Möt forskarna bakom nya lösningar för vätgaslagring och förvar av kärnbränsle

Varje år gör KTH Energiplattform en rad skolbesök med målet att bidra till nya samarbeten och initiera fler forskningsprojekt mellan KTH:s energiforskare. Vid institutionen för byggvetenskap välkomnades plattformen av Annika Gram, prefekt, med en introduktion till institutionens verksamhet. Här samlas de sju avdelningarna betongbyggnad, bro- och stålbyggnad, byggnadsmaterial, hållbara byggnader, byggteknik och design, jord- och bergmekanik, och transportplanering. Här arbetar cirka 180 forskare och hälften av institutionens studenter finns inom ämnena byggteknik och design.

Slutförvaring av kärnbränsle

Därefter tog Diego Mas Ivars, adjungerad professor i bergmekanik, vid med en presentation av sitt arbete med att förbereda för den långsiktiga förvaringen av utbränt kärnbränsle. Han delar sin tid mellan KTH och SKB, Svenska Kärnbränslehantering där han varit sedan 2015.

Det var i januari 2020 som regeringen beslutade att ge SKB tillstånd att bygga ett slutförvar för använt kärnbränsle i Forsmark. Men forskning och teknikutveckling kring slutförvaret har pågått i över 40 år i samarbete mellan universitet, forskningsinstitut och lärosäten, både i Sverige och utomlands.

Diego Mas Ivars berättade om utvecklingen av metoden KBS-3  som bygger på tre skyddsbarriärer: kopparkapslar, bentonitlera och det svenska urberget. Här bidrar kunskapen inom bergmekanik med att identifiera, förstå och konceptualisera förutsättningarna som finns i berget.

Målet är att skapa en miljö som möjliggör en förvaring under en miljon år. Tidigare planerades för en förvaring som aldrig skulle kunna öppnas men nu skapas en förvaring där bränslet ska kunna hämtas upp och upparbetas ytterligare med hjälp av ny teknik.

I konstruktionen av slutförvaringen tas höjd för allt från värmen från det sönderfallande bränslet till påverkan från jordbävningar, glaciärer, permafrost, tryckförändringar och många andra faktorer. Arbetet sker i samarbete mellan en rad olika experter inom bland annat bergmekanik, geologi, hydrologi och termiska reaktioner. Själva området bergmekanik omfattar påverkan på berget i skalor från mikrometer till kilometer.

Redan i dag finns en anläggning för slutförvaret för kortlivat radioaktivt avfall, SFR, i Forsmark. Denna planeras nu få en utbyggnad som ska startas inom kort. Här ska bland annat rivningsavfall från nedlagda svenska kärnkraftverk lagras.

Vätgaslagring under jord

Därefter tog Davi Rodrigues Damasceno vid för att berätta om sitt doktorandarbete som omfattar vätgaslagring under jord. Arbetet har gjorts i samarbete med bland annat Hybrit där vätgasen har en viktig roll för att framställa fossilfritt stål.

När en underjordisk grotta eller hålrum används för att lagra vätgas så sker det under tryck. Och beroende på mängden vätgas så sker tryckförändringar i behållaren som behöver hanteras. Damasceno har fokuserat på interaktionen mellan berget, betongen och det stållager, eller beklädnad, som används för att rymma vätgasen. Stålets funktion är att hålla behållaren tät, medan bergvägg och betong håller emot trycket. Tekniken kallas Line Rock Cavern och har utvecklats vid bland annat KTH.

Redan i dag finns liknande lageringslösningar på plats, bland annat i berget Skallen i Kvibille utanför Halmstad. Här finns ett lager för komprimerad naturgas med en volym på 40 0000 kubikmeter. I Svartöberget i Luleå, i anslutning till Hybrits testanläggning, byggs nu en pilotanläggning som ska rymma 100 kubikmeter vätgas.

I sitt doktorandarbete har Damascenos utvecklat en rad modeller för att kunna utvärdera och hantera riskerna med konstruktionen av vätgaslager enligt Line Rock Cavern-tekniken.

Konstruktion med fokus på vattenkraft

Avslutade presentationerna gjorde Anders Ansell, professor i betongbyggnad och avdelningschef för avdelningen betongbyggnad. Avdelningen rymmer forskning inom cirka nio områden bland dem avancerade konstruktionsmetoder, materialegenskaper och sprutbetong.

Här finns också forskning inom betongkonstruktioner för vattenkraftindustrin med fokus både på vattendammsbyggen och även hela kraftverkssystem samt hydraulik.

I dag finns cirka 1000 vattenkraftsdammar i Sverige, ofta byggda på 1950-60-talen, som behöver olika former av översyn eller reparation. Här har avdelningen betongbyggnad en mängd pågående forskningsprojekt med en tyngd inom vattenkraften. Bland dem projekt som ska kartlägga hur betongfundamenten påverkas när vattenkraften används som intermittent energikälla för att utjämna energisystemet som helhet. Här är hållfasthetslära ett viktigt kunskapsområde.

Avdelningen har bland annat samarbete med andra skolor inom KTH som mekanik. Dessutom är de en partner Svenskt vattenkraftcentrum, SVC, som rymmer forskning och utveckling kring vattenkraft och dammar för att bidra ett förnybart energisystem. Forskningen drar även nytta av andra laboratorier, som vid Vattenfall i Älvkarleby, för att studera olika sektioner av betongdammar under påverkan av olika vattenflöden. 

Sist på programmet stod ett rundvandring på institutionen med besök bland annat i studentverkstäder och laboratorier. Dessutom förevisades ett av de strategiskt viktiga instrumenten vid institutionen är en högupplöst datortomograf, North Star Imaging X5000. Med hjälp av den skapas röntgenbilder av allt från asfalt och betong till jord och sten i olika temperaturer. Här kan forskarna göra analyser av olika konstruktioner men även av skador och genomföra avancerad bildbaserad modellering.

Plattformens besök leddes av Christophe Duwig, vice föreståndare för Energiplattformen och Lina Bertling Tjernberg, föreståndare för Energiplattformen. Här deltog även representanterna Kerstin Forsberg, från skolan för kemi, bioteknologi och hälsa, samt Pierre Bodin, Research Support Office.

Energiplattformen besökte ABE-skolan även i slutet av år 2021 , och även digitalt under 2021 , samt under år 2019 .

Text: Magnus Trogen Pahlén