Om verden skal nå målet om netto null CO2-utslipp fra energiproduksjon i 2050, hvor mye kjernekraft må da bygges ut, hva vil det koste og hva vil konsekvensene være?

Hvis verden kuttet utslippene kun med kjernekraft.

Kjernekraft er en utslippsfri energikilde som knapt nevnes når store aktører som IEA og DNV lager scenarioer for verdens energimix i 2050. I denne saken forsøker vi å finne svar på hva konsekvensene ville vært om verden kuttet utslippene kun ved bruk av kjernekraft;

Hva vil det koste?

Er det gjennomførbart rent fysisk?

Har vi nok uran?

Hvor mye landjord kunne vi spart fra utbygging av fornybar infrastruktur?

OPTIMISTISKE FORNYBAR-RAPPORTER

Det produseres rapporter på løpende bånd om hvordan verdens energiforsyning kan se ut i 2050 hvis vi skal kutte klimagassutslippene ned til null midt i dette århundret. 

To store rapporter som kom ut i fjor, Det norske Veritas’ (DNV) rapport Energy Transition Outlook 2021 og Det Internasjonale Energibyråets (IEA) rapport Net Zero by 2050, fikk begge bred omtale i norske medier. 

IEAs rapport er et veikart for en mulig måte vi kan komme i netto null utslipp fra energiproduksjon i 2050. Mens DNGs rapport er hva de mener vil være sannsynlig energisammensetning i 2050 gitt at vi skal nå målet om bare to graders oppvarming i år 2100. 

Begge rapportene er veldig optimistiske på vegne av utbygging av væravhengig fornybar energi i form av solceller og vindmøller og forventer en nærmest eksponentiell vekst i de neste tre tiårene. 

Begge rapporter er smått lunkne til hvor mye kjernekraft verden skal bygge ut. DNVs rapport antar at det er nøyaktig like mye kjernekraft i 2050 som i dag, mens IEA forutsetter en dobling fra i dag. Begge rapporter baserer disse framskrivningene på noe merkelige økonomiske forutsetninger vi skal komme tilbake til. 

Men siden vi uansett er i regneark-verden, hva måtte til om kjernekraft alene skulle stått for all ny strømproduksjon fram til 2050? Hvor mye kjernekraft måtte da bygges, hvor stor oppgave ville det vært og hvilke konsekvenser ville det hatt for energiforsyningens miljøpåvirkning?

VILL VEST VEKST I SOL OG VIND

Først må vi sette opp noen forutsetninger. 

IEA antar de at verden må produsere i overkant av 70 000 terrawattimer (TWh) utslippsfri strøm i 2050. Det er mer enn 2,5 ganger verdens totale strømproduksjon i dag. Ut av dette utgjør utslippsfri strømproduksjon  i dag bare rundt 10 000 TWh. 

Produksjonskapasitet som det har tatt 150 år å bygge opp, skal altså økes 7 gangen på litt under 30 år. Ingen liten oppgave altså. 

IEA-rapporten foreslår å gjøre dette i all hovedsak med utbygging av vind- og solkraft, som hver vil stå for rundt 24 000 TWh i 2050, opp fra henholdsvis 821 TWh for sol og 1600 TWh for vind i dag. I tillegg må mengden strøm fra vannkraft og kjernekraft dobles (side 198)

DNV er ikke mye dårligere og antar totalt strømforbruk i 2050 vil være rundt 60 000 TWh, hvorav to tredjedeler kommer fra sol- og vindkraft. Vannkraft mener de nesten vil dobles, og de tror ikke det vil komme noe vekst i kjernekraft som er helt likt som i dag i 2050. 

Da har vi et godt utgangspunkt. Både IEA og DNV er i samme ballpark: 60 000 til 70 000 TWh utslippsfri strøm vil være behovet i 2050. 

Om vi antar at vannkraft holdes lik som i dag, null vekst i sol og vind (dette er et regneark så vi kan gjøre hva vi vil), og at vi faser ut all bioenergi til strømproduksjon på grunn av problemer med partikkelforurensning og ødeleggelse av natur og miljø, må vi bygge ut rundt 55 000 TWh kjernekraft. 

