Thorium: de onbekende stof die het energieprobleem moet oplossen

Kernenergie; verdiend aanwezig in het klimaatdebat maar nog steeds onterecht gestigmatiseerd. Zeker als je weet wat voor fenomenale vooruitgang de kernfysica de laatste dertig jaar heeft geboekt. Kernrampen en atoombommen hebben ons terecht gechoqueerd, maar kunnen we het negeren van een CO2 neutrale energiebron ons nog werkelijk permitteren? In tijden waarin het broeikaseffect blijft zegevieren, is het antwoord hierop nee. De nucleaire energie kent een stug verleden en misschien was het wel domweg een ongelukkige tijd om zoiets te introduceren begin jaren 40. Hoe dan ook verdient ze een tweede kans. En of! Ik stel u graag voor aan de ‘Thoriumreactor’, een recente innovatie uit het vakgebied die de sleutel lijkt te zijn tot de oplossing van het energievraagstuk. Het probleem? Nog te weinig mensen zijn ervan op de hoogte en zonder deze kennis dreigt de politiek blindelings die sleutel in de vuilbak te smijten.

Tekst: Jens Rummens // Beeld: Katja Schraag

Kernenergie in beeld

Voordat we ons verdiepen in de Thoriumreactor, belicht ik graag even de nog steeds onterechte weerstand tegen kernenergie in het algemeen. Misschien heb je twee jaar geleden een keer de aflevering van Zondag met Lubach over kernenergie gezien, of heb je een van de talloze recente artikels gelezen over de oproep om kernenergie een nieuwe kans te bieden. Hoe dan ook hoef je je niet erg in te spannen om op de hoogte te zijn van de opmars van kernenergie. Toch ontstaat er nog steeds een luide weerklank in de politiek wanneer kernenergie in het klimaatdebat wordt genoemd, en op emotioneel niveau is dat begrijpelijk. De relatief korte geschiedenis van kernfysica kent de nodige gruwel. Atoombommen die in een seconde een miljoenenstad van de kaart vegen zijn terecht angstaanjagend en horen niet thuis in de samenleving van morgen. Daarnaast kent onze geschiedenis ook de kernramp in Tsjernobyl. Dit was de ergste ramp van nucleaire aard uit onze geschiedenis, maar zal dit waarschijnlijk ook blijven. De ramp in Fukushima staat als enig ander ongeval in dezelfde categorie ingedeeld; desondanks is deze categorisering niet volledig terecht aangezien er maar één persoon is omgekomen omwille van de nucleaire ramp. De overige 15.000 mensen zijn gestorven door de tsunami. Het was ook wegens de tsunami dat de nucleaire ramp tot stand is gekomen.

Het noemen van ‘kernenergie’ katapulteert ons terug naar akelige passages uit de geschiedenis, ten koste van de positieve impact die het kan verwezenlijken. In een artikel van James Hansen, professor aan de universiteit van Iowa en in samenwerking met de universiteit van Columbia, schreef hij dat het bestaan van kernenergie 1,8 miljoen levens gered heeft. Dit is gebaseerd op het feit dat de meeste energiebronnen CO2 uitstoten en de lucht vervuilen, wat jaarlijks resulteert in het overlijden van zeven miljoen mensen. Oké, kernafval kent een radioactieve waarde van schadelijke aard, maar het afval wordt tenminste veilig bewaard en niet in de lucht geknald zoals bij koolstoffabrieken. Daarbovenop boekt de Thoriumreactor magistrale vooruitgang op het aspect van afval.

Zoals ik al zei, is de scepsis gedeeltelijk van emotionele aard (zeker in vergelijking met de alternatieven waarover we beschikken). Bangelijke explosies en Hollywoodfilms over Tsjernobyl met enge mutaties laten veel indruk en angst achter op de kijker. We moeten deze waan overbruggen, ons afzetten van Hollywoodfantasieën en de kernfysica naar waarde schatten op basis van statistische en objectieven feiten. De weerstand tegen kernenergie is gewoonweg ongegrond!

Het broertje thorium

De ontwikkelingen in de kernindustrie zijn erg boeiend, en de variëteit aan werkingen van verschillende reactoren verdient het een keertje opgezocht te worden. Het volledige proces is best complex maar tegelijkertijd razend interessant. Het internet staat vol met illustraties, filmpjes en Wikipediapagina’s, dus bronnen genoeg.

