Ontwikkeling van kleine kerncentrales? Ik schreef er al 8 jaar geleden over

Op 22 februari 2016 brak ik reeds een lans voor kleine kerncentrales. Vandaag, bijna 8 jaar later, werkt België hier eindelijk aan. De mogelijkheden die deze vorm van kernenergie te bieden heeft, is dan ook een garantie voor een duurzame, betrouwbare en bovenal ecologisch verantwoorde energieproductie.

Onderstaande (originele en onaangepaste) tekst werd opgemaakt met de kennis waarover we in 2016 beschikten.

 

Quo vadis, kernenergie?

Een duurzame, betrouwbare en betaalbare energiebevoorrading garanderen is het vraagstuk voor de nabije én verdere toekomst. Fossiele brandstoffen zijn beperkt voorradig en bij het gebruik ervan wordt C02 uitgestoten. C02 reductie staat in alle mogelijke plannen neergeschreven. Dit impliceert dus ook minder gebruik van fossiele brandstoffen.

In dit alles speelt elektriciteit een doorslaggevende factor. Alle decarbonisatie-scenario’s voor een energiemix op Europees niveau gaan uit van een verdere shift van primaire energie naar elektriciteitsproductie waardoor de rol van elektriciteitsopwekking nog meer aan belang wint. Het is een wetenschappelijke, economische, maatschappelijke  en dus ook een politieke uitdaging. Meer dan ooit moeten we beleidsmaatregelen kaderen en plannen op lange termijn. Maar met handelen mogen we niet wachten. In de Kempen, en meer bepaald bij VITO en SCK, liggen de kiemen om baanbrekend werk te verrichten.

In deze nota wensen wij ons echter te focussen op het kernenergievraagstuk. Heeft kernenergie nog een toekomst? Een vraag waaraan we ook de uitdaging omtrent ons huidig nucleair afval moeten koppelen. Wij zijn er van overtuigd dat met het vinden van oplossingen voor dit laatste, kernenergie echt wel duurzaam, dus ook beheersbaar, en betaalbaar zal zijn.

 

Nucleair afval

We gaan er van uit dat het zogenaamde categorie A-afval, laag en kortlevend afval, afkomstig van tal van nucleaire toepassingen, zowel in de wetenschappelijke, geneeskundige, als economische wereld, onder controle is. Met de beslissing om dit afval gedurende driehonderd jaar bovengronds op te slaan in Dessel is dit onder controle. Het gaat hier in totaal om +/- 60.000m³ geconditioneerd en verwerkt afval wanneer het huidig nucleair programma stopgezet wordt.

Momenteel ligt de vraag voor: wat met ons B- en C-afval? Middel, hoog en langlevend afval. Onderzoeken om deze afvalvormen voor duizenden jaren in kleilagen te bergen, lopen al decennia.

Hoe lang  “leeft” het nucleair afval dat uit de kernreactor komt? Met andere woorden, hoe lang duurt het dat dit afval zodanig radioactief gereduceerd is, dat het als “gewoon” materiaal kan beschouwd worden?

Elke 1.000 kg gebruikte splijtstofelementen bevat 935 kg Uranium (U), 12 kg Plutonium (Pu), 1 kg Neptunium (Np), 0,8 kg Americium (Am) en 0,6 kg Curium (Cm), met daarnaast nog ruim 50 kg wat ik gemakshalve restafval (in feite splijtingsproducten bij het splijtingsproces voor energieproductie) zal noemen.

Indien we de gebruikte splijtstofelementen zonder opwerking bergen, spreken we over een periode van 300.000 jaar vooraleer de radiotoxiciteit (een maat voor het gevaar van blootstelling van een persoon aan deze materialen) van de elementen gereduceerd is tot op het niveau van voor de menselijke interventie. Als we evenveel jaren terug tellen, moest de Neanderthaler nog geboren worden. Dit mogen en kunnen we ons inziens ethisch niet maken.

Tot midden jaren negentig werden de gebruikte splijtstofelementen voor opwerking naar Cogema (nu AREVA) in La Hague gestuurd. Daar werd het Uranium en het Plutonium gerecupereerd. Ja, gerecupereerd, want beiden zijn terug bruikbaar. Ja, ook het Plutonium, want met een in het SCK ontwikkeld procedé wordt MOX gemaakt wat opnieuw als brandstof gebruikt wordt. De eerste en enige MOX-fabriek ter wereld in Dessel moest omwille van socialistische politieke spelletjes sluiten en kent haar verderzetting in Frankrijk. De wereld gebruikt MOX, doch Belgonucleaire (goed voor 200 arbeidsplaatsen en meer) werd vakkundig geliquideerd.

