De onvermijdelijke
terugkeer van de
snelle kweekreactor
Heel aarzelend lijkt in Nederland weer enig draagvlak te ontstaan voor kernenergie. Frankrijk is inmiddels al een stap verder. Dit land heeft besloten de bouw van een snelle kweekreactor ter hand te nemen. De Fransen voorzien een run op uranium; een kweekreactor maakt zijn eigen nucleaire brandstof – en maakt dus onafhankelijk. Zulke hoge temperatuurreactoren zijn bovendien essentieel voor de zo verlangde waterstofeconomie.
Twee ontwikkelingen spelen de voorstanders van kernenergie in de kaart: Rusland gebruikt zijn olie- en gasvoorraden om zijn macht te bevestigen. Eenzijdige acties tegen Shell en tegen Wit-Rusland hebben geleid tot grote nervositeit in Europa over de energievoorziening. Daarbij stroopt China op dit moment de wereld af op zoek naar energie waarbij het westerse landen verdringt zoals in bijvoorbeeld Angola.
Er zijn twee alternatieven voor handen die op korte termijn – binnen tien jaar – voor een aanzienlijk deel de rol van olie en gas in de elektriciteitsopwekking kunnen overnemen. Kolencentrales en kernsplijting. Met de bekende kolenvoorraden kunnen we afhankelijk van het consumptietempo nog enkele eeuwen toe. Daarbij zij aangetekend dat een huidige poederkoolcentrale die zijn eigen CO2 neutraliseert (door het in de bodem op te slaan) bij de huidige stand der techniek zijn rendement ziet dalen van 45% naar 35%. CO2-opslag kost heel veel energie wat op zichzelf ironisch genoeg weer nieuwe uitstoot veroorzaakt. Onderzoek om CO2 chemisch vast te leggen (bijvoorbeeld als magnesiumcarbonaat) staat nog in de kinderschoenen. Het is onbegrijpelijk dat de Europese Commissie die zijn mond zo vol heeft over beperking van de uitstoot de optie kernenergie negeert in zijn energieplan.
Voor uranium variëren de schattingen van de voorraden van vijftig jaar tot enkele eeuwen. Voorstanders van kernenergie stellen dat – er vanuit gaande dat uranium gewoon een metaal is net als ijzer, koper, zink en nikkel, er nog onnoemelijk grote voorraden moeten zijn die economisch winbaar worden als de prijs maar verder stijgt, maar echt wetenschap hebben we dienaangaande niet omdat er de afgelopen jaren door de lage prijs nauwelijks serieus is gezocht. Bovendien: wie weet liggen die voorraden wel in Rusland en Venezuela of andere politieke brandhaarden.
Hoewel de op dit moment bekende grootste uraniumvoorraden zich bevinden in politiek stabiele regio’s (Canada en Australië) drijven China maar ook India met hun opkomende economieën de uraniumprijs op. Die is sinds 2000 met 600 % gestegen. Tot nu toe is het effect daarvan op de kilowattuurprijs van kernstroom verwaarloosbaar klein omdat de brandstofkosten van kernstroom maar enkele procenten uitmaken van de kilowattuurprijs terwijl dit bij olie- en gascentrales 60% is. (De kosten van nucleaire elektriciteit bestaan grotendeels uit de exploitatiekosten van de centrale – bouw en ontmanteling.)
Waar het om gaat is dat deze kleine getallen grote getallen worden als de prijs in het huidige tempo blijft stijgen. Het is daarom veelzeggend dat vier landen die zelf noch over olie- en gas- noch over eigen uranium beschikken de verguisde snelle kweekreactor van stal hebben gehaald: Frankrijk, Japan, India en China.
Van Uranium bestaat voor 0,7% uit splijtbare U-235, en voor meer dan 99% uit de isotoop U-238 (met drie extra neutronen en dus zwaarder). U-238 is in de huidige kerncentrales onbruikbaar. Door het verschil in massa wordt in ultracentrifuges een deel van het zware uranium 238 afgescheiden waardoor het achterblijvende uranium wordt verrijkt naar 3-5% U-235. Dat is voldoende om in een huidige reactor kernsplijting op gang te brengen.
Een snelle kweekreactor is in staat om ook de overige 99% van het uranium, U-238, te verbruiken waardoor de energieopbrengst per kilo uranium opeens verzestigvoudigt. Verarmd uranium, waar alle U-235 is uitgehaald, wordt opgeslagen bij Covra in Borsele. De voorraad van deze reststof bedraagt nu al tweeduizend ton en is een waardevolle grondstof voor snelle kweekreactoren. Het resultaat van tien jaar opslag betekent bij de huidige energieconsumptie 600 jaar energievoorraad voor een kweekreactor.