Siden de eksisterende reaktorene allerede er ganske gamle kan vi si at alt må bygges nytt, selv om det akkurat nå ikke virker som koke- og trykkvannsreaktorer har noen utløpsdato

Om vi antar at vi kan kjøre disse reaktorene for full maskin mellom bytte av drivstoff vil det si at vi trenger i overkant av 6500 gigawatt (GW) installert effekt. Om gjennomsnitts reaktoren er på 1 GW vil det si at vi trenger, ja du gjettet rett, 6500 reaktorer. 

I dag har vi i verden rundt 400 reaktorer så antallet må økes 16 x på litt under 30 år. 

Det er bare å begynne å støpe betong.

DET ER GJORT FØR

Om vi er ni milliarder innbyggere på jorda i 2050 vil hver av oss ha tilgjengelig litt over 6000 kWh strøm fra kjernekraft. Det er omtrent det samme mengde strøm som er tilgjengelig per innbygger i Tyskland og Storbritannia i dag fra alle elektrisitetskilder samlet, men fortsatt et godt stykke unna hva vi langt mer elektrifiserte nordmenn og svensker har tilgjengelig. 

Men er det fysisk mulig å bygge så mye kjernekraft bare på så vidt 28 år? 

Historisk sett er svaret ja. 

Etter OPEC-krisa i 1973 fant en rekke land ut at det var en middels idé å være avhengig av å brenne importert olje for å produsere elektrisitet. Frankrike og Sverige hadde ikke egne energiforekomster i form av kull, de satset på kjernekraft i stedet. 

På de 20 årene etter OPEC-krisen bygde Sverige ut 12 reaktorer og Frankrike bygde ut 58 reaktorer. Etter tjue år hadde da hver innbygger i Sverige 8500 kWh strøm fra kjernekraft tilgjengelig, og hver innbygger i Frankrike hadde 6200 kWh strøm fra kjernekraft tilgjengelig. 

Gitt Sverige og Frankrikes historiske erfaringer har vi med andre ord god tid til å bygge ut 6000 kWh per person på 28 år. 

AREAL OG ATTER AREALER

Rapporten fra IEA har merkelig nok ikke beregnet hvor mye areal som trengs for å produsere såpass mye strøm fra sol- og vindkraft, men det har DNV-rapporten selv om man må spørre etter tallet på epost. I kvadratkilometer anslår DNV at det må anlegges 166 000 km2 med solcelleparker og 970 000 km2 med vindparker innen 2050. 

Om vi legger IEA-tallene inn Glex-energy kalkulatoren som beregner arealbruk fra forskjellige energikilder får vi litt over 400 000 km2 solceller og 1,4 millioner km2 vindparker. Glex-kalkulatoren bruker tydeligvis litt høyere faktor på arealbruk enn hva DNV har forutsatt, men begge er i samme ballpark.

Hvilket vil bety at både IEA og DNV havner på et arealbehov som er pluss/minus 1 prosent av jordas isfrie areal som må settes av til fornybar energiinfrastruktur i form av sol- og vindparker. 

Noe som ikke høres ut som all verden. Blant annet bruker vi rundt 40 prosent av jordas isfrie areal til matproduksjon. Men på den andre siden utgjør ikke verdens bebygde areal i dag mer enn 1 prosent heller. 

DNV har ikke regnet på hvilket areal av de ulike landene i verden som må dekkes av fornybar energiinfrastruktur. Siden verdens land har en befolkningstetthet fra 8 til over 20 000 mennesker per kvadratkilometer vil andelen av et land eller en region som må settes av til energiinfrastruktur variere voldsomt. 

EN PROSENT AV JORDA

Vaclav Smil anslår i boka Power Density at dagens (2010) fossile energiinfrastruktur opptar rundt 40 000 kvadratkilometer, og da er alt fra kullgruver, olje- og gassbrønner, raffineri, terminaler, rørledninger og kraftverk medregnet. I tillegg kommer vannkraft på 131 000 km2 (i all hovedsak vannreservoar). Vi skal altså innen 2050 ha et større areal dekket av solceller enn vi i dag har demt opp for vannkraft. 

Energi-infrastrukturen vi har brukt et par hundre år på å bygge opp opptar altså ikke så mye mer enn 200 000 kvadratkilometer, og nå skal dette økes seksgangen på litt under 30 år. I tillegg kommer bioenergi, som allerede i dag opptar mer areal enn resten til sammen. 

