Tooriumist saab puhast elektrit

Tuumajaamaga seostuvad inimestel Tšornobõl, Fukushima ja pidev ärevus, et kui seal jaamas midagi juhtub, on keskkonnakahju tohutu. Tegelikult aga leiutati tuumaenergia algusaegadel mitut tüüpi reaktoreid. Üks neist, uraanist ja plutooniumi tuumade lõhustamisel energiat tootev reaktor,  läks käiku (legendi järgi) sellepärast, et seda tüüpi tuumaenergiajaamast sai aatompommide jaoks vajalikku toorainet – plutooniumi. Kas see oli ainsaks põhjuseks, on nüüd tagantjärgi muidugi keeruline kindlaks teha, aga selge oli ka see, et kõik teised tehnoloogiad olid oluliselt keerulisemad. Kirjutab Kaido Einama. 

Üks alternatiivseid tuumaenergia saamise viise on nn sulasoolareaktor. Teoorias arendati see tehnoloogia välja umbes samal ajal, kui esimesed uraanireaktorid, kuid töösse tunduvalt keerulisemat ja materjalidele suuremaid nõudmisi esitavat reaktorit veel ei võetud. 1946. aastal leiutatud tehnoloogiat taheti esialgu kasutama hakata ülehelikiirusega lennukis. Selleks, et töötav jaam valmis saada, kulus aga veel paarkümmend aastat. 

Tooriumi toorainena kasutanud sulasoolareaktor töötas 1970. aastani Ameerika Ühendriikides Oak Ridge´i katselaboris, kuid suleti kui tehnoloogia, mis ei leidnud rakendust. Nüüd aga on hakatud seda tüüpi tehnoloogia poole uuesti tõsisemalt vaatama, kuna uraani, kui tooraine varud, on piiratud ja tooriumi leidub maailmas palju enam (isegi Eestis). Nii ongi Euroopa Liidus ja Hiinas hakatud tooriumireaktoreid julgemalt arendama, mõtteid seda tüüpi tehnoloogiat kasutama hakata on mõlgutanud ka Norra.

Tooriumi kolm eelist

Kui tooriumi esimeseks eeliseks on parem kättesaadavus ja seega võrreldes uraaniga ka toorme odavus, siis üheks põhieeliseks on sulasoolareaktori ohutus. Kui uraanireaktoris võib avarii korral juhtuda nii, nagu juba juhtus Tšornobõlis või Fukushimas, kus rikke korral sulab reaktor üles, siis sulasoolareaktor lihtsalt lakkab töötamast ning jahtub maha. Sulasool aga muutub tahkeks ega valgu kuhugi. Sulasool tahkub õhuga kokkupuutel jahtudes kiiresti, isoleerides selles oleva nõrgalt radioaktiivse tooriumi, nii et võimaliku lekke või avarii korral tekib ümbritsevasse keskkonda palju vähem kiirgust või ei juhtu üldse midagi, mis ümbrust mõjutaks.

Lisaks on tooriumireaktoril veel kolmas tähtis eelis – see ei vaja nii palju jahutusvett, kui „traditsioonilised“ tuumareaktorid, mis tuli tavaliselt rajada mõne veekogu juurde, kus hiljem oli probleemiks soojendatud vee tagasi loodusse suunamine või jahutamine. Sulasoolareaktor vajab vett minimaalselt, seega saab sedalaadi energiajaamu rajada kasvõi kõrbe või sügavale sisemaale. Plaanitud on ka reaktori sügavale maa alla, näiteks hüljatud kaevandusse, peitmist.

Holland peab tehnoloogiat perspektiivikaks

Hollandi firma NRG käivitas 5. septembril 2018 oma liitium- ja tooriumfluoriidi katsereaktori ja hakkas sellega tootma energiat hästi kättesaadavast maavarast – tooriumist. Võrreldes uraaniga on hinnale lisaks eeliseks ka selle väiksem radioaktiivsus. 

Nüüd, kolm aastat hiljem, on NRG moodustanud tooriumireaktori tehnoloogia energeetikas rakendamiseks konsortsiumi, kuhu kuulub lisaks ettevõttele endale TU Delft, DIFFER ja reaktori väljaarendaja Thorizon. Plaan tooriumist energiat saada on tuulikutemaal üsna tõsine ja tegudeni loodetakse jõuda sel kümnendil.