De resterende 53 kg werd verglaasd, kwam als hoog radioactief afval terug naar België en ligt nog minstens 50 jaar bovengronds af te koelen bij Belgoprocess in Dessel. Dit afval dient ooit geborgen te worden en dient voor 10.000 jaar afgeschermd voor mens en omgeving in een geologische berging te blijven. In ieder geval al dertig maal minder dan bij het niet-opgewerkte afval, maar nog steeds met ernstige ethische kanttekeningen. 10.000 jaar geleden werd de mens sedentair en startte met landbouw en veeteelt…

Sinds de stopzetting van de opwerking in La Hague worden de gebruikte brandstofelementen opgeslagen op de sites van onze kerncentrales. In Doel gebeurt dit in droge opslag. In Tihange onder water. De reden waarom de opwerking stopgezet werd is van puur financiële aard en heeft niks met ecologie te maken, wat men ons evenwel steeds voorhield.

We moeten ons wel rekenschap geven van volgende cijfers: Het volledig Belgisch kernprogramma bestaat uit zeven reactoren, die laat ons schatten in de huidige stand van zaken, 40 jaar operationeel zullen zijn. Dit is in totaal goed voor 4235 ton gebruikte brandstofelementen. In het verleden werkten we slechts 690 ton op. Iets meer dan 10% van het totaal! Ofwel geen opwerking en bijna 3600 ton afval dat 300.000 jaar radioactief blijft, ofwel opwerking en een vertienvoudiging van de opslagcapaciteit bij Belgoprocess van afval met een levensduurte van 10.000 jaar dat mogelijks na 50 jaar in de kleilagen verdwijnt.

Maar er is een derde weg…

 

Duurzame kernenergie

Het gebruik van MOX buiten beschouwing gelaten, bestaan splijtstofelementen uit een bundel van splijtstofstaven, gevuld met verrijkt Uranium. Natuurlijk uranium kent twee isotopen: het U238 dat 99,3% van de totaliteit bedraagt en U235, de resterende 0,7%. In de huidige drukwaterreactoren (PWR) gebruikt men verrijkt Uranium wat wilt zeggen dat de fractie van U235 is verhoogd tot 3,5 à 4,5%. Dus in de huidige drukwaterreactoren (PWR) is enkel de 0,7% U235 fractie interessant aangezien enkel die atomen splijten. In de wetenschap dat er wereldwijd nog een voorraad is van natuurlijk uranium voor 100 jaar en we afval maken van 300.000 jaar (indien we niet opwerken), zijn we echt wel slecht bezig en stopt het verhaal finaal na anderhalve eeuw met een zeer bezwarend nalatenschap.

Een eerste stap naar verduurzaming is dan ook om niet alleen U235, maar ook U238 nuttig te maken. Dit kan in de reactoren van de vierde generatie: de snelle reactoren (FR, Fast Reactors in het Engels), waarbij snelle neutronen ook het U238 gebruiken. MYRRHA (multifunctionele hybride onderzoeksreactor voor innovatieve toepassingen) bij SCK kadert in dit onderzoek. MYRRHA is wereldwijd het allereerste prototype van een kernreactor die wordt aangedreven door een deeltjesversneller. Een deeltjesversneller houdt als externe neutronenbron de kettingreactie van kernsplijting in stand. We spreken van een subkritische reactor: de kern bevat namelijk onvoldoende splijtbaar materiaal om de kettingreactie spontaan te onderhouden. Het is een erg veilige en prima te controleren nucleaire technologie: als de deeltjesversneller wordt uitgezet, dan stopt automatisch ook de kernreactie in een honderdduizendste van een seconde. Bovendien vindt de splijting niet plaats in een omgeving van water (zoals bij de PWR-reactoren) maar van vloeibaar lood en bismut waardoor neutronen niet vertraagd worden en ook U238 gebruiken.

Deze kernreactoren van het nieuwe type betekenen een veelvoud van gebruik van Uranium. Niet de 0,7%, maar de volle 100%. Dit is dus theoretisch maal 140, maar maak het realistisch: maal 50. Die voorraad van honderd jaar wordt dan op slag enkele duizenden jaren… Dit is een eerste stap in een transitie richting werkelijke duurzaamheid.

