Elk bedrijf least zijn eigen mini-centrale

De passief veilige reactor uit het Incogen-project (1 reactorkern; 2 reactorcaverne; 3 splijtstoftoevoer; 4 regel-/stopstaven; 5 luchtgekoelde reactorvatkoeler; 6 grafiet reflector; 7 reactorvat; 8 warmtewisselaar; 9 heliumturbine, -compressor en generator.)

Stel: bedrijf X zet een fabriek neer en wil daar een eigen warmte-kracht-eenheid bij installeren. Het bedrijf neemt een kernenergie-specialist in de arm die een lease-container komt plaatsen op het fabrieksterrein. In die container zit een superveilige mini-kernreactor. Het enige dat het bedrijf hoeft te doen, is de stekker in de container stoppen en het ding aanzetten. Het heeft er verder geen omkijken naar, en er komt geen operator aan te pas. De reactor levert ongeveer twintig megaWatt aan elektriciteit en twintig megaWatt aan warmte. Zodra de splijtstoffen op zijn, komt de leverancier de boel ophalen en krijgt het bedrijf een ‘verse’ container.

Dit is een schets van hoe het er mogelijk in de toekomst uit kan zien. In het nationale project Incogen (Inherent safe Nuclear Cogeneration) werkt een vijftal Nederlandse organisaties, waaronder het IRI, aan een mini-reactor voor dit soort kleinschalige toepassingen. Maar voordat het zover is, moet er eerst meer draagvlak voor kernenergie komen.

Dat het draagvlak momenteel onvoldoende is, blijkt wel uit het recente besluit om Dodewaard te sluiten. Volgens afdelingshoofd reactorfysica prof.dr.ir. H. van Dam van het Interfacultair Reactorinstituut (IRI) is dat te danken aan overoptimisme in jaren vijftig, de beginperiode van de kernenergie voor vreedzame doelen. Op het symposium zei Van Dam: ,,In die tijd heeft men de problemen onderschat die konden ontstaan op het gebied van veiligheid. Daar moeten we nu voor boeten.”
Verwoest

Dr.ir. T.H.J.J. van der Hagen, sectieleider van nucleaire reactoren binnen de vakgroep reactorfysica, licht toe: ,, Men had toen een te groot vertrouwen in de techniek. Na het incident in Harrisburg op Three Miles Island in de Verenigde Staten, werd duidelijk dat reactoren veiliger moesten worden.”

,,In Harrisburg gingen vijf dingen onafhankelijk van elkaar mis. De kans daarop leek zó klein. Er lekte geen straling naar buiten, maar de reactor werd van binnen totaal verwoest. Menis daarvan zo geschrokken dat onderzoekers steeds meer gingen rekenen aan de kans op een ongeval en veiligheidselementen in de reactor gingen bouwen.”

Driekwart van de reactoren die nu operationeel zijn, zijn druk-waterreactoren die bomvol actieve regelsystemen zitten. Deze grijpen automatisch in wanneer iets mis dreigt te gaan. Actief wil zeggen dat de systemen stroom vragen of een dieselmotor nodig hebben. Bovendien is vaak ook menselijk ingrijpen nodig. Van der Hagen: ,,De mens is het meest onbetrouwbare regelsysteem van allemaal, zeker wanneer emoties in het spel komen.”

Actieve regelsystemen brengen risico’s van falen met zich mee. Daarom willen kernfysici toe naar reactoren die geen actief ingrijpen nodig hebben, de zogenaamd passief veilige reactoren. Die zijn zo ontworpen dat wanneer het kernsplitsingsproces uit de hand dreigt te lopen, de reactor vanzelf het proces stopt. Dat kan bijvoorbeeld doordat het ontwerp gebruik maakt van uiterst betrouwbare natuurwetten.
Tennisballen

In de passief veilige reactoren zijn op dit moment drie veelbelovende ontwerpen te vinden die Van der Hagen op het symposium allemaal kort toelicht. Het reactor-ontwerp dat zelfs door instanties als Greenpeace als passief veilig beschouwd wordt, is de bovengenoemde Incogen-reactor. Het gaat om een hoge temperatuur reactor (HTR) die gekoeld wordt met heliumgas. Het mooie van het ontwerp is dat zelfs in geval van een groot heliumlek er niets aan de hand is