Een kweekreactor splijt plutonium, P-239, veelal afkomstig uit ontmantelde kernwapens. Overblijvende neutronen van dit splijtingsproces zijn in staat om U-238 om te zetten in eveneens P-239 zodat deze reactor in feite zijn eigen brandstof produceert (vandaar de naam kweekreactor).
De toevoeging ‘snelle’ aan kweekreactor verwijst naar de snelheid van de neutronen die het plutonium splijten. In de huidige kerncentrales wordt neutronenflux juist afgeremd door een moderator: meestal water. Dat is een voorwaarde om U-235 te splijten. Dit water is tevens het koelmiddel (300˚ C, 155 bar druk ) waarmee in een secundair circuit stoom wordt gemaakt.
Als de koeling faalt, dan is er ook geen moderator en vermindert de kernsplijting waardoor de temperatuur daalt. De nieuwste reactorconcepten raken bij het wegvallen van de koeling in een ongevaarlijke stationaire toestand doordat het oplopen van de temperatuur de kernreactie stillegt.
Daarbij vergeleken is de snelle kweekreactor vooralsnog een in potentie helse machine. Deze splijt plutonium, Pu-239, met ‘snelle’, niet door een moderator afgeremde, neutronen. Hij wordt gekoeld met natrium omdat dit neutronen niet afremt. Dit vloeibare metaal heeft een temperatuur van 400 ˚ C. Het koelsysteem staat weliswaar niet onder druk, maar in geval van lekkage ontstaat onmiddellijk brand. Het reactoromhulsel moet in het ergste geval dus een gesmolten kern kunnen opvangen. Er is op voorhand een ‘sarcofaag’ nodig.
Dat de kans op een ongeluk door allerlei veiligheidsmaatregelen statistisch verwaarloosbaar klein is, heeft de Europese publieke opinie nog niet kunnen overtuigen. Het project van de snelle kweekreactor in Kalkar (van Duitsland, Nederland en België) werd in 1985 onder druk van actievoerders afgeblazen evenals enkele jaren later het Franse project van de Super Phenix.
In het VPRO-radioprogramma Argos onthulde Friedhelm Farthmann, destijds minister in de deelstaatregering van Noordrijn-Westfalen, onlangs dat het van meet af aan politieke opzet was om Kalkar koste wat kost ook kapot te maken. Als gevolg van het besluit om niet alleen Kalkar maar ook zijn overige kerncentrales te sluiten loopt Duitsland inmiddels aan de energieleiband van Rusland.
Frankrijk, dat 78 % van zijn elektriciteit opwekt met kernenergie en niet over eigen uraniumvoorraden beschikt, laat het daar niet op aankomen. In februari van vorig jaar maakte president Chirac bekend dat Frankrijk een kernreactor van de zogeheten vierde generatie gaat ontwikkelen. Uit een presentatie die dr. J.C. Astegiano van het Centre á l’Energie Atomique (CEA) in mei gaf op een congres in Peking, blijkt ondubbelzinnig dat die Franse vierde generatiereactor een snelle kweekreactor wordt.
Alleen met behulp van hoge temperatuur reactoren kan op zo’n grote schaal waterstof worden geproduceerd als transportbrandstof dat het een werkelijk alternatief is voor olie en gas. Deze kernreactoren van de vierde generatie zijn hetzij heliumgekoeld (zoals de inherent veilige Pebble Bed Modulated Reactor) hetzij natriumgekoelde snelle kweekreactoren. Door hun uitgangstemperatuur van rond de 1000˚ C zijn die in staat water via een thermisch-chemische proces rechtstreeks ‘te kraken’ in waterstof en zuurstof. Dat is enorm veel efficiënter dan het maken van waterstof uit water door elektrolyse, dus met stroom die is verkregen uit wind- of zonne-energie.
Daarenboven maken kweekreactoren ons minder afhankelijk van de in de toekomst wellicht even wispelturige uraniummarkt. In Europa zou daarom het ter hand nemen van de ontwikkeling van een nieuwe kweekreactor niet uitsluitend een Franse aangelegenheid moeten zijn maar een Europese. Europa koopt daarmee onafhankelijkheid en de tijd die nodig is voor het bereiken van een duurzame energiehuishouding. Die tijd gunnen de Poetins en Chavezen van deze wereld ons niet.
(Erwin van den Brink is hoofdredacteur van Natuurwetenschap & Techniek en De Ingenieur. )
