Pienreaktorien hyödyntämispotentiaali teollisuuden energianlähteenä Suomessa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä arvioidaan pienten modulaaristen ydinreaktorien eli SMR:ien soveltuvuutta teollisuuden energianlähteeksi. Tarkasteltaviksi teollisuudenaloiksi valittiin korkean energiankulutuksen perusteella metsä-, kemian- ja metallinjalostusteollisuus. Työssä käytetty informaatio kerättiin kirjallisuus- ja internetlähteistä.

Valituilla aloilla energiantarve katetaan suurilta osin tuotannon sivuvirtoja polttamalla. Tämän vuoksi alojen nykyinen energiantuotanto on vaikea korvata ydinvoimalla, jollon SMR:ien hyödyntämispotentiaali aloilla on rajallinen. Sivuvirtojen kuljetus- ja jatkojalostuskapasiteetti on rajallinen, mikä hankaloittaa niiden raaka-ainekäyttöä. Sivuvirtoina syntyvät masuuni-, koksi- ja häkäkaasut ovat merkittäviä rauta- ja terästeollisuuden polttoaineita. Petrokemianteollisuuden sivuvirrat kuten jalostamokaasu ovat vastaavasti merkittävässä roolissa öljynjalostuksessa, muovi- ja petrokemianteollisuudessa. Metsäteollisuuden energiantuotannossa merkittävä polttoaine on sellunkeitosta yli jäävä mustalipeä.

Tulevaisuudessa SMR:ien käyttöpotentiaali teollisuudessa voi kasvaa alojen siirtyessä fossiilisista raaka-aineista riippuvaisista prosesseista vetyä hyödyntäviin prosesseihin. SMR:n soveltuvuus vedyn tuotantoon vaatii jatkotutkimusta.

This bachelor’s thesis attempts to determine, whether small modular nuclear reactors are a suitable source of energy for the Finnish industry. Specific needs for energy and process temperatures are determined for the forest-, chemical- and metal refining industry, which are the most energy-intensive industries in Finland. Information used in the thesis was gathered using literary and internet sources.

The use of industrial side streams as fuels is tightly integrated into the current energy system, which significantly limits the potential of SMRs as a source of industrial heat. Capacity for transporing or refining the side streams is limited, which reduces their usefulness as raw materials. Off-gases such as blast furnace gas, coke gas and carbon monoxide provide a significant part of the energy used in iron- and steel industry, while refinery gas and asphaltene originating from petrochemical processes play a similar role in the refining of oil, petrochemicals, and plastics. Forest sector is likewise dependent on side stream based fuels, most notably black liquor originating from the pulp industry.

SMRs could play a more significant role in the future, as the chosen industries continue to decarbonize through the implementation of new, hydrogen based industrial processes. Use of SMRs in the production of hydrogen needs to be investigated further.