Veelbelovende technologie voor de emissieloze economie

Volgens het IPCC is kernenergie, samen met de vele andere energieoplossingen, noodzakelijk om de klimaatdoelen van 2050 te halen. Dat vergroot de kans dat de bestaande kerncentrales in Nederland en België langer openblijven dan gepland, omdat ze een belangrijke bijdrage leveren aan vermindering van CO₂ en andere emissies. Sommige mensen pleiten voor een 'Frans-model' met circa vijf kerncentrales om in de totale Nederlandse energiebehoefte te voorzien. Vijf kerncentrales van 3200MW zouden bij 8000 draaiuren per jaar in totaal 128GWh kunnen leveren, terwijl de totale vraag zo'n 120GWh is. Op papier lijkt dat voldoende, maar het totale vermogen van 16.000MW is niet voldoende om pieken op te vangen, die momenteel oplopen tot 19.000MW. Kerncentrales zijn dus geen totaaloplossing; andere energiebronnen blijven noodzakelijk.

Aan kernenergie kleven ook diverse nadelen, waarvan de hoge prijs de voornaamste is. De kosten zijn tegenwoordig vele malen hoger dan die van de kerncentrales in Frankrijk, die vooral in de jaren zeventig tot en met negentig zijn gebouwd, toen de kosten voor personeel en om aan de veiligheidseisen te voldoen, veel lager waren dan nu. De vijf kerncentrales van 3200GW zouden 100 tot 175 miljard euro kosten, inclusief sloop en het veiligstellen van het radioactieve afval.

Doordat de kosten voor de bouw van moderne kerncentrales zo hoog zijn, zijn weinig bedrijven bereid erin te investeren. Dat doen ze alleen als de overheid bijvoorbeeld voor vele decennia een gegarandeerde stroomprijs biedt: subsidie dus. Voor de Britse kerncentrale Hinkley Point C werd in oktober 2013 een prijs van 105 euro per MWh afgesproken gedurende een looptijd van 35 jaar, oplopend tot 318 euro inclusief inflatiecorrectie. Dat is meer dan twee keer zoveel als de huidige marktprijs. Het is bovendien de verwachting dat de prijs van energie uit zon en wind in de komende decennia verder daalt, waardoor het verschil oploopt.

Een andere uitdaging is dat de bouw van een kerncentrale na de besluitvorming minstens tien jaar duurt en alle recente centrales te maken hadden met vele jaren vertraging. Dat betekent dat nieuwe kerncentrales pas vanaf medio 2035 een rol kunnen gaan spelen. Tot slot laat het vermogen van een kerncentrale zich minder gemakkelijk regelen dan dat van bijvoorbeeld een gascentrale. Dat maakt die stroom onnodig duur. Bovendien zal de sterke groei van zonne- en windenergie de vraag naar basislastvermogen doen afnemen.

Kernfusie

Naar verluidt wordt in 2032 in Frankrijk 's werelds eerste kernfusiereactor operationeel: de ITER-testreactor. Tweakers schreef hier eerder een uitgebreid achtergrondartikel over. Kernfusie kan gezien worden als mogelijke opvolger van een klassieke kerncentrale. In plaats van kernsplitsing van uranium- of plutoniumatomen worden bij kernfusie twee kernen samengesmolten. Daarbij komt heel veel energie vrij, waarmee vervolgens stroom kan worden opgewekt. Het gaat om kernen van deuterium en tritium die onder hoge druk en een extreem hoge temperatuur van 150 miljoen graden worden samengesmolten.

Ondanks de hoge temperaturen is kernfusie veilig, want het fusieproces stopt zodra er geen brandstof meer is. Dit in tegenstelling tot een reguliere kerncentrale, waarbij de kettingreactie uit de hand kan lopen als er geen actie wordt ondernomen, zoals we gezien hebben bij Fukushima - bij kernspliting is er veel meer brandsof aanwezig in de reactor, waardoor het proces niet uitdooft. Bij kernfusie is er geen sprake van een kettingreactie. Een ander veiligheidsvoordeel is dat bij kernfusie veel minder radioactiviteit ontstaat. Kernfusie is dus vele malen veiliger en duurzamer, en levert eveneens veel energie op. Met slechts 1g brandstof kan een hoeveelheid energie worden opgewekt die te vergelijken is met wat in 8 ton olie zit. Slechts 15g tritium en 10g deuterium zijn voldoende om één persoon zijn hele leven van energie te voorzien. Deze hoeveelheid grondstoffen kunnen worden verkregen uit 500 liter water en 35g lithium.

Het onderzoek naar kernfusie duurt echter al ruim zestig jaar en tot nu toe kostte het proces meer dan het opleverde. Ook blijkt het lastig te zijn om het plasma, nodig om de hoge temperaturen te bereiken, stabiel te houden. In 1983 werd een experimentele kernfusiereactor in het Verenigd Koninkrijk in bedrijf genomen. Het is gelukt om 16MW aan vermogen op te wekken, maar dat kostte effectief 24MW en het fusieproces stopte al na een seconde. ITER zal naar verluid 500MW produceren: tien keer zoveel als nodig om de reactie op gang te houden.

Thorium

Een andere kanshebber in de verdere toekomst is een thoriumreactor. Deze gebruikt thorium als brandstof en dat is, in tegenstelling tot uranium en plutonium, in vrijwel oneindige hoeveelheden op aarde beschikbaar. De kettingreactie in de reactor wordt in toom gehouden door gesmolten zout. Daarom heet een dergelijke reactor eigenlijk een thorium-gesmoltenzoutreactor. In het Engels is de afkorting msr, wat staat voor molten salt reactor.

Thorium is van zichzelf niet splijtbaar en heeft aanvankelijk uranium nodig om de kernsplitsing tot stand te brengen. Het gesmolten zout, met een temperatuur van 700 tot 800 graden Celsius, werkt als een koelvloeistof die oververhitting en droogkoken van de reactorkern moet voorkomen. Het is daardoor veiliger dan een traditionele kerncentrale. Ook het radioactieve afval is een minder groot probleem, al heeft kernfusie iets betere papieren. In vergelijking met een reguliere kerncentrale is er minder afval en dit is bovendien na zo'n driehonderd jaar niet meer radioactief, heel wat korter dan de honderdduizend jaar van een reguliere kerncentrale. In Nederland wordt in de onderzoeksreactor bij Petten onderzoek gedaan naar een thorium-gesmoltenzoutreactor. Onderzocht wordt onder meer hoe stabiel gesmolten zout is en hoe materialen op de hete vloeistof reageren. Omdat er nog geen reactoren actief zijn, zal het vermoedelijk nog lang duren voordat een thoriumcentrale operationeel wordt. China bouwt in de Gobiwoestijn wel een 12MW-testreactor en streeft ernaar over tien jaar een thoriumcentrale commercieel te kunnen inzetten.