Twee wegen gingen uiteen
Thorium is een veilige, milieu- en klimaatvriendelijke kernenergie, tegen een betaalbare prijs. Het is een brand-efficiënt systeem, dat minder afval produceert, en op relatief korte termijn kan worden verwezenlijkt. Het kan ons duizenden jaren voorzien van ruim voldoende, betaalbare, veilige en schone energie.
Uiteraard is het niet al goud dat blinkt, en moeten er nog een aantal problemen worden opgelost, maar die lijken mij helemaal niet onoverbrugbaar. We overlopen de pro- en contra’s, het verleden en de toekomst van deze technologie.
— — —
Je kan een hele waslijst voordelen opnoemen, wat betreft de thorium-gesmoltenzout-reactor. Een deel daarvan konden we deels al afleiden, uit het vorige artikel, omdat ze rechtstreeks samenhangen met het gebruikte procédé.
Om te beginnen vertrekken we van een grondstof, die een aantal troeven heeft, wat betreft het mijnen. Daar waar bij hernieuwbare energiebronnen, gigantische mijnbouwprojecten moeten worden opgezet, die een enorme impact hebben op het milieu, en de lokale structuren, is dit hier niet het geval. De risico’s zijn ook veel kleiner dan bij het mijnen van zeldzame metalen, zowel geografisch als voor de gezondheid van de werknemers. Gezien de voorraad wereldwijd, moeten we geen schrik hebben dat de stocks opraken. We halen nu al 50 keer zoveel thorium uit de grond, dan we nodig hebben voor de productie van alle elektriciteit, wereldwijd. Dus dat zit al goed.
Op meerdere punten valt het systeem goedkoper uit, waardoor het er naar uit ziet dat we, met de thorium-centrales, aanzienlijk goedkopere elektriciteit zullen kunnen produceren, dan met de huidige reactoren. Om te beginnen wordt er gewerkt bij lage druk, en hoge warmtecapaciteit, waardoor de vaten kleiner en dunner kunnen zijn.
Doordat de reactoren minder componenten nodig hebben, zijn ze ook eenvoudiger en goedkoper te bouwen. Het naar verhouding zeer compacte reactorvat, kan zelfs in serie worden geproduceerd. Ook de veiligheidssystemen zijn minder duur, en er zijn veel minder kosten aan afvalverwerking, maar daar kom ik zo dadelijk op terug.
Ten opzichte van de standaard elektriciteitscentrales, sparen we bovendien een belangrijke kost uit, omdat de brandstof niet moet worden verrijkt, wat bij uranium wel het geval is. Eens operationeel heeft een kweekreactor immers geen andere brandstof nodig dan Thorium. Vanaf dan produceert de reactor zijn eigen brandstof.
Doordat gewerkt wordt bij hoge temperaturen, zijn de warmteverliezen lager, waardoor het rendement stijgt. Ook de wetenschapper Carlo Rubbia, die de Nobelprijs kreeg voor zijn werk bij het CERN, de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, noemt thorium uitermate efficiënt. De reactor blijft immers alle lang levende componenten in het zout recycleren, tot alles gespleten is. Daardoor is de hoeveelheid radioactief afval minimaal.
Daar waar bij conventionele reactoren, de energieproductie elke 18 maanden voor een maand moet worden stilgelegd, om bij te tanken, kunnen deze reactoren worden bijgetankt, terwijl ze op vol vermogen werken. Dus je heb geen productieverlies.
Niets dan voordelen dus. Maar dat neemt niet weg, dat deze nieuwe nucleaire technologie aanzienlijke ontwikkelings- en opstartkosten met zich meebrengt. Doordat men niet meer kan verwijzen, naar de resultaten van de proefreactor in de jaren ’60, moeten dure tests worden overgedaan, hoe gedetailleerd de bewaarde rapporten en verslagen ook mogen zijn. Immers: hoe overtuigend virtuele modellen er ook uit mogen zien, voor het valideren hiervan zijn nucleaire tests onmisbaar. Wel ziet het er naar uit dat de operationele kosten van MSR’s - modulaire, gestandaardiseerde ontwerpen, die in een industrieel proces kunnen worden gebouwd - sterk zullen dalen.
