Kernenergie is een controversieel onderwerp. Het is een koolstofvrije manier om elektriciteit te produceren, maar zorgen over de veiligheid en de verwijdering van afval doen de discussie eromheen oplaaien.
Hoe discutabel ook, afgelopen februari heeft de Europese Commissie kernenergie opgenomen in de taxonomie van groene energiebronnen. Met andere woorden: investeringen in kernenergie zullen worden gesteund en worden beschouwd als “overgangsactiviteiten die bijdragen tot de beperking van de klimaatverandering”.
Daarom zijn veel landen binnen de Unie gaan nadenken over de bouw – of heropening – van kernreactoren. Het opzetten van een kerncentrale gaat echter niet van vandaag op morgen. Rekening houdend met alle betrokken fasen, kan het tot 12 jaar duren om een nieuwe centrale in bedrijf te nemen. Dat is dus niet snel genoeg om het Russische gas te vervangen.
Een optie om deze tijd te verkorten is de bouw van kleine modulaire reactoren – SMRs. Deze worden ook wel geavanceerde reactoren genoemd en hebben een stroomcapaciteit tot 300 MVh – ongeveer een derde van conventionele reactoren. Wat zijn de voor- en nadelen van deze oplossing?
Korte feiten over kleine modulaire reactoren
Reactoren zijn de eenheden in een kerncentrale die gebruik maken van kernreacties. Kort gezegd is kernenergie een vorm van energie die vrijkomt uit de atoomkern – de kern. Deze energie kan op twee manieren worden opgewekt: splitsing van het atoom in delen – kernsplijting – of fusie van atoomkernen samen. De huidige centrales werken met de splijtingsmethode, terwijl de fusiemethode nog wordt onderzocht.
Uranium is de brandstof voor het opwekken van kernsplijting. Het wordt geleverd in korrels en als het atoom splitst, komen er deeltjes vrij die andere atomen doen splitsen, waardoor een kettingreactie ontstaat. Zo’n reactie genereert hitte, waardoor het koelmiddel – water, vloeibaar metaal of gesmolten zout – wordt verwarmd. Het koelmiddel produceert vervolgens stoom, die wordt gebruikt om turbines en motoren aan te drijven en elektriciteit op te wekken. Dat is in het kort wat er in een kerncentrale gebeurt en wat ook – op kleinere schaal – in SMR’s wordt nagebootst. Reactoren werken 24 uur per dag, zeven dagen per week, waardoor ze betrouwbaarder zijn dan hernieuwbare energiebronnen.
Een kleine reactor heeft een vermogen van maximaal 300 MVh – ongeveer een derde van een conventionele reactor.
Modulair betekent dat de onderdelen in de fabriek kunnen worden geassembleerd en naar de plaats van installatie kunnen worden vervoerd. Dit resulteert in lagere kosten dan bij grotere eenheden en in een kortere bouwtijd.
Schone energie in afgelegen gebieden
De belangrijkste voordelen van kleine modulaire reactoren houden verband met hun ontwerp. Door hun omvang kunnen zij in of buiten het bestaande net worden geïnstalleerd en kunnen zij elektriciteit leveren aan afgelegen gebieden. Dit geldt met name voor microreactoren – een subset van SMR’s die maximaal 10 MW kunnen opwekken – die energie zouden kunnen leveren aan ontoegankelijke gebieden. Bovendien zouden ze als back-up kunnen dienen. Ze zouden ook een oplossing kunnen zijn om brownfields – zoals buiten bedrijf gestelde kolenmijnen – nieuw leven in te blazen.
Meer veiligheid, minder brandstof
Kleinere afmetingen betekenen ook eenvoudigere en veiligere centrales. SMR’s vertrouwen op passieve systemen – natuurkundige verschijnselen zoals zwaartekracht, natuurlijke circulatie en convectie – die ingrijpen om de systemen uit te schakelen. Bovendien werken kleine modulaire reactoren met een lager vermogen. Om deze redenen neemt de veiligheid toe, waardoor de kans op het vrijkomen van onveilige radioactiviteit in de omgeving afneemt. Bovendien hebben SMR’s minder brandstof nodig. Sommige kunnen dertig jaar op één tank werken.
Neutronen lekken
Het compactere ontwerp heeft ook nadelen. Volgens onderzoek zouden SMR’s tot 30 keer meer kernafval kunnen produceren dan traditionele. Daarom verliezen kleinere eenheden veel meer neutronen die door de kettingreactie worden gegenereerd – omdat de eenheid kleiner is. Grafiet- of staalreflectoren kunnen lekkages opvangen. Deze reflectoren absorberen echter ook neutronen, die radioactief worden en zo de nucleaire afvalstroom vergroten.
Kleine modulaire reactoren produceren meer radioactieve brandstof
Een ander probleem is de brandstof zelf. Bij de winning bevat uranium minder dan 1 procent van de isotoop U235. Isotopen zijn verschillende soorten atomen binnen hetzelfde element, met hetzelfde aantal protonen – deeltjes met een positieve lading – maar een verschillend aantal neutronen – deeltjes met een negatieve lading. Voor het splijtingsproces wordt uranium verrijkt met de isotoop U235. Kleine modulaire reactoren hebben een hogere concentratie van deze isotoop nodig dan conventionele centrales. Door deze hogere concentratie is verbruikte splijtstof radioactiever. Gebruikte splijtstof komt terecht in canisters – dure stalen dozen die ontworpen zijn om tot 10.000 jaar mee te gaan. Aangezien de brandstof radioactiever is, kan elke bus minder brandstoffen bevatten. Er zijn er dus veel meer nodig.
Hogere kosten
Een ander nadeel zijn de stijgende exploitatiekosten. Elke kilowattuur elektriciteit zou meer kosten dan een kWh geproduceerd in een standaard kerncentrale, vanwege schaalvoordelen. Met andere woorden, de productie neemt af terwijl de overige kosten gelijk blijven. Om dezelfde reden zijn kernreactoren de afgelopen eeuw groter geworden.
De reactoren van morgen?
Op dit moment verlenen landen – waaronder China, Canada en de Verenigde Staten – vergunningen voor SMR’s of bouwen ze deze. In 2020 is de eerste geavanceerde reactor in Rusland commercieel in bedrijf genomen. TerraPower van Bill Gates ontwikkelt zelf SMR’s.
Hoe dan ook, kernenergie zal verdeeldheid blijven zaaien. In het geval van SMR’s is het gebrek aan ontwikkeling momenteel de belangrijkste belemmering. Meer kennis hierover zal helpen de risico’s en de voordelen ervan te beoordelen, zodat ze kunnen concurreren met hernieuwbare energie.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
