskt isolerande gas)

BIHANG 2

Referenser

1 Lågtemperatur fjärrvärme. Preliminär utredning. AB Atomenergi i samarbete med bl a Värmeverksföreningen, Vattenbyggnadsbyrån, Hugo Theorells Ingenjörsbyrå. AE-IP-122. Mars 1974.

2 Naturgas i Sverige. SOU 1972:25.

3 Vattenkraft och miljö. Ett betänkande om vattenkraftutbyggnad i Klarälven, Dalälven, Ljusnan, Ljungan och Indalsälven. SOU 1974:22.

APPENDIX 1

VATTENKRAFTPRODUKTION

1 Bakgrund

l.l §ygriges vattenkrafttillgångar

Naturenergitillgången i vattenkraft i landet beräknas till ca 200 TWh/år. Hur mycket därav som kan anses utbyggnadsvärt har bedömts vid skilda tidpunkter och med varierande resultat. De olika beräkningsresultaten speglar den tekniska utvecklingen. Modern tunnelsprängningsteknik, dambyggnadsteknikens utveckling och krafcöverföring med höga spänningar över långa avstånd har tillsammans ökat möjligheterna att ta till vara den svenska vattenkraften. Begreppet utbyggnadsvärt är inte entydigt utan beror på kostnader för alternativa kraftslag, produktionsapparatens sammansättning m m. Minst 90 TWh/år torde emellertid i dag kunna utnyttjas i rationella anläggningar. Därav är ca 57 Twh/år redan utbyggda och med pågående och beslutade utbyggnader ökas denna siffra till ca 60 TWh/år. Av de återstående outbyggda vattenkrafttillgångarna skulle således minst 30 TWh/år vara ekonomiskt utnyttjningsbara.

I riksdagsbeslut 1972 angavs riktlinjer för hushållning med mark och vatten. Beslutet innebär för vattenkraftens del att huvudälvar och källflöden som 1972 var opåverkade av vattenkraftutbyggnader skulle bevaras opåverkade. För övre Norrland betyder detta bl a att vattenkrafttillgångarna i Torne, Kalix och Pite älvar samt i Vindelälven, samanlagda motsvarande 15 TWh/år, ej förutsättes bli utbyggda. Vattendragen i södra Norrland och norra Svealand har varit föremål för en särskild utredning under landshövding Sehlstedts

386 Kap 3, Appendix I: Vanenkrqfrprødztkrion sou 197473

ledning (Ref 3). Inom detta område finns outbyggda vattenkrafttillgångar motsvarande 7 Twh/år. Utredningsmannen har undersökt förutsättningarna för ytterligare utbyggnader inom området samt lämnat förslag till avvägning mellan olika intressen genom prioritering av utbyggnadsobjekten. Även om utredningsmannen inte haft till uppgift att föreslå lämplig utbyggnadsnivå framgår det klart av hans kommentarer, att han anser att en betydande del av tillgångarna bör lämnas outbyggda.

1-2 YêzE§25:§2s§9§_§:êesiée_äeE2é§l§§

Såsom ovan nämnts återstår minst 30 TWh/år outbyggda vattenkrafttillgångar vilka med konventionellt synsätt vore ekonomiskt attraktiva. Den ekonomiska bedömningen grundar sig då på jämförelse med kärnkraft. Skulle jämförelsen göras med oljekraft och med dagens oljepriset som grund bleve ytterligare vattenkrafttillgångar utbyggnadsvärda.

Vattenkraften är ett utomordentligt komplement till kärnkraften. Kärnkrafcen körs med nära konstant effekt, medan vattenkraften lätt kan regleras i takt med kraftförbrukningens variationer. Ju mer vattenkraft ju bättre utnyttjning av kärnkraften. Skulle den framtida kärnkraftutbyggnaden begränsas, bleve det än mera angeläget att ta i anspråk våra vattenkraftresurser för att minska vårt beroende av oljeimporten.

Det enklaste och effektivaste sättet att öka energitillgångarna på vattenkraftsidan är helt enkelt att bygga ut mera av de outnyttjade tillgångarna. Vattenkraftutbyggandet kräver emellertid liksom varje annat tekniskt-ekon0miskt framåtskridande en viss uppoffring av orörd natur. Det är statsmakternas sak att göra avvägningen mellan nytta och Från vattenkraftens motståndaresida häv-

uppoffring.

das ofta behovet av en allsidig behandling av detta avvägningsproblem, och en sådan vore välkommen. Ett verkligt seriöst tillvägagångssätt med behandling av alla aspekter skulle sannolikt ge förutsättningar för ökad Vattenkraftutbyggnad.

sou 1974:73 Pågående FoU 387

I detta sammanhang noteras nödvändigheten att förbättra relationerna mellan kraftintresset och den allmänna opinionen. Inför ett beslut om utbyggnad av vattenkraftprojekt spelar nämligen opinionen en viktig roll. Relationerna mellan vattenkraftbyggare och andra intressenter har ju på riksplanet varit mindre goda, och debatten har varit infekterad och snedvinklad. Om det vore möjligt att höja nivån på debatten genom att använda sakliga och rätt avvägda argument, så skulle förmodligen en optimal resursutnyttjning komma inom räckhåll.

Sedd mot bakgrunden av landets kraftförsörjning vore en omprövning av rådande inställning och en ny avvägning som medgåve ytterligare vattenkraftutbyggnad något mycket eftersträvansvärt.

2 Pågående FoU inom vattenkraftområdet

Vattenkraftutbyggandet har pågått under lång tid och mycket forsknings- och utvecklingsarbete har lagts ned inom området av såväl statlig som enskild kraftindustri. Arbetet har varit knutet till optimeringsproblemet för produktionsapparaten samt till funktionella och tekniska lösningar för olika anläggningsdelar.

Såsom exempel på organisation och omfattning av tekniskt utvecklingsarbete under senare år visas i figur l VAST:s organisation jämte utdrag ur dess arbetsuppgifter.

För övrigt pågår praktiskt taget ingen FoU inom vatten-

kraftområdet i den mening som avses i direktiven till ener-

giprogramkommittên.

3 Behov av FoU

Såsom framgått ovan finns betydande outbyggda vattenkraftresurser, men större delen därav är undantagna från utbyggnad och motståndet för övrigt är stort. Dagens bedömning

388 Kap 3. Appendix I: Vattenkrqflproduktiøn

Styrelse i arbetsutskott

Forskningsråd Forskningsråd Rationalise- VASTför för rings- VATTENFALL elkraftteknik byggnadsteknik utskott kommittéer VAST:E VAST:B VAST-RU

Exempel på VAST:B-uppgifter: Fortlöpande kontakt med svenska och internationella komittêer

IÅéiSêE§i Jorddammsfrågor Dammsäkerhetsfrågor Betongkvalitetsfrågor Vattenbyggnadscement Formsättningsrationalisering Turbinfrågor Svallgalleriers dimensionering Korrosionsfrågor Anläggningsindex (VAST-index)

Nuvarande:

Effektutredning Utvärdering av pumpkraftverksprojekt Hetvattenlagring i bergrum Sprickarmerad betong (kärnkraftverk) Måttoleranser (värmekraftverk) Översyn av VAST-index

Framtida:

Avrinningsprognoser Standardisering av rörturbiner Standardisering av småkraftverk Jorddammar för pumpkraftverk med stora och snabba vattenståndsverk Maskinella utrustningar för pumpkraftverk etc, etc.

