211service.com
Een nieuwe visie op nucleair afval
Toen American Airlines vlucht 11 in de ochtend van 11 september 2001 op lage hoogte door de Hudson River-vallei vloog, was het doel de noordelijke toren van het World Trade Center. Maar de impact ervan is nog steeds voelbaar bij een cluster van gebouwen die het ongeveer vijf minuten passeerde voordat het Lower Manhattan bereikte, bij een kernreactorcomplex genaamd Indian Point in Buchanan, NY. Grenzend aan de twee operationele reactoren van de site zijn twee gebouwen vol met zeer radioactieve verbruikte splijtstofstaven, in plassen water van 12 meter diep en getint Ty-D-Bol-blauw door boor toegevoegd om nucleaire kettingreacties te onderdrukken. Het rustgevende gezoem van de pompen die de warme, vochtige lucht van het gebouw laten circuleren - en, van cruciaal belang, het water koel houden - geeft een sfeer van industriële rust.
Zonder dat koelwater kan de brandstofbekleding oververhit raken, smelten, vlam vatten en straling afgeven. Of de impact van een Boeing 767 zoals Flight 11 een van de zwembaden zou kunnen leegpompen en back-upwaterpompen zou kunnen uitschakelen, waardoor een dergelijke brand zou kunnen ontstaan, is verre van duidelijk. Desalniettemin hebben de dreiging van terrorisme in het algemeen en het viaduct van vlucht 11 in het bijzonder het debat opnieuw doen oplaaien over waarom al deze gevaarlijke brandstof er nog steeds is – ja, waarom alle verbruikte splijtstof die in drie decennia in Indian Point is geproduceerd er nog steeds is – en niet op Yucca Mountain, de begraafplaats van de federale overheid in de buurt van Las Vegas, waar het zes jaar geleden zou worden verscheept.
Afgelopen zomer is er op Indian Point een bouwproject gestart waarmee de brandstof uit de zwembaden kan worden gehaald. Maar het gaat niet naar Yucca. De regering zegt dat Yucca pas in 2010 klaar zal zijn. Leidinggevenden in de nucleaire industrie zeggen dat een meer waarschijnlijke datum tussen 2015 en nooit is. Dus in plaats van naar Nevada te reizen, reist de brandstof van Indian Point ongeveer 100 meter naar een klif met uitzicht op de Hudson River. Op een nazomerdag dit jaar scheurde een graafmachine esdoorn- en zwarte walnootbomen uit om plaats te maken voor een betonnen pad. Begin volgend jaar zal daar de eerste van de geplande 72 zes meter hoge betonnen en stalen vaten worden geplaatst, een configuratie die opslagcapaciteit toevoegt en zo de dubbele krachtcentrales in staat stelt te blijven werken. Hoewel ze een afdekking bieden tegen een instorting van de brandstofpool in het slechtste geval, zijn deze vaten slechts een tijdelijke oplossing. Het feit dat ze überhaupt nodig zijn, vertegenwoordigt het kolossale falen van de Yucca-plannen en -technologie van het Amerikaanse ministerie van Energie.
Maar als technische en beleidsmislukkingen gaan, heeft deze een zilveren randje. Conventioneel denken houdt in dat de problemen van Yucca snel moeten worden opgelost, zodat kernafval veilig en permanent kan worden weggejaagd, diep in een afgelegen berg. Maar hier is de wending: met nucleair afval kan uitstel echt de moeite waard zijn. De aanleg van vatvelden biedt een kans om het conventionele te heroverwegen. Het verstrijken van tientallen jaren terwijl het afval in vaten zit, kan enorm nuttig zijn. Een eeuw zou de Verenigde Staten de tijd geven om de vooruitgang op het gebied van afvalopslag in andere landen te observeren. In de tussentijd zou natuurlijk radioactief verval het afval koeler en dus makkelijker te verwerken maken. Bovendien kunnen technologische ontwikkelingen in de komende eeuw betere opslagmethoden voor de lange termijn opleveren. Als het nog 50 jaar doorgaat, maakt het niet uit. Het kan 100 of 200 jaar doorgaan, en het is waarschijnlijk een goede zaak, zegt Allison Macfarlane, een geoloog aan het MIT en mederedacteur van een binnenkort te verschijnen boek over Yucca. We hebben genoeg tijd om ermee te spelen.