Deze evolutie naar meer duurzame kernreactoren wordt best gecombineerd met een tweede evolutie van grote kernreactoren naar kleinere eenheden. Een transitie waarvoor de Europese commissie onlangs (mei 2016, en toegevoegd aan deze nota op 23.05.16) een lans brak. Kleinere eenheden passen beter in een toekomstige visie van gedistribueerde netwerken en hebben een kleinere investeringskost per eenheid hetgeen in een economische context van beperkte financiële middelen eveneens aantrekkelijk is.  Deze kernreactoren zullen ook veel kleiner van bouw zijn waardoor de kuip van het reactorvat niet ter plaatse op de werf moet geconstrueerd worden, maar wel in een fabriek en vervolgens getransporteerd. Door modulariteit te beogen en serie-fabricage in een fabriekshal, kunnen snellere en meer betrouwbare uitvoeringstermijnen bekomen worden. Een ander belangrijk voordeel van kleinere eenheden in vermogen is dat passieve veiligheid makkelijker realiseerbaar is. 

Na de wijziging van reactortype kan dan een volgende stap, verder in de tijd, geviseerd worden. Namelijk het overstappen van de uranium-brandstofcyclus naar de thorium-brandstofcyclus. De mondiale thoriumvoorraad wordt geraamd op vijf maal die van Uranium en is te vinden in India, Australië, Noorwegen, Brazilië, de VS en nog andere landen. Th232 dat mits toevoeging van U235, Pu239 of U233 (steeds onpare isotopen nodig om splijtingen te kunnen starten) ook voor 100% bruikbaar zal zijn. Tel je even mee? Vijf maal 5000 jaar, brengt ons op 25.000 jaar van energievoorziening. Achteromkijkend: de laatste ijstijd… 

 

Nucleair afval bis

MYRRHA biedt nog andere voordelen. Ons nucleair afval van 10.000 jaar radioactiviteit, weet je nog? Met MYRRHA is het bovendien mogelijk om niet alleen het Uranium en het Plutonium maar ook de rest aan te pakken. Met MYRRHA kunnen ook Neptunium, Americium en Curium getransmuteerd (“nucleair verbranden”) worden. Wat overblijft als restafval blijft nog voor 300 jaar actief. Een heel ander gegeven om de toekomende generaties mee te belasten.

Tenslotte kan MYRRHA blijvend zorgen voor voorraden radio-isotopen die we nodig hebben in de geneeskunde en silicium bestralen, nodig om onze windmolens, zonnepanelen en hybride auto’s te laten functioneren.

 

Conclusies

Met MYRRHA zijn we een weg ingeslagen die hoopvol is en die een belangrijke meerwaarde weet te generen, maar we zijn er nog niet. Het volledige MYRRHA project wordt geraamd op 1,6 miljard Euro. Geen klein bedrag, maar als we zien wat er aan subsidies naar kortstondige biomassacentrales gaat...

De Belgische staat en de Europese commissie kwamen al met heel wat miljoenen over de brug en partners worden gezocht in het buitenland. De interesse is er zeker, maar intern wordt er gefluisterd dat om geloofwaardig buitenlandse partners aan te trekken, België zelf, als goede voorbeeld, dieper in de buidel moet tasten. Voor de eerste fase van bouw is al wel een slordige 350 miljoen Euro nodig. Het federaal transitiefonds wordt momenteel voor 30% ingezet voor MYRRHA. Een optrekken hiervan naar 50% zou al een structurele stap zijn. Zeker een piste die we moeten onderzoeken.

Wat met de bestaande kerncentrales en de transitie naar de snelle reactoren (FR) in eerste en Thorium in tweede fase?

Op basis van vergelijking van levensduurverlengingsprojecten met andere landen en eigen analyses ziet het SCK geen redenen waarom een levensduurverlening voor de moderne reactoren Doel 3 en 4 en Tihange 2 en 3 van 40 jaren tor 60 jaren technisch niet mogelijk zou zijn. We zijn dan in 2045. In de VS hebben immers reeds 50% van de reactoren een aanvraag voor levensduurverlenging van 30 naar 60 jaren ingediend en 90% van de aanvragen voor levensduurverlenging van 30 naar 60 werden goedgekeurd. In de VS overwegen ze zelfs een verlenging tot 80 jaren. Dit moet ons ten opzichte van de producenten in een positie brengen dat er afspraken kunnen gemaakt worden naar investeringen, zowel in onderzoek als economische uitrol, van de nieuwe types. De FR-centrales zouden tegen 2040 operationeel kunnen zijn waarbij duurzaamheid en zekerheid ingebracht wordt.

De mogelijkheden die deze vorm van kernenergie te bieden heeft, is dan ook een garantie voor een duurzame, betrouwbare en bovenal ecologisch verantwoorde energieproductie.

 

Kris Van Dijck

Roeland Vavedin

Mol, 22 februari 2016