1: Svenska Kraftverksföreningens Stiftelse för Tek- Fig. niskt Utvecklingsarbete, VAST (stiftad 1955)

Förslag till FoU-projekt 389

måste därför bli den, att det framtida vattenkraftutbyggandet kan bli av ringa omfattning. Mot den bakgrunden torde det vara realistiskt att tills vidare begränsa FoU-aktiviteten inom vattenkraftområdet. Ytterligare FoU-projekt av övergripande karaktär bedöms dock vara av intresse och då speciellt sådana som avser de i verkligheten inträffade konsekvenserna av vattenkraftutbyggnader (miljöskador_0ch andra skador samt övriga följdverkningar i vid bemärkelse). En genomgång av tänkbara FoU-projekt görs i följande avsnitt.

4. Redovisning av förslag till FoU-projekt

Underlaget för de här redovisade projektförslagen utgörs av sådant som kom fram vid en hearing i Riksdagshuset 1974-03-27. Tre projekt som bedömts vara av intresse redovisas nedan och i bilaga 1.

Studium av verkliga miljö- och skadekonsekvenser vid vattenkraftutbyggnader (Dnr 192)

Vattenkraftutbyggnader har pågått under lång tid och en viss motståndarteknik har utvecklat sig. Med utnyttjande av de möjligheter som opinionsbildning i massmedia och kanske även praxis vid prövningsförfarande erbjuder kan det tänkas att skadekostnaderna, och kanske än mera synen på skadekonsekvenserna, har drivits till en nivå som ligger högre än vad som i verkligheten blivit fallet. En utredning av de verkliga förhållandena skulle vara värdefull, bl a eftersom detta skulle bidra till att göra bedömningarna säkrare vid kommande utbyggnader och även bidra till att hyfsa den allmänna debatten.

För närvarande påbörjas i naturvårdsverkets regi en studie av intresse för vattenkraftområdet. En kommitté med representanter även från kraftindustrin och från vetenskapliga institutioner har bildats. Man har för undersökning valt ut en älvsträcka, som är utbyggd sedan ett antal år. Studien skall omfatta tre steg. Det första avser en inventering av de bedömningar som inför utbyggnaden gjordes av inverkningar

390 Kap 3. Appendix I: Vattenkrqftproduktion

på mark, växtlighet, fiske osv. Nästa steg skall bli en kartläggning av vad som verkligen har inträffat och det tredje steget skall omfatta en bedömning av vad de inträffade förändringarna haft för betydelse för närboende.

Den problematik som tagits upp av hearinggruppen synes bli täckt av det studium som pågår i kommittén inom naturvårdsverket. Detta forskningsprojekt bör stödjas.

Optimalt utnyttjande av vattendragens resurser (Dnr 195)

Genom att fullständigt ta till vara alla tillgångar i redan utbyggda älvar, såsom kvarvarande outbyggda älvsträckor, möjligheter till effektutbyggnader och till utökning av sjöregleringen kan effekttillgången avsevärt höjas, inte bara genom nyinstallationer utan även på grund av den större friheten vid handhavandet. Genom en fullständig och konsekvent genomförd utbyggnad kan nuvarande restriktioner i korttidsregleringar osv falla bort och kraftens tillgänglighet öka. Genomförda studier i VAST:s regi för de fem sydliga stora älvarna i samband med Sehlstedtsutredningen (Ref. 3) pekar mot att stora värden finns att ta till vara inom detta fält.

Ett fortsatt forsknings- och utvecklingsarbete inom detta område synes motiverat.

Standardisering av småkraftstationer (Dnr 194)

I olika sammanhang har framförts tanken på standardiserade småkraftstationer. Man skulle då sikta på en mycket enkel konstruktion såväl från utförande- som driftsynpunkt. Man kan därvid tänka sig att ersätta det stora antal mindre kraftstationer, gamla sågverk och kvarnar, som är nedlagda, och även ta till vara outbyggda vattenkrafttillgångar i mindre vattendrag.

Det sammanlagda kraftbelopp man kan få fram på detta sätt är inte stort jämfört med t ex den årliga efterfrågeökningen men kan kanske vara ett (bättre) alternativ till vindkraftstationer.

SOU l974z73 Förslag till FoU-projekt 391

Ekonomin torde från ren kraftsynpunkt normalt sett inte bli god. Emellertid kan det finnas positiva miljöintressen eller naturvårdsintressen och kanske arbetsmarknadspolitiska intressen, vilka sammantagna skulle motivera ut byggnader av detta slag. För den del av anläggningen som bestäms av vattendragets förutsättningar och som således ej kan standardiseras skulle produktionsanpassning till bygdens resurser eventuellt kunna ske. Det skulle då gälla material, produkter eller speciellt yrkeskunnande som är karakteristiska för bygden.

En principiell utformning och dimensionering av standardstation, inventering av lämpliga lägen samt klarläggande av ekonomin i vid bemärkelse skulle kunna vara ett lämpligt forsknings- och utvecklingsprojekt.

Övriga förslag

Vid den hearing som nämnts ovan diskuterades ytterligare ett antal uppslag, vilka dock inte framförs som projektförslag men som kan vara av intresse att nämna. Tre av dessa uppslag redovisas sålunda i det följande.

Ett visst utrymme finns att höja totalverkningsgraden för nya vattenkraftanläggningar. Det teoretiska utrymmet för ökning av verkningsgraden på maskinsidan är emellertid mycket litet, medan den hydrauliska, dvs den del av verkningsgraden som hänför sig till fallförluster i vattenvägarna, har större marginal till 100 Z. Här kan utvecklingsarbete på sprängnings- och fullortsborrning sannolikt ge en del utbyte. Sådant arbete pågår redan såväl inom kraftindustrin som hos tillverkarna av utrustning. Detta arbete kan emellertid hänföras till produktutveckling, och ett generellt forsknings- och utvecklingprojekt har måhända låg prioritet.

