Kernenergie
Een gemiddelde kerncentrale begint pas na 10 jaar energie te leveren, levert netto weinig energie op en produceert jaarlijks meer dan 1 miljoen ton CO2. Er is energie nodig voor
- Uranium winning
- Conversie
- Verrijking
- Het maken van de brandstofstaven
- Energie opwekking in de kerncentrale
- Tijdelijke opslag brandstofstaven
- Afkoelen nucleaire onderdelen
- Ontmantelen nucleaire onderdelen
- Verwerken nucleair afval
- Opslag nucleair afval
Met zon, wind, biomassa, waterstof en CCS zijn er voldoende opties om de uitstoot verder te verlagen. Alle energie die Nederland nodig heeft is met 10 kerncentrales op te wekken.
Zon en wind zijn geen constante energiebronnen. Bij te weinig of geen wind of te weinig zon gaat na verloop van tijd de energietoevoer haperen. Bij kernenergie bestaan die problemen niet.
Een kerncentrale bouwen kost miljarden. Bovendien hebben de bouwprojecten ook nog eens de neiging meer te kosten dan begroot. En het ontmantelen van de reactor wanneer die na tachtig jaar op is kost ook nog eens honderden miljoenen.
Daarbij is zo'n centrale kwetsbaar voor (cyber)aanvallen, (kleine) ongelukken, levert het problemen in zake het het afval en wat te doen als de centrale ontmanteld moet worden. Daarbij staat de sector bekend om het in de doofpot stoppen van incidenten.
De investering is zo groot dat je als eigenaar wilt dat de centrales zo veel mogelijk draaien, terwijl ze in Nederland vooral geschikt zouden zijn als achtervang voor zon- en windenergie. Meer over de kosten in 2020 zie hier
Moderne reactoren zijn veel veiliger dan die in Fukushima. De kans op zo'n soort ramp is tegenwoordig nihil. Moderne kerncentrales hebben drie zogeheten omhullingen, twee van beton en eentje van staal, muren die radioactief spul als het misgaat veilig moeten 'binnensluiten'.
In 2021 begon men te denken aan small modular reactors.
die zijn sneller te bouwen én goedkoper dan de klassieke monsters die we nu kennen. De minicentrales - tot 300 MegaWatt (Borssele is 480 MW)kunnen er in vier jaar staan, tegen een kostprijs van 3 miljard dollar. De winst ten opzichte van de klassieke kerncentrale: ze zijn vijf à acht jaar sneller klaar en per MW is de geleverd stroom 20 procent goedkoper. Door binnen de EU de handen ineen te slaan en de modulaire centrales in serie te bouwen, zegt Berendsen, moeten kosten en bouwtijd nog verder te drukken zijn.
Een probleem is dat de staven bestaan uit kleine korrels uraniumoxide in een zirkoniumlegering. Als het zirkonium oververhit raakt kan het reageren met water waarbij waterstof vrijkomt. Dat reageert met zuurstof tot knalgas (lees een explosie). Dat is gebeurd in Three Miles Island en Fukushima. Men is nu bezig de samenstelling van zirkonium te veranderen zodat er een knalgas meer kan ontstaan. Er worden al tests uitgevoerd. Ook als je koelt met vloeibaar natrium of gesmolten zout of helium kan je waterstofproductie voorkomen. Ook kunnen tegenwoordig betere passieve veiligheidssystemen (die vanzelf in werking treden als het nodig is) worden toegepast.
Door de straling zijn herstel of reddingswerkzaamheden beperkt of onmogelijk. Tot in lengte van jaren. De kosten zijn laag maar de ontmanteling van de centrales en de opslag worden meestal niet meegenomen. De bedrijfscultuur is het verdoezelen van incidenten. Het opruimen van Sellafield heeft al 77 miljard gekost en het einde is nog niet in zicht.
In 2017 waren er 440 kerncentrales op de wereld met een gemiddelde leeftijd van bijna 30 jaar. Ze leveren 370 GW leverden = 10,5 % v.d. elektriciteit = 6 % van de wereldconsumptie aan energie.
In 2017 kwam er voor 9 GW bij vanwege 3 centrales in China en één in Pakistan. In 1996 leveren ze nog 17,5 % van de energie.
1 kg splitsen komt overeen met 2 miljoen liter olie. Je hebt Uranium 235 nodig. Dat is maar 0,7 % van uraniumerts. Dit moet worden opgekrikt tot 3 4 % (= uraniumverrijking hetgeen gaat via het gasvormig maken met hexafluoride en dan te centrifugeren). Heeft men 80-90 % van dat spul dan heb je een kernbom in handen.