Til sammenlikning opptar dagens 400 reaktorer rundt 632 kvadratkilometer, ifølge Smil. Hvilket vil si at vårt Net Zero Max Nuclear-scenario vil oppta  rundt 10 000 kvadratkilometer. Vi kunne altså fristilt over 1 million kvadratkilometer med landjord, kontra fornybar-alternativet. 

I tillegg kommer nettutbygging som vil være mer krevende for det fornybare alternativet. DNV opererer med en samlet installert effekt i sol og vind på 19 TW for å levere 40 000 TWh i året til sluttbrukerne. IEA er på nesten 23 TW for å levere 50 000 TWh. Kjernekraft kunne klart seg med 6,5 TW installert effekt for 30 prosent større årlig produksjon av strøm. 

Storskala sol- og vindkraft bygges gjerne i tillegg ut et stykke unna folk og trenger mer overføringskapasitet i utgangspunktet. 

DRIVSTOFF, MYE DRIVSTOFF

Men vårt Net Zero Max Nuclear-scenario vil kreve uran til reaktor-drivstoff. Grovt sett vil det kreve 16 ganger mer uran enn vi utvinner i dag. Siden starten av 80-tallet og fram til i dag har etterspørselen liggi rundt 60 000 tonn uran i året. I vårt regneark trenger vi altså 0,9 millioner tonn uran i året.  

I 2019 anslo Det Internasjonale Atomenergibyrået (IAEA) at det er påvist 3,8 millioner tonn uranressurser. Vi vil i vårt regneark dure gjennom det på tre år. Ikke helt heldig kan man si. Men det er gitt 130 dollar per kilo uran (høyeste pris siste 30 år) og gitt dagens teknologi for å utvinne uran. 

Om prisen dobler seg, noe som vil gjøre strøm fra et vanlig kjernekraftverk rundt 4 øre dyrere per kWh, ville vi hatt uran for enda tre til fire år. Dette ser altså ikke helt bra ut. 

Men reserver er en veldig fleksibel størrelse. Reserver betegner hva vi kjenner til i dag, til de prisene vi har i dag og med den teknologien vi har i dag. Det er knapt lett etter uran de siste 30 årene fordi prisene har vært så lave. Leit mer, så finner vi mer. For det er ubegripelige mengder uran på jorda. 

MÅ BRUKES PÅ NYTT ELLER MER EFFEKTIVT

Det jobbes nå for å utvinne uran fra havvann der uran fester seg på lange fibre på havbunnen. Det er anslått til at det er 4,5 milliarder tonn uran i havet, og siden uran kontinuerlig felles ut i havvannet er det i praksis en fornybar ressurs. 

En annen måte er å bruke det uranet vi allerede utvinner på en smartere måte. 

Vanlige reaktorer kan bruke reprosessert MOX-drivstoff der plutonium hentes ut fra brukt brensel og brukes på nytt, eller med den russiske REMIX-teknologien som muliggjør at vanlige reaktorer kan gjenbruke drivstoffet hele fem ganger. 

Enda bedre ville vært å etter hvert kommet i gang og bygd kommersielle reaktorer basert på raske nøytroner som kan utnytte drivstoffet 60 ganger bedre enn i dag. Med slike reaktorer ville vi ikke hatt behov for å øke uran-utvinningen i det hele tatt. 

Hvis vi uansett er i regneark-modus virker ikke dette være begrensende heller. 

KOSTBART I FORHOLD TIL HVA

Men hva vil denne herligheten koste? For som vi alle veit er jo kjernekraft kjempedyrt og fornybar billig-billig-billig-billig og enda billigere. Billig. 

DNV sin forklaring på at kjernekraft ikke øker i de neste 30 årene er nettopp kostnad, da både sol og vind kommer til å bli mye billigere. Men når en ser på Figur 2.6 på side 62 i rapporten deres viser den at LCOE for kjernekraft stuper de neste årene. Dog fra et helt ekstremt høyt utgangspunkt på over 250 dollar per MWh og ned til rundt 50 dollar per MWh. 

Siden absolutt ingen noe sted i verden får 250 dollar per MWh for strøm fra kjernekraftverk måtte jeg sende en epost å spørre hva som var på gang. Det viste seg at de hadde tatt gjennomsnittlige kapasitetsfaktorer for kjernekraft i de ulike regionene, og i regionen de kaller for OECD Pacific inkluderer det Japans reaktorer som er koblet ut etter Fukushima. 

Deres modell forutsetter da at nye kjernekraftverk dette området får en kapasitetsfaktor på bare 30 prosent. Noe som selvsagt gjør strømmen fra dem veldig dyr, men også gjør modellen deres fullstendig verdiløs. 

Dette til tross antar DNV altså at LCOE for kjernekraft faller til rundt 50 dollar per MWh i årene som kommer, men likevel blir ikke kjernekraft valg i særlig grad andre steder enn i India og i Kina. Og heller ikke der antar DNV sin modell at byggekostnadene vil falle noe særlig, til tross for at det er nettopp hva de gjør i disse regionene

LAGRING KUN TIL FORNYBART

IEA er noe bedre, de forutsetter faktisk at kostnadene med å bygge kjernekraftverk vil falle i alle regioner, men modellen deres vil likevel ikke ha særlig mye kjernekraft i miksen. Mulig det har med å gjøre at de forutsetter en rente på finansieringen som er mer enn dobbelt så høy som det de forutsetter for sol- og vindkraft. 

Uvisst av hvilken grunn forutsetter IEA drift, drivstoff og vedlikeholdskostnader som er dobbelt så høye som ved svenske reaktorer i dag, 35 euro per MWh, kontra 17 euro per MWh.

En annen veldig merkelig forutsetning hos IEA er at de mener kapasitetsfaktoren på kjernekraftverk vil reduseres (Table B.1) i de neste tre tiårene som kommer. Svenske, Finske og amerikanske kjernekraftverk i dag har gjerne en kapasitetsfaktor som ligger godt over 90 prosent. Men IEA antar at den vil falle ned til 70 prosent i 2050. 


Det er mulig dette kommer av at kjernekraftverkene skal være fleksible og fungere som backup for variabel vind- og solkraft. Men IEA forutsetter også en massiv utbygging av teknologi som enda ikke finnes i relevant skala som skal mellomlagre energien fra sol- og vindkraft. 

Gitt at de uansett forutsetter massive mengder billig lagring kunne man jo tenke seg at noe av denne lagerkapasiteten ble brukt til å mellomlagre strøm fra kjernekraft, men den er tydeligvis dedikert til strøm fra variabel fornybar energi. 

TRILLION OG BILLION

I rene byggekostnader antar IEA at det skal investeres i overkant av 1 trillion USD per år i utslippsfri energiproduksjon mellom 2021 og 2050 for å nå målet om netto null i 2050 (Figur 4.2). I tillegg skal det investeres godt over en halv trillion USD per år i elektriske nett. 

Dette er da amerikansk trillion, som er tusen milliarder, som i den siviliserte verden kalles en billion.

Det vil si at vi er på i overkant av 30 trillion USD innen 2050 for selve den strømproduserende infrastrukturen, og rundt 15 trillion dollar for infrastrukturen som skal flytte krafta rundt. 

Statens Pensjonsfond Utland er til sammenlikning på rundt 1,4 trillion dollar. 

EN TRILLION HER OG EN TRILLION DER

Åkei, hva ville denne herligheten kostet om vi kun bygde kjernekraftverk?

Vi kan ta to ytterpunkter. På tross av at det i praksis er nesten helt like reaktorer som bygges verden over i dag varierer byggekostnadene veldig. 

Billigst bygges det i Kina, de er at the peak of their powers når det kommer til å gjennomføre gigantiske infrastrukturprosjekter i stål og betong. I følge IEA (Table B.1) og bygger de nå for rundt 2,8 millioner dollar per megawatt installert effekt. 

Forutsetter vi kinesiske byggekostnader ville det kostet 18 trillion dollar å bygge nok reaktorer for vårt Net Zero Max Nuclear-scenario. 

Om vi i stedet tar utgangspunkt i europeiske byggekostnader er blir det en del dyrere. Europa har med overlegg lagt ned det som på 80-tallet garantert var verdens mest kompetente fagmiljøer innen kjernekraft, noe som gjenspeilet seg i byggekaoset som fulgte da de forsøkte å reboote industrien tidlig på 2000-tallet. 

IEA antar det skal være mulig å bygge for 6,6 millioner dollar per MW i Europa og om vi bruker IEAs tall ville Net Zero Max Nuclear-scenarioet kostet 43 trillion dollar. 

Men da antar vi ikke noe kostnadsreduksjon som følge av at de som bygger disse reaktorene blir flinkere, noe IEA har forutsatt. 

Om hele verden klarte å bygge for kinesiske byggekostnader ville NZMN-scenarioet blitt 40 prosent billigere enn ved tilsvarende utbygging av et fornybar-tungt system. Eller det kunne blitt 40 prosent dyrere med europeiske byggekostnader. 

KOMMER EN DAG ETTER 2050

Om ikke annet er det vel sannsynlig at veksten i elektrisitetsforbruk i hovedsak kommer i Asia, og forhåpentligvis Afrika, de neste 30 årene. Om halvparten av kjernekraftverkene ble bygd til kinesiske byggekostnader og halvparten til europeiske byggekostnader er vi på 30 trillion dollar, nøyaktig samme sum som IEAs scenario. 

I tillegg er det vel å forvente at det ville blitt billigere nettutbygging om vi bare bygde kjernekraft. 

En annen forskjell vil først opptre etter 2050, noe verken DNV eller IEA går inn på. Vind og solkraft har en levetid på 20 til 35 år. Hvilket vil si at investeringene i sol og vind ikke er over etter 2050, de fortsetter med uforminsket styrke.

Investeringene i kjernekraft ville ramlet av en klippe etter 2050. Med mindre vi fortsatt hadde en vekst i etterspørselen etter elektrisitet, var investeringsboomen over. 

Verden ville da hatt energiinfrastruktur som kunne putret og gått de neste 100 årene, kun med vanlig vedlikehold. 

I ET REGNEARK KAN INGEN HØRE DEG SKRIKE

NZMN-scenarioet ville altså kunne frigjort langt over 1 million kvadratkilometer med landareal, kontra de fornybar-tunge scenarioene til IEA og DNV. Kostnaden ville vært i samme størrelsesorden. Vi hadde sluppet å bygge ut så mye nettkapasitet. Og vi har helt konkrete historiske eksempler på at dette er mulig. 

Men vi måtte enten komme opp med nye reaktortyper som bedre utnytter energien i uran, eller vi må øke produksjonen av uran ganske radikalt. 

En ting er imidlertid å vise at noe teoretisk sett kunne vært mulig i et regneark der det ikke eksisterer mennesker og det eneste hindringen er å lage en god nok formel. Noe annet er å sette noe sånt ut i live. Og det gjelder ikke bare mitt veldig enkle regneark, det gjelder ikke minst de litt mer avanserte, men samtidig veldig dumme, regnearkene til DNV og IEA. 

Verden er dessverre full av mennesker som ofte ikke liker raske endringer i verden rundt seg. Når IEA og DNV snakker om å kle 1 prosent av jordas isfrie areal med vind- og solparker tror jeg ikke problemet først og fremst ligger i verken å bygge den fysiske infrastrukturen eller å balansere effekten (som hver for seg er monumentale utfordringer), det er å få aksept for det av folkene som bor der. 

Men det slipper vi i regnearkene. Der er det ingen demonstrasjoner og ingen naboer som ikke liker 300 meter høye roterende vindmøller med blinkende røde lys på toppen. 

Om noen troverdige institusjoner (og ikke en tilfeldig journalist) faktisk laget et Net Zero Max Nuclear-scenario tror jeg veldig få ville satt sin lit til at det ville vært mulig. Ene og alene fordi det i dag er så mye folkelig motstand mot teknologien. Men det samme gjelder plutselig ikke for sol og vind, de er så populære blant klima- og miljøetablissementet at det tas bare for gitt at folk vil akseptere disse ekstremt arealkrevende installasjonene. 

Disse scenarioene for hva som er mulig å gjøre innen 2050 er egentlig ikke så mye annet enn tankespinn i regneark all den tid de fullstendig utelater den menneskelige faktoren.