Het noemen van ‘kernenergie’ katapulteert ons terug naar akelige passages uit de geschiedenis, ten koste van de positieve impact die het kan verwezenlijken.

In dit stuk ga ik kort de technische verschillen belichten tussen de bestaande reactoren en de Thoriumreactor. Tot op heden bestaat het gros van de reactoren uit ‘lichtwaterreactoren’ ( LWR, zeg lower), waarvan de meest voorkomende variant de ‘drukwaterreactor’ (PWR (Pressurized-water reactor), zeg power) is. Deze reactoren gebruiken het uranium dat je rechtstreeks in de natuur terugvindt als brandstof: uranium-235. Vervolgens – en vandaar dus ook de naam – wordt het water van de lichtwaterreactoren gebruikt als koelingsmiddel en moderator. Deze variant van reactoren werd destijds gekozen omdat ze niet erg complex was en goedkoop, daarnaast waren deze reactoren gewoonweg al in het proces van ontwikkeling. De LWR’s hebben echter een bouwkundig zwaargewicht nodig om extreem hoge druk op het water uit te oefenen, zodat het water op een (relatief) hogere temperatuur kan opereren en zo zijn efficiëntie kan bewerkstelligen. 

De reikwijdte aan reactoren is immens. Ze worden allemaal in generaties ingedeeld op basis van efficiëntie, technologie, veiligheid etc. De LWR’s zijn van generatie II, de reactoren zoals die van Fukushima en Tsjernobyl waren bijvoorbeeld van deze aard. De Thoriumreactor (LFTR (Liquid-fluoride thorium reactor), zeg lifter) daarentegen is er een van de nieuwste generatie IV reactoren. Hij gebruikt thorium als brandstof (en zet deze tijdens het proces om in uranium-233). Het grote verschil met een LWR is dat een LFTR gesmolten zout hanteert op de plek waar anders het water zou zitten. Gesmolten zout weet met efficiëntie van hoge temperaturen te werken zonder de aanwezigheid van druk-indammingsinstallaties. De Thoriumreactor is de enige die op hoge temperatuur en lage druk kan opereren, in tegenstelling tot de lichtwaterreactoren die inefficiënter en duurder zijn door hun lage temperatuur en hoge druk.

Waarom thorium nu zo veelbelovend is

Wereldwijd is er drie keer meer thorium te vinden dan uranium-235. Daarbij komt nog eens kijken dat thorium bijna volledig verbruikt wordt in tegenstelling tot uranium-235, waar doorgaans maar twee tot vier procent van verbruikt wordt. Hierbovenop is het reeds minimale afval dat bij thorium vrijkomt tot duizend keer minder radioactief dan uranium-235, en blijft maar ongeveer driehonderd jaar radioactief in tegenstelling tot het afval van uranium dat tienduizend jaar schadelijk blijft. 

Op het gebied van veiligheid staat de LFTR ook aan kop. Bij het gebruik van gesmolten zout is het walk-away safety principle aanwezig. Dit betekent dat bij een shutdown van het systeem het zout niet meer wordt verwarmd en hard wordt. Als de stroom uitvalt, staakt het fysische proces vanzelf, omwille van de wetten van de fysica die van toepassing zijn. Je hoeft dus niet over back-up generatoren te beschikken die in geval van nood de boel dienen te blussen, met het risico op een meltdown (dit is wat in Tsjernobyl gebeurde). Uiteindelijk is het uranium-233 uit de Thoriumreactor volledig onbruikbaar voor kernwapens.

Maar het allergrootste voordeel (en dat geldt voor al de kernenergie) is de CO2-neutraliteit. Bij de ontginning van nucleaire energie komt er geen CO2 vrij, wat je nu juist zoekt in de ‘hernieuwbare’ energiebron. 

Een van de nadelen is dat zout op lange termijn bepaalde bouwmaterialen doet eroderen. Een lastig aspect, maar met meer wetenschappelijke aandacht ben ik ervan overtuigd dat kernfysici dit kunnen overbruggen. Daarnaast zijn alle huidige kernreactoren LWR’s, wat een financieel obstakel veroorzaakt om nu naar LFTR’s over te schakelen. 