Samas pole hollandlased veel töötava kommertstehnoloogiani jõudnud. Selle küpsuse saavutab ilmselt esimesena hoopis Hiina, kus uuritakse väga aktiivselt alternatiivseid energiaallikaid. Just selle artikli ilmumise ajaks peaks tootmiseks sobiv eksperimentaalne reaktor valmis olema. See paigutataksegi kaugele Taklamantani kõrbe, kus pole inimasustust ega vett. Piirkonda nimetati vanasti „Koht, kust ei tulda tagasi“, sest seda peeti läbimatuks veepuuduse ja suviste kõrgete temperatuuride tõttu. Uus energiajaam aga peaks sellistes oludes hästi hakkama saama. Sulasoolareaktori tehnoloogia on üsna hooldusvaba, nii et see ei vaja ka kuigi palju inimtööjõudu ja juhtimist.

Hiina plaanib rajada 30 tooriumireaktorit

Hiina valitsuse juhitud uuringu tulemusena avalikustasid teadlased plaani esimese eksperimentaalse kommertstuumajaama rajamiseks, mis ei vaja jahutamiseks lisavett ning mille tooraineks on toorium. 

Hiina reaktori esimesed katsed algavad tänavu septembris. See sillutab teed esimese kommertsreaktori ehitamiseks, mis on kavas valmis saada aastaks 2030.

Esimese sellise katsereaktori asukoht Hiinas on keset kõrbe Wuwei linna lähedal. Hiina plaanib ehitada uued reaktorid rohkem Lääne-Hiina hõredalt asustatud kõrbealadele ja tasandikele, aga ka välisriikidesse, kuhu on plaanis oma tehnoloogiat eksportima hakata. Ülemaailmse investeerimisprogrammi kaudu tahetakse tulevikus, kui uus tehnoloogia õnnestub, investeerida ligi 70 riigi infrastruktuuri ja energeetikasse. 

Tooriumireaktor on ka osa Hiina plaanist saavutada aastaks 2060 süsinikuneutraalsus. See on ambitsioonikas plaan, kui arvestada, et 2019. aastal heitis Hiina atmosfääri rohkem süsinikdioksiidi, kui läänemaailm kokku.

Tehnilisi andmeid: Tartu-suurusele linnale piisaks ühest tooriumireaktorist

Hiina tooriumireaktor on suhteliselt väike, tootes vaid 100 MW energiat. Võrduseks – uraanireaktoriga tuumajaamasid on USA-s alates New Yorgi väikesest 582 MW jaamast, Arizonas asuva kõige suurema, 3940 MW mitme reaktoriga jaamani. Seega sobib tooriumireaktor hõredamasse asustusse ja neid võib rajada hajutatult ka väiksemate linnade juurde. 

Tuumajaama „tuum“ on väga kompaktne. Hiina projekti järgi on reaktor kolm meetrit kõrge ja 2,5 meetrit pikk. Võimsusest (100 megavatti) jätkub ligi saja tuhande inimese energiavajaduseks ehk peaaegu Tartu-suuruse linna varustamiseks. Elektrit toodetakse reaktori juures auruturbiiniga, kus saab kasutada suletud tsüklis vett.

Shanghai teadlaste välja töötatud Hiina sulasoolareaktor suudab toorainet lisamata töötada ühe „laadimisega“ 1520 päeva.

Reaktoris on temperatuur 600 kraadi, mis pole ülikõrge ega ohtlik. Toorium muutub kõrge energiatasemega neutronitega pommitades uraan 233-ks, mis pooldudes eraldab vajaminevat soojusenergiat ning uusi neutroneid, mis protsessi ahelreaktsiooniga käigus hoiavad. Energia salvestatakse vedelas tooriumisoolas, mis juhitakse teise kambrisse ja kus soojusülekandega eraldatakse energia. Elektrit saadakse sealt tavaliselt auruturbiinidega.

Uraan 233, mis tooriumireaktoris tekib, on hiljem taaskasutatav muudes tuumajaamades ning vähesed radioaktiivsed kõrvalproduktid on poolestusajaga kuni 500 aastat. Võrdluseks – uraanireaktori tuumajäätmete poolestusaeg on ligi 10 000 aastat.

Eesti on tooriumi poolest rikas isegi kaevandusi avamata

Vastab geoloog Alvar Soesoo

Kas Eestis on tooriumivarusid?

Eesti tooriumivarusid otseselt uuritud ei ole. Küll aga on teada tooriumi kontsentratsioonid mitmetes Eesti võimalikes tulevikumaavarades. Siinkohal võib ära märkida fosforiidi ja musta kilda (tuntud ka graptoliitargilliidi või diktüoneemaargilliidina). 

Lisaks fosforile on Eestis fosforiidis ka muid elemente, sealhulgas uraani ja tooriumit. Tooriumit on fosforimaagis muidugi üsna vähe, keskmiselt 5 ppm (ehk 5 grammi ühes maagi tonnis), aga kui arvestada võimalikku fosforiidikaevandamist suurusjärgus 5 miljonit tonni maaki aastas, siis oleks võimalik kõrvalproduktina kokku koguda kuni 27 tonni tooriumit aastas, mida ei olegi vähe.