Trouwens: als je ziet hoeveel kapitaal men al over de balk heeft gegooid, voor niét renderende systemen, dan kan men dat kapitaal misschien beter investeren, in energiebronnen die wél potentieel hebben.
Maar — zoals ik al heb aangetoond — kernenergie wil men niet. In hoofdzaak voor de volgende redenen: veiligheid, kernafval en het gevaar voor kernwapens. Ik overloop deze drie struikelblokken.
— — —
Doordat klassieke kerncentrales afhangen van externe systemen om de kern te helpen afkoelen, bestaat er altijd een klein risico dat dit het laat afweten, met oververhitting, en eventueel smelten van de reactorkern, als gevolg. Dit hebben we gezien in Fukushima — gelukkig zonder slachtoffers— waar het stroomnet was uitgevallen.
Zoals u in het vorige artikel kon lezen, is een meltdown, bij reactoren die vloeibaar thorium fluoride gebruiken, totaal uitgesloten. In het geval van een stroomstoring, of wanneer de interne temperatuur van de reactor een bepaalde drempel overschrijdt, smelt de smeltzekering - de zogenaamde zoutprop - waardoor de brandstof wegloopt in een veilige ondergrondse tank.
Even terzijde, wat betreft automatisering. Ook het proces, om de temperatuur binnen een geschikt bereik te houden, wordt in deze centrales automatisch geregeld. Naarmate de temperatuur in de reactor stijgt, daalt immers de snelheid waarmee de splijting-reacties plaatsvinden. Ook dit verhoogt de veiligheid.
Ook het tweede struikelblok, het radioactief afval, wordt bij thorium-centrales tot een minimum herleid en dit op meerdere manieren. Met de huidige generatie kerncentrales, hebben we, na de uranium-cyclus, radioactief restafval over (plutonium), met een heel lange levensduur (tienduizenden jaren).
We kunnen dat wel al voor een belangrijk deel verwerken, maar er blijft toch nog een restfractie over, die we moeten opbergen.
Bij een thorium-cyclus, is het plutonium-probleem honderd keer kleiner. Het opslaan en koelen is hier veel minder aan de orde. Dit type reactor is bovendien in staat, zijn brandstof bijna helemaal op te gebruiken, en wat nog rest — ter grootte van een blikje frisdrank per jaar — kan in de reactoren zelf worden verbrand. Door aan de gesmolten zouten kleine actiniden en plutonium toe te voegen (beide zijn radioactieve stoffen), worden ook die, na verloop van tijd, vernietigd. Je gebruikt de reactor, op dat moment, als het ware als afvalverbrander. (Bron)
En er is nog een derde extra voordeel. Om de thorium-cyclus op te starten, aan de praat te krijgen, heb je een neutronen-bombardement nodig. Hiervoor kan je het uraniumafval gebruiken, dat in de laatste vijftig jaar verzameld is. Dus in wezen recycleer je hierdoor de bestaande kernafval, wat het afvalprobleem ook nog eens een keertje oplost, en maakt dat ontginning zelfs niet nodig is. Tot daar het radioactief afval
De derde sta-in-de-weg is het mogelijke risico op ontwikkeling van kernwapens, uitgaande van deze technologie. In vorig artikel heb ik al aangetoond dat dit een zinloze gedachte is — de technologie bestaat nu eenmaal, dus dat kunnen we niet meer ongedaan maken — en tevens paranoïde, wegens onuitvoerbaar in de realiteit (Bron).
Maar moest u er toch niet gerust in zijn: bij thorium is dit totaal onmogelijk. Thorium is niet ‘bom-waardig'. In thorium-reactoren met gesmolten zout vormt zich vrijwel geen plutonium, dat kan worden gebruikt om wapens te maken, dus ook die ‘dreiging’ valt weg.
