Kassen met bloemen of sla opwarmen met een kleine kerncentrale, technisch is het mogelijk. Dr.ir. Ewout Verkerk ontwierp tijdens zijn promotieonderzoek een veilige warmtekrachtcentrale die op kernenergie draait.
Delen
Maar is het ook wenselijk?
Iedere wijk zijn eigen kerncentrale. Denk er enthousiaste polygoonreportages met gelukkige gezinnen bij, en de premeltdown jaren zestig zijn weer helemaal terug. ‘Inherent veilige’ kernenergie: het klinkt voor de consument net zo onwaarschijnlijk als een onkraakbare softwarebeveiliging. En toch kan het. Volgens de berekeningen van promovendus dr.ir. Ewout Verkerk bestaan er kleine kerncentrales waar in feite geen veligheidsrisico’s aan verbonden zijn. Dit maakt de weg vrij voor nieuwe toepassingen van kernenergie, als brandstof in een warmtekrachtcentrale bijvoorbeeld.
Menig tuinder heeft een kleine warmtekrachtcentrale om zijn kassen te verwarmen en tegelijkertijd elektriciteit op te wekken, gestookt op olie of gas. In zo’n warmtekrachtcentrale wordt een deel van de vrijgekomen hitte benut om een gasturbine aan te drijven, waarmee elektriciteit wordt opgewekt. Gevolg: een efficiëntere energieomzetting en minder verlies van brandstof, want het teveel aan elektriciteit kan gewoon aan het energiebedrijf teruggeleverd worden.
Verkerk heeft onderzocht of kernenergie de traditionele fossiele brandstoffen kan vervangen. Omdat de toepassingen van de warmtekrachtkerncentrale niet vragen om de duizenden megawatt van een traditionele kerncentrale, voldoet de kleine en veiligere pebble-bedcentrale. Die is met een opbrengst van veertig megawatt een dwerg onder de kerncentrales, maar toch nog altijd in staat meer kassen dan nodig van warmte en elektriciteit te voorzien.
Biljartbal
Waar bij een gewone kerncentrale de splijtstof in staafvorm in de kern wordt gebracht, maakt een pebble-bedcentrale gebruik van grafietballen waarin kleine uraniumdeeltjes zijn verwerkt. Ewout Verkerk houdt er één in zijn handen, formaat biljartbal. ,,Uiteraard zonder radioactieve deeltjes”, lacht Verkerk.
Deze ballen zijn een stuk hanteerbaarder dan de staven. Het vermogen is kleiner, maar dat maakt de energiewinning juist beheersbaarder.
De zogenaamde pebble-bedreactor neemt dus één van de twee nadelen van een traditionele kernreactor weg. De veiligheid is ‘inherent’, wat betekent dat zelfs in het geval van de grootst mogelijke catastrofe de veiligheid gewaarborgd blijft. ,,De temperatuur kan nooit boven de 1600 graden Celsius uitkomen”, aldus Verkerk. Het narekenen van rampscenario’s zoals het wegvallen van alle koeling, was één van de hoofdbestanddelen van zijn promotie.
Verkerk ontdekte verder dat bij een paar procent koeling de temperatuur in de reactor hoger oploopt dan wanneer de koeling totaal is uitgevallen. ,,Dat komt waarschijnlijk doordat een beperkte koeling er niet in slaagt om de warmte uit de reactor af te voeren, maar wel de aanwezige warmte in één richting transporteert. Zo wordt de hitte in één deel van de reactor geconcentreerd. Overigens komt ook in dit geval de temperatuur nog lang niet in de buurt van het maximum.”
Warmtewisselaar
Alleen het afvalprobleem blijft bestaan. Dit probleem wordt door de toepassing van de grafietballen echter een stuk hanteerbaarder. Verbruikte ballen kunnen makkelijker vervangen worden voor nieuwe exemplaren. En de radioactiviteit is in de pebbles minder geconcentreerd dan in opgebruikte staven. Hierdoor hoeven ze niet in glas gegoten te worden om een enigszins veilige opslag mogelijk te maken.