Vid pumpkraftverk i hårt klimat kan speciella isproblem uppstå. Vid pumpning då vatten strömmar ut från intaget kan istäcket bli uppbrutet och vid generering kan en successivt ökande anhopning av isstycken och issörja tänkas bli dragen

392 Kap 3, Appendix I: Varrenkraftproduktion

mot intaget och försvåra eller omöjliggöra driften. Ett studium av dessa - som sådan problem isbildningsprocessen och - är av intresoch/eller intagens utformning placering se, eftersom driftinskränkning knappast kan tolereras från ett kraftslag som just har till uppgift att leverera effekt i det ögonblick då efterfrågan uppstår.

På olika håll ute i världen har försök gjorts att öka vattentillgången genom att påverka meteorologiska och hydrologiska processer. Konstgjort regn har t ex framkallats genom att kondensationspartiklar förs in i vissa luftlager. Genom beläggning av snöytor med speciella material har avdunstningen kunnat minskas, varigenom en större del av nederbörden kommit vattendragen till godo. Den typ av åtgärder som de båda exemplen anger är teoretiskt intressanta men torde vara mindre lämpliga för våra förhållanden, bl a med tanke på miljöpåverkan.

5 Program för FoU

I en1igheLmed vad som nämnts under Behov av FoU begränsas mot bakgrunden av den rådande inställningen till vattenkraftutbyggnad tills vidare projektförslagen till sådant som har den största samhällsnyttan. De nu föreslagna projekten är knutna till inverkningarna till följd av utbyggnader samt till utnyttjande av resurser i vattendrag, där utbyggnader redan finns. Såsom förslag upptas följande tre projekt:

- Studium av de verkliga miljö- och skadekonsekvenserna vid vattenkraftutbyggnader (Dnr 192) - Optimalt utnyttjande av vattendragens resurser (Dnr 193) - av småkraftverk Standardisering (Dnr 194)

Resursbehoven för dessa projektförslag har sammanställts i bilaga 2. De tre projekten omfattar totalt ca 10 manår och ca 1,5 Mr. Arbetena kan förutses bli fördelade på två år.

Resurser/ör FoU 393

För genomförande i full omfattning av de tre projektförslagen torde krävas visst statligt stöd.

6 Tillgång till resurser för FoU

De föreslagna projekten bedöms kunna genomföras med hjälp av befintliga inhemska resurser. Projektgrupperna skulle då sammansättas av lämpliga personer från kraftindustrin, från olika myndigheter och från vetenskapliga institutioner.

394 Kap 3, Appendix 1. Vartenkrqftproduktion S()lJ 1974:73

umgaumum Imwmamunw

Haag

uwwacmv

H

mmmaam wmamumm Aømumaamuw

unum

M m

numax

uu:

IHUUGS imumz

.couumnww ummwwa

Mn

|uuøwøa

mcumwa«øxuo

wøaøxomuumus

uum

uomusmou

Mamamauaaua

Eom

zcouxmuwuumzdz

macwaaam

mm

.uuvmcmwmnua

mam mmumuww

mvmwwmuuaa

cow :oxMM

vmaumn

øw

wvømuumwao

m

uwvmømm›nuwmuMømuum

mnamaox

m

uxøøaøzmmwaaømuwmumuuwmux

m

.mvuw

ucmnamm

wøwømumxm

.uwauv

wcaøxmmumøda

ømuonmwaxum

v«

wucmnuuhøua

H

uoøoaumumuwwuxmam

zuxmmuoumwnuauaøx:

unw

ummøaaawvmn

muumwu:

M

uawm

muwmøoauxwuummu

ou

ømuw

Eousmmmv

.mømuuøoqmømaav

uwwøøwumaasu

w w

dumma

ømvuw

m

uuwuxmw

um:

m›Mmøm

nu

mwwamawa

møumm=oxmmøoM

mmnuuzøud

av

wø«=wHxmoauxowowm

uum

.mouoamxaa

ma

waaummwvumvumum

zoo

:oo pmm m

møuoumcwmmnua

mama: mxømu

m

www

Esqvsum umamwu admvauw mømøsuow mama mamma

noo maa uum vma

uMm.ou

-nom

Eoxamnw EOMENHM soxaum

zoHaM=nommammMzmHa<

wdauwms Magnum:

aumaamummumamnmm

wømumon

Ham»

uommamumm muumonqmma uwmmamumm mN|mo|qnmM umwmawumm nN›mo-qmmH

Mmm Mmm Mmm

mamumm va na vm

MMM Nma maa ewa

SOLJl97k73 Bilagor 395

Nää

Has=xpma

Lmcomumm

N a m

umcmz

gwwwwwmmüwwmgu

vmuw

umxuåz 2.0

5333 Mmm

m.o N.o m.o o;

m.. HMS

xwwmmøc mä

m.o N.o m.o o;

Hx

:Emacs

-eomwøwwwm

m.o N.o nN.o

Aumzmå umäå umxuxz

.§3

nuxumoum

Hm m A N

E

Håv

nmamvmz “nä

m.o N.o n.o o;

ax

xøononmuøwmm

nuxmmoum mama

usa Nma maa ewa 255m

APPENDIX 2

PRODUKTION AV VÄRME OCH VÄRMEBASERAD ELKRAFT

Anm.: Kärnkraftsreaktorer behandlas ej i detta appendix.

1 Bakgrund

Vårt behov av uppvärmning har accelererat mycket snabbt under de senaste 50 åren. Därvid har vi i vårt land från medelst eldstäder i varje boningshus i bostadsuppvärmning stort sett helt övergått till olika former av centralvärme. Centraliserade kommunägda värmeförsörjningsnät byggs ut i allt fler av våra kommuner, och tendensen synes vara en fortsatt centralisering till allt större anläggningar.

Vad gäller elektrisk kraft kommer enligt nuvarande utbyggnadsplaner den helt övervägande delen av nytillkomande att utgöras av olika slag av värmebaserad kraftproduktion elkraft.

Utvecklingen har styrts av det ekonomiska och omgivningstänkandet i första hand och på senare år har hygieniska också varit en styrande faktor. Kraftmiljövårdstänkandet och värmeleverantörerna har påtagit sig ansvaret att alltid kunna leverera erforderlig kraft och värme till lägsta kostnader. Detta har fått till följd att det billigaste bränslet har legat till grund för den konstruktiva utformav våra värmetekniska produktionsresurser. Våra eldningen städer för ång- och hetvattenpannor är nästan utan undantag byggda för oljeeldning. Vid eventuella störningar i imporen mycket brist i ten av olja kan därför uppstå allvarlig möjligheterna att leverera i första hand värme men också elkraft. Möjligheterna till snabba ombyggnader för eldning med fasta bränslen såsom kol, ved, torv, sopor etc är mycket små. Även om tiden skulle medge ombyggnader till eldning

398 Kap 3, Appendix 2. Produkrion av värme m. m. sou 197473

med fasta bränslen, skulle endast erhållas effekter av storleksordningen 50 - 60 Z av vad som erhålls vid oljeeldning.