Borsele produceert 450 MW (op de 11.500 MW die Nederland verbruikt = 4 %. Uit België en Frankrijk (59 centrales) komt nog eens 15 %. Het is alleen geschikt voor de basislast dus veel centrales bouwen heeft geen zin tenzij auto's opgeladen kunnen worden.
In de EU is 30 % v.d. stroom afkomstig uit kernenergie ofwel 14 % van de totale energievraag. Veel centrales beginnen oud te worden. Om op 30 % te blijven moeten er vele nieuwe gebouwd worden en dat schijnt bijna onmogelijk te zijn.
Afval: de brandstofstaven moeten eerst bovengronds 60 jaar afkoelen. Men tracht de staven ondergronds op te slaan in kleilagen waarbij men de gangen moet verstevigen door beton.
Een centrale kost 3 miljard voor 1500 MW. Bron Energie survival gids van Jo Hermans.
In Engeland staan 19 kerncentrales die hun tijd gehad hebben. Ontmantelen kost 100 - 300 miljard. Hoe het precies moet weet niemand.
De kosten van nieuwe kerncentrales in Europa lopen uit de hand. In Finland bouwt men aan een reactor die 3 miljard had moeten kosten en nu al 8 miljard kost.9 jaar achter op schema.
In Flamaville bouwt men een centrale die al drie keer duurder is dan begroot en 6 jaar achter op schema. Hinkey Point UK kampt met dezelfde problemen. In China bouwt men centrales wel binnen budget.
Natuurlijk uranium bevat 0,7 % splijtbaar uranium-235. Men verrijkt het tot 3 % (met ultracentrifuges). 1 kg verrijkt uranium bevat genoeg energie voor een 10 uur durende vlucht van en Boeing 787 van Amsterdam naar Los Angeles. Een auto zou er 1 miljoen km op kunnen rijden. Het komt overeen met 65.000 liter benzine / kerosine.
Koeltorens
Per dag verdampt er zo'n 3 miljard liter water uit de koeltorens van één energiecentrale. Door eerst een stroompje door het water te jagen krijgt het een lading. Beweegt het vervolgens door een fijnmazig net dat een omgekeerde lading heeft, dan voelt het water zich aangetrokken tot het net en condenseren er een heleboel druppels die je weer kan opvangen en opnieuw kan gebruiken. Zo is het water te recylen en het wordt ook nog eens ontdaan van alle zouten zodat je het als drinkwater kan gebruiken (2021).
Uraniumprijzen
Het is de industrie niet ontgaan dat in allerlei politieke achterkamertjes over de hele wereld gesmoesd wordt over kernenergie. Leuk voor grote energieboeren, leuk voor regeringen, slecht voor het milieu, beroerd voor ons nageslacht, niet CO2 vrij, en daar komt nu bij duur, vreselijk duur. De belastingbetaler en de consument (laatstgenoemde is tegelijk belastingbetaler, dus die wordt straks gegarandeerd twee keer geplukt) worden de klos, reken maar. Mijnbouwmaatschappijen zoeken als gekken naar uranium. Handelsdelegaties proberen wanhopig de toekomstige uraniumvoorziening voor hun kerncentrales af te dekken. Prijzen gaan loeiend omhoog (zie grafiek). Dit is geen speculatie. Wat is er aan de hand? In de eerste plaats is er al jaren te weinig splijtbaar uraniumoxide op de markt. Het verschil tussen vraag en aanbod is jarenlang goed gemaakt door uranium uit ontmantelde atoombommen. Dat houdt ooit eens op, zeker nu elke politieke waanzinnige een eigen kernbom aan het bouwen is. In de tweede plaats is er simpelweg niet genoeg uraniumerts te vinden op deze aarde. Dus: wie een kerncentrale wil bouwen moet er rekening mee houden dat hij een centrale bouwt waarvan straks de brandstof onbetaalbaar is. En de consumenten die schreeuwen dat atoomstroom zo goedkoop zal zijn: vergeet het maar. De nieuwe minister van Milieu wacht een schone taak. Hij moet ervoor zorgen dat we niet de fout maken ooit in de doodlopende atoomfuik terecht te komen. Bron: Ux Consulting Company
Toch denkt de kernenergielobby dat er nu reactoren aan komen die 50 maal zuiniger met uranium om gaan en dat men uranium uit water moet gaan winnen. Dan zou de wereld een oneindige brandstofvoorraad hebben.