Een ander voordeel van de nucleaire warmtekrachtcentrale ten opzichte van een conventioneel gestookte warmtekrachtcentrale is dat de energiewinning bij een hogere temperatuur plaatsvindt en efficiënter verloopt. Waar in een traditionele warmtekrachtcentrale waterdamp onder hoge druk de energie via een warmtewisselaar naar een gasturbine transporteert, gebruikt de kernversie heliumgas. Dat is nucleair inert, het draagt geen radioactiviteit over.Verder is er geen warmtewisselaar nodig. Het heliumgas kan direct de gasturbine aandrijven.
De keerzijde, althans voor Verkerk, is de sterke afhankelijkheid tussen de gasturbine en de reactor. Hierdoor wordt het rekenwerk een stuk gecompliceerder. ,,Alles beïnvloedt elkaar. De uitgangstemperatuur van de reactor is direct de ingangstemperatuur voor de energieconversie. Toch is het na een hoop rekenen wel gelukt om een model op te stellen. Dat was ook mijn opdracht.”
Sla
Kernenergie is omgeven met veel -al dan niet terechte – angst en maatschappelijke weerstand. Dat maakte dit onderzoek voor Verkerk boeiender. ,,Ik heb de mogelijke ongevalsituaties bekeken. Bij een normale warmtekrachtcentrale hoef je geen mensen te evacueren als er een gasturbine kapot gaat. Bij kernenergie ligt alles natuurlijk anders.”
,,Mijn eigen houding ten opzichte van kernenergie is tijdens dit project eigenlijk niet veranderd. Die was altijd al welwillend, hoewel ik naast de voordelen ook heel duidelijk de nadelen zie.”
Eén van Verkerks stellingen bij zijn promotie houdt dan ook in dat ‘een dergelijke kleine warmtekrachtcentrale met nucleaire krachtbron nooit in Nederland gebouwd zal worden’. Waarom niet? ,,Niemand wil een kerncentrale in de wijk, ook al krijg je er nog zulke goedkope stadsverwarming mee.” Laat staan dat de andere gebruikers van warmtekrachtkoppeling, de tuinders, een reactor naast de kroppen sla of tomatenplanten accepteren.
Is het niet vervelend om iets te onderzoeken dat nooit in praktijk gebracht zal worden? ,,Dat valt wel mee. Ten eerste is dit project voor een deel gefinancierd door de Nederlandse overheid, die de nucleaire kennis in ons land in ieder geval op peil wil houden. En er wordt buiten Nederland wel degelijk iets mee gedaan. In Zuid-Afrika is men dit type reactor aan het bouwen omdat de Zuid-Afrikanen menen dat deze vorm van kernenergie economisch concurrerend is met hun eigen steenkool. En dat terwijl je daar de steenkool zo uit de grond kan scheppen. In Zuid-Afrika moet het overgrote deel van de zwarte bevolking nog op het elektriciteitsnet worden aangesloten en daardoor is er een grote vraag naar energie te verwachten. En zolang een centrale maar ver weg staat, ergens in de woestijn, is de weerstand ook beperkt.”
Uiteindelijk kunnen pebble-bedreactoren dus wel degelijk een brede toepassing vinden, zelfs in de warmte-krachtcombinatie. Bijvoorbeeld in ontziltingsinstallaties in Israël. De winning van drinkwater uit zeewater vraagt om een grote hoeveelheid warmte en energie. ,,Daarvoor is deze centrale erg aantrekkelijk.”
Patentbureau
Verkerk kijkt tevreden terug op zijn project: ,,Maatschappelijk gezien is dit natuurlijk een moeilijk onderwerp. Maar natuurkundig is het erg interessant door de combinatie tussen fundamenteel onderzoek en een praktische toepassing. Verder is het leuk om een onderwerp te hebben waar iedereen wel een mening over heeft.”
Na zijn promotie kiest Verkerk toch voor de praktijk, bij het Europees patentbureau in Rijswijk. ,,Dat is een gek verhaal. Toen ik na vier jaar nog niet klaar was met mijn promotie, kreeg ik geen geld meer en belandde in de WW. Om mijn uitkering te behouden moest ik actief solliciteren. Toen heb ik een aantal Europese vacatures geprobeerd, omdat die altijd een heel lange procedure hebben. Kon ik mooi mijn onderzoek afmaken. Bijna per ongeluk werd ik door het patentbureau gevraagd voor een gesprek. Nu ga ik me bezighouden met patenten die te maken hebben met sportauto’s en zo. Dat is niet zonde van mijn specifieke kennis, het is gewoon hartstikke leuk. En betaalt nog goed ook.”