Även om störningarna endast skulle bestå av kraftiga prisfluktuationer eller tillfälliga avbrott i leveranserna av råvaror eller av att blott de sämsta oljorna och kolen finns att köpa, finns motiv för utveckling av nya metoder för förbränning. Ytterligare ett osäkerhetsmoment är vilken inverkan villkoren för kärnkraftutbyggnad kan få. En begränsning här kräver en kompensation med annan produktion, som innebär användning av bränslen av olika slag. Mot denna bakgrund är det välbetänkt att man skaffar sig mera kunskap om användning av olika tillgängliga bränslen.

Genom att det har utvecklats en teknik för fluidiserad förbränning (Fluidized Bed Combustion, FBC) möjliggörs användande av bränslen av skilda slag, och dessutom kan svavelrika bränslen förbrännas med ett minimum av svavelutsläpp till atmosfären. Förbränningen i fluidiserad bädd av kol och andra fasta bränslen kan ge möjlighet att reducera svaveldioxidutsläppen med 95 Z genom att tillsätta kalk till bädden. Man kan således använda alla kvaliteter av kol. Vidare är på grund av låga förbränningstemperaturer utsläppen av kväveoxider Det avfall som produceras är torr aska, (NOX) låga. som bör kunna användas som utfyllnadsmaterial och eventuellt även för byggnadsindustrin.

Det torde knappast råda något tvivel om att fluidiserad förbränning är den största framgången i förbränningsteknologin sedan införandet av kolpulvereldning.

FoU beträffande förbränning med fluidiserad bädd startade 1963 i England. Vidare utveckling av fluidiserad förbränning sker nu bl a genom Combustion System Ltd i England. Även i USA pågår genom westinghouse Research och Combustion Ebwer Co utveckling av fluidiserad förbränning, i första hand för stora ånganläggningar i 500 MW-klassen. I Sverige har bl a Stiftelsen för värmeteknisk forskning och Stal-Laval Turbin AB intresserat sig för saken.

Pågående FoU 399

2 Pågående FoU

Uppgifter har begärts från STU från Stiftelsen för värmeteknisk forskning (SVF) och från de tekniska högskolorna om forskningsuppdrag som är beslutade och påbörjade eller som skall påbörjas. De uppgifter som kunnat lämnas, ger ej någon fullständig bild vad gäller tiden efter innevarande budgetår.

Tekniska högskolor ca 800 ca 800 Totalt ca 3 A00 ca 3 700

Till denna forskningsinsats skall adderas den forskning som bedrivs som tillämpad produktutveckling hos olika företag såsom AB Götaverken, Stal-Laval Turbin AB, AB Svenska Fläktfabriken, AB Svenska Maskinverken m fl och som uppgår till flera procent av de årliga faktureringsvärdena. Gissningsvis kan insatserna på detta håll i dag uppgå till några tiotal miljoner kronor årligen inom detta ämnesområde. Det är inte möjligt att erhålla en säkrare bedömning. Företagens interna bokföring redovisar normalt inte detta ämnesområde specifikt.

3 Behov av FoU

Behov av FoU föreligger främst på två områden, dels användande av inhemska alternativbränslen jämte stenkol, dels tillvaratagande av värme i samband med elproduktion och industriella processer.

Utvecklingsmöjligheterna vad gäller alternativbränslen genom nya processer synes främst ligga i utveckling inriktad på dels gasgenerering, dels eldning i suspension och fluidiserad bädd. Här finns olika varianter föreslagna i erhållna projektförslag, vilka tar sikte på eldning med kol, restoljor, sopor, bark, torv etc.

400 Kap 3, Appendix 2. Produktion av värme m. m. SOU 1974173

Modifieringar av befintliga oljeeldade anläggningar till eldning med kol eller andra fasta bränslen kan inte rekommenderas beroende på dels att ombyggnadstiderna är långa (3-4 år för de större enheterna) och dels att den så erhållna effekten endast blir ca hälften av den som erhålls med olja. Däremot kan en ombyggnad bättre göras för gaseldning, vilket går snabbare att genomföra. Effekten blir 60-90 Z beroende på om gasen är låg- eller högvärdig. Gasgeneratorer kan byggas upp och kopplas in nästan utan att störa produktionen, vilket är ett villkor. Gasgenerering kan också utnyttjas för elkraft och fjärrvärmeproduktion.

Utvecklingen av ovannämnda metoder är kapitalkrävande och ett samarbete mellan tillverkande industri och värme- och elkraftproducenter samt staten är nödvändigt med hänsyn till risktagandet.

Frågan om icke-konventionell användning av bränslen behandlas i hela dess vidd i kapitel A 1: Utvinning av energiråvaror samt icke-konventionella energiprocesser.

FoU beträffande systemfrågor rörande fjärrvärme behandlas under Värmedistribution och -ackumulering i kapitel A 3 (moment 3.2.3 och appendix 3).

4 Redovisning av förslag till FoU-projekt

Under denna punkt redovisas förslag till FoU-projekt som har inlämnats till komittên. En förteckning över förslagen återfinns i bilaga 1.

4.1 Projekt med hög angelägenhetsgrad för statligt FoUstöd

Ignifluiä-processen som eldstad i nya ångpannor och som gasgenerator för äldre oljeeldade ângpannor (Dnr 82)

Förslagsställaren (SCA Development AB, Sundsvall) har bl a lämnat följande information:

Förslag till FoU-projekr 401

Skogsindustrin i Sverige är en stor förbrukare av energi. Enligt EPU uppgick bränsleförbrukningen totalt år 1970 till 4,4 Mton olja, vilket är ca 42 Z av den svenska industrins bränsleförbrukning. Elförbrukningen anges till 10,5 TWh, vilket är ca 34 Z av industrins totala elförbruknin . Även om dessa siffror är något missvisande pa grund av att kreditering inte skett för användning av interna bränslen såsom avlutar, kan man dock konstatera att skogsindustrins energikonsumtion ligger på en utomordentligt hög nivå jämfört med övriga industrier.

Inom SCA har genomförts en utredning över kostnaderna för en övergång från olja till koleldning vid företagets tidningspappersbruk i Ortviken. Oljekonsumtionen i beräknas år 1976 uppgå till

grtviken

100 000 m E0 för generering av och mot-

pgocessånga

tryckskraft. Ytterligare 20 000 m beräknas konsumeras för kondenskraftgenerering. Den tekniska utrustningen består i huvudsak av 3 st ångpannor med en sammanlagd effekt av ca 300 ton ånga/timme. Samtliga pannor är utrustade med förbränningsutrustning för bark och barken för en energiproduktion motsvarande åvarar ca 40 000 m olja.