Thorium vandaag

De stijging in energieverbruik zal niet snel afbuigen. De overrompeling aan smartphones en elektrische wagens om maar wat te noemen, blijft opstapelen en verbruiken continu hoge volumes aan elektriciteit. Men is dus op zoek naar duurzame energiebronnen. Voorbije jaren hebben overheden massaal geïnvesteerd in windmolens en zonnepanelen, maar weet dat het maken van zonnepanelen ook niet zo ‘groen’ is als je zou denken. Het chemisch proces bij de ontwikkeling van zonnepanelen is enorm schadelijk en giftig. Vervolgens zijn zonnepanelen op geen enkele manier recyclebaar. Windmolens doen het op dat vlak wel beter maar kennen een nadeel dat ook de zonnepanelen behelst: het waait simpelweg niet elke dag en de zon schijnt ook niet altijd. Kernenergie, daarentegen, produceert dag in dag uit energie totdat het thorium is opgebruikt (dat duurt overigens nog meer dan duizend jaar). 

Je zou terecht kunnen zeggen dat het bouwen van Thoriumreactoren financieel uitdagend is. Maar ten eerste is het bouwen van een LFTR in vergelijking met een LWR vele malen goedkoper. Ten tweede is het toch ook van belang om te kijken hoe efficiënt onze energiebronnen zijn. Van een grote investering hoop je veel terug te krijgen. Bij wind- en zonne-energie bleek dat totaal niet het geval, terwijl het bij een haast onuitputtelijke Thoriumreactor meer de gewenste kant op lijkt te gaan.

Maar waarom is de Thoriumreactor dan nog niet geïnstitutionaliseerd, hoor ik je dan denken. Dat blijft voor mij ook het grote vraagstuk. Maar een deel van het antwoord ligt verscholen in de geschiedenis en ontwikkeling binnen het veld van kernenergie. Kort samengevat hebben de Verenigde Staten onder leiding van Nixon (zij stonden destijds aan kop omtrent de ontwikkeling en kennis van kernfysica) gekozen voor de variant fast breeder reactor waaruit de LWR voortkwam. Veel achterkamerpolitiek en de begeerte naar snelle economische groei onder enkele oude witte mannen was het antecedent van de verwaarlozing van LFTR’s. Door de jammerlijke afschrijving van het Thoriumreactor-project is er een gans ongerept gebied van ontwikkeling afgesneden. Achteraf daalden ook de LWR’s populariteit, maar men is nooit teruggegaan met de vraag of het dan een betere zet was geweest zich in thorium te verdiepen.

De voordelen leken te mooi en te groot om waar te zijn.

Eind jaren 70 betekende het einde voor de Thoriumreactor, totdat enkele moedige wetenschappers en klimaatactivisten in het begin van de 21e eeuw, met oog op het klimaatprobleem, deze energiebron een nieuwe blik gunde. Nieuwe kennis in de ontwikkeling op het gebied van kernfysica, maar jammer genoeg ook de atoombommen, leken redenen waarom men gelijk zo sceptisch stond ten opzichte van de Thoriumreactor. De voordelen leken te mooi en groot om waar te zijn. Dit was ook het geval bij Thomas Jam Pedersen toen hij voor het eerst een artikel las over thorium. De Deen is nu als eerste Europeaan op weg de Thoriumreactor verder te ontwikkelen en binnenkort op de markt te zetten met zijn bedrijf Copenhagen Atomics.

Daarnaast is er ook veel te danken aan Kirk Sorensen, de grote voorstander en frontman van de LFTR. Hij is zelf wetenschapper en schreef jarenlang een blog om een community op te starten om deze wonderformule voor de toekomst met de wereld te delen. Hij sprak op talloze conferenties, bij grote techbedrijven en TED Talks om te pleiten voor de Thoriumreactor als energiebron. 

Maar ondanks de moeite die vertegenwoordigers steken in het promoten van de Thoriumreactor, het astronomische volume aan bewijsvoeringen, theorie en concepten voor thorium te vinden op het internet en internationale conferenties, blijft dit onder de radar van politieke aandacht. Ook GroenLinks, een partij waarvan je zou verwachten dat ze voor een energiebron zijn zoals deze, zijn radicaal tegen kernenergie. Wellicht zijn ze nog niet op de hoogte van LFTR’s, maar dat bewijst jammer genoeg nogmaals mijn punt. Met al het beloftevolle potentieel dat schuilt in de Thoriumreactor, is het haast immoreel voor een maatschappij met een klimaatprobleem zoals het onze om deze energiebron niet te overwegen.

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s