De regering moet nu accepteren dat haar Yucca-plan is mislukt en dat vaten de feitelijke oplossing zijn. De cask pad van Indian Point zal niet de eerste zijn; ongeveer twee dozijn werkende reactoren hebben ze al. Anderen zullen zich waarschijnlijk binnenkort bij de lijst voegen. En sommige vaten - in Rowe, MA, Wiscasset, ME, Charlevoix, MI, en een site in de buurt van Sacramento, CA - zijn nucleaire wezen, die hun reactoren hebben overleefd. Elk vat is ongeveer zo groot als een voetbalveld, verlicht, bekeken door bewegingssensoren en een gesloten tv-circuit, en omgeven door prikkeldraad en gewapende bewakers. Gegeven de bezorgdheid over de binnenlandse veiligheid die wordt veroorzaakt door kernafvalfaciliteiten, en de noodzaak om ze afzonderlijk te bewaken, willen we echt dat 60 van hen - ten dienste van alle 125 commerciële reactoren die ooit hebben gewerkt - in het hele land zullen oprijzen, veel in de buurt van bevolkingscentra? Als vaten de oplossing zijn voor de volgende generatie of twee, moeten ze op één plek worden bewaard.
Yucca bevindt zich al op ijle grond; in juli zei een federaal hof van beroep dat om de bergbegraafplaats te openen, de regering zou moeten aantonen dat het afval honderdduizenden jaren zou kunnen bevatten. Uitgebreide wetenschappelijke analyses van het Energiedepartement tonen aan van niet. De beslissing van de rechtbank gooit de hele vraag terug naar het Amerikaanse Congres, dat nu moet beslissen of het überhaupt doorgaat met Yucca. Dit biedt een kans om het beleid af te stemmen op de natuurkunde en om afstand te doen van het Yucca-or-bust-dogma dat het debat al bijna 20 jaar domineert. Centraal gelegen vaten zouden het probleem van hoogactief afval een stuk gemakkelijker op te lossen kunnen maken en de nationale veiligheid veel eerder kunnen vergroten.
De tunnelvisie
De federale fixatie op Yucca Mountain omspant nu twee decennia. Begin jaren tachtig stemde de regering ermee in om afval af te nemen van elk nucleair nutsbedrijf dat een tarief betaalde van een tiende van een cent per kilowattuur opgewekt door zijn reactoren. Alle bedrijven schreven zich snel in. Maar de selectie van Yucca, 150 kilometer ten noordwesten van Las Vegas, is nooit door de wetenschap gedreven. De site werd gekozen door die augustus groep geologen en natuurkundigen, het Amerikaanse Congres. Tot dusver heeft het Energiedepartement ongeveer $ 6 miljard uitgegeven aan ontwikkeling, waaronder het bouwen van een acht kilometer lange U-vormige tunnel door de berg, op sommige plaatsen bijna 300 meter onder het oppervlak. Het is van plan om minstens $ 50 miljard meer uit te geven om tientallen zijtunnels te bouwen, het afval te verpakken in stalen containers die eruitzien als het tankgedeelte van een benzinevrachtwagen, het afval in de tunnels te plaatsen en de site 50 tot 100 jaar te exploiteren voordat voor eeuwig verzegelen.
Problemen hebben Yucca sinds het begin geplaagd. In het Senaatsdebat benadrukten voorstanders hoe droog het is. Yucca bevindt zich namelijk in wat nu een woestijn is. Maar het blijkt dat de grond vochtig is. Zelfs de ongeveer 19 centimeter regen die de berg elk jaar krijgt, is een groot probleem. Na verloop van tijd kan vocht zelfs de beste legeringen die de mens kent aantasten. Corrosie zou betekenen dat regenwater dat door de grond sijpelt radioactieve stoffen met zich mee zou kunnen dragen en deze naar irrigatiesystemen en drinkwaterbronnen in de regio zou kunnen transporteren, waardoor substantiële stralingsdoses aan nietsvermoedende mensen generaties lang zouden worden afgegeven.
