World Economic Forum (WEF) vroeg een groep internationale technologiedeskundigen om de Top 10 Opkomende Technologieën van dit jaar te bepalen. Op basis van nominaties van andere deskundigen over de hele wereld, werden tientallen voorstellen aan een reeks criteria onderworpen. Gaan de voorgestelde technologieën de samenleving vooruit helpen? Kunnen ze voor een structurele omslag zorgen? Is er nog verdere groei van te verwachten? “Technologieën die vandaag in opkomst zijn, bepalen de wereld van morgen en verder – met gevolgen voor de economie en de maatschappij in het algemeen”, zegt Mariette DiChristina, hoofdredacteur van Scientific American, en voorzitter van de WEF-stuurgroep voor Opkomende Technologieën. Omdat ook Innovation Origins constant op zoek is naar de bron van innovatie presenteren we in een 10-delige serie de door WEF geselecteerde kansrijke technologieën. Vandaag deel 8: Veiligere kernreactoren.

De hele serie is hier te vinden.

De beheersing van koolstof in de atmosfeer vereist een mix van energietechnologieën. Normaal gesproken vertellen we je alles over windenergie en nog meer over zonne-energie, maar oplossingen kunnen ook bestaan uit kernreactoren. Deze stoten geen koolstof uit, maar worden door een paar grote ongelukken als riskant beschouwd. Fukushima en Tsjernobyl spreken tot de verbeelding maar ook kleinere incidenten, zoals deze week nog bij het studiecentrum voor Kernenergie in Mol (bij Eindhoven) of twee jaar terug in de Russische Oeral. Dat risico kan aanzienlijk worden verminderd, zeggen de experts.

Oververhit Zirkonium

Commerciële reactoren gebruiken al tientallen jaren dezelfde brandstof: kleine korrels uraniumdioxide die in lange cilindervormige staven van een zirkoniumlegering zijn gestapeld. Zirkonium laat de neutronen die ontstaan door kernsplitsing in de korrels gemakkelijk door tussen de vele staven die in een reactorkern in water zijn ondergedompeld, waardoor een zichzelf in stand houdende, warmte producerende kernreactie kan worden opgewekt.

Het probleem is dat als het zirkonium oververhit raakt, het met water kan reageren en waterstof kan produceren, wat kan exploderen. Dat scenario leverde twee van ‘s werelds ergste reactorongelukken op: de potentiële explosie en het gedeeltelijk smelten van de reactorkern op Three Mile Island in de Verenigde Staten in 1979 en de explosies en het vrijkomen van straling in Fukushima Daiichi in Japan in 2011. (De ramp van Tsjernobyl in 1986 werd veroorzaakt door een gebrekkig ontwerp en verkeerde werking van de reactor.)

Fabrikanten zoals Westinghouse Electric Company en Framatome versnellen de ontwikkeling van zogenaamde ongeval-tolerante brandstoffen die minder snel oververhit raken – en, als ze dat doen, zeer weinig of geen waterstof produceren. In sommige variaties wordt de laag zirkonium gecoat om reacties tot een minimum te beperken. In andere varianten worden zirkonium en zelfs het uraniumdioxide vervangen door andere materialen. De nieuwe configuraties zouden met weinig aanpassingen in bestaande reactoren kunnen worden aangebracht, zodat ze in de komende tien jaar geleidelijk kunnen worden ingevoerd. Grondig onderzoek binnen de kern, waarmee is begonnen, zou succesvol moeten blijken en de regelgevers zouden akkoord moeten zijn. Als bonus zouden de nieuwe brandstoffen de centrales efficiënter kunnen laten draaien, waardoor kernenergie goedkoper kan worden, wat voor fabrikanten en elektriciteitsbedrijven een belangrijke stimulans is omdat aardgas, zonne- en windenergie momenteel minder duur zijn.

Lucratieve markten

Hoewel kernenergie in de VS tot stilstand is gekomen en in Duitsland en in andere landen geleidelijk wordt afgebouwd, bouwen Rusland en China er verder aan. Deze markten kunnen lucratief zijn voor de producenten van deze nieuwe brandstoffen.

Rusland zet ook andere veiligheidsmaatregelen in; recente installaties in binnen- en buitenland van het staatsbedrijf Rosatom hebben nieuwere “passieve” veiligheidssystemen die oververhitting kunnen tegengaan, zelfs als de elektrische energie van de centrale verloren gaat en het koelmiddel niet actief kan circuleren. Westinghouse en andere bedrijven hebben ook passieve veiligheidskenmerken in hun vernieuwde ontwerpen opgenomen.

Fabrikanten experimenteren ook met “vierde generatie”-modellen die gebruikmaken van vloeibaar natrium of gesmolten zout in plaats van water om de warmte van de kernsplitsing over te dragen, waardoor de mogelijkheid van gevaarlijke waterstofproductie wordt uitgesloten. China is naar verluidt van plan om dit jaar een demonstratie-heliumgekoelde reactor op het netwerk aan te sluiten.

(Het Top 10 Emerging Technologies rapport van het WEF vormde de basis voor dit artikel)