On the feasibility of coal-driven power stations
O. R. FRISCH
The following article is reprinted from the Yearbook of the Royal Institute for the Utilization of Energy Sources for the Year MMMMCMLV, p1001.
In view of the acute crisis caused by the threat of exhaustion of uranium and thorium from the Earth and Moon Mining System, the Editors thought it advisable to give the new information contained in the article the widest possible distribution.
Introduction. The recent discovery of coal (black fossilized plant remains) in a number of places offers an interesting alternative to the production of power from fission. Some of the places where coal has been found show indeed signs of previous exploitation by prehistoric men who, however, probably used it for jewels and to blacken their faces at tribal ceremonies. The power potentialities depend on the fact that coal can be readily oxidized, with the production of a high temperature and an energy of about 0.0000001 megawattday per gramme. This is, of course, very little, but large amounts of coal (perhaps millions of tons) appear to be available. The chief advantage is that the critical amount is very much smaller for coal than for any fissile material. Fission plants become, as is well known, uneconomical below 50 megawatts, and a coal driven plant may be competitive for isolated communities with small power requirements.
Design. of a coal reactor. The main problem is to achieve free, yet controlled, access of oxygen to the fuel elements. The kinetics of the coal-oxygen reaction are much more complicated than fission kinetics, and not yet completely understood. A differential equation which approximates the behavior of the reaction has been set up, but its solution is possible only in the simplest cases. I t is therefore proposed to make the reaction vessel in the form of a cylinder, with perforated walls to allow the combustion gases to escape. A concentric inner cylinder, also perforated, serves to introduce the oxygen, while the fuel elements are placed between the two cylinders. The necessary presence of end plates poses a difficult but not insoluble mathematical problem.
Fuel elements. It is likely that these will be easier to manufacture than in the case of fission reactors. Canning is unnecessary and indeed undesirable since it would make it impossible for the oxygen to gain access to the fuel. Various lattices have been calculated, and it appears that the simplest of all – a close packing of equal spheres-is likely to be satisfactory. Computations are in progress to determine the optimum size of the spheres and the required tolerances. Coal is soft and easy to machine’ so the manufacture of the spheres should present no major problem.
Oxidant. Pure oxygen is of course ideal al but too costly; it is therefore proposed to use air in the first place. However it must be remembered that air contains 78 per cent of nitrogen. If even a fraction of that combined with the carbon of the coal to form the highly toxic gas cyanogens this would constitute a grave health hazard I (see below).
Operation and Control. To start the reaction one requires a fairly high temperature of about 988°F; this is most conveniently achieved by passing an electric current between the inner and outer cylinder (the end plates being made of insulating ceramic). A current of several thousand amps is needed, at some 30 volts and the required large storage battery will add substantially to the cost of the installation. There is the possibility of starting the reaction by some auxiliary self-starting reaction, such as that between phosphine and hydrogen peroxide; this is being looked into. Once the reaction is started its rate can be controlled by adjusting the rate at which oxygen is admitted; this is almost as simple as the use of control rods in a conventional fission reactor.
Corrosion. The walls of the reactor must withstand a temperature of well over a 1000°F in the presence of oxygen, nitrogen, carbon monoxide and dioxide, as well as small amounts of sulphur dioxide and other impurities, some still unknown. Few metals or ceramics can resist such grueling conditions. Niobium with a thin lining of nickel might be an attractive possibility, but probably solid nickel will have to be used. For the ceramic, fused thoria appears to be the best bet.
Health Hazards. The main health hazard is attached to the gaseous waste products. They contain not only carbon monoxide and sulphur dioxide (both highly toxic) but also a number of carcinogenic compounds such as phenanthrene and others. To discharge those into the air is impossible j it would cause the tolerance level to be exceeded for several miles around the reactor. I t is therefore necessary to collect the gaseous waste in suitable containers, pending chemical detoxification. Alternatively the waste might be mixed with hydrogen and filled into large balloons which are subsequently released. The solid waste products will have to be removed at frequent intervals (perhaps as often as daily!), but the health hazards involved in that operation can easily be minimized by the use of conventional remote-handling equipment. The waste could then be taken out to sea and dumped.
There is a possibility – though it may seem remote – that the oxygen supply may get out of control; this would lead to melting of the entire reactor and the liberation of vast amounts of toxic gases. Here is a grave argument against the use of coal and in favor of fission reactors which have proved their complete safety over a period of several thousand years. It will probably take decades before a control system of sufficient reliability can be evolved to allay the fears of those to whom the safety of our people is entrusted.
(Från R. L. Weber’s fantastiska bok ”A Random Walk in Science” – först utgiven 1973, ca 200 sidor)
Professor emeritus i Fysikalisk Kemi vid KTH. Klimatdebattör sedan 2003.
Det skulle troligen gå att driva höghastighetståg med, helt utan el!
Påminner något om Clarkes(?) novell bestående av ett dokument från Mars där forskare diskuterade möjligheten av intelligent liv på jorden och fann sådant osannolikt. Alldeles för tjock och våldsam atmosfär, med massor av fritt, giftigt syre . De hade testat en sådan blandning i laboratorium och upptäckt ett sådant skräckinjagande fenomen som eld. Kombinationen av en större planet, kortare år och hindrande oceaner skulle göra det omöjligt att migrera för att slippa vintern. De spekulerade i möjligheten till flygande varelser, men fann att gravitationen skulle vara för hög för att det skulle fungera.
(Marsianerna själva hade tagit kol på varandra i ett världskrig strax efteråt, det är därför den planeten nu är död)
Var det inte i den boken det gavs exempel på en vetenskaplig artikel skriven av en katt. förresten?
År 4955…?
