Thorium: oplossing voor het energievraagstuk of een verre droom?
China is gestart met de bouw van de eerste thoriumcentrale. Kerncentrales die werken op thorium in plaats van uranium en die gekoeld worden met gesmolten zout zouden veiliger zijn en duurzamer. Komt deze ontwikkeling nog op tijd?
We moeten de klimaatverandering stoppen. We beseffen dat kerncentrales minder CO₂ uitstoten dan kolen- en gascentrales, maar daarnaast doemen telkens de beelden op van Tsjernobyl en Fukushima. En dan is er ook het radioactief kernafval dat eeuwenlang veilig moet worden opgeslagen. Bovendien is de grondstof uranium niet onuitputtelijk. Wat als we al die nadelen van kernenergie van tafel zouden kunnen vegen door in plaats van uranium een andere grondstof te gebruiken: thorium. Terwijl het in Nederland welles-nietes klinkt over de haalbaarheid van het thorium-alternatief, opent China binnenkort zo’n kernreactor van de toekomst.
Ook interessant: Waterstof: de energie van de toekomst?
Het is een primeur. China heeft de plannen goedgekeurd voor de bouw van een kleine kerncentrale die niet draait op uranium, maar op thorium. Op een zandvlakte bij de stad Wuwei komt een kernreactor die kleiner is dan we gewend zijn. De reactor is ook veiliger dankzij een nieuw koelmiddel en produceert amper kernafval.
Veiliger en duurzamer
De thoriumreactor in China is de eerste die is goedgekeurd om te bouwen. Aan de hand van een kleine centrale wil China het werkingsprincipe aantonen, en als alles goed functioneert, komt er in 2035 een 300 megawatt-centrale, wat overeenkomt met het jaarlijkse verbruik van ongeveer 700.000 gezinnen.
Als het experiment een succes is, kunnen kerncentrales veiliger en duurzamer werken en produceren ze minder kernafval. "De uitstoot van deze thoriumcentrales zou over hun volledige levenscyclus vergelijkbaar zijn met die van windenergie en zou zelfs viermaal kleiner zijn dan die van zonne-energie", aldus Nathal Severijns, kernfysicus aan de KU Leuven.
Drie tot vier keer meer dan uranium Thorium werd al in 1828 ontdekt door de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius. Het element is vernoemd naar de Noorse god van de donder: Thor. Het is een zacht zilverwit metaal dat zich goed laat bewerken. Een belangrijk voordeel van thorium is dat er drie tot vier keer meer van beschikbaar is op de wereld dan uranium. Bijna de helft van de wereldreserves van 1,9 miljoen ton aan thorium bevindt zich in India. Ook de Verenigde Staten, vooral in Wyoming, en Australië bezitten aanzienlijke voorraden thorium in hun grond.
©Negro Elkha
Er is drie tot vier keer meer thorium beschikbaar in de wereld dan uranium.
Timing
De Chinese reactor is van het zogenaamde Generatie IV-type, dat in vele landen in ontwikkeling is. In Europa denken we dat we pas na 2050 de eerste bouwvergunning voor dit type kunnen afleveren. Tegen die tijd zou het klimaatvraagstuk echter al opgelost moeten zijn. Critici hier spreken daarom over het 'thoriumsprookje' waarvan de redding te laat zal komen.
De reactor in China is een SMR, wat staat voor small modular reactor. Het is dus een kleine reactor, een type dat momenteel erg in opkomst is. China heeft intussen zo’n SMR-reactor die al anderhalf jaar operationeel is. Maar dit nieuwe type is de eerste reactor die met thorium werkt en die gekoeld wordt door gesmolten zout in een gesloten circuit. Dat is vooral interessant in woestijngebieden en plaatsen waar geen koelwater voor handen is.
Kernafval verbranden
Zo’n thoriumreactor met gesmolten zout is een revolutionair concept. Het gaat om een reactor waarbij de brandstof – thorium dus – is opgelost in gesmolten zout, dat tegelijk als koelvloeistof dient. Thorium splijt niet vanzelf. Eerst moet er een beetje uranium worden bijgemengd. Dat betekent wel dat er zogenaamde 'langer levende isotopen' oftewel kernafval wordt geproduceerd.
