211service.com
De nieuwe, veiligere kernreactoren die de klimaatverandering kunnen helpen stoppen
Julian Berman
BP is misschien niet de eerste bron voor milieunieuws, maar de jaarlijkse energiebeoordeling staat hoog aangeschreven bij klimaatwatchers. En de boodschap van 2018 was grimmig: ondanks de angst voor de opwarming van de aarde was steenkool in 2017 verantwoordelijk voor 38% van de wereldmacht - precies hetzelfde niveau als toen het eerste wereldwijde klimaatverdrag 20 jaar geleden werd ondertekend. Erger nog, de uitstoot van broeikasgassen is vorig jaar met 2,7% gestegen, de grootste stijging in zeven jaar.
Een dergelijke stagnatie heeft ertoe geleid dat veel beleidsmakers en milieugroeperingen tot de conclusie zijn gekomen dat we meer kernenergie nodig hebben. Zelfs onderzoekers van de Verenigde Naties, die in het verleden niet enthousiast waren, zeggen nu dat elk plan om de temperatuurstijging op aarde onder de 1,5 °C te houden, zal afhangen van een substantiële sprong in kernenergie.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2019
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Maar we gaan de andere kant op. Duitsland is van plan om tegen 2022 al zijn kerncentrales te sluiten; Italië stemde in 2011 bij referendum om toekomstige projecten te blokkeren. En zelfs als kernenergie brede publieke steun zou hebben (wat niet het geval is), is het duur: verschillende kerncentrales in de VS zijn onlangs gesloten omdat ze niet kunnen concurreren met goedkoop schaliegas .
Als de huidige situatie aanhoudt, zullen waarschijnlijk meer kerncentrales sluiten en voornamelijk worden vervangen door aardgas, waardoor de uitstoot zal stijgen, betoogde de Union of Concerned Scientists - historisch nucleair sceptici - in 2018. Als al die centrales zouden sluiten, suggereren schattingen, CO2-uitstoot zou met 6% toenemen.
Op dit moment is het kritische debat niet of bestaande systemen moeten worden ondersteund, zegt Edwin Lyman, waarnemend directeur van het nucleaire veiligheidsproject van het UCS. Een meer praktische vraag is of het realistisch is dat de komende decennia nieuwe kerncentrales in het benodigde tempo kunnen worden ingezet.
Begin 2018 waren er 75 afzonderlijke geavanceerde splijtingsprojecten proberen die vraag alleen in Noord-Amerika te beantwoorden, volgens de denktank Third Way. Deze projecten maken gebruik van hetzelfde type reactie dat wordt gebruikt in de conventionele kernreactoren die al tientallen jaren worden gebruikt: splijting of atoomsplitsing.
Een van de toonaangevende technologieën is de kleine modulaire reactor, of SMR: een afgeslankte versie van conventionele splijtingssystemen die goedkoper en veiliger belooft te worden. NuScale Power, gevestigd in Portland, Oregon, heeft een ontwerp van 60 megawatt dat bijna wordt geïmplementeerd. (Een typische dure conventionele splijtingsinstallatie kan ongeveer 1.000 MW aan vermogen produceren.)
NuScale heeft een deal gesloten om 12 kleine reactoren te installeren om energie te leveren aan een coalitie van 46 nutsbedrijven in het westen van de VS, maar het project kan alleen doorgaan als de leden van de groep ermee instemmen het tegen het einde van dit jaar te financieren. De geschiedenis suggereert dat dat niet gemakkelijk zal zijn. In 2011 had Generation mPower, een andere SMR-ontwikkelaar, een deal gesloten om maximaal zes reactoren te bouwen die vergelijkbaar zijn met die van NuScale. Het had de steun van bedrijfseigenaren Babcock & Wilcox, een van 's werelds grootste energiebouwers, maar het pact werd na minder dan drie jaar opgeschort omdat er geen nieuwe klanten waren bijgekomen. Geen bestellingen betekende dat de prijzen niet zouden dalen, wat de deal onhoudbaar maakte.