Warmte is een ander probleem. De kortlevende radioactieve isotopen in gebruikte brandstof, voornamelijk cesium-137 en strontium-90, geven een enkele brandstofassemblage, vers uit de reactor, een warmteafgifte die gelijk is aan die van ongeveer 20 handhaardrogers. Daarom heeft elke energiecentrale een aangrenzend opslagbassin dat koelwater circuleert. Zodra de brandstof bij Yucca ondergronds was, zou het heet genoeg zijn om grondwater tot stoom te koken. Stoom zou de containers kunnen aantasten of de omringende rots kunnen breken, waardoor de onzekerheid over een veilige begrafenis kan toenemen. Het verspreiden van het afval zou de warmte afvoeren, maar het zou ook de opslagcapaciteit van Yucca sterk verminderen. Dan is er het probleem van radioactief verval. Hoogenergetische deeltjes kunnen interageren met omringende materialen, ze afbreken of ervoor zorgen dat ze waterstof afgeven, een gas dat kan exploderen of verbranden.
Begin dit jaar hebben onderzoekers van de Katholieke Universiteit van Amerika, ingehuurd door de staat Nevada, monsters genomen van het soort metaal dat het Energiedepartement in Yucca wil gebruiken en deze in wat water hebben gedaan vermengd met de mineralen die in de berg aanwezig zijn. Terwijl een reeks sprekers verslaggevers de lezing gaf waarom Yucca een slecht idee was, bakten de onderzoekers het metaal boven een brander. Tegen de tijd dat de lezingen waren afgelopen, waren de monsters gecorrodeerd, sommige helemaal door. Hoe getrouw de stunt de chemie van Yucca Mountain reproduceerde, is discutabel. Maar het is duidelijk dat Yucca aan ernstige twijfel onderhevig is. Je moet ergens terugdenken aan de premissestructuur van het hele ding, er was iets vreselijk mis, zegt Stewart Brand, een in San Francisco gevestigde consultant die de Canadese regering ooit adviseerde wat ze met hun eigen afval moesten doen.
Koelere brandstof
Het argument tegen vaten is dat ze slechts tijdelijk zijn, niet bedoeld om langer dan misschien 100 jaar te dienen, en dat ze een soort overgave zijn, waarbij het afvalprobleem van deze generatie aan een toekomstige generatie wordt overgelaten om op te lossen. Maar hun vergankelijkheid is precies wat goed aan hen is. Over een eeuw zal de verbruikte splijtstof uit de reactor koeler zijn en beter geschikt voor permanente berging. In feite zal de warmteafgifte van de gemiddelde brandstofbundel binnen enkele decennia teruglopen tot twee of drie haardrogers. Na 150 jaar is er nog maar één-dertig-seconde van het cesium en strontium over. Het resterende materiaal kan dichter bij elkaar worden begraven zonder ondergronds water te koken. Minder warmte betekent minder onzekerheid.
Toegegeven, verbruikte splijtstof zal verre van veilig zijn na zo'n relatief korte periode. Zelfs na 100 jaar zal het nog steeds zo radioactief zijn dat een paar minuten directe blootstelling dodelijk zal zijn. Het duurt nog vele, vele, vele duizenden jaren voordat het een makkie is, zegt Geoffrey Schwartz, de vatbeheerder van Indian Point, dat eigendom is van Entergy Nuclear. Maar de verbruikte splijtstof wordt in de loop van de tijd weldadiger.
De brandstof zou ook waardevoller kunnen zijn. Decennia lang hebben de industrie en regeringsfunctionarissen erkend dat verbruikte reactorbrandstof een grote hoeveelheid ongebruikt uranium bevat, evenals een andere zeer goede reactorbrandstof, plutonium, dat wordt geproduceerd als bijproduct van het draaien van de reactor. Beide kunnen gemakkelijk worden gewonnen, hoewel de prijs van nieuw uranium momenteel zo laag is en de kosten van de winning zo hoog dat het opwerken van verbruikte splijtstof niet praktisch is. En het politieke klimaat is geen voorstander van een technologie die potentiële brandstof voor bommen – plutonium – tot een internationaal handelsartikel maakt. Maar over 100 jaar kan het anders zijn. Om te beginnen zou dezelfde brandstof veel gemakkelijker kunnen worden opgewerkt, omdat de potentieel waardevolle componenten zich in een matrix van materiaal zullen bevinden die niet zo intens radioactief is.
