Pleidooi voor onderzoek naar geheel nieuwe vorm van kernenergie

Gepubliceerd op 10-06-2015 om 19:02

1 juli 2015 – Er is meer onderzoek nodig naar de mogelijkheden van thorium. Thorium zou wel eens tot een omwenteling in de kernenergie kunnen leiden.

160609-Kloosterman
Prof. dr. ir. Jan Leen Kloosterman (Associate Professor of Nuclear Reactor Physics, Section Physics of Nuclear Reactors, Department of Radiation, Science & Technology, Faculty of Applied Sciences, Delft University of Technology)

Ons huishoudelijk elektriciteitsverbruik bedraagt jaarlijks circa 1000 kilo-Watt-uur per capita. Huiseigenaren met een gunstig dak kunnen dat zelf opwekken met zonnepanelen en daarmee het gevoel creëren zelfvoorzienend te zijn. Maar dit is allerminst het geval want ons totale elektriciteitsverbruik is zeven maal zo groot en ons totale energieverbruik maar liefst 25 maal! Wij stillen onze energiehonger met de verbranding van fossiele brandstoffen. Alle inspanningen ten spijt, dragen alternatieve energievormen inclusief waterkracht en kernenergie maar voor 20 procent bij.

CO2-uitstoot beteugelen
Wij zullen wereldwijd enorme inspanningen moeten verrichten om de CO2-uitstoot die met de verbranding van fossiele brandstoffen gepaard gaat te beteugelen zodanig dat de temperatuur op aarde niet al te zeer toeneemt. Ongunstige omstandigheden hierbij zijn de verwachte groei van de wereldbevolking van 7 naar 11 miljard mensen in 2100 en de groei van het energieverbruik in werelddelen waar de bevolkingsgroei het grootst is. Denk hierbij aan Afrika dat zal groeien van één miljard mensen nu naar vier miljard in 2100 en dat nu per capita maar een-tiende van onze energieconsumptie verbruikt. Wij dienen daarom alle technologie in te zetten die op verantwoorde wijze kan bijdragen aan de reductie van de CO2 uitstoot. Kernenergie is hier één van.

In bestaande kerncentrales wordt door kernsplijting van uranium warmte geproduceerd , die vervolgens wordt omgezet in stoom waarmee een turbine wordt aangedreven om elektriciteit op te wekken. Hierbij wordt relatief kort-levend (300 jaar) kernsplijtingsafval geproduceerd en lang-levend plutonium. Het plutonium is net als uranium gedeeltelijk splijtbaar en kan éénmalig in bestaande reactoren worden gerecycleerd, waarna het verder in nieuwe Generatie-IV reactoren moet worden gerecycleerd. Het alternatief is dit plutonium voor honderdduizend jaar veilig op te bergen in de ondergrond. De meeste kernsplijtingsproducten zijn echter maar gedurende een paar jaar radioactief. Het verval dan deze producten leidt wel tot extra warmteproductie die doorgaat ook als de kernsplijtingsreactie wordt gestopt. De veiligheidssystemen van een kerncentrale zijn erop gericht dat deze warmte niet kan leiden tot oververhitting van de splijtstof, omdat dat zou kunnen leiden tot een kernsmeltongeval zoals in Fukushima heeft plaatsgevonden.

Gesmolten Zout Reactor
Binnen Generatie-IV wordt gewerkt aan een geheel nieuwe vorm van kernenergie gebaseerd op thorium in plaats van uranium. Omdat thorium zelf niet splijtbaar is, maar eerst moet worden omgezet in splijtbaar uranium-233, kan een kettingreactie alleen standhouden in speciale reactoren. De Gesmolten Zout Reactor (Molten Salt Reactor – MSR) is hier één van. Een MSR bestaat uit een blok grafiet met kanalen waardoorheen een fluoridezout stroomt met daarin opgelost het thoriumfluoride. De warmte wordt via een tweede circuit afgegeven aan een systeem dat proceswarmte en/of elektriciteit genereert. De combinatie van thorium in een MSR biedt de volgende voordelen:

  • De splijtstof zit opgelost in het koelmiddel en vormt één medium. Beschadiging van splijtstof door verlies aan koelmiddel kan niet plaatsvinden.
  • De reactor is inherent veilig. In geval van oververhitting stroomt het zout vanzelf naar passief gekoelde vaten onderin het reactorgebouw.
  • De primaire en secundaire circuits zijn drukloos. Er is dus geen drijvende kracht die kan leiden tot verspreiding van het zout.
  • Het zout wordt continue gezuiverd. De radioactieve splijtingsproducten worden verwijderd, het uranium en andere langlevende actiniden blijven achter en worden geheel verspleten.
  • Eén gram thorium levert evenveel energie op als bij de verbranding van 2500 liter benzine vrijkomt.
  • Er is voldoende thorium om voor tienduizenden jaren in het mondiale elektriciteitsverbruik te voorzien.

Het gebruik van thorium in de gesmolten zout reactor betekent een omwenteling in de kernenergie en een paradigmaverschuiving op het gebied van reactorveiligheid. Wel moet er nog veel onderzoek plaatsvinden voordat deze technologie beschikbaar is. Dit behelst vooral de chemie om het zout te zuiveren en de zoutsamenstelling te controleren, nieuwe materialen die onder hoge temperatuur en in een intens stralingsveld de fluoridezouten kunnen weerstaan, en geavanceerde veiligheidsanalyses gebaseerd op de filosofie dat het koelmiddel en splijtstof één medium vormt dat vrij moet kunnen expanderen en stromen. TU Delft speelt hierin een belangrijke rol en coördineert het Europese onderzoek naar deze nieuwe vorm van kernenergie. Alhoewel er nog veel onderzoek moet plaatsvinden, is de belofte van thorium in de gesmolten zout reactor te groot om zomaar links te laten liggen!

Prof. dr. ir. Jan Leen Kloosterman

Reacties graag per mail naar FluxEnergie

Auteur: Redactie

Reageren op dit artikel is niet mogelijk.