Etikettarkiv: Bränsle

Nya bränslen för säkrare kärnkraft

Andrea Fazi, doktorand och Mattias Thuvander, docent på Chalmers. Foto: Patrik Bergenstav
Andrea Fazi, doktorand och Mattias Thuvander, docent på Chalmers. Foto: Patrik Bergenstav

Förbättrad säkerhet i kärnkraftverk är syftet med ett spännande forskningsprojekt som är ett samarbete mellan Chalmers, KTH och Uppsala universitet. En beläggning på rör kan förhindra olyckor.

Genom att utveckla kärnbränslen med förbättrad tålighet mot höga temperaturer kan effekterna av en eventuell olycka minskas betydligt. Mattias Thuvander, docent på Chalmers, berättar:
– Vid olyckan i Fukushima 2011 blev det tydligt att dagens bränsle inte klarar av längre tider utan kylning. När cirkulationen av vattnet försvann ökade temperaturen snabbt. Bränslet oxiderade under kraftig vätgasutveckling, vilket ledde till explosioner. I vårt projekt vill vi förbättra materialen och därmed ge mer tid för att vidta åtgärder och undvika allvarliga olyckor.

Två sätt att förbättra bränslen
Själva kärnbränslet består av urandioxid i cylindrar som är en centimeter stora. Fyra meter långa kapslingsrör av zirkonium fylls med dessa små cylindrar.
– Vi vill utveckla bättre bränslen på två olika sätt. Om rören förbättras så de klarar högre temperaturer, börjar de inte oxidera lika fort. Genom att placera en tunn beläggning på zirkoniumrören, kan vi skydda dem mot oxidation inne i reaktorn om kylningen försvinner. Den andra delen handlar om att ersätta urandioxiden med urannitrid som har flera fördelar. Bland annat har urannitrid bättre värmeledningsförmåga, högre densitet och en bättre förmåga att ta upp farliga ämnen.
Kärnbränslets egenskaper utvärderas under normal drift och under simulerade olyckor. Vattentemperaturen höjs stegvis medan forskarna studerar korrosionen.

På marknaden inom tio år
Forskningen avseende beläggning på zirkoniumrören har gett lovande resultat, berättar Mattias Thuvander:
– För tryckvattenreaktorer verkar metalliskt krom fungera väldigt väl som skydd mot både korrosion och nötning. Denna beläggning bör även betyda att rören håller längre vid normal drift. Inom en tioårsperiod tror jag att vi har dessa rör ute på marknaden.
När det gäller kokarvattenreaktorer är vattenkemin svårare att hantera och forskarna letar vidare efter beläggningar som fungerar för denna typ av reaktor. Den vattenkänsliga urannitriden kräver också mer forskning innan man hittar en lösning.

Chalmers – Kärnbränsle

Mattias Thuvander, docent på Chalmers, leder ett materialforskningsprojekt med syftet att förbättra säkerheten i kärnkraftverk. Projektet är ett samarbete mellan Chalmers, KTH och Uppsala universitet och får bidrag från Stiftelsen för strategisk forskning, SSF.

För mer information, kontakta:
Mattias Thuvander
Docent, Chalmers
Tel: 031-772 33 22
mattias.thuvander@chalmers.se

Bränslecellen i nytt fokus på Chalmers

Anna Martinelli, docent på Institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers. Foto: Emmy Jonsson
Anna Martinelli, docent på Institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers. Foto: Emmy Jonsson

Bränsleceller har potential att bli en viktig del av ett hållbart transportsystem, men idag är de kostsamma att tillverka.
Anna Martinelli forskar om att ta fram smartare material med hjälp av vad hon kallar superfunktionella jonvätskor.

Transport- och energiförsörjningen står för hela 39 procent av växthusgasutsläppen och behovet är stort av nya, hållbara lösningar. Bränsleceller har funnits länge och baseras på en tyst och helt ren teknologi – de är utsläppsfria då endast vatten blir kvar som restprodukt. De kan användas för att driva fordon och maskiner, och som portabla laddare för exempelvis mobiltelefoner. Trots detta har bränsleceller ännu inte slagit igenom, eftersom de kräver dyra och sällsynta material och en mycket kostsam produktionsprocess.

Nanoskala
– Vår forskning syftar till att få fram nya, bättre presterande material för användning i bränsleceller och få upp deras verkningsgrad, så att de blir effektivare och mindre känsliga för uttorkning än idag. Det är forskning på nanoskala, som länkar grundforskning till tillämpad forskning, berättar Anna Martinelli, som är docent på Institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.
Idag används den sällsynta och extremt dyra metallen platina som katalysator i bränsleceller. Som membran för att leda protoner används en poly-mer som kallas Nafion, som också den är mycket kostsam att ta fram. Inom ramen för Stiftelsen för Strategisk Forsknings program Framtidens Forskningsledare (FFL) undersöker nu Anna Martinelli och hennes team på Chalmers hur man kan skapa alternativa protonledande material.

Använder silika
Specifikt undersöker de hur silika, eller kiseldioxid, där kisel är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan efter syre, skulle kunna utvecklas till ett extremt starkt och bärande nanoporöst membran. Denna nanoporösa silika fylls sedan med en så kallad superfunktionell jonvätska, som består av endast joner och kan potentiellt leda protoner, så att elektrisk ström skapas. Gruppen undersöker även möjligheten att använda specialdesignade jonvätskor för att styra upp den nanoporösa strukturen gjord av silika. Det är ett komplext och utmanande arbete, men med potential att revolutionera synen på silika som ett tillgängligt, billigt och effektivt material för bränsleceller.
– Det är unikt att använda jonvätskor på det här sättet. Vi har fått väldigt bra preliminära resultat och sett att jonvätskor med långa kolkedjor bidrar med nya funktioner, berättar Anna Martinelli.
–På sikt hoppas vi att bränslecellen med dessa nya material kan bli en viktig och effektiv lösning i arbetet mot ett hållbart och utsläppsfritt transportsystem.

Chalmers – bränsleceller

Forskningen ”Superfunktionella jonvätskor för hållbar och ren energi” är ett SSF-finansierat projekt på Chalmers tekniska högskola. Det syftar till att ta fram kostnadseffektiva material för användning i bränsleceller, samt att få upp bränslecellernas verkningsgrad och robusthet. Fokus ligger på att utveckla alternativ till dagens dyra material och processer genom att ersätta dessa med nanoporös silika, som fylls med en så kallad superfunktionell jonvätska.

www.chalmers.se
www.stratresearch.se