En over 100 jaar kunnen vorderingen in de opwerkingstechnologie de economie aantrekkelijk maken. De bestaande Amerikaanse technologie dateert uit de Koude Oorlog en omvat ingewikkelde chemische stappen die enorme hoeveelheden vloeibaar afval creëren. Maar er bestaat een alternatief: elektrometallurgische opwerking. Hoewel het onderzoek naar de techniek de laatste tijd is achtergebleven vanwege het economische klimaat, kan het concept in de toekomst serieuzer worden genomen. Elektroden kunnen het afval (de atomen die worden gevormd wanneer uranium wordt gesplitst) scheiden van het bruikbare uranium (het uranium-235 dat nog beschikbaar is voor splijting en het uranium-238 dat in een reactor tot plutonium kan worden omgezet), ongeveer zoals juweliers gebruik elektrometallurgie om zilverplaat aan te brengen. De resulterende afvalvolumes zouden veel kleiner zijn.
Misschien wel het belangrijkste: over 100 jaar kunnen vraag en aanbod van energie heel anders zijn. Opgewerkte kernbrandstof zou wel eens een cruciaal onderdeel van de energievoorziening kunnen worden, als de wereld geen goedkope olie meer heeft en we besluiten dat het verbranden van steenkool te schadelijk is voor onze atmosfeer. Als dat gebeurt, hebben we misschien 1.000 kernreactoren. Aan de andere kant hebben we misschien geen reactoren, afhankelijk van de voortgang van alternatieve energiebronnen zoals zon en wind. Op dit moment is het moeilijk te zeggen, maar we zijn niet verplicht om nu de beslissing te nemen; we kunnen de verbruikte splijtstof 50 jaar in vaten doen en dan beslissen of het tarwe of kaf is.
Er is nog een laatste, meer praktische reden waarom we ervoor zouden kunnen kiezen om het plutonium uit verbruikte splijtstof te halen voor gebruik in reactoren: het maakt de rest gemakkelijker op te slaan. Voor het grootste deel zal wat er over is bijna niet zo lang radioactief zijn en zal het enorme volume aan materiaal lager zijn. Mark Deinert, een natuurkundige aan de Cornell University, zegt dat herverwerking, net als recycling, ongeveer de helft van het materiaal uit het afval verwijdert, waardoor de opslagkosten drastisch worden verlaagd en de capaciteit van een faciliteit als Yucca wordt verdubbeld.
Wedden op betere opslag
Hoewel kernafval over 50 of 100 jaar gemakkelijker te verwerken zou zijn, zou het nog enkele honderdduizenden jaren geïsoleerd moeten blijven. Maar er is alle reden om te verwachten dat de opslagtechnologie de komende eeuw zal verbeteren. Wanneer we besluiten om het afval definitief te verwijderen, al dan niet na opwerking, zijn we misschien slimmer in metallurgie, geologie en geochemie dan we nu zijn.
Tegenwoordig is de basistechnologie bij Yucca een roestvrijstalen materiaal genaamd legering 22, bedekt met een paraplu van titanium - een druipscherm tegen water dat door het tunneldak naar beneden sijpelt. Dat kan er over 100 jaar net zo primitief uitzien als de Flyer uit 1903 van de gebroeders Wright er in 2004 voor ons uitziet. Of het kan gewoon achterhaald zijn. Technologie voor het lanceren van de ruimte zou net zo betrouwbaar kunnen worden als straalvliegtuigen vandaag de dag zijn, waardoor we een bijna onfeilbare manier hebben om afval in een baan om de zon te gooien. De mysteries van de geochemie zijn misschien net zo transparant als de menselijke genetische code aan het worden is, wat zou betekenen dat we met vertrouwen zouden kunnen zeggen wat voor soort verpakking het afval de komende honderdduizenden ingepakt zou houden.
