Korrosion har længe været et af de centrale argumenter imod smeltesaltsreaktorer. Nu viser ny forskning fra University of Liverpool og Copenhagen Atomics, at korrosion stort set kan elimineres ved brug af renset salt.
Resultatet er et vigtigt gennembrud på vejen mod kommercielt levedygtige smeltesaltsreaktorer.
Studiet, der er offentliggjort i Journal of Nuclear Materials, dokumenterer, at saltets renhed er den afgørende faktor for at forhindre korrosion af 316L rustfrit stål – et udbredt og omkostningseffektivt materiale – i smeltesaltsreaktorer. Opdagelsen åbner for en ny generation af billigere, mere holdbare og skalerbare atomkraftværker.
Professor Maulik Patel, ph.d. og professor i nukleare materialer ved University of Liverpool, bakker op om resultaterne:
– Saltets renhed er helt centralt for at kontrollere korrosion i smeltesaltsreaktorer. Resultaterne bekræfter det, årtiers forskning – herunder arbejdet på Oak Ridge under MSRE-programmet – har peget på: Fjerner man de reaktive urenheder, bliver smeltede salte et stabilt og håndterbart miljø for reaktormaterialer. Det er et stort skridt fremad for hele feltet, påpeger han.
Udfordringen: Korrosion i smeltesaltsreaktorer
Smeltesaltsreaktorer anses for at være en lovende teknologi til ren, billig og effektiv atomenergi. Men det barske højtemperaturmiljø i smeltede fluoridsalte har historisk medført hurtig korrosion af beholderens materiale, hvilket har begrænset teknologiens kommercielle muligheder.
Tidligere løsninger har typisk været baseret på dyre højnikkel-legeringer, hvilket har øget omkostningerne og gjort produktion og skalering mere kompleks.
Thomas Steenberg, medstifter og VP Critical Materials i Copenhagen Atomics, forklarer:
– Vi håber, at dette studie én gang for alle kan mane ‘korrosionsmyten’ i jorden, dvs. forestillingen om, at smeltesaltsreaktorer er urealistiske på grund af korrosion. Ingeniørmæssige løsninger er langt at foretrække frem for brugen af eksotiske og ekstremt dyre speciallegeringer.”
Thomas Steenberg er medforfatter til studiet sammen med professor Maulik Patel
Løsningen: Renset salt forlænger materialers levetid
Forskere fra Copenhagen Atomics og University of Liverpool har gennemført langtidstests af 316L rustfrit stål i både renset og urenset smeltet salt (FLiNaK og LiThF) ved temperaturer op til 700 °C. Resultaterne var markante:
Urenset salt, indeholdende fugt og oxider, medførte alvorlig korrosion med metaltab, overfladeskader og svækkelse af strukturen allerede efter 1.000 timer.
Renset salt, hvor urenheder var fjernet, resulterede i ubetydelig korrosion selv efter 3.000 timer. Stålet bevarede sin integritet, og der dannedes kun et tyndt, beskyttende lag af kromkarbid på overfladen.
Hvorfor det er afgørende for kommercialisering
Omkostningseffektive materialer: 316L rustfrit stål er væsentligt billigere og mere tilgængeligt end højnikkel-legeringer. Det reducerer både anlægs- og vedligeholdelsesomkostninger.
Forbedret holdbarhed: Renset salt minimerer korrosion, forlænger komponenternes levetid og øger den operationelle stabilitet.
Skalerbarhed: Brugen af standard industrimaterialer og veldokumenterede rensningsprocesser gør det lettere at opskalere smeltesaltsreaktorer til bred energiproduktion.
Sikkerhed og bæredygtighed: Mindre korrosionsrisiko øger reaktorsikkerheden – en afgørende faktor i forhold til myndighedsgodkendelse og offentlig tillid.
Vejen frem
Studiet udgør et solidt fundament, men yderligere forskning er nødvendig for at analysere effekten af stråling, fissionsprodukter og dynamiske reaktorforhold på langtidsholdbarheden.
Derudover er det afgørende løbende at optimere saltrensningsprocesserne, så selv minimale spor af urenheder elimineres.
Resultaterne dokumenterer, at kombinationen af renset smeltet salt og 316L rustfrit stål er en praktisk og økonomisk løsning til konstruktion af holdbare smeltesaltsreaktorer.
Ved at adressere en af de største tekniske barrierer bringer denne forskning Copenhagen Atomics tættere på at realisere potentialet i thoriumbaserede smeltesaltsreaktorer som en billig, effektiv og skalerbar kilde til ren energi.
Kilde: Copenhagen Atomics
