Kernenergie wordt vaak genoemd als alternatief voor wie geen fan is van windmolens. Maar wat houdt het precies in? In dit artikel kijken we naar de verschillende soorten kernreactoren en hoe ze werken. We bespreken zowel de bestaande technologieën als de mogelijke toekomstige ontwikkelingen, zoals Small Modular Reactors (SMR) en thoriumreactoren. Daarbij gaan we in op de kosten, de bouwtijden en de veiligheidsaspecten, zodat je een goed beeld krijgt van de voor- en nadelen van kernenergie.

Hoe werken kernreactoren eigenlijk?

De meest voorkomende kernreactor is de drukwaterreactor, vooral vanwege de relatief hoge veiligheid en de bewezen technologie die al decennia in gebruik is. Hier wordt de brandstofkern gekoeld met water onder hoge druk, zodat er geen stoombellen ontstaan rond de splijtstofstaven, net zoals je thuis ziet wanneer water begint te koken en over de rand van de pan borrelt. Onder druk gebeurt dit niet. De warmte wordt via een warmtewisselaar overgedragen aan een tweede, niet-radioactief circuit waarin stoom wordt opgewekt. Die stoom drijft een turbine aan.

Op dit moment werken bijna alle kerncentrales op basis van uraniumsplijting. In Europa zijn alle werkende kerncentrales zogenoemde drukwaterreactoren. Een uitzondering hierop was de kerncentrale in Fukushima (Japan), waar het type reactor mede heeft bijgedragen aan de omvang van de ramp in 2011 door de manier waarop de stoomradioactiviteit direct werd verspreid., waar een ander type reactor werd gebruikt: de kokendwaterreactor. In dit systeem werd de warmte direct omgezet in stoom, waardoor de stoom die de turbine aandreef radioactief was. Dit verschil in techniek heeft ook invloed op de manier waarop een reactor veilig kan worden stilgelegd.

Historisch gezien werd uranium gekozen als brandstof omdat bij kernsplijting plutonium ontstaat, een cruciaal bestanddeel voor kernwapens. Uranium komt voor in twee vormen: U-238 en U-235. Alleen U-235 is bruikbaar in een kernreactor. Van nature bevat uraniumerts slechts 0,7% U-235, terwijl kernreactoren een verrijking tot 3-5% nodig hebben. Dit verrijken gebeurt onder andere met ultracentrifuges, zoals bij Urenco in Almelo.

Hoe groot en duur is een kerncentrale?

De meeste moderne kerncentrales hebben een vermogen van 1000 tot 1750 MW. Vaak worden meerdere reactoren op één locatie geplaatst, zoals bij de centrale van Zaporizja (Oekraïne) met zes reactoren en een totaal vermogen van 5700 MW, of Fukushima (Japan) met 4700 MW. De grootste centrale ter wereld, Kashiwazaki-Kariwa (Japan), heeft 8200 MW. Ter vergelijking: Borssele is met 478 MW een hele kleine.

Door strengere veiligheidseisen, mede door rampen als Tsjernobyl, Fukushima en Three Mile Island, zijn de bouw- en exploitatiekosten van kerncentrales sterk gestegen. De bouwkosten per 100 MW liggen nu rond de 800 miljoen tot 1 miljard euro. Als je vandaag een nieuwe kerncentrale met het vermogen van Borssele (478 MW) zou worden gebouwd, zou deze tussen de 4 en 5 miljard euro kosten. Dit verklaart ook waarom de bouwtijd, inclusief vergunningstrajecten, enorm is toegenomen. Van planfase tot oplevering duurt het gemiddeld 11 tot 16 jaar. Nederland verwacht een eventuele nieuwe centrale pas in 2040.

Kleine kernreactoren: de toekomst?

Een populaire term in de discussie over kernenergie is de Small Modular Reactor (SMR). Dit type reactor zou seriematig in fabrieken geproduceerd kunnen worden, wat de kosten moet verlagen. Rolls-Royce heeft plannen in deze richting, maar voorlopig blijft het bij concepten. Serieproductie wordt pas goedkoper als er honderden exemplaren zijn gebouwd, en dat gaat nog tientallen jaren duren.

SMR’s zouden een vermogen tussen de 175 en 470 MW hebben, vergelijkbaar met of een kleinere versie van Borssele. Het idee dat ze “in een zeecontainer passen” is onjuist. Bovendien blijft het de vraag of de prijs per MW echt veel lager zal uitvallen, aangezien het nog steeds om een kerncentrale gaat met bijbehorende veiligheids- en infrastructuurkosten.

Thorium: een beter alternatief?

Thoriumreactoren, ook wel bekend als gesmoltenzoutreactoren, worden beschouwd als veiliger omdat ze bij werken bij een lagere druk en een ingebouwd veiligheidssysteem hebben, waardoor ze minder kans hebben op ernstige ongelukken. Daarnaast blijft het radioactieve afval minder lang gevaarlijk dan conventionele kernreactoren. Toch zijn er nog grote uitdagingen, zoals het extreem corrosieve gedrag van de gesmolten zouten die als koelmiddel worden gebruikt, en het ontbreken van een volledig ontwikkeld commercieel ontwerp. Ook wordt dit reactortype vaak genoemd als een veiliger en efficiënter alternatief, met als voordeel dat thorium overvloediger aanwezig is dan uranium. Maar in de praktijk kent thorium nog veel problemen:

• Er zijn slechts enkele mijnen waar thoriumerts in bruikbare concentraties voorkomt, met name in India, Brazilië, Australië en de Verenigde Staten.
• De afvalstoffen van een thoriumreactor zijn wel degelijk radioactief.
• Thorium kan in theorie ook gebruikt worden voor kernwapens.
• Gesmoltenzoutreactoren, die met thorium werken, zouden veiliger zijn. Maar dit is nog puur theorie. Er zijn ooit twee proefreactoren gebouwd (in de VS en Duitsland), maar volledig mislukt.
• De ontwikkeling van thoriumreactoren staat pas aan het begin. Door technologische uitdagingen, zoals corrosieproblemen, verwachten specialisten pas rond 2045 een werkend prototype.
• Er zijn nog geen bedrijven die thorium commercieel delven.

 

Kan kernenergie onze energieproblemen oplossen?

Kernenergie wordt soms gepresenteerd als snelle en eenvoudige oplossing voor de energietransitie. Maar de praktijk is complex. De kosten, lange bouwtijd en veiligheidsrisico’s maken het een trage en dure optie. Nieuwe technologieën zoals SMR’s en thoriumreactoren zijn nog decennia verwijderd van grootschalige toepassing.

Voor wie tegen windmolens is, klinkt kernenergie aantrekkelijk. Dit komt vooral doordat kernenergie een continue energiebron is en geen grote landschappelijke impact heeft, hoewel de kosten en risico’s een belangrijke rol spelen in de afweging. Maar realistisch gezien blijft kernenergie een optie die alleen op de lange termijn een rol kan spelen. Voor de komende 10 tot 20 jaar is het geen directe oplossing voor onze energiebehoefte.

Tot slot: op dit moment is kernenergie aanzienlijk duurder dan andere duurzame opties. De kosten per opgewekte kilowattuur liggen drie tot vier keer hoger dan die van windenergie op land. Dit betekent dat kernenergie vooral een langetermijnoptie blijft, terwijl wind- en zonne-energie nu al betaalbare en snel inzetbare oplossingen bieden.