En övergång till koleldning kräver avsevärda investeringar om konventionell teknik skall komma till användning. Det ärdärför naturligt att man undersöker möjligheten att gå runt svårigheterna genom tillämpning av annan teknik än kolpulvereldning. En sådan teknik synes vara förgasning av kol i fluidiserande bädd med hög lufthastighet som exempelvis tillämpas i den s k Ignifluidprocessen.

De mekaniserade processer som tillämpas i dagens skogsbruk innebär att mycket stora kvantiteter avfall i form av zrenar tillförs industrierna. Detta avfall är normalt mycket starkt förorenat av sten och sand. För att illustrera vilka kvantiteter det är fråga om nämnas att inom SCA:s industrier i

kan Sgndsvallsom-

radet faller för närvarande ca 250 000 m sådant material, som i och för sig är eldningsbart men som i brist på lämplig eldningsutrustning nu måste deponeras på tippar. Denna deponering medför utomordentligt svåra miljömässiga problem, och från naturvårdshåll ställs krav på att denna deponering måste upphöra.

I dag tillförs endast ca 50 ä 60 Z av skogens biomassa till virkesförbrukande industrier. Således stannar i skogen storparten av grenar, toppar och rötter samt gallringsvirke. Genomförda utredningar pekar på att uttaget från skogen skulle kunna ökas med ca 30 Z. En viss del av denna ökade kvantitet torde emellertid icke vara användbar som råvara för framställning av massa, papper eller board utan lämpar sig bäst som bränsle.

Ovanstående utgör en beskrivning av förhållandena i närmast förhållandena i Ortvikens

Sundsvallsregionen,

tidningspappersbruk, men problematiken torde i stort

402 Kap 3, Appendix 2. Produktion av värme m. m.

vara densamma för alla Sveriges skogsindustrier. Mot bakgrunden av rådande miljövårdskrav och en önskan att minska beroendet av oljan erfordras en utveckling av eldnings- eller förgasningsanordningar som fyller följande krav:

1. att framställa en generatorgas av kol, användbar för förbränning i befintliga oljepannor,

2. förgasning av förorenat vedavfall,

3. förgasning av vedmaterial som hittills icke tillvaratagits i samband med avverkning.

Ignifluidprocessen förförgasning och förbränning av kol tillämpades första gången 1950 i en pilotanläggning (ca 5 t/h) i Vernon i Frankrike och har sedan dess med framgång kommit till användning i ett 35-tal anläggningar i industriella ångpanneanläggningar upp till 365 t/h ångeffekt. Babcock Atlantique, Paris, marknadsför processen. Den utvecklas för närvarande i deras laboratorium även för generering av gas vid atmosfärtryck och vid övertryck. I Ignifluidprocessen utnyttjas granulerat bränsle på en rörlig rost och med hög lufthastighet genom rosten (10-15 m/s) bringas bädden att koka under förbränning, varvid en mycket hög förbränningseffekt, 15 å 20 MW/m (15 ä 20 ggr så hög som på vanlig rost) uppnås. Teknologin kring processen är under utveckling. Det krävs emellertid en snabb utveckling för olika ändamål för att processen skall finna en sådan användning att eldningsolja kan ersättas med andra bränslen.

För skogsindustrierna utgör kol, vedavfall och torv de bränslen som närmast är av intresse, och principiellt skulle teknologin kring principen fluidiserad bädd behöva undersökas, l. för att skapa nya billigare metoder att generera gas, så att de befintliga oljeeldade pannorna kan utnyttjas och 2. för att i nya pannanläggningar få en billig och effektiv eldstad där nämnda bränslen kan eldas.

Babcock Atlantique har efter diskussioner rekommenderat oss en minsta provanläggning med 50 t/h ångeffekt, eventuellt 100 och 200 t/h. Kostnaden för en komplett anläggning ansluten till befintlig skorsten bedöms för en 50 tlh anläggning uppgå till ca 15 ä 20 Mkr (0rtviken). Kombinationen kol-vedavfall har inte närmare undersökts av Babcock Atlantique.

Vårt förslag går ut på att några av de större företagen inom branschen slår sig samman för att med stöd av staten sätta upp en sådan provanläggning, där tillgång finns på bränslen av önskat slag och där genererad ånga kan tillvaratas och kvittas mot bränslekostnaden. Provningsarbete och teknologisk behandling av utförda prov utförs lämpligen i SVF:s regi med hjälp av speciellt intresserade från högskolorna. Arbetet bör bedrivas i kontakt med leverantören Babcock Atlantique/Götaverken. Avnämare av utvunna resultat tor-

Förslag till FoU-projekt 403

de bli leverantörerna av ångpanne- och eldstadsutrustning till skogsindustrierna.

Generering av gas av nämnda bränslen torde bli en av de främsta uppgifterna i föreslagen provanläggning. Någon närmare planering för ett arbete med gasgenerering har dock ej medhunnits. Ett sådant arbete torde behöva planeras för en 2-5-årsperiod med olika utförande av gasgeneratorer och olika storlekar.

SCA Development AB, som är ett av SCA helägt utvecklingsbolag, är berett att med största intresse delta i utvecklingen av den ovan nämnda Ignifluidprocessen eller andra liknande processer som bygger på höghastighetsfluidisering.

Den sista fasen i en sådan utveckling skulle således bli att installera en förgasningsanläggning baserad på den utarbetade tekniken och ansluta den till befintliga ångpannor för att möjliggöra hel eller delvis övergång till koleldning.

Eldning i fluidiserande bädd av kol, sopor, avfall, spillolja etc (Dnr 191)

Förslagsställaren (AB Svenska Maskinverken, Kallhäll) har bla lämnat följande information:

För vårt land är det av speciellt intresse att vända blicken mot inhemska alternativbränslen, dels för att introducera nya sådana, dels för att utöka användningen av redan utnyttjade alternativbränslen. Härvid gäller det att dels introducera nya eldningsmetoder, dels vidareutveckla befintliga. Därvid skulle det vara en stor fördel om man kunde utveckla en metod som accepterar en stor variation av såväl pr 1;; ra som sekundära bränslen. Metodens fördelar Ökar ytterligare om den även kan acceptera sådana bränslen som vi normalt betraktar som krisbränslen i hä:delse av t ex en avspärrning, nämligen Höganäskol, flis o dyl. Dess värde i krislägen ökar väsentligt om den dessutom kan anslutas till befintliga oljueldade ång- och hetvattenpannor utan alltför stora ingrepp i pannorna och utan alltför stor reduktion av effekten i den så ombyggda anläggningen.

Vid studium av detta problemkomplex har vi funnit i första hand för små och medelstora anläggningar att förbränning i fluidiserande bädd är ett mycket intressant alternativ.

För eldning av sopor finns i dagen väl etablerad teknik,som dock uppvisar en rad väsentliga nackdelar, främst stark korrosion i ugn och panna samt höga avgasförluster och låg bränsleekonomi till följd av stora luftöverskott.