Of misschien zijn er eenvoudigere manieren om het afval te verwerken. Zo zouden deeltjesversnellers, die routinematig worden gebruikt om medische isotopen te maken, een middel kunnen zijn om het afval goedaardiger te maken. Het principe is al experimenteel aangetoond: het afvuren van subatomaire deeltjes op hoogradioactief afval kan langlevende radioactieve stoffen veranderen in kortlevende. Richard A. Meserve, voormalig voorzitter van de U.S. Nuclear Regulatory Commission en nu voorzitter van een panel van de National Academy of Sciences over nucleair afval, zegt dat deze technologie, bekend als transmutatie, over 100 jaar praktischer kan worden. De technologie van versnellers is de afgelopen jaren vooruitgegaan, zegt hij, en het is een goede gok dat dit zo zal blijven.
Voor sommige alternatieve opslagtechnologieën is misschien nog maar een paar jaar onderzoek en ontwikkeling nodig. Een daarvan is keramische verpakkingen. Keramiek is goed bestand tegen straling en hitte en roest niet. Op dit moment giet niemand keramiek dat groot genoeg is om brandstofassemblages te bevatten, die meestal ongeveer vier meter lang zijn. Maar er is geen theoretische limiet aan de afmetingen van keramiek; er is gewoon geen economische prikkel geweest om gigantische te maken. Die zal er ook niet zijn, totdat de enige waarschijnlijke klant voor hen, de afdeling Energie, besluit dat het metaal waar het nu naar op zoek is, niet geschikt is voor het werk.
Een ander alternatief is het mengen van afval met keramiek of mineralen om een steenachtig materiaal te vormen dat ongeveer 20 procent afval bevat. Het afval zou chemisch gebonden zijn aan stabiele materialen die niet geneigd zijn om met water te reageren. Met een paar decennia respijttijd konden ingenieurs monsters bouwen en testen in ruwe omgevingen. Maar hoewel het idee al meer dan 10 jaar bestaat, heeft niemand er serieus onderzoeksgeld in gestoken, aangezien de enige mogelijke Amerikaanse klant, het Energy Department, zich aan Yucca heeft gecommitteerd.
Die situatie vertoont geen tekenen van verandering. Het Energiedepartement heeft, in navolging van de bevelen van het Congres, tot dusver geweigerd alternatieven te overwegen. Man-Sung Yim, een nucleair onderzoeker aan de North Carolina State University in Raleigh, stelt dat sommige van deze technologieën al volwassen zijn, maar aan de kant zijn geschoven in de haast, mogelijk nutteloze, haast van de afdeling Energie om Yucca te openen. Op dit moment lees ik dat mensen die bij het projectbureau van Yucca Mountain werken, het ontwerp niet echt willen veranderen. Hoe meer verandering je aanbrengt, hoe meer vertraging de processen oplopen, zegt Yim. Jammer, want we hadden het beter kunnen maken.
Centrale Casking
Maar het streven naar de perfecte oplossing (ervan uitgaande dat diepe geologische berging zelfs geperfectioneerd zou kunnen worden) heeft een realistische oplossing genegeerd. En als het perfecte faalt, zoals nu waarschijnlijk lijkt, blijven we achter met iets dat geen rationeel persoon zou hebben gekozen: afvallocaties verspreid van kust tot kust, op plaatsen waar vroeger reactoren stonden, elk met zijn eigen veiligheidstroepen, onderhoudspersoneel, en uitsluitingsgebied. We zijn hier om een bedrijf zo efficiënt mogelijk te runnen, zegt John Sanchez, de projectmanager die toezicht hield op de planning voor het pad op Indian Point toen hij werkte bij Consolidated Edison, de voormalige eigenaar van de site. In een perfecte wereld zou je van niets 60 hebben, als je er een zou kunnen hebben. Maar na 20 jaar geologische opruiming nastreven, en 15 jaar Yucca achtervolgen en elke vermelding van een plan B vermijden, komt zo'n ad hoc en suboptimale oplossing in opkomst.
