Fossielvrije brandstoffen voor drijvende krachtcentrales
Seaborg Technologies uit Denemarken en TU Delft, zijn een éénjarig project gestart waarin onderzoek wordt gedaan naar de chemie van gesmolten zout als brandstof voor de ontwikkeling van een innovatief ontwerp voor een Compact Molten Salt Reactor (CMSR). De onderzoekers van de TU Delft zijn Dr. Anna Smith (Associate Professor) en Lukasz Ruszczynski (Postdoc). De visie van Seaborg Technologies is schone, kosteneffectieve en veilige energie te leveren met hun CMSR concept.
Aantrekkelijk ontwerp
De CMSR is een geavanceerde, kleine modulaire reactor (SMR) met veelbelovende inherente veiligheidskenmerken. De CMSR gebruikt gesmolten fluoridezout als brandstofdrager en koelmiddel voor uranium. Uranium maakt integraal deel uit van de samenstelling van het fluoridezout en wordt in de gesmolten zoutmatrix in en uit de reactorkern gecirculeerd. In de CMSR komt het splijtstofzout de kern binnen bij ongeveer 600°C, waar het wordt gecirculeerd in de nabijheid van de door Seaborg gepatenteerde, gesmolten natriumhydroxide moderatortechnologie, waardoor splijting mogelijk wordt. Het brandstofzout bereikt 700°C bij de uitgang van de reactorkern en draagt energie in de vorm van via een warmtewisselaar warmte over aan een extra niet-radioactieve lus van gesmolten zout die water verwarmt om uiteindelijk stoom te leveren.
De gesmoltenzout reactor technologie is oorspronkelijk ontwikkeld in de VS in de jaren 1950 en 1960, maar werd nooit gecommercialiseerd wegens een handvol technische moeilijkheden, die volgens Seaborg zijn opgelost met hun gepatenteerde natriumhydroxide moderator. De keuze voor een vloeibare moderator resulteert in een zeer compact ontwerp, wat voordelig is voor de maritieme toepassing die Seaborg voor ogen heeft: een drijvende krachtcentrale, de CMSR Power Barge.
Een drijvende krachtcentrale
De CMSR Power Barge wordt geleverd als een kant-en-klaar product, geassembleerd en in werking gesteld op de scheepswerf, klaar om te worden afgemeerd in een industriële haven. Seaborg heeft samengewerkt met Samsung Heavy Industries om grote productievolumes voor hun Power Barge te bereiken.
Het Power Barge ontwerp is modulair en levert van 200 tot 800 MW-elektrisch voor een levensduur van 24 jaar. De CMSR Power Barge is ontworpen om kosteneffectief te zijn, of het nu gaat om het leveren van proceswarmte voor industriële doeleinden, het aansluiten op het net van een bestaande kolenhaven of het aandrijven van de productie van waterstof en ammoniak.
Projectaanpak: brandstofchemie
Een belangrijke uitdaging voor de ontwikkeling van de CMSR-technologie en de commercialisering ervan in de nabije toekomst is een grondig begrip en modellering van de thermodynamische en fysisch-chemische eigenschappen van de vloeibare brandstof, d.w.z. stollingstemperatuur, dichtheid, viscositeit, warmtecapaciteit, warmtegeleidingsvermogen en dampspanning. Het referentiebrandstofzout voor het CMSR-ontwerp van Seaborg is een fluoride NaF-KF-UF4 eutectisch mengsel. De beschikbare gegevens over dit systeem zijn tot op heden echter zeer beperkt en een uitgebreide thermodynamische beoordeling ontbreekt.
In dit 12 maanden durende Post Doc project van Lukasz Ruszczynski van de TU Delft, zal de nadruk liggen op de ontwikkeling van een gekoppeld model van de structurele en thermodynamische eigenschappen van het zoutsysteem van microscopische tot macroscopische schaal, waarbij experimentele metingen, atomistische simulaties en een thermodynamische modelbenadering worden gecombineerd.