404 Kap 3, Appendix 2: Produktion av värme m. m. sou 19747;

Den fluidiserande bädden ger väsentliga förbättringar genom: - Intensiv omblandning av själva bränslet - God inblandning av luften till bränslet - att Möjlighet tillsätta ämnen för inbindning av skadliga emissioner från sopförbränning.

Den etablerade sopförbränningstekniken uppvisar stora robusta förbränningsugnar med någon form av rörlig rost. På grund av den korrosiva miljön är underhållskostnaderna på utrustningen avsevärda. Den fluidiserande bädden uppvisar här väsentliga fördelar genom avsevärt mindre volym, avsaknad av rörliga delar i själva ugnen samt möjlighet till anslutning till konventionell oljeeldad panna vare sig denna nu utförs i samband med leveransen av den fluidiserande bädden eller det är fråga om en mindre ombyggnad av en befintlig panna. Vid undersökning av marknaden för fluidiserande bäddar har vi kommit i kontakt med den engelska firman Sterile Disposal Plant Ltd (SDP), Darlington, Durham. SDP har sedan ett och ett halvt år tillbaka en anläggning i drift för förbränning i fluidiserande bädd av ett brett register av avfallsprodukter, såsom sopor, industriavfall, spilloljor och rester från kolgruvor samt även giftiga industriavfall (och då under hälsovårdsmyndigheternas övervakning).

Efter 18 månaders drift uppvisar denna första generation trots vissa synnerligen primitiva anläggningsdelar ett mycket gott och lovande resultat såväl tekniskt som kommersiellt. Förutsättningarna är därför goda för uppförandet av en försöksanläggning i Sverige av andra generationen av SDP:s fluidiserande bädd. Möjligheter att ansluta denna anläggning till en befintlig panna finns och vid undersökning av olika sådana pannor har vi bl a funnit ett kommunalt verk villigt att ställa sin befintliga hetvattenpanna till förfogande för en sådan försöksverksamhet. Bränslet skulle i första hand utgöras av inhemskt kol (Höganäs-), sopor och industriavfall, i andra hand av torv, bark, flis 0 dyl. Anläggningen skulle utföras så att den befintliga pannan kan köras obehindrat på normalt sätt.

En sammanfattande bedömning av vårt projektförslag skulle man kunna uttrycka på följande sätt: För 1 - 1,5 Mkr erhålls en förbränningsanläggning för ettstortbränsleregister med en eldningseffekt av 6-8 MW med möjlighet att anslutas till befintliga

oljeeläade ång- och hetvattenpannor, vilken utrust-

ning i sin första utgåva har uppvisar goda drifterfarenheter på en rad väsentliga punkter.

Förslag till FoU-projekt 405

Suspensionseldning av sopor och avfall men även bark, torv 0 d (Dnr J36)

Förslagsställaren (AB Svenska Maskinverken, Kallhäll) har - utöver allmänna fakta om sopförbränning, se ovan läm-

nat följande informationerz

I USA startades 1970 ett försök i samverkan mellan City of St. Louis, Combustion Engineering och Union Electric Company att elda sopor i en kolpulvereldad kraftverkspanna på 125 Mwe. (Försöket är beskrivet i Closing the Refuse/Power Cycle. JG Singer och JF Mullen, Combustion Engineering, TIS-3612, 1973). Soporna befrias från större föremål, mals/rivs till en styckestorlek av max 30 mm och befrias från magnetiska föremål. De behandlade soporna transporteras pneumatiskt till ångpannan, där de blåses in genom 4 st munstycken, ett i vartdera hörnet av eldstaden. Kolpulvret tillförs eldstaden på konventionellt sätt genom 16 st munstycken, 4 i vartdera hörnet. Sopandelen utgör mellan 10 och 20 Z räknat på totalt tillfört värme till eldstaden. För en anläggning på 125 Mwe blir mängden ungefär 55 t/h kol och 13 t/h sopor.

Drifterfarenheterna efter ett års drift och efter att ha eldat ca l5 000 ton sopor är enbart goda vad gäller t ex svavelutsläpp, korrosion och underhåll.

Utöver tekniska fördelar uppvisar denna metod en stor kostnadsbesparing på investeringssidan. Jämfört med den konventionella anläggningen fordrar båda systemen ungefär samma sophanteringsutrustning fram till inmatningen till ångpannan. Den konventionella anläggningen fordrar därefter en helt ny skräddarsydd ångpanna med tillhörande rökgasreningsutrustning och skorsten, medan det nya systemet endast medför ett mindre ingrepp på eldningsutrustningen, dvs nya munstycken för inblåsning av soporna. Även på driftekonomisidan bör kostnaderna ligga lägre.

Mot bakgrunden av att det i dag projekteras anläggningar för koleldning alternativt med möjlighet till framtida koleldning samt att kol med största sannolikhet kommer att få en betydande roll i vår framtida energiförsörjning synes denna sopförbränningsmetod med sina tekniska och ekonomiska fördelar ha en betydande potential. Potentialen ökar naturligtvis ytterligare och i väsentlig grad, om det visar att sig metoden är användbar även vid oljeeldning.

Hitintills har endast nämnts förbränning av sopor med denna metod. Möjligheten att använda metoden även för eldning med bark, torv o d bör vara lika god.

406 Kap 3, Appendix 2: Produktion av värme m. m.

- - 120) Fluidized Bed Combustion (FBC) anläggning (Dnr

Förslagsställare: Överstyrelsen för ekonomiskt försvar. Projektförslaget avser förbränning av olika slags bränslen - inhemska bränslen tjock eldningsolja, kol/kolstybb, (ved, - i bädd. vedavfall, torv) en anläggning med fluidiserad

Användning av industrins förlustvärme för bostadsuppvärmning i fjärrvärmesystem (Dnr 81)

Förslagsställaren (Ångpanneföreningen, Stockholm) har lämnat följande information:

Under det gångna året har Ångpanneföreningen sökt intressera industrier och kommuner för ett samarbete på energiområdet. I tätorter med energikrävande industri har undersökningar gjorts för att utröna huruvida möjligheter finns att utnyttja industrins förlustvärme för uppvärmning av tätorter med fjärrvärme. I de flesta av de undersökta fallen har det visat sig lönsamt att tillvarata förlustvärme för bostadsuppvärmning. I t ex Luleå har det visat sig möjligt att tillgodose komunens halva värmebehov med avfallsvärme från Lövholmens bruk. Även om man tvingas göra ett ingrepp i industrins process för att frigöra värmen på en högre energinivå kan projektet bli lönsamt framför allt vid dagens höga energipriser.