In China en Japan draaien nu generatie 3a hoge temperatuur reactoren die splijtstof verder verhitten dan tot nu toe gebruikelijk is waardoor het afval nog maar enkele honderden jaren gecontroleerd onder de grond hoeft te liggen (ipv nu 10.000 jaar).
In Centraal-Afrika winnen Niger en Kameroen uranium onder mensonwaardige en milieuvernietigende omstandigheden. Ook in Tsjaad wordt intensief naar uranium gezocht.
Rampen
Rondom de opwerkingsfabriek Majak in Rusland zijn in de jaren '50 en '60 van de vorige eeuw twee grote en diverse kleine nucleaire ongelukken geweest waarbij eveneens grote hoeveelheden radioactiviteit over meer dan 26.000 km2 bewoond gebied werden verspreid. Ook in Groot-Brittanni(Sellafield) en in de Verenigde Staten (Three Mile Island) zijn er ongevallen geweest waarbij radioactiviteit vrijkwam.
Op 11 maart 2011 verwoestte een tsunami met een golf van 23 meter hoog de noordoostelijke kust van Japan. 20.000 doden.
De kerncentrales van Fukushima kwamen ernstig in de problemen en grote hoeveelheden radioactiviteit zijn vrijgekomen. 10-15 % van de hoeveelheid in Tsjernobyl. Iedereen in een straal van 20 km werd geëvacueerd. Straal van 30 km is besmet. 80.000 geëvacueerd. Het grootste deel van de lange termijn straling is te wijten aan cesium isotopen een afbraakproduct van uranium splijtstof. Cesium heeft een halfwaardetijd van 30 jaar. Mijn inschatting is dat er sommige gebieden zijn waar mensen in de komende decennia niet zullen kunnen terugkeren zei Jim Smith, die de ecologische erfenis van de Chernobyl ramp heeft onderzocht. Een bijzonder probleem is dat cesium door planten en dieren wordt opgeslagen. Landbouw en veeteelt zullen in sommige gebieden onmogelijk blijven. Dat is een groot probleem voor delen van de prefectuur (soort provincie) Fukushima. Fruit en rundvleesproductie waren enkele van hun economische pijlers. Zelfs producten uit niet-verontreinigde gebieden uit de regio worden door consumenten uit angst voor besmetting gemeden. De nasleep van Fukushima zal veel langer duren dan verwacht werd. Dat is nu wel duidelijk. 800.000 ha landbouwgrond is verloren gegaan.
Men probeert reactoren veiliger te maken door
1. redundancy = het meerdere malen uitvoeren van systemen (als het ene uitvaalt heb je het andere nog) en hoe belangrijker hoe meer je het uitvoert.
2. verspreiding en diversiteit = b.v. liever twee typen kleppen dan n. Als het ene type niet werkt heb je het andere nog.
= als op de ene plek een explosie plaatsvindt moet je op een andere plek verder kunnen gaan
3. passiviteit = werk zoveel mogelijk met natuurlijke krachten als de zwaartekracht. Dus liever geen mechanische klep maar n die werkt op
de zwaartekracht
Thoriumcentrales
Thorium geldt al tijden als de grote belofte van duurzame energie. Een nagenoeg onuitputtelijke bron die bijna geen CO2 uitstoot: de thoriumreactor zou - al tijden - het klimaat kunnen redden. Nu is China dicht bij een werkende centrale. Het vermogen van de Chinese reactor is gering, amper genoeg om duizend huishoudens te voorzien van elektriciteit. Het belangrijkste doel is om ervaring op te doen. Zo is niet duidelijk of de gebruikte reactoronderdelen lang genoeg bestand blijven tegen de straling, de corroderende werking van het zout en de temperaturen van meer dan 700 graden Celsius. China hoopt rond 2030 een reactor te hebben die ruim 150 keer krachtiger is. Dat komt in de buurt van het vermogen van de Nederlandse kerncentrale in Borssele.
Thoriumcentrales (van Thor = wit metaal)
Thorium is er in overvloed en is onder meer te vinden in Australië, de Verenigde Staten en India.
Kernslijting verhit zout in een reactor. Vloeibaar thoriumzout neemt straling op en voedt de reactor met brandstof. De energie uit de reactor verhit een gas waarmee de turbine wordt aangedreven. Thorium is van zichzelf niet splijtbaar. Maar als er een neutron in wordt geschoten, valt het uiteen in uranium 233. Uranium 233 is wel splijtbaar en daarmee kan thorium indirect dienen als brandstof voor een kerncentrale. Thorium levert massa’s energie op: een gram bevat potentieel net zo veel energie als 2.500 liter benzine. Thorium kan worden opgelost in zout dat bij ongeveer 450 graden Celsius vloeibaar wordt en door de reactor kan stromen. Om de kernreactie op gang te brengen, is overigens ook een beetje verrijkt uranium of plutonium nodig.