Nu al deze obstakels van de baan zijn, zou je toch verwachten, dat de groenen staan te springen, om deze technologie te omarmen. Die lijkt immers aan al hun verzuchtingen tegemoet te komen. Niets is minder waar. In januari 2023 schoot Jean-Marc Nollet (covoorzitter van Ecolo) het idee al af. “Als je kijkt naar de kosten, als je kijkt naar het afval die ze produceren, zie je niet echt het voordeel”, aldus Nollet, die blijkbaar niet op de hoogte is van het dossier, duidelijk niet eens interesse heeft en ook niet zinnens is de potentiële voordelen te accepteren.
Van deze, meest dogmatische, helft van de Belgische groenen, had ik wel niets anders verwacht. Het risico bestaat immers dat, zoals bij een openbare aanbesteding, de prijskaartjes wel eens naast elkaar zouden kunnen worden gelegd, en dan zou ook de exorbitante groene factuur wel eens op tafel kunnen belanden. Want we zijn wel voor transparantie, maar dat hebben we nog gehoord.
Toch zijn er uiteraard mensen, die wél verder kijken dan hun neus lang is, en de opportuniteiten trachten af te wegen. Zo stellen Nathal Severijns (hoogleraar kernfysica), Griet Ceulemans (docent duurzaamheid) en Baldwin Van Gorp (hoogleraar communicatiewetenschappen), allemaal verbonden aan de KU Leuven, in een artikel uit 2013 terecht: “Ook socio-economisch kunnen thorium-centrales een impact hebben. Immers, doordat ze klein zijn en veilig, zijn ze goedkoper, hoeven ze niet door grote investeringsmaatschappijen gefinancierd te worden, en kunnen ze op lokale industrieterreinen worden neergezet. De mogelijkheid om de nieuwe thorium-energie op te nemen in de diversiteit aan hernieuwbare en CO2-vrije methodes voor elektriciteitsproductie, zou de kans moeten krijgen in een open debat besproken te worden, los van onmiddellijke polarisatie "voor" of "tegen" om het even welke vorm van kerntechnologie. Dit vergt naast een interdisciplinaire dialoog tussen wetenschappers onderling, ook een brede trans-disciplinaire dialoog tussen de wetenschappers en politici, de jongeren (de generatie die deze thorium-energie zal gebruiken), lokale beleidsmakers, mogelijke coöperanten, het middenveld en de milieubeweging. Een open dialoog tussen al de betrokken partijen is hierbij van cruciaal belang.”
Die volwassenheid mag je eigenlijk ook verwachten van partijvoorzitters, maar misschien is dat teveel gevraagd.
— — —
Voor we ingaan op het luik ‘toekomst van deze technologie’, wil ik het eerst even hebben over twee vragen, die velen zich waarschijnlijk al hebben gesteld: "Als die technologie zo superieur is, waar wachten we dan op?", en, nog intrigerender: "Waarom is die technologie dan niet van de grond gekomen?" Het procédé is in de jaren zestig voor het eerst ontwikkeld in de VS en sindsdien is daar niets mee gedaan. Hoe komt dat? Dit lijkt toch verdacht?
Aan de wieg van beide ‘varianten’, uranium en thorium, stond een zekere Prof. Alvin Weinberg, directeur van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee, VS. De thorium-proefreactor, die hij gebruikte voor het experiment, haalde 6000 uur vol vermogen, in de jaren zestig. Een record, voor welk type kernreactor dan ook.
Maar ondanks die veelbelovende testresultaten, besloot de politiek destijds, het experiment niet voort te zetten. Men sloeg de weg in van het concurrerende programma, de natrium-gekoelde snelle kweekreactoren.
