USA bygger extremt djupborrat kärnkraftverk: reaktorn 2 km under jorden

Kärnkraft möter oljeindustri i en ovanlig fusion

Mitt i den tysta Mellanvästern pågår något som påminner mer om ett oljeprojekt än om ett kärnkraftverk. Ett ungt amerikanskt företag håller på att borra smala, extremt djupa brunnar – och längst ner ska det en dag sitta en kompakt kärnreaktor, nästan två kilometer ner i jordskorpan, avskärmad av den omgivande berggrunden.

Start-up använder borrteknik från oljebranschen för kärnreaktor

Det kaliforniska företaget Deep Fission håller på med tre provborrningar i Parsons, en stad i sydöstra Kansas. Den första brunnen gick i marken den 11 mars. Varje borrning är cirka 1 830 meter djup och bara ungefär 20 centimeter i diameter. Borrlaget tillämpar i stort sett samma maskiner och metoder som olje- och gasindustrin, där sådana djup är vardag.

Dessa tre brunnar är inte själva slutmålet – de fungerar snarare som ett slags hälsokontroll av undergrunden. Geologer mäter löpande hårdheten, strukturen och vattengenomsläppligheten i de olika berglagren. Utifrån detta avgör företaget exakt var och hur den slutliga reaktorbrunnen ska borras.

Det övergripande målet är att ha en fungerande kärnreaktor på plats omkring juli 2026, som levererar ström direkt till nätet eller till en enskild köpare – till exempel ett datacenter eller en industrianläggning.

Varför just Kansas? Stabil berggrund och färre överraskningar

Kansas är inte det första stället man förknippar med kärnkraft – men för Deep Fission är delstaten närmast idealisk. Undergrunden här består av relativt kompakta, lite vattengenomsläppliga berglager, som utgör en solid barriär mot strålning och radioaktiva ämnen.

• Mycket få förkastningslinjer och begränsade risker för jordbävningar
• Väldokumenterade berglager tack vare årtionden av olje- och gasborrningar
• Kompakt, dåligt genomsläpplig berggrund som naturlig försegling

Just den sista punkten är avgörande. Medan traditionella kärnkraftverk bygger tjocka betongkupoler för att hålla strålningen inne, vill Deep Fission låta hundratals meter berggrund och vatten ta över den uppgiften.

Reaktor på en kabel, i en vattenfylld brunn

När de tre provborrningarna är klara följer en fjärde brunn – denna gång för själva reaktorn. Den sänks som en avlång modul på en kraftig kabel ner i en vattenfylld hålighet i slutet av brunnen.

Principen påminner om en klassisk lättvattenreaktor: lätt berikat uran som bränsle och vatten som kylmedel och moderator. Deep Fission har ingått ett leveransavtal med Urenco USA, den amerikanska avdelningen av det ursprungligen europeiska uranberikarföretaget.

Reaktorn levererar cirka 15 megawatt termisk effekt. Efter omvandling via en turbin blir det till ungefär 5 megawatt elektricitet – tillräckligt för exempelvis ett medelstort datacenter eller en fabriksanläggning.

Reaktorn passar in i ett hål på tjugo centimeter i diameter, nästan två kilometer ner, och är fullständigt omgiven av berggrund och vatten.

Vattentryck ersätter tjocka stålbehållare

På 1 800 meters djup vilar en enorm vattenpelare på reaktorn. Trycket når här upp till omkring 160 atmosfärer. Normalt kräver sådana tryck gigantiska, extremt tjocka ståltryckbehållare. I denna design övertar naturen den största delen av det arbetet.

Vattenpelaren håller kylmedlet under högt tryck, så att det förblir flytande även vid höga temperaturer. Därmed behövs bara en mycket enklare stålkåpa runt reaktorkärnan, vilket sparar åtskilliga ton stål och betong. Även de ovan jord belägna byggnaderna hålls minimala – ingen massiv kupol, utan snarare något som liknar en liten industrianläggning eller en borrplats.

Berggrund som ultimat nödskydd vid en olycka

Ett av Deep Fissions starkaste säljargument är säkerhet. Om något går fel befinner sig reaktorn inte i en betongbyggnad på ytan, utan inlåst i ett smalt rör, omgiven av tjocka lager av berggrund och vatten.

Radioaktiva klyvningsprodukter kommer inte utan vidare kunna slippa ut i atmosfären. De förblir fångade i brunnen och i de omgivande, dåligt genomsläppliga berglagren. Det begränsar både de akuta konsekvenserna och behovet av massevakueringar – även om saneringen av en sådan underjordisk plats naturligtvis kommer att vara oerhört komplicerad.