Als er iets misgaat stopt de kernsplijtingreactie. Mocht het zout alsnog te heet worden, dan smelt een zogenoemde vriesplug (een soort plug van gekoeld en gestold zout) onder in het reactorvat, waarna het hete zout wegstroomt in opvangbekkens onder de reactor. Deze bekkens kunnen door de lucht worden gekoeld. Er zijn dus geen pompen nodig om in geval van nood oververhitting te voorkomen.
Je kan bijna er geen kernbommen van maken (maar het is niet onmogelijk). Veel van aanwezig. Geen radioactief afval over lange perioden. India bouwt een prototype van 500 MW (want veel Thorium wordt in India gevonden). De reactor wordt gekoeld door gesmolten zout. Het is de vraag hoe agressief dit goedje is en hoe lang de ruimten waarin het zich bevindt stand houden. Meer zie hier.
Er staat tegenover dat het radioactieve afval toch nog 240.000 jaar radioactief blijft maar het afval is veilig in 10 tot 300 jaar (ipv 10.000 jaar bij een kernreactor). Er komt wel minder afval bij vrij. De ontwikkeling kost miljarden terwijl er nu al goede alternatieven zijn in de vorm van zonnepanelen en windmolens.
Een van de grootste uitdagingen is om de zoutoplossing te voorzien van nieuwe brandstof en afvalstoffen eruit te filteren terwijl de reactor in bedrijf is bijvoorbeeld met een methode die helium bubbling wordt genoemd. Hiermee worden belletjes heliumgas door de zoutoplossing gejaagd, die onderweg bijvoorbeeld het splijtingsproduct xenon wegfilteren. Xenon heeft als kenmerk dat het neutronen absorbeert en dat beïnvloedt de kettingreactie negatief. Ook molybdeen en andere ongewenste stoffen kunnen met helium uit het zout worden gehaald.
Je kan ook een thoriumreactor acht jaar laten draaien op één brandstoflading. Vervang na acht jaar de reactorkern, of delen daarvan, en je kunt weer acht jaar verder. De resterende brandstof in het zout van de ontmantelde reactor kun je later verder ‘opbranden’ als de technologie van het online toevoegen van brandstof onder de knie is, stelt de hoogleraar.
In principe hebben we de technologie voorhanden en het is een kwestie van geld. Europese landen zouden bereid moeten zijn een paar honderd miljoen te steken in een demonstratiereactor.
Maar in een thorium-reactor kan je ook plutonium gebruiken en van plutonium kan je kernwapens maken. Hoe hou je dat onder controle als er dadelijk honderden staan?
De Thorizon reactor
Een Nederlandse bedrijf heeft een thoriumreactor ontworpen van 250 megawatt die stoom levert op een temperatuur van 550 graden Celsius. De stoom kan direct gebruikt worden voor industriële processen of omgezet worden naar elektriciteit.
De reactor kan een combinatie van kernafval en thorium gebruiken. Bijna al het afval uit kerncentrales valt onder hoogactief afval, is bijzonder gevaarlijk en moet minstens 100.000 jaar veilig bewaard worden, zodat er geen radioactieve straling vrijkomt.
Maar dat kernafval bevat vaak nog heel veel energie. De thoriumreactor van Thorizon is in staat om kernafval te splijten en die energie alsnog te benutten. Het kernafval dat de reactor vervolgens zelf produceert, is korte termijn afval, dat veel minder lang gevaarlijk blijft. Thorizon noemt de reactor dan ook een ‘waste burner’, omdat het bestaand kernafval als het ware opruimt.(2022)
Kernenergie via kernfusie
Lasers produceren hitte waardoor fusie ontstaat en er ook neutronen vrijkomen. Die neutronen komen normaal uit verrijkt uranium of plutonium. Dat is dan niet meer nodig. De vrijgekomen neutronen kunnen dan weer uranium in de wanden splitsen. Geeft 4x meer energie. ook verarmd uranium is bruikbaar. Wel 90 % kan gesplitst worden en 20 x minder afval. Nodig 10x / msec ignitie (is kernfusie waarbij meer energie vrijkomt dan er in wordt gestopt). Nu pas enkele keren per dag. De wand wordt veel warmer en moet bestand zijn tegen het neutronenbombardement (= ook een probleem)