Onlangs schreven we over RePlanet, een NGO, die voorstelt om kernafval te hergebruiken als brandstof voor geavanceerde snelle reactoren, waardoor Europa mogelijk tot 1000 jaar lang koolstofvrije elektriciteit krijgt. Maar is het echt zo eenvoudig? Snelle kweekreactoren (Fast Breeding Reactors, of FBR’s), ooit een veelbelovende oplossing voor het uraniumprobleem in de jaren ’70 en ’80, werden geconfronteerd met technische en economische problemen die een grootschalige invoering in de weg stonden. De technologische vooruitgang en de toenemende bezorgdheid over het beheer van kernafval hebben de belangstelling voor FBR’s echter weer aangewakkerd. Snelle-neutronenreactoren, een type FBR, kunnen de brandstofefficiëntie verbeteren en het afval met 80% verminderen. De Internationale Organisatie voor Atoomenergie (IAEA) geeft prioriteit aan FBR’s. Kunnen FBR’s werkelijk een rol spelen bij het bereiken van een net-zero economie in Europa?
De Europese ervaring met snelle kweekreactoren in de jaren ’70 en ’80
In de jaren ’70 en ’80 heeft Europa verschillende pogingen gedaan om de technologie van snelle kweekreactoren te ontwikkelen en toe te passen. Een opmerkelijk voorbeeld was het SNR-300 project in Kalkar, Duitsland. De bouw van deze reactor begon in 1972 en was bedoeld om 327 megawatt energie te produceren en de beperkte uraniumvoorraden van het land efficiënt te gebruiken. Publieke bezorgdheid over nucleaire veiligheid en een reeks demonstraties belemmerden echter de voortgang van het project. Ondanks de voltooiing van de centrale in 1985, tegen een kostprijs van meer dan 4 miljard USD, leidde de ramp in Chornobyl in 1986 tot de annulering van het project in 1991.
Een ander belangrijk Europees project voor een snelle kweekreactor was de Superphénix in Frankrijk. De reactor, ontworpen met een elektrisch vermogen van 1,20 GW, werd geconfronteerd met technische tegenvallers, met name het koelsysteem voor vloeibaar natrium, dat last had van corrosie en lekken. Gedurende de 11 jaar dat de centrale in bedrijf was, heeft zij 53 maanden normaal gedraaid (meestal op laag vermogen), 25 maanden stilgelegen wegens technische problemen en 66 maanden stilgelegen wegens politieke en administratieve problemen.
De Superphénix was een speerpunt voor anti-kernenergiegroepen, waaronder de Groene Partij Les Verts, en ondervond aanzienlijke tegenstand tijdens de plannings- en bouwfase. In 1997 kondigde de Franse premier Lionel Jospin de sluiting van de centrale aan wegens de buitensporige kosten. De Franse rekenkamer erkende de lage beschikbaarheid van de reactor, maar constateerde verbeteringen in 1996 en schatte dat een beschikbaarheid van meer dan 46% het economisch haalbaar zou hebben gemaakt om de centrale ten minste tot 2001 open te houden. De sluiting van Superphénix betekende het einde van de exploitatie van snelle kweekreactoren voor elektriciteitsproductie in Europa.
Recente vooruitgang in de technologie van snelle kweekreactoren
Technologische innovaties in materiaalkunde, reactorfysica en engineering hebben geleid tot verbeterde ontwerpen met verbeterde veiligheidsvoorzieningen, beter brandstofgebruik en lagere bouw- en bedrijfskosten.
Belangrijke ontwerpverbeteringen sinds de pogingen in de jaren tachtig omvatten de ontwikkeling van geavanceerde splijtstoffen en bekledingsmaterialen, zoals met oxidedispersie versterkt staal en composieten van siliciumcarbide, die de prestaties en veiligheid van de reactor kunnen verbeteren door hogere temperaturen en stralingsniveaus te weerstaan. Een andere verbetering is het gebruik van passieve veiligheidssystemen, zoals natuurlijke circulatiekoeling en inherente reactiviteitsfeedbackmechanismen, die de kans op ongevallen aanzienlijk kunnen verkleinen en de operationele complexiteit kunnen verminderen.