Er zijn uiteenlopende redenen terug te vinden voor deze keuze, een aspect waarop Alvin Weinberg, die leidinggevend was van het programma, trouwens uitgebreid ingaat in zijn autobiografie. De belangrijkste reden lijkt te zijn geweest, dat de wereld, op dat moment, al de keuze had gemaakt, en forse investeringen had gedaan, in de lichtwaterreactor — het type dat tegenwoordig nog steeds de standaard is. Destijds ging men er van uit, dat de uranium/plutonium-brandstofcyclus veel dichter bij marktintroductie was gekomen, dan de veel onbekendere technologie van gesmoltenzoutreactoren. Die laatste was eigenlijk alleen bij Oak Ridge National Laboratory goed bekend, en zou een heel nieuwe brandstofcyclus betekenen.
De lichtwaterreactor, was al met veel succes geïntroduceerd voor civiele stroomproductie, in een wereld die graag kernenergie wilde, en was hard op weg de wereldwijde standaard te worden. Een technologie die eenmaal is geaccepteerd, is moeilijk te wijzigen. Immers, een hele bedrijfstak wordt gebouwd rond een dergelijke technologie. Dit geldt eens te meer voor kernenergie, waar de kosten van verandering hoog zijn, omdat nucleaire research altijd een kostbare zaak is.
Alvin Weinberg, die beide systemen had uitgevonden, zei later: “Het was een succesvolle technologische ontwikkeling die werd gestopt, omdat het té verschillend was van wat men gewend was, in de wereld van reactor ontwikkeling. Het probleem was niet, dat het een zwak idee was, het was alleen anders dan de al ingeslagen weg.”
Anders geformuleerd, zoals ook mijn favoriete quote stelt: "Twee wegen gingen uiteen in een bos, en ik nam de minder bereisde, en dat heeft het verschil gemaakt."
Het was inderdaad zo, dat de natrium-gekoelde snelle kweekreactor, op dat moment, een veel beter getest ontwerp was. Ook daar waren problemen mee geweest, maar die waren minder duidelijk, dan de problemen met de gesmolten-zoutreactor. Die had namelijk de nodige kinderziekten gehad, maar uit het Molten Salt Reactor Experiment (MSRE) kwamen geen fundamentele bezwaren naar voor, die grootschalige uitrol in de weg zouden kunnen staan.
De materiaalkwesties, die na afloop van het langdurige experiment aan het licht waren gekomen, werden grotendeels opgelost gedurende en kort na het experiment. De betrokken onderzoekers beschouwden de MSRE-reactor dan ook als een groot en overtuigend succes.
De proefreactor had een aantal jaren gedraaid, en werkte zelfs zó goed, dat Weinberg steeds meer kritiek kreeg, op de favoriete lichtwaterreactoren, die op dat moment juist op grote schaal werden gebouwd. Dit werd hem niet in dank afgenomen. Hij werd ontslagen, en onder president Nixon kwam een einde aan het experiment. De tweede onderzoekslijn werd volledig stopgezet en men ging door met de eerste.
Maar los daarvan waren er misschien nog andere redenen, waarom het experiment werd afgeblazen.
Je moet je realiseren dat alles zich afspeelde, in de tijd van de Koude Oorlog. Via de weg van de thorium gesmoltenzoutreactor, kom je niet zo makkelijk uit bij een bijproduct daarvan, plutonium, dat bruikbaar is in de kernwapenindustrie. Maar dit argument blijft speculatie. Tot dusverre is voor deze stelling geen historisch bewijs aangedragen.
Wat wél zeker meespeelde, waren economische motivaties. Weinberg zegt daarover: “De kernenergie bracht behoorlijk goed op, met de conventionele reactoren. Waarom zou je dan instappen op een efficiënter ontwerp dat zijn eigen brandstof kweekt?”
Wat er ook van zij, het resultaat was, dat het experiment werd afgeblazen in 1973. En achteraf kan je dan wel denken: "Hadden we er mee verder gedaan, dan waren we in een totaal andere wereld terecht gekomen." En dat klopt hoogst waarschijnlijk.
Maar het is zoals het spreekwoord zegt:
Het beste moment om een boom te planten is twintig jaar geleden. Het volgende beste moment om dat te doen is vandaag.