‘Nederland zal thoriumreactor hard nodig hebben’

Nederland heeft kernenergie nodig voor de reductie van CO2, denkt Jan-Leen Kloosterman. Hij leidde afgelopen zomer in Delft een conferentie over een nieuw type kernreactor: de thoriumreactor. Nederland zou moeten investeren in een prototype, vindt de hoogleraar reactorfysica.

Jan-Leen Kloosterman: “De overheid lijkt volledig te vertrouwen op zon en wind.”(Foto © Sam Rentmeester)

Kernenergie is in Europa een ongemakkelijk onderwerp. Duitsland heeft kernenergie in de ban gedaan na Fukushima, maar ziet sindsdien de CO₂-uitstoot stijgen door het gebruik van kolencentrales. Frankrijk heeft echter geen enkel probleem met kernenergie, maar de reactoren zijn wel een halve eeuw oud. Het gezamenlijke probleem van eeuwig levend kernafval wordt doorgeschoven naar volgende generaties.

Alle reden, zou je denken, voor een Europese ontwikkeling van veiliger kernreactoren en oplossingen voor kernafval. Maar zo gaat het niet, legt prof.dr.ir. Jan-Leen Kloosterman uit. Hij is hoogleraar reactortechnologie bij de faculteit Technische Natuurwetenschappen (TNW) en hij leidt Europese onderzoeksprogramma’s op het gebied van kernenergie. “Er is in Europa weinig onderzoeksgeld voor kernsplijting”, constateert hij.

Europa investeert wel fors in de experimentele fusiereactor ITER met een budget van minimaal 20 miljard euro, maar er gaat geen procent van dat bedrag naar een prototype gesmolten-zoutreactor.

De reden? Europese onderzoekfondsen mogen zelf geen onderzoekslijnen initiëren maar volgen investeringen van lidstaten. Daarom vindt Kloosterman dat Nederland €200 miljoen zou moeten investeren in een prototype van een thoriumreactor (zie kader).

Virtuele reactor

Kloosterman heeft berekend dat in een CO₂-vrije elektriciteitsvoorziening, zoals die voor 2050 bedoeld is, Nederland ongeveer 10 procent van de elektriciteit uit kernenergie moet halen. Kernenergie zou dan de basisvoorziening zijn in het variërende aanbod van zonne- en windenergie. “De overheid lijkt volledig te vertrouwen op zon en wind”, zegt Kloosterman. “Of ze nemen hun eigen klimaatbeleid niet serieus en houden fossiele centrales aan als back-up.” Voor een stabiele fossielvrije stroomvoorziening is de vraag volgens hem dus: houden we vast aan de bestaande reactortechnologie, of gaan we iets beters ontwikkelen?

Alle onderzoekers die afgelopen juli in Delft aanwezig waren voor de afsluiting van het onderzoeksprogramma Samofar (Safety Assessment of Molten Fast Reactor, 2015-2019) zijn ervan overtuigd dat de thoriumreactorde betere optie is (zie kader). Kloosterman vindt, als voorzitter van het programma, dat er veel bereikt is gezien het beperkte budget van circa 4 miljoen euro.

Het onderzoek gaat door in het volgende Europese onderzoeksprogramma Samosafer (2019-2023). Het plan is om fysische modellen te ontwikkelen voor het smelten en stollen van zout (het transportmiddel binnen de reactor), voor de vrijkomende stralingswarmte, en voor het ontwerp van de vriesplug die dient als veiligheidsklep als de reactor oververhit zou raken. De plug smelt dan en het gesmolten zout loopt uit de reactor waardoor de kernreactie dooft.

Het eindproduct van het onderzoek, dat al sinds 2010 loopt, is een compleet softwarepakket dat de reactor tot in details simuleert. Vooral onder extreme omstandigheden, om de veiligheid onder alle omstandigheden te garanderen.

Aan de slag

Zowel Kloosterman als dr.ir. Danny Lathouwers, die het onderzoek naar mogelijke ongevallen met de thoriumreactor leidde) vinden dat het dan, over vier jaar, hoog tijd is voor praktisch onderzoek.

Ze willen, net als onderzoekers in het Sinap-laboratorium in Sjanghai willen doen, een klein prototype bouwen van een gesmolten-zoutreactor. De kosten daarvan worden op € 200 miljoen geschat.

Is dat niet veel geld voor een klein land? Kloosterman vindt van niet, en wijst naar België dat € 500 miljoen uittrekt voor de speciale kernreactor Myrrha die geschikt is om langlevend kernafval te versplijten.

Als de overheid besluit om de ontwikkeling van een thoriumreactor te steunen kan er volgens hem in 2030 een klein prototype staan. Kloosterman schetst het vervolg in grote lijnen: een demonstratiereactor in 2040 en een Europese commerciële thoriumreactor in 2050. Die komt dan waarschijnlijk als geroepen om het elektriciteitsnet te stabiliseren. 

Waarom een thoriumreactor?

Het hart van het ontwerp is een gesmolten-zoutreactor (Molten Salt Fast Reactor of MSFR). Dat is een sterk aangepast ontwerp van de reactor die in de jaren ‘zestig van de vorige eeuw duizenden uren heeft gefunctioneerd in het Oak Ridge Lab in de Verenigde Staten. In het gemoderniseerde Franse ontwerp is de kern van de reactor een twee meter hoge en brede stalen cilinder, gevuld met gesmolten zout en uranium (U-233) als splijtstof. De hitte van de reactor (op ongeveer 750 graden Celsius) wordt met warmtewisselaars afgevoerd naar stoomturbines (voor de stroomopwekking).

In het ontwerp van het CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) functioneert de reactor op omgevingsdruk, waardoor er geen risico bestaat op explosies. Thorium is geen splijtstof, maar door het met neutronen te bestralen wordt thorium omgezet in U-233, wat wel een splijtstof is. Aan de buitenzijde van de reactor wordt daarom splijtstof uit thorium gekweekt.

Splijtingsproducten worden continu uit het gesmolten zout gezuiverd. Het grootste deel daarvan is na tien jaar nauwelijks radioactief meer, en een klein deel (ongeveer 20 procent) moet 300 jaar bewaard worden. Vergelijk dat eens met de geologische opslagplaatsen die voor het huidige kernafval nodig zijn.

/* */