Teadlased on mudeldanud ja kokku arvutanud mitmete metallide võimaliku koondsisalduse Eesti mustas kildas. Näiteks kogu Eesti mustas kildas on üle 6 miljoni tonni puhast uraani ja umbes 213 000 – 254 000 tonni tooriumi. Tooriumi maagina on must kilt muidugi lahja, aga jällegi, kui tooriumit eraldada muude metallide (nagu tsink, molübdeenium, vanaadium jt) kõrvalproduktina, võib see isegi ära tasuda. Muidugi vajab ka uraan igal juhul maagist eraldamist.

Kuid Eestis on ka teisi võimalusi tooriumi kaevandamiseks. Mõnel juhul ei peaks klassikalises mõistes üldse kaevandama. Näiteks Tallinna lähedal Maardus on nõukogude ajal kunagise fosforiidikaevandamise käigus kuhjatud suures koguses musta kilta. Isegi tagasihoidlikud arvutused näitavad, et nendes kaevandamise jäätmetes on umbes 3650 tonni uraani ja 730 tonni tooriumi, mis ei ole väikesed arvud! 

Lisaks peab kindlasti ära nimetama kuulsa Sillamäe jäätmehoidla, kuhu aastakümnete jooksul kuhjati Sillamäe uraani ja haruldaste metallide tootmise jääkprodukte. Selles, praegu hästi isoleeritud „hoidlas“, on varus umbes 1200 tonni uraani ja 800 tonni tooriumi. 

Seega on juba teadaolevate andmete alusel Eesti tooriumi poolest üsna rikas ja seda isegi tooriumikaevandusi avamata. Enamasti on ka teistel riikidel oma tooriumiressursid lõplikult kaardistamata (väikeste eranditega). 

Kui lähtuda tooriumist, kui võimalikust kaasproduktist, mitmete Eestis teadaolevate maavarade kontekstis, siis on võimalik soodsatel tingimustel oma maa ressursist tooriumit toota. Suure tõenäosusega hakkab Eesti kasutama oma fosforiiti, seega teadlased võiks ettevaatavalt mõelda tooriumi (ja uraani) eraldamise tehnoloogiate peale juba praegu. Maardu musta kilda mäed on pisike keskkonnamure olnud pikki aastaid ja jääb selleks ka praegu, ehk siis sellega oleks vaja midagi ette võtta. Ette võtta siinkohal tähendaks eeskätt sellest metallide eraldamist ja ülejäänud materjali keskkonnaohutut säilitamist. Ehk ka seal, lisaks mitmetele kõrge turuväärtusega metallidele, on uraani ja tooriumiga vaja midagi ette võtta. Kas minna Sillamäe radioaktiivset jäätmehoidlat taasavama, see on eeskätt tehnoloogiline küsimus, millele me täna veel vastata ei taha.

Kas tooriumireaktor võiks sobida Eesti oludesse?

Hiina on oma uuringutega jälle maailmale energiatootmise vallas märgi maha pannud. Hiinlased on kahtlemata hästi ära kasutanud maailmas juba aastakümneid teadaolevat infot tooriumireaktorite tehnoloogiate kohta ja jõudnud efektse katsejaamani. Paar lähiaastat selgitavad kindlasti välja tooriumi kasutamise võimaluste tehnoloogilised ja majanduslikud piirid. 

Ka Eestis on energeetikas vaja uusi lahendusi. Uued lahendused peaksid ideaalis olema väiksema Maa ressursside kuluga, ohutud ja ka majanduslikult võimalikud. Võrreldes mitmete „roheliste“ energiatootmise lahendustega (päike, tuul) on hüdro- ja tuumaenergeetika suhteliselt väikese materjalikuluga ning ma ei imestaks, kui ka Eesti võtab otsustavalt suuna tuumaenergia suunas. Juhul, kui tooriumireaktorid jõuavad katsetusjärgust reaalsesse tegevusse, võiks see tehnoloogia kahtlemata olla Eesti tulevik. Me ei saa ja ei tohi oma energiatootmist kontsentreerida vaid ühte-kahte punkti riigis, ka selles energiatootmise hajutamise vallas oleks tooriumil põhineval energiatootmisel kindlasti jumet. 

Täpsemad andmed Eesti uraani ja tooriumi ressursside kohta on avaldatud 2020. aastal ajakirjas Minerals (https://www.mdpi.com/2075-163X/10/9/798), artikli autoriteks Alvar Soesoo, Johannes Vind ja Sigrid Hade.