Een dergelijk model is essentieel voor ontwerpdoeleinden, voor het vergunningsproces en de veiligheidsbeoordeling van de brandstofprestaties tijdens de werking van de reactor en bij ongevallen. De multi-schaalmodel benadering zelf gaat verder dan de laatste stand der techniek van de traditionele modelleertools en richt zich op de structuureigenschap relaties. Het is de bedoeling om in vergelijking met de huidige methoden betere voorspellingen van de brandstofprestaties te doen.
Over de samenwerking Seaborg-TU Delft
"Als TU Delft kijken we erg uit naar de samenwerking voor de ontwikkeling van dit veelbelovende CMSR project en verheugen we ons erop mee te werken aan de ontwikkeling van modelleringsinstrumenten die verder gaan dan huidige technieken en die de behoeften van MSR-ontwikkelaars kunnen dienen", zegt Anna Smith, hoofdonderzoeker aan de TU Delft.
"Bij Seaborg geloven we sterk dat de academische wereld een sleutelrol speelt bij de toepassing van moderne kernenergie, en we zijn dan ook verheugd om deze samenwerking met Anna Smith en de TU Delft aan te gaan. Het belang van de resultaten die we in dit project hopen te behalen is tweeledig. We willen het pad effenen voor meer geavanceerde modellering van splijtingsproducten in het splijtstofzout, en we willen dat de publicatie van peer-reviewed gegevens de noodzaak aangeeft van transparante en open samenwerking tussen ontwikkelaars in de publieke en private sector", zegt Luca Silvioli, Chemical Process R&D Team Lead bij Seaborg.
Over Seaborg
Seaborg begon in 2014 in Kopenhagen met drie natuurkundigen. Vandaag hebben ze ongeveer 120 mensen in dienst - van nucleaire ingenieurs tot bedrijfsontwikkelaars. Ze bezitten en exploiteren een aantal laboratoria en zijn goed op weg om licenties te verlenen voor de volgende generatie kernreactoren.
Over Anna Smith
Als universitair hoofddocent aan de TU Delft is Anna Smith gespecialiseerd in de chemie van nucleaire materialen, waaronder brandstof en splijtingsproducten, en hun interactie met bekleding en koelmiddel, zowel voor de huidige als voor de volgende generatie (Generatie IV) kernreactoren. In het project met Seaborg zal zij de Post Doc begeleiden die werkt aan de ontrafeling van de thermochemische en thermofysische eigenschappen van het gesmolten brandstofzout en de relatie tussen structurele en macroscopische eigenschappen.
Over TU Delft Reactor Instituut (RID) en afdeling Straling, Wetenschap & Technologie (RST)
Het TU Delft Reactor Instituut en de wetenschappelijke afdeling RST vormen al meer dan 50 jaar het Nederlandse kenniscentrum voor onderzoek en onderwijs op het gebied van straling en nucleaire technieken. Met onze kennis en expertise leveren wij een belangrijke bijdrage aan fundamenteel en toegepast wetenschappelijk onderzoek, waarbij gebruik wordt gemaakt van neutronen, positronen, elektronen, protonen, gammastraling of radio-isotopen. Een groot deel van het onderzoek richt zich op medische toepassingen, zoals de productie van medische isotopen en de opsporing, diagnose en behandeling van kanker. Daarnaast worden nieuwe materialen ontwikkeld voor duurzame energie zoals zonnecellen, batterijen en efficiënte koeling/verwarming, en wordt onderzoek gedaan naar schone en veilige kernenergie.
Meer informatie
Seaborg, Mikkel Veje Rønsbo, Media and Public Affairs Specialist Mikkel.Roensbo@seaborg.com
TU Delft Reactor Instituut Femke Werkman, adviseur Communicatie fmwerkman@tudelft.nl
M +31 (0)6 43287791