Snelle reactoren, waaronder FBR’s, halen meer energie uit gebruikte kernbrandstof en verminderen het afval met wel 80%. Door het gebruik van technieken zoals pyroprocessing hebben wetenschappers van het Argonne National Laboratory manieren ontwikkeld om gebruikte brandstof te recyclen zonder zuiver plutonium af te scheiden, waardoor de proliferatierisico’s worden beperkt. Deze vooruitgang op het gebied van pyroprocessing en elektrochemische technieken voor splijtstofrecycling heeft ook een efficiëntere scheiding van actiniden en splijtingsproducten mogelijk gemaakt, waardoor het volume hoogactief afval en de totale kosten van de splijtstofcyclus zijn verminderd.
De nieuwe generatie snelle-neutronenreactoren neemt effectief de afvalproblemen weg via een koolstofvrij afval-tot-energieproces, waarbij de meeste resterende splijtingsproducten binnen 200-300 jaar worden teruggebracht tot radioactiviteitsniveaus die vergelijkbaar zijn met die van het oorspronkelijke uraniumerts.
Snelle kweekreactoren en het kernafvalprobleem
Het voorstel van RePlanet omvat het hergebruik van nucleaire materialen en de bouw van een programma van snelle reactoren ter ondersteuning van wind- en zonne-energie om een netto-nul economie in Europa te bereiken. Snelle reactoren kunnen de congestie op het net verlichten en de continuïteit van de energievoorziening verbeteren, waardoor de ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen wordt vergemakkelijkt. Een last kan worden omgezet in een circulaire economische activiteit door middelen die bestemd zijn voor diepe geologische berging om te buigen naar een programma voor snelle reactoren.
Het gebrek aan financiële prikkels en de vrees voor proliferatie vormen uitdagingen die de invoering van pyroprocessing en snelle reactortechnologie belemmeren. Pyroprocessing pakt echter de proliferatieproblemen aan door plutonium te mengen met uranium en hoogradioactieve actiniden. Pyroprocessing-installaties met snelle reactoren kunnen worden gebouwd op voormalige lichtwaterreactoren, waardoor de veiligheidsrisico’s afnemen. Als het voorstel van RePlanet wordt uitgevoerd, kan kernafval worden omgevormd tot een circulaire economische activiteit die Europa tot duizend jaar lang koolstofvrije elektriciteit kan leveren.
Milieuproblemen en kernenergie
Een snelle kweekreactor kan het gebruik van het momenteel al aanwezige kernafval aanzienlijk uitbreiden door er meer energie uit te halen, maar kan de noodzaak van het winnen van uranium of plutonium niet volledig wegnemen. Greenpeace betoogt dat kernenergie niet de weg is naar een groene en vreedzame koolstofvrije toekomst om zes redenen, waaronder hoge kosten, trage invoering en de productie van giftig afval. De organisatie benadrukt dat er grote hoeveelheden radioactief afval worden geproduceerd door nucleaire brandstofcycli, en dat geen enkele regering heeft opgelost hoe dit afval veilig kan worden beheerd. Bovendien stelt het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) dat hernieuwbare energiebronnen zoals zon, wind, waterkracht en geothermische energie tegen 2050 80% van de wereldstroom zouden kunnen leveren.
Ondanks deze bezorgdheid bieden snelle kweekreactoren het potentieel om enkele van de meest dringende problemen van de nucleaire industrie aan te pakken, zoals afvalvermindering en brandstofefficiëntie. Naarmate de technologie voortschrijdt en de klimaatverandering steeds dringender wordt bestreden, kunnen investeringen in FBR-ontwikkeling en -onderzoek de weg vrijmaken voor een duurzamere en milieuvriendelijkere toekomst. Terwijl het debat over FBR’s en hun rol in een groenere wereld voortduurt, is het essentieel dat alle mogelijke wegen worden verkend om de wereldwijde energiecrisis aan te pakken en over te schakelen op een koolstofvrije toekomst.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