Kassen met bloemen of sla opwarmen met een kleine kerncentrale, technisch is het mogelijk. Dr.ir. Ewout Verkerk ontwierp tijdens zijn promotieonderzoek een veilige warmtekrachtcentrale die op kernenergie draait. Maar is het ook wenselijk?
Iedere wijk zijn eigen kerncentrale. Denk er enthousiaste polygoonreportages met gelukkige gezinnen bij, en de premeltdown jaren zestig zijn weer helemaal terug. ‘Inherent veilige’ kernenergie: het klinkt voor de consument net zo onwaarschijnlijk als een onkraakbare softwarebeveiliging. En toch kan het. Volgens de berekeningen van promovendus dr.ir. Ewout Verkerk bestaan er kleine kerncentrales waar in feite geen veligheidsrisico’s aan verbonden zijn. Dit maakt de weg vrij voor nieuwe toepassingen van kernenergie, als brandstof in een warmtekrachtcentrale bijvoorbeeld.
Menig tuinder heeft een kleine warmtekrachtcentrale om zijn kassen te verwarmen en tegelijkertijd elektriciteit op te wekken, gestookt op olie of gas. In zo’n warmtekrachtcentrale wordt een deel van de vrijgekomen hitte benut om een gasturbine aan te drijven, waarmee elektriciteit wordt opgewekt. Gevolg: een efficiëntere energieomzetting en minder verlies van brandstof, want het teveel aan elektriciteit kan gewoon aan het energiebedrijf teruggeleverd worden.
Verkerk heeft onderzocht of kernenergie de traditionele fossiele brandstoffen kan vervangen. Omdat de toepassingen van de warmtekrachtkerncentrale niet vragen om de duizenden megawatt van een traditionele kerncentrale, voldoet de kleine en veiligere pebble-bedcentrale. Die is met een opbrengst van veertig megawatt een dwerg onder de kerncentrales, maar toch nog altijd in staat meer kassen dan nodig van warmte en elektriciteit te voorzien.
Biljartbal
Waar bij een gewone kerncentrale de splijtstof in staafvorm in de kern wordt gebracht, maakt een pebble-bedcentrale gebruik van grafietballen waarin kleine uraniumdeeltjes zijn verwerkt. Ewout Verkerk houdt er één in zijn handen, formaat biljartbal. ,,Uiteraard zonder radioactieve deeltjes”, lacht Verkerk.
Deze ballen zijn een stuk hanteerbaarder dan de staven. Het vermogen is kleiner, maar dat maakt de energiewinning juist beheersbaarder.
De zogenaamde pebble-bedreactor neemt dus één van de twee nadelen van een traditionele kernreactor weg. De veiligheid is ‘inherent’, wat betekent dat zelfs in het geval van de grootst mogelijke catastrofe de veiligheid gewaarborgd blijft. ,,De temperatuur kan nooit boven de 1600 graden Celsius uitkomen”, aldus Verkerk. Het narekenen van rampscenario’s zoals het wegvallen van alle koeling, was één van de hoofdbestanddelen van zijn promotie.
Verkerk ontdekte verder dat bij een paar procent koeling de temperatuur in de reactor hoger oploopt dan wanneer de koeling totaal is uitgevallen. ,,Dat komt waarschijnlijk doordat een beperkte koeling er niet in slaagt om de warmte uit de reactor af te voeren, maar wel de aanwezige warmte in één richting transporteert. Zo wordt de hitte in één deel van de reactor geconcentreerd. Overigens komt ook in dit geval de temperatuur nog lang niet in de buurt van het maximum.”
Warmtewisselaar
Alleen het afvalprobleem blijft bestaan. Dit probleem wordt door de toepassing van de grafietballen echter een stuk hanteerbaarder. Verbruikte ballen kunnen makkelijker vervangen worden voor nieuwe exemplaren. En de radioactiviteit is in de pebbles minder geconcentreerd dan in opgebruikte staven. Hierdoor hoeven ze niet in glas gegoten te worden om een enigszins veilige opslag mogelijk te maken.
Een ander voordeel van de nucleaire warmtekrachtcentrale ten opzichte van een conventioneel gestookte warmtekrachtcentrale is dat de energiewinning bij een hogere temperatuur plaatsvindt en efficiënter verloopt. Waar in een traditionele warmtekrachtcentrale waterdamp onder hoge druk de energie via een warmtewisselaar naar een gasturbine transporteert, gebruikt de kernversie heliumgas. Dat is nucleair inert, het draagt geen radioactiviteit over.Verder is er geen warmtewisselaar nodig. Het heliumgas kan direct de gasturbine aandrijven.