När man studerar energikrävande industriers energibalans finner man att oftast endast en ringa del av förbrukad energi finns bunden i industrins slutprodukt. Största delen av tillförd energi bortförs med kylvatten och kylluft. På grund av att energin fram till våra dagars energikris varit mycket billig har dessutom oftast icke den minst energikrävande processen valts.

Samtidigt som detta slöseri med energi uppmärksammas har intresset vaknat för centralisering av tätorternas värmeförsörjning, detta ur såväl miljövårdssynpunkt som energibesparingssynpumkt.

Förslaget till FoU-insats är sålunda att kartlägga möjligheterna till samverkan mellan industri och komun vid produktion av värme och värmebaserad elkraft.

Inom EEK faller den processtekniska sidan av detta projektförslag inom ämnesområdet för avdelning B: Näringslivets

energianvändning.

Förslag till FoU -projekt 407

Systemanpassning av värmepump för fjärrvärme från befint-

ligt kärnkraftverk (Dnr 130)

Förslagsställaren (statens vattenfallsverk) har lämnat följande information:

Värmepumpen avses arbeta med temperaturer:

följande

Primärsida: från 25 OC till 5 C Sekundärsida: från 40 ä 60 °c till 60 ä 120 °c Systemet har föreslagits av bl a överingenjör Allan Haag, Industriverken i Malmö. Resultaten av pågående förstudier kan väntas visa, om motiv finns för fortsatta insatser med statligt stöd.

Systematisk studie av ångkraftprocesser för fjärrvärmeändaJnåZ (Dnr 153)

Förslagsställaren (professor S Borglin, Institutionen för värme- och kraftteknik, LTH) har lämnat följande information:

Ångkraftprocessen är klassisk i samband med kombinerad produktion av värme och el. Den har även erhållit en utbredd tillämpning i samband med fjärrvärme. I litteraturen saknas emellertid metodiska anvisningar i den projekteringsmetodik som utgör en förutsättning för effektiva anläggningar av detta slag. Studien syftar till att framtaga en sådan metodik. Bränslevalets inflytande studeras speciellt.

Arbetet avser utmynna i en för projektering av ångkraftanläggningar för fjärrvärmeändamål användbar metodik.

Institutionens basresurser liksom den energikombinatssom sedan 1968 bedrivits med bidrag från STU

forskning

utgor nödvändiga och tillräckliga förutsättningar.

4.2 Övriga projekt där statligt FoU-stöd önskas

Till energiprogramkommittên har inkommit ytterligare ett antal projektförslag, för vilka statligt stöd önskas. Även dessa redovisas i bilaga 1.

408 Kap 3, Appendix 2: Produktion av värme m. m.

4.3 Projektförslag från Stal-Laval Turbin A§

Från Stal-Laval Turbin AB, Finspång, har komittên erhållit fem förslag till FoU-projekt, för vilka statligt stöd ej erfordras. Däremot har i vissa fall angivits att det krävs stöd från kraftindustrin i form av beställningar, vilket i sin tur kan kräva statligt stöd.

Projektrubriker:

- Konstruktion av nukleära fjärrvärmeångturbiner (Dnr 88) - Konstruktion av fjärrvärmeångturbiner för fossila bränslen (Dnr 89) - Gasturbinanläggning i fjärrvärmeapplikation, där fasta bränslen utnyttjas (Dnr 90) - Kombinerad eldad gas-ångturbinanläggning med gas från en förgasningsanläggning för restoljor (Dnr 91) - Luftmagasinskraftverk (Dnr 92)

Nedan lämnas vissa kommentarer till två av projektförslagen.

Konstruktion av nukleära fjärrvärmeångturbiner (Dnr 88)

Om man kunde nyttiggöra den energi som man kyler bort i turbinkondensorerna i dagens kärnkraftverk, skulle man erhålla ett bättre utnyttjande av energin i reaktorbränslet och minska utsläppet av varmt kylvatten.

Begränsningar finns dock för utnyttjandet av nukleära anläggningar för fjärrvärmeapplikationer. Den viktigaste är att man av säkerhetsskäl måste placera en nukleär fjärrvärmeanläggning på relativt stort avstånd från befolkningscentra, vilket ger höga kostnader för fjärrvärmesystemet. Den minsta aggregatstorlek som är ekonomiskt acceptabel ligger så högt att sådana anläggningar inom överskådlig tid endast torde kunna komma i fråga för våra mest tätbebyggda regioner.

Förslag till FoU-projekt 409

Inom Sverige skulle tillämpning kunna vara aktuell för Stockholmsområdet, Göteborgsområdet och fyrstadskretsen. Skillnader i värmebehov kan ge anledning till önskemål om alternativa utformningar av turbinanläggningar.

I samarbete mellan Stal-Laval och Sydsvenska Kraft AB har ett projekt startats för att fastlägga konstruktionsdata för en fjärrvärmeanläggning i Barsebäcks kärnkraftstation för fjärrvärme till Malmö och Lund. Det är önskvärt att andra presumtiva användare (statens vattenfallsverk, Stockholms energiverk, Göteborgs elverk) engageras i detta arbete, så att i möjligaste mån sama konstruktionslösningar kan komma till användning på flera platser.

Det är sannolikt av stor vikt att de svenska kunderna samarbetar. En gemensam specifikation för anläggningarna torde minimera kostnaderna för projekten och ge maximal tillgänglighet för anläggningarna. Indirekta kostnader kan komma att belasta kraftföretagen, om den önskvärda samordningen mellan de olika intressena hos dessa företag skall verkställas.

Projektet går ut på att modifiera de befintliga turbinkonstruktionerna för nukleära kondenskraftverk, så att dessa kan utnyttjas för fjärrvärmeapplikationer. Att ta fram helt nya konstruktioner för det fåtal applikationer det här gäller kan förmodligen ej försvaras vare sig från ekonomisk synpunkt eller från tillgänglighetssynpunkt.

Gas turbinan läggning i fjärrvärmeapp Zikation, där fasta bränslen utnyttjas (Dnr 90)

Försök har tidigare förekommit att utnyttja kol som bränsle till gasturbiner. Försöken har emellertid varit mindre framgångsrika.

Projektet syftar till att ta fram fullständigt tekniskt underlag för en gasturbinanläggning i fjärrvärmeapplikation, där fasta bränslen utnyttjas. Bränslena, i första hand kol men i ett senare skede även träavfall, torv och skiffer, förbränns i en brännkammare av virvelbäddstyp och gaserna får sedan utföra sitt arbete i en gasturbin. Här ersätts således den vanliga oljeeldade brännkammaren med en koleldad

410 Kap 3, Appendix 2. Produktion av värme m. m.

sådan. Kapitalkostnaden för en sådan anläggning blir emellertid större än för en oljeeldad gasturbin. Det ter sig därför naturligt att utnyttja anläggningen för sådana applikationer, där utnyttjandetiden blir längre, dvs framför allt i fjärrvärmeapplikationer. Projektet går ut på att utnyttja Stal-Lavals gasturbin GT 120, en maskin i 70 MW-klassen, som finns installerad i sex exemplar i Sverige och i tolv exemplar i världen i övrigt. Försedd med en fluidiserad koleldad brännkammare beräknas GT 120 kunna producera 66 MW el och 117 MW värme.

