Thorium er et naturligt forekommende metal, der i årtier har været betragtet som en potentiel energikilde til fremtidens nukleare teknologier. Med sine unikke egenskaber, herunder rigelige ressourcer og lavere radioaktivitet sammenlignet med uran, præsenterer thorium en lovende mulighed for at skabe mere bæredygtige og sikre energisystemer. Men – trods de mange fordele har praktisk anvendelse og kommercialisering af thorium som brændstof mødt betydelige teknologiske og økonomiske udfordringer.

Thoriums oprindelse og egenskaber

Thorium blev opdaget i 1828 af den svenske kemiker Jöns Jacob Berzelius og er opkaldt efter den nordiske tordengud Thor. Det forekommer naturligt i en enkelt isotop, Th-232, som har en ekstremt lang halveringstid, der er omkring tre gange jordens alder. Thorium er cirka tre gange mere udbredt end uran i naturen og findes hovedsageligt i mineralet monazit. Indien har verdens største thoriumressourcer med anslået 846.000 tons, efterfulgt af Brasilien og Australien.

I sin rene form er thorium et sølvhvidt metal, der er korrosionsbestandig og bevarer sin glans i flere måneder. Thoriumoxid (ThO2) har et ekstremt højt smeltepunkt på 3.300°C, hvilket gør det anvendeligt i varmebestandige materialer som keramik og belysningskomponenter.

Thorium som nukleart brændstof

Thorium er ikke fissilt, hvilket betyder, at det ikke kan anvendes direkte som brændstof. Det er dog fertilt og kan omdannes til fissilt uran-233 (U-233) ved neutronbestråling i en reaktor. Dette gør thorium attraktivt som en del af en nuklear brændstofcyklus, hvor det kombineres med fissile materialer som uran-235 eller genanvendt plutonium.

Molten Salt Reactors (MSRs) er specielt velegnede til thoriumbrændstof. I disse reaktorer anvendes en flydende brændstofblanding, der indeholder thorium og uranfluorider, hvilket muliggør løbende fjernelse af affaldsprodukter og forbedret sikkerhed. MSR-teknologien blev udviklet i USA i 1960’erne, og Kina leder i dag en omfattende forsknings- og udviklingsindsats inden for denne teknologi.

Fordele ved Thorium

1. Rigelige Ressourcer: Thorium findes i store mængder globalt og kan udvindes som biprodukt fra sjældne jordarter.
2. Høj Sikkerhed: U-233, der produceres fra thorium, indeholder U-232, som afgiver gamma-stråling og gør materialet svært at anvende i våben.
3. Lavere Affaldsproduktion: Thoriumbrændstof producerer mindre langtidsradioaktivt affald sammenlignet med traditionelle uranbaserede cyklusser.
4. Bæredygtighed: Thorium tilbyder en potentiel selvforsynende brændstofcyklus uden behov for hurtige neutronreaktorer.

Udfordringer ved Thoriumbrændstof

 Trods mange fordele står thorium over for udfordringer:

• Høje Udviklingsomkostninger: Omfattende forskning og testning er nødvendig for at licensere og kvalificere thoriumbaserede brændstoffer.
• Manglende Infrastruktur: De fleste nuværende reaktorer er designet til uran, hvilket gør overgangen til thorium kostbar.
• Kompleksitet i Brændstoffabrikation: Th-232’s omdannelse til U-233 skaber udfordringer på grund af forekomsten af U-232 og dets høje gamma-aktivitet.

Forsøgsreaktor hos danske Copenhagen Atomics.

Thorium i fremtidens energi

Flere lande, herunder Indien, Norge og Kina, investerer betydeligt i thoriumteknologi. Indien har en tre-faset strategi, der involverer anvendelse af thorium i tungtvandsreaktorer (PHWR), hurtige opformeringsreaktorer (FBR) og avancerede tungtvandsreaktorer (AHWR). Kina arbejder på udviklingen af thorium-baserede MSR’er med planer om at bygge pilotanlæg inden 2030. Thorium repræsenterer en lovende mulighed for at skabe en mere sikker og bæredygtig nuklear energiforsyning. Mens teknologiske og økonomiske udfordringer fortsat skal overvindes, kan thorium spille en afgørende rolle i at diversificere og forbedre verdens energilandskab. Thorium-reaktorer tilbyder en lovende løsning på fremtidens energibehov med enestående fordele inden for sikkerhed, bæredygtighed og effektivitet, hvilket gør teknologien til en nøgleaktør i den grønne omstilling. Thoriumværker kører på højt niveau dag og nat, og kan i modsætning til konventionelle værker justeres op og ned i deres output

Sikkerheden

Selvom thorium selv er relativt stabilt, producerer omdannelsen til uran-233 (U-233) altid en vis mængde uran-232 (U-232), som genererer gamma-stråling. Dette skaber udfordringer for brændstoffabrikation og sikker håndtering. Thoriumbrændstof producerer mindre transuranisk affald sammenlignet med uran, men affaldshåndtering er stadig et anliggende. Dog er de kortlivede radioaktive isotoper –  der dannes under brændstofcyklussen – lettere at håndtere.

fremdrift i udviklingen til mange formål

Flere lande og virksomheder arbejder aktivt på at udvikle thorium-baserede reaktorer, og nogle projekter nærmer sig kommerciel anvendelse.

Kina har gjort betydelige fremskridt inden for thorium-baseret nuklear teknologi. I september 2024 begyndte Kina opførelsen af verdens første thorium-drevne smeltsaltsreaktor i Gobi-ørkenen. Denne reaktor, som forventes at være operationel i 2025, vil bruge thorium som brændstof i stedet for det traditionelle uran. Reaktorer med smeltet salt betragtes som “naturligt sikrere” end traditionelle vandkølede reaktorer.

Det danske firma Copenhagen Atomics udvikler kompakte smeltesaltsreaktorer, der anvender thorium som brændstof. Virksomheden har rejst over 25 millioner euro og har udviklet fuldskala reaktorhardware til smeltesaltsreaktorer. De planlægger at have deres første reaktor i drift som forsøgsreaktor i Schweiz i 2025 og sigter mod masseproduktion af kompakte thorium-reaktorer. Da det er ulovligt at spalte et atom i Danmark, har firmaet måtte søge til Schweiz for at færdiggøre reaktoren.

Flibe Energy i USA – grundlagt af tidligere NASA-ingeniør Kirk Sørensen – arbejder på at udvikle flydende fluorid thorium-reaktorer (LFTR). Virksomheden fokuserer på små modulære reaktorer designet til at levere energi til militærbaser og fjerntliggende områder.

Verdens første thorium-baserede kraftværk i fuld drift bliver antageligt kinesisk med forventet idriftsættelse i 2029.

*****

Illustration af en thorium-baseret molten salt reaktor. Den fremhæver de centrale komponenter: Fluoride salt loop, heat exchanger og blanket salt.