De keerzijde, althans voor Verkerk, is de sterke afhankelijkheid tussen de gasturbine en de reactor. Hierdoor wordt het rekenwerk een stuk gecompliceerder. ,,Alles beïnvloedt elkaar. De uitgangstemperatuur van de reactor is direct de ingangstemperatuur voor de energieconversie. Toch is het na een hoop rekenen wel gelukt om een model op te stellen. Dat was ook mijn opdracht.”
Sla
Kernenergie is omgeven met veel -al dan niet terechte – angst en maatschappelijke weerstand. Dat maakte dit onderzoek voor Verkerk boeiender. ,,Ik heb de mogelijke ongevalsituaties bekeken. Bij een normale warmtekrachtcentrale hoef je geen mensen te evacueren als er een gasturbine kapot gaat. Bij kernenergie ligt alles natuurlijk anders.”
,,Mijn eigen houding ten opzichte van kernenergie is tijdens dit project eigenlijk niet veranderd. Die was altijd al welwillend, hoewel ik naast de voordelen ook heel duidelijk de nadelen zie.”
Eén van Verkerks stellingen bij zijn promotie houdt dan ook in dat ‘een dergelijke kleine warmtekrachtcentrale met nucleaire krachtbron nooit in Nederland gebouwd zal worden’. Waarom niet? ,,Niemand wil een kerncentrale in de wijk, ook al krijg je er nog zulke goedkope stadsverwarming mee.” Laat staan dat de andere gebruikers van warmtekrachtkoppeling, de tuinders, een reactor naast de kroppen sla of tomatenplanten accepteren.
Is het niet vervelend om iets te onderzoeken dat nooit in praktijk gebracht zal worden? ,,Dat valt wel mee. Ten eerste is dit project voor een deel gefinancierd door de Nederlandse overheid, die de nucleaire kennis in ons land in ieder geval op peil wil houden. En er wordt buiten Nederland wel degelijk iets mee gedaan. In Zuid-Afrika is men dit type reactor aan het bouwen omdat de Zuid-Afrikanen menen dat deze vorm van kernenergie economisch concurrerend is met hun eigen steenkool. En dat terwijl je daar de steenkool zo uit de grond kan scheppen. In Zuid-Afrika moet het overgrote deel van de zwarte bevolking nog op het elektriciteitsnet worden aangesloten en daardoor is er een grote vraag naar energie te verwachten. En zolang een centrale maar ver weg staat, ergens in de woestijn, is de weerstand ook beperkt.”
Uiteindelijk kunnen pebble-bedreactoren dus wel degelijk een brede toepassing vinden, zelfs in de warmte-krachtcombinatie. Bijvoorbeeld in ontziltingsinstallaties in Israël. De winning van drinkwater uit zeewater vraagt om een grote hoeveelheid warmte en energie. ,,Daarvoor is deze centrale erg aantrekkelijk.”
Patentbureau
Verkerk kijkt tevreden terug op zijn project: ,,Maatschappelijk gezien is dit natuurlijk een moeilijk onderwerp. Maar natuurkundig is het erg interessant door de combinatie tussen fundamenteel onderzoek en een praktische toepassing. Verder is het leuk om een onderwerp te hebben waar iedereen wel een mening over heeft.”
Na zijn promotie kiest Verkerk toch voor de praktijk, bij het Europees patentbureau in Rijswijk. ,,Dat is een gek verhaal. Toen ik na vier jaar nog niet klaar was met mijn promotie, kreeg ik geen geld meer en belandde in de WW. Om mijn uitkering te behouden moest ik actief solliciteren. Toen heb ik een aantal Europese vacatures geprobeerd, omdat die altijd een heel lange procedure hebben. Kon ik mooi mijn onderzoek afmaken. Bijna per ongeluk werd ik door het patentbureau gevraagd voor een gesprek. Nu ga ik me bezighouden met patenten die te maken hebben met sportauto’s en zo. Dat is niet zonde van mijn specifieke kennis, het is gewoon hartstikke leuk. En betaalt nog goed ook.”
Comments are closed.