Då finns det fortfarande torium kvar i överflöd, utan att ens behöva gå till månen för mer… 😉
Annars ett kul tvärtom-perspektiv. 🙂
Thomas – boken kom 1973, jag hörde om den på slutet av 70-talet, men kom först nyligen på igen att den existerade. Borde ha läst den tidigare – den är superb. Mycket möjligt att det finns en artikel skriven av en katt. Det fanns i alla fall lejonjakt i Afrika, ur olika teoretiska fysikers och kvantfysikers perspektiv.
Jag har inte fått ro att läsa den i lugn och ro – för mycket böcker i pipeline.
Historien var att en författare ensam skrivit en artikel där han konsekvent använt ”we” i texten, och han fick höra av en kollega att tidskriften han tänkte skicka den till inte accepterade det när det var en ensam författare, så han tog helt fräckt och slängde dit sin katt som medförfattare. Han skickade senare ut reprints med sin egen signatur och ett tassavtryck. Katten var dessutom nära att senare bli inbjuden talare på en konferens.
Thomas #6
Kul. Tack för ett roligt kattskratt!
Thomas #6
Ha ha, vad kul! Du minns inte vad katten hette? Ibland döper ju folk sina katter (och hundar) till människonamn som gjort för att förväxla (vilket kanske är meningen).
Jag minns att det vart F.D. någonting där F.D. stod för Felix Domesticus och någonting var kattens namn som uppenbarligen gick att tolka som ett efternamn.
Thomas # 9
Franklin Delano……. Roosevelt? 😉
Thomas
Hmm, en man med humor tror jag. Felix Domesticus är tydligen ett annat namn för tamkatt….ha ha
Inser att jag måste försöka få tag på den här boken, den verkar intressant!
Lena K: #12 Den är antingen helskön eller en jättekalkon. 🙂
Vad som inte är lika roligt är att vårt välstånd är i fara. Såg programmet i TV2 i söndags om Kina som världens verkstad. IMPONERANDE UTVECKLING, KOMPETENS OCH STRATEGI! Deras utveckling går enormt fort. De satsar bla på kolkraft och får billig el och får då ytterligare en konkurrensfördel. (Vi tvingas till dyr el pga enfaldig ”grön” elproduktion!!) Kina har ju inte gått på AGW-myten! ( Ej häller Ryssland och Indien.)
Man skäms ju över västvärldens ”eniga” klimatforskare och deras djävla modeller, lättlurade politiker och okunniga/okritiska media/journalister. Kinas president är civ.ing. och premiärministern är Tekn.Dr. eller tvärt om.
När det gäller konkurrens kan man inte lulla runt och vara klimatsmart och enfaldig! Vi kommer att bli omkörda så det skriker!
Delvis är det nog vårt kristna religiösa arv som spelar oss ett spratt – SYNDAFLODSMYTEN. Vi skall känna oss syndiga för att vi lever så gott: kör bil, flyger, äter gott, bor rymligt…..
PS. Enbart hög teknisk utbildning räcker dock inte! Se på Thomas!
Lena #12, boken är en samling blandade anekdoter och skämt från vetenskapens värld. Jag vet att jag lånade den på KTH-biblioteket en gång i tiden. Bör gillas av alla med nördig humor.
Kan även rekommendera Richard Feynmans självbiografi ”Surely you are joking, Mr Feynman” om hur man blir av med myror i ett hus utan att döda någon av dem, eller hur han hade som hobby att öppna kassaskåp under sin tid i Manhattanprojektet. Kort sagt, vad gör ett geni som inte kan stänga av sin intelligens när han inte jobbar.
PS 2. till #14.Det var ju även religiösa myter om synd ( då sex)som skapade häxprocesserna på 1600-talet. Vi undrar hur man kunde vara så galna! Det fanns vittnen på att kvinnor flög till helvetet på kvastskaft och bolade med jävulen! Dåvarande auktoritet/kyrkan drev detta!
Jag är övertygad att man om hundra år kommer att se på AGW som vi i dag ser på häxprocesserna.
Kul boktips Thomas #15
Båda böckerna låter roliga.
Speciellt den senare om hur man får ett gäng myror att vandra iväg utan utövande av dödligt våld.
Det är alltid kul att komma i kontakt med rörliga intellekt som aldrig slutar att nyfiket fundera.
Thomas #15
Ja men hur lyckas man med något sådant? La han ut honungsstigar ut ur huset för myrorna att följa eller?
😀
Tack för tipset, skall kolla om de har i alla fall den första på stadsbiblioteket!
M.Sc.Eng. #14
Vad menar du med att vårt välstånd är i fara? Är det inte bra att många miljoner kineser bidrar i en rasande fart?
Vi gnetar på i halvfart knappt fem dagar i veckan i två år för att köpa en ny BMW eller SAAB, och kineserna jobbar sju dagar i veckan för att kunna köpa en pytteliten bil om fem eller tio år.
Och under tiden har vi nytta av deras slit.
Eller menar du att hela klimatbluffen var ett försök att försena industrialiseringen av Kina och Indien? Ett försök att rädda kvar jobben i västvärlden för både outbildade och högutbildade…
maggie #13
Jag tror på helskön…eller hoppas kanske snarare!
😀
Myror utrotas sedan länge utan att någon dör.
Jag tror Nipon var först att tillverka den molekyl som ger drottningen signalen att bara föda steril avkomma (arbetare)..
Att sluta föda är inte det samma som att döda.
Fy vilken tråkmåns jag är.
Eller hur Måns?
Gunnar Littmarck #21
Lenas tips om honung var roligare.
Jag tänkte mig mera att sätt upp skyltar med enkelriktat. Men det skulle ju kräva en del tid och engagemang för att få myrorna att fatta. Men vilket kul jobb…
Ni får läsa själva, men Lena är inne på rätt spår.