Gesmolten zoutreactors kunnen die geproduceerde langlevende radioactiviteit, die we nu honderdduizend jaar willen opslaan, in de reactor zelf verbranden. In plaats van gesmolten zouten kan men ook vloeibare metalen gebruiken. In het studiecentrum voor kernenergie in Mol werkt men aan een project dat eenzelfde pad bewandelt met de Myrrha-reactor. Zij gebruiken in plaats van gesmolten zout een mengsel van lood en bismut.
©ER - ID.nl
Kerncentrales die met gesmolten zout worden gekoeld zijn interessant in gebieden waar geen koelwater beschikbaar is.
In combinatie met hernieuwbare energie
Bovendien werken de gesmolten zoutreactoren bij een hoge temperatuur, 600° tot 700°C, en zijn ze te combineren met hernieuwbare energie. Als er voldoende wind en zon is, kan de reactor elektriciteit produceren die niet direct op het net wordt geplaatst, maar die wordt gebruikt om een enorm buffervat met gesmolten zout op te warmen. Dat blijft dan voldoende heet om later op de dag, als er geen zon of wind is, elektriciteit te produceren. Dat overschot aan energie kan ook worden gebruikt om waterstof voor de industrie te produceren.
Tienduizend jaar energie
De voorstanders van thorium wijzen erop dat deze brandstof volledig kan worden gebruikt voor energieproductie, wat bij uranium niet het geval is. Bij uranium worden slechts enkele procenten gebruikt. De splijting van thorium produceert bovendien 100 tot 200 keer minder kernafval dan uranium. Dezelfde voorstanders beweren bovendien dat als we vandaag alle kerncentrales op aarde zouden vervangen door thoriumcentrales, we voor minstens tienduizend jaar aan energie hebben.
Uranium kreeg voorsprong dankzij wapenwedloop In de jaren 1950 en 1960 speelde thorium naast uranium een belangrijke rol in de ontwikkeling van kernenergie voor elektriciteitsproductie. Door de Koude Oorlog kreeg uranium destijds voorrang. Met uranium kun je meer plutonium in de reactorcyclus produceren, wat kan worden ingezet voor atoombommen. Nathal Severijns: "Als de wapenwedloop van vorige eeuw er niet was geweest, dan werkten onze kerncentrales misschien nu al op thorium."
©Jumbo2010
De splijting van thorium produceert 100 tot 200 keer minder kernafval dan uranium.
China wedt op alle paarden tegelijk
Het zal nog even duren voordat er grote thoriumreactors operationeel zijn. De kleine thoriumreactors die gekoeld worden door gesmolten zout of vloeibare metalen, zullen we in een eerste fase veel sneller hebben. China heeft samen met India de grootste bevolking ter wereld en heeft daarom veel energie nodig. De Chinese overheid wedt om die reden op alle paarden tegelijk. Het centraal aangestuurde regime laat zodoende toe om veel opties naast elkaar te ontwikkelen, zoals zonnepanelen, batterijen en windturbines, maar dus ook innovatieve kernenergie.
Op dit ogenblijk werken onze kernreactors met uranium als grondstof onder zeer hoge druk: ongeveer 150 keer de atmosferische druk. Dat betekent dat de veiligheidsnormen erg hoog liggen. Bij thorium is een meltdown niet mogelijk, een ontploffing is uitgesloten en radioactieve gassen blijven in het gesmolten zout gebonden. Er kan dus geen gas in de atmosfeer terechtkomen.
De klok tikt
Als we iets tegen de klimaatverandering willen doen, dan kunnen we ons niet permitteren om nog tientallen jaren te wachten, zeggen sceptici. Kunnen we niet beter geld besteden aan bewezen technologieën, zoals zon en wind? Het duurt te lang om een functionele thoriuminfrastructuur op te bouwen. Op dit ogenblik is ook de technische universiteit van Delft zeer actief met onderzoek naar de thoriumoplossing en wil men een theoretische reactor ontwikkelen waarin alle veiligheidsaspecten grondig worden onderzocht. Bovendien staan de ontwikkelaars van op uranium gebaseerde centrales recht tegenover de mensen die geloven in de thorium-cyclus. Het woord is aan de wetenschappers die de komende decennia uitkijken naar de voortrekkersrol van China.