Projektet bearbetas i en förstudie av Stal-Laval och de engelska företagen Babcock & Wilcox och Woodall-Duckham.

Vidare bearbetning förutsätter att kraftindustrin är villig att ge ekonomiskt stöd. Statligt stöd kan bli erforderligt för att göra det möjligt för intresserade kraftföretag att beställa anläggningen.

5 Program för FoU

Angivna resursbehov för inlämnade projektförslag har (i den mån uppgifter lämnats) samanställts i bilaga 2. Det bör observeras att inventeringen av projektförslag ej kan göra anspråk på att vara fullständig.

Resursbehovet för de av förslagen till FoU-projekt, där statligt stöd är aktuellt, omfattar totalt en personalinsats på minst 35 manår och ett medelsbehov på ca 5 Mkr (uppgifter saknas för ett förslag, Dnr 130). Man torde kunna räkna med att dessa FoU-insatser i stort sett faller under - vilket innebär en nivå treårsperioden 1975/76 1977/78, av ca 10 man och något under 2 Mkr/år. Därutöver tillkomer investeringar i provanläggningar.

Ett behov av statligt stöd under de första tre åren på ca 3,5 Mr totalt och drygt l Mkr/år kan utläsas av de projektförslag där uppgifter har lämnats. Den helt övervägande delen därav faller på projekt med hög angelägenhetsgrad.

S()lJ 1974:73 Resurser/ör FoU 411 6 Tillgång till resurser för FoU Några svårigheter att genomföra ovan redovisade FoU-projekt med hjälp av inhemska personella resurser i samarbete med utländska företag synes ej behöva befaras.

412 Kap 3, Appendix 2: Produktion av värme m. m.

:Box

uommu mwøma

H

umwøsw

aamxm mmux

mmuvuowum

ummmamumm

H

|=mdm

umgaumum mmum«uos

uømu

mauvon

uøm

mwmmmm

v:=n

maaøxm

.uoxHa«

wa ma

vømum

uuwnumubom

.nmum vnum

.no

Haau umm

Eom :oo

ummadov

wow

aamu

mømumnud

uommwuuøa

Acwumaamum uoauumznaw mmuvuowum

uxmu

maammmume

uum

mmamumm uwqaumum umwaumum

:mus

dmnmmumv

uommc maox

vnum mmm mn .wo suv m

uum

:Hua :mo Imum

mamvmw

ma

umumueouxøwwm

Muumsvøm

umw

umxwauoum

muuumn

us

:oo

mumvw

axnuumøoxvnwucmum

wa«=Eummm=mvmum0n

.cmamømunuuomäw

.^m\HN

uww “mm

Ewuw

:oo uww

mmu

H

mwmw

umuxmwoum

.uuumnwgamms

EOCM

uoøowumxwwqumam

zm

øaeox

.xumuwmnxmøwvøox

mvmHxumu=

cmcowuxduumcoxwøøum

mv

mmaamawa

pmm

.mummaxdø

muoumwwo

.mawmmou

m

umøomuxøuumcox

ammq|amum

cmaame

.32

mmmwv

m w

.wamumuuawwmmm

www

mEumum:auww

doaumxmwavoa

mmv

m

.om

wvammmuewuw omatooaumqnom

ømxumEmm

mumvw

M

.uoadmmuom

uum

mpmmaxnø

Emuw

dm

.wm=«nu:uwømmEumuumnw

vmaxumu:

zmwmu

.u0øanu:uwømwEumupmmw

møwnwwmauumx

mm ma nu

omv

.mmummmmncm

mm

oamømun

wm www

mømuumsvøa

uum ømx

vmuxwudm .Emuwoum umumwmn

aux

mwaauøwmmp

mvmueouxowmm

mccaw

ammxqm

.amwawcwwwaøm

am

Hawa

uwødm

uumø«nu:uwømmEumuummw

ammq|amum

muuwv

wøanumauuømmøwumnmøwwwmo

wvøw:m umpoøøm

m

umuwmm uwsmnw

m

uwnwamewwumøm

wma

:mumu

m

Emum›mmEumuumwm

.uäomma

mø«:wuxmonuxmnoum wdmaxmuowmamumum

w

nmmm<mmmm

.nmumuwmmøw=xum

uum som .32

wmum:0mEwm øo«ux:uumøoM øoauxauumøox muwuuoamaox mwcmwwmacma

umuxmmoum wcmømuumøua umuxowoum .HOGHDHUU møwuusmu umd«Ewa

Eoømo muoum umcoau oouxom

H m

zoo

m m4

mmm

m

øwnusa amnpss

ømwcmømumwmøcmamdm

uømaaoHoøn

oumaamumwwmamnnm.

Hmmg-Hmum Hmm4»Hmum

ZOHHMDQOMM

um

man

Hm Nm mm

Mmm

om

S()lJ l974 73 Bilagor 413

um tan

umum

uu:

iuwmux

:mn ømx m

nmcumoxmxwmnmw

:mn m som

nmmmamumu uumuxmmopm

mxmamm

uwaaumum

ann

møømmomumm

uum

vamxmumm

uwma nwxøa

uoemumn

vnum

mmaonuwmux .ømwøwøwmmaøm

w

xmømm

øauumøvamuwmux

.ømmø«ømuwmmxummEum>

ma .hm www

aoømw

mwøaøwwmaømmxmmumu

Hadu Haag

uw«acmV

umumm

.uaamsuxm

uwwaumum

.mm

mwmummmmuucq

ømuw aaau

Aømumaamum mamaaamum mmunnowum ømvmøumox

mv

wmamumm mmaamum maamum mmxmøn .auumsvøa mdumv møqøvmu

vmum w mmm mumn :mun Han wmnv

am

am Lao umn |eo vmm

uwmmaam

uma :um

nmwuu

|aox\Hox

nuumnw

|muvmnamuw>

uwaamnz

uum

amuu lvau

M 2:

:www

mummømm

uuw mv

vmnavasam

ucwnusummw

m

umumnum

wmvs:

mumnum .uxmwoum

m.oHa

M M ømu

.ømwawømwmacmmwaaammwunw

.mHamx«uv

ømm Haau

.N

.umumø

umv

wcwømmwacm

.co«u:n«uum«nmEumuumnu

m

nmumumømw

+

aamu

mmmuumcus

mm

u«um

øoauxøuuwcox

Eon

uuwm