Terwijl de aanpak van NuScale traditionele lichtwatergekoelde kernreactoren gebruikt en krimpt, gebruiken zogenaamde generatie IV-systemen alternatieve koelmiddelen. China bouwt een grootschalige natriumgekoelde reactor in de provincie Fujian die naar verwachting in 2023 operationeel zal zijn, en het in Washington gevestigde TerraPower heeft een natriumgekoeld systeem ontwikkeld dat kan worden aangedreven met verbruikte splijtstof, verarmd uranium of uranium rechtstreeks uit de de grond. TerraPower – Bill Gates is een investeerder – smeedde een overeenkomst met Peking om tegen 2022 een demonstratiefabriek te bouwen, maar de beperkingen van de regering-Trump op de Chinese handel maken de toekomst twijfelachtig.
Een andere generatie IV-variant, de gesmolten-zoutreactor, is veiliger dan eerdere ontwerpen omdat deze zichzelf kan koelen, zelfs als het systeem volledig stroom verliest. Het Canadese bedrijf Terrestrial Energy is van plan een fabriek van 190 MW te bouwen in Ontario, waarbij de eerste reactoren vóór 2030 stroom zullen produceren tegen een prijs die naar eigen zeggen kan concurreren met aardgas.
Eén generatie IV-reactor zou binnenkort in gebruik kunnen worden genomen. Heliumgekoelde reactoren met een zeer hoge temperatuur kunnen tot 1.000 °C draaien, en het staatsbedrijf China National Nuclear Corporation heeft een prototype van 210 MW in de oostelijke provincie Shandong dat dit jaar op het net zal worden aangesloten.
Drie redenen voor hernieuwde hoop op kernenergie
| Kleine modulaire reactoren | Geavanceerde splijting | Fusie | |
| SMR's zijn een afgeslankte versie van conventionele splijtingsreactoren. Hoewel ze veel minder stroom produceren, helpen hun kleinere afmetingen en het gebruik van kant-en-klare componenten de kosten te verlagen. | Deze reactoren zijn ontworpen om veiliger te zijn dan traditionele watergekoelde reactoren, waarbij in plaats daarvan gebruik wordt gemaakt van koelmiddelen zoals vloeibaar natrium of gesmolten zouten. Het meest geavanceerd is de kiezelbedreactor, gekoeld door een gas zoals helium; China is klaar om de eerste dergelijke reactor dit jaar op het net aan te sluiten. | De technische vooruitgang is nog steeds traag na tientallen jaren van investeringen, maar fusiebedrijven zijn gefocust op hoe ze het plasma kunnen bevatten dat nodig is om de thermonucleaire omstandigheden van de zon te repliceren. Technieken omvatten magnetische opsluiting, die plasma continu bij lage druk opsluit; traagheidsopsluiting, met behulp van lasers en pulserend plasma gedurende nanoseconden per keer; en gemagnetiseerde doelfusie, die de twee combineert met pulsen van plasma die worden aangestuurd door magneten. | |
| bedrijven | NuScale Power | China National Nuclear Corporation, TerraPower, Terrestrische energie | ITER, TAE Technologies, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems |
| Vermogen | 50-200 megawatt | 190-600 megawatt | 100-500 megawatt |
| Verwachte levensduur | 60 jaar | 40-60 jaar | 35 jaar |
| Kosten | $ 100 miljoen prototype, $ 2 miljard om te ontwikkelen | Kiezelbedden: $ 400 miljoen tot $ 1,2 miljard Natriumgekoeld en gesmolten zout: prototype van $ 1 miljard | ITER: momenteel $ 22 miljard Kosten van een commerciële versie zijn niet bekend |
| Beschikbaar | 2026 | Kiezelbed in 2019; natriumgekoeld 2025; gesmolten zout 2030 | Niet eerder dan 2035 |
Maar voor velen blijft de grote hoop op energie kernfusie. Fusiereactoren bootsen het nucleaire proces in de zon na, waarbij lichtere atomen tegen elkaar worden geslagen om ze in zwaardere te veranderen en onderweg enorme hoeveelheden energie vrij te geven. In de zon wordt dat proces aangedreven door de zwaartekracht. Op aarde streven ingenieurs ernaar om fusiecondities na te bootsen met onpeilbaar hoge temperaturen - in de orde van 150 miljoen °C - maar ze vonden het moeilijk om het plasma dat nodig is om atomen te fuseren, op te sluiten.