En het komt tot stand zonder de steun van het Energiedepartement. Kyle McSlarrow, de adjunct-secretaris van het Energiedepartement, getuigde in de zomer voor de Senaatscommissie voor energie en zei dat voortdurende vooruitgang bij het opzetten van een afvalopslagplaats op hoog niveau op de Yucca Mountain-locatie absoluut essentieel is. Hij vertelde diezelfde dag aan een andere commissie dat met de vooruitgang in de richting van de opening van Yucca, de industrie duidelijk zag dat de optie voor kernenergie echt weer op tafel lag. (De afdeling zou McSlarrow of andere functionarissen niet beschikbaar stellen voor commentaar op dit artikel.)
Vatenopslag is niet mooi, maar wat is er mis met het idee van een industriële opslagplaats, een paar hectare gereserveerd voor de komende eeuw of zo, een enkele, bewaakte locatie in een weinig bevolkt gebied, een locatie die over tien jaar of zo zal alleen opmerkelijk zijn omdat het een plek is waar de sneeuw niet blijft plakken? Macfarlane van MIT zegt dat het beveiligen van een dergelijke site en het terrorismebestendig maken hoogstens 6,5 miljard dollar zou kosten. Is dat het niet waard? Hoeveel hebben we uitgegeven aan Irak? Kijk wat we voor dat geld hebben gekregen. En hier loopt meer risico, zegt ze.
Het vinden van een centrale locatie brengt duidelijke uitdagingen met zich mee; niemand wil enige vorm van radioactief afval in zijn of haar achtertuin. Maar na langdurige onderhandelingen sloot een groep nutsingenieurs, waaronder Sanchez, een erfpachtovereenkomst met de Skull Valley-band van de Goshute-indianenstam voor een erfpacht van een deel van hun reservaat, 80 kilometer ten westen van Salt Lake City. Het gebied herbergt al een luchtmachtbombardement, een zenuwgasdepot en verbrandingsoven, en een stortplaats voor laagradioactief afval; de Goshutes denken dat ze de huur kunnen gebruiken om voor zichzelf land te kopen in een mooiere buurt.
Sommige experts denken dat de federale overheid het Goshute-project zou kunnen overnemen en tot voltooiing zou kunnen brengen, maar er is een addertje onder het gras - een ironische, gezien de angst voor een aanslag in de stijl van 11 september op een nucleaire site. De Nuclear Regulatory Commission heeft vastgesteld dat het neerstorten van een F-16 in de vaten op weg van of naar de testlocatie een geloofwaardig ongeval is. Maar hoewel zo'n crash ongetwijfeld rampzalig zou zijn, bieden vaten toch enkele veiligheidsvoordelen ten opzichte van de huidige brandstofpools. De brandstof in vaten is veel meer verspreid en heeft geen koelwaterstroom nodig om spontaan, zich uitbreidend vuur te voorkomen. De worst-case effecten zijn dus beperkter. In ieder geval zou één afgelegen centrale locatie gemakkelijker te beschermen zijn met luchtverdediging dan talrijke verspreide locaties.
Die verspreide locaties zorgen nu al voor lokale problemen. De vaten van de voormalige reactor in Wiscasset, ME, blokkeren de herontwikkeling van het schiereiland waar ze zijn opgeslagen, een waardevolle industriële site. Een vatlocatie in de buurt van de Prairie Island Nuclear Generating Plant in Welch, MN, grenst aan een tribaal kinderdagverblijf en casino, wat niemand een idee heeft van een langetermijnoplossing. Het is onvermijdelijk dat in de nasleep van 11 september de Indian Point-vaten een plaats van angst zullen zijn. Deze resultaten zullen over 30 jaar nog dwazer lijken, wanneer veel van de reactoren die het afval hebben gemaakt, verdwenen zijn.
Sanchez herinnert zich dat hij een picknicklunch droeg naar de stand van esdoorns en zwarte walnootbomen die nu worden vervangen door een betonnen pad voor de opslag van nucleair afval. Naarmate de jaren verstrijken, zullen steeds minder mensen weten dat die bomen bestonden. Over enkele decennia, nu de verouderde kerncentrales van vandaag worden ontmanteld, herinneren mensen zich misschien niet meer dat de reactoren zelf bestonden. Als we echter niet snel actie ondernemen, zullen de vaten met afval alleen staan op die klif boven de Hudson River - en op tientallen andere plaatsen in het land.