Även vid ett nödstopp spelar designen en roll. Vattenpelaren höjd skapar ett slags naturlig termosifon: varmt vatten stiger upp, och kallare vatten strömmar automatiskt till. Det betyder att systemet kan leda bort värme passivt, utan elektriska pumpar. Vid strömavbrott finns det alltså fortfarande kylning – något som visade sig vara en kritisk svag punkt under katastrofen i Fukushima.

Mindre sårbar för jordbävningar

Eftersom reaktorn hänger i en smal, vertikal cylinder reagerar den annorlunda på jordbävningar än ett klassiskt kärnkraftverk. Stora horisontella förskjutningar av byggnader uppstår inte här; modulen rör sig primärt inom en snäv, avgränsad volym i takt med den omgivande berggrunden.

Det gör konstruktionen mycket mindre sårbar för sprickor i väggar, rörledningar eller bärande strukturer på ytan. De sårbara delarna sitter djupare, i en miljö som skakas mycket mindre än jordytan under en kraftig jordbävning.

Priser: Kärnkraft på nivå med stora gaskraftverk?

Deep Fission hävdar att kunna uppnå stora besparingar jämfört med klassiska kärnkraftverk. Genom att använda standardborrmaskiner från oljebranschen och hålla byggnadsaktiviteten ovan jord på ett minimum skulle priset per installerad megawatt kunna bli upp till fem gånger lägre.

Även byggtiden ska reduceras drastiskt. Medan stora kärnkraftverk ofta väntar i tio år eller mer, talar företaget om cirka sex månader från borrningens början till driftsättning. Det bör dock noteras att tillstånd och myndighetsgodkännanden i praktiken tar mycket längre tid än själva den tekniska uppbyggnaden.

Med 80 miljoner dollar i investerat kapital satsar Deep Fission på att borrplattformens logik kan göra kärnkraft finansiellt attraktiv igen.

Mikronukleär till datacenter och isolerad industri

Med 5 megawatt elektrisk effekt siktar Deep Fission inte mot hela städer, utan mot decentraliserade användningar. Tänk på avlägsna gruvor, mindre industriområden eller datacenter som inte vill vara beroende av ett överbelastat högspänningsnät.

För datacenter är en stabil och förutsägbar strömförsörjning helt avgörande. Vind och sol levererar inte det utan storskalig lagring – något som är dyrt och utrymmeskrävande. En underjordisk kärnreaktor kräver nästan ingen plats på ytan, bullrar minimalt och är nästan osynlig i landskapet. De mest synliga elementen är borrtorn, en liten kontrollbyggnad och kylinfrastruktur.

Från oljebrunn till kärnkraftsbrunn

Om projektet i Kansas lyckas vill Deep Fission rulla ut motsvarande enheter på andra ställen i USA. Strategin är enkel: Där man kan borra en djup olje- eller gasbrunn kan man också borra en kärnkraftsbrunn. Det öppnar dörren till en helt ny typ av energikarta, där gamla borrområden omvandlas till kompakta kärnkraftssiter.

Nya frågor om avfall, reglering och allmän acceptans

Placeringen av kärnreaktorer under jord väcker också många frågor. Vad händer med det radioaktiva avfallet, hur hämtar man säkert upp en reaktor igen efter dess livstid, och hur hanterar man läckage djupt nere i undergrunden? Erfarenheten med permanent lagring av kärnavfall i djupa geologiska formationer är fortfarande begränsad och ofta politiskt känslig.

Tillsynsmyndigheterna blir dessutom tvungna att skriva nya regler. Befintliga kärnenergiföreskrifter förutsätter anläggningar ovan jord med tydligt tillgängliga komponenter. Inspektioner nästan två kilometer ner kräver andra instrument, sensorer och procedurer – och den processen kan ta år och kommer i hög grad att avgöra om tekniken någonsin används i stor skala.

Vad detta kan betyda för kärnkraft i Europa

För europeiska länder är detta amerikanska försök först och främst en signal om att kärnkraften genomgår snabba förändringar. Medan många politiska planer fortfarande kretsar kring stora centrala projekt vid kusten visar Deep Fission att en modulär, underjordisk modell verkar tekniskt möjlig. Det kan på sikt flytta diskussionen om markanvändning, synlighet och säkerhet betydligt.

För den som följer debatten om kärnkraft är det användbart att ha koll på ett par begrepp: termisk effekt handlar om den värme som uppstår i reaktorn, medan elektrisk effekt är den ström som slutligen kommer ut ur generatorerna. Skillnaden hänger särskilt ihop med ångturbiner och generatorers verkningsgrad. Vid kompakta reaktorer är denna verkningsgrad ofta lägre än vid gigantanläggningar – vilket delvis förklarar varför 15 megawatt värme här resulterar i cirka 5 megawatt elektricitet.