Eén oplossing wordt gebouwd door ITER, voorheen bekend als de International Thermonuclear Experimental Reactor, in aanbouw sinds 2010 in Cadarache, Frankrijk. Het magnetische opsluitingssysteem heeft wereldwijde steun, maar de kosten zijn gestegen tot 22 miljard dollar door vertragingen en politiek getouwtrek. De eerste experimenten, oorspronkelijk gepland voor 2018, zijn uitgesteld tot 2025.
Vancouver's General Fusion gebruikt een combinatie van fysieke druk en magnetische velden om plasmapulsen te creëren die een miljoenste van een seconde duren. Dit is een minder gecompliceerde aanpak dan die van ITER, waardoor het veel goedkoper is, maar er blijven technische uitdagingen bestaan, waaronder het maken van titaniumcomponenten die de werklast aankunnen. Toch verwacht General Fusion dat zijn reactoren over 10 tot 15 jaar inzetbaar zijn.
Het in Californië gevestigde TAE Technologies heeft ondertussen 20 jaar besteed aan de ontwikkeling van een fusiereactor die energie direct omzet in elektriciteit. Het bedrijf, dat 500 miljoen dollar van investeerders heeft ontvangen, voorspelde in januari dat het binnen vijf jaar commercieel zou zijn.
Veel kiezers geloven simpelweg niet in de beloften van bedrijven dat nieuwe technologieën oude fouten kunnen voorkomen.
Zal een van deze technologieën slagen? Geavanceerde splijting vermindert kernafval - zelfs als het als brandstof wordt gebruikt - en verkleint drastisch de kans op tragedies zoals Fukushima of Tsjernobyl. Toch zijn er geen dergelijke reactoren in licentie gegeven of ingezet buiten China of Rusland. Veel kiezers geloven bedrijven gewoon niet als ze beloven dat nieuwe technologieën oude fouten kunnen voorkomen.
Het is echter niet alleen politiek: de kosten zijn ook een factor. Geavanceerde splijting belooft de belachelijk dure initiële kosten van kernenergie te verlagen door reactoren te creëren die in de fabriek kunnen worden gebouwd in plaats van op maat gemaakt. Hierdoor zouden de prijzen kelderen, net als bij wind en zon. Maar particuliere bedrijven zijn er zelden in geslaagd deze projecten tot een goed einde te brengen: de grootste vooruitgang is te danken aan sterk gecentraliseerde, door de staat aangestuurde regelingen die risico's gemakkelijker kunnen opvangen.
Chris Mowry, CEO van General Fusion, stelt dat kernsplijting simpelweg te veel barrières heeft om succesvol te zijn. Hij heeft ervaring: hij was een van de oprichters van mPower, het SMR-bedrijf dat in 2014 stil werd gelegd. Fusiereactoren zijn misschien moeilijker te bouwen, suggereert hij, maar ze zijn sociaal acceptabeler. Dit is de reden waarom er een stormloop is geweest van durfkapitaal in fusie, zegt hij - investeerders zijn ervan overtuigd dat er een zee van enthousiaste kopers zal zijn die wachten op degene die het als eerste kan laten werken.
Maar heeft fusie echt zoveel meer speelruimte? Het is waar dat het laagactieve, kortlevende radioactieve tritiumafval dat het produceert geen ernstig gevaar vormt, en de technologie betekent dat meltdowns onmogelijk zijn. Maar de kosten zijn nog steeds hoog en de tijdlijnen zijn nog steeds lang - de fusiereactor van ITER is enorm duurder dan oorspronkelijk gepland en zal niet werkbaar zijn voor ten minste 15 jaar. Ondertussen willen groene politici in Europa al dat ITER wordt stopgezet, en veel anti-nucleaire campagnevoerders maken geen onderscheid tussen kernsplijting en kernfusie.
Experts staan misschien in de rij achter nucleair, maar het overtuigen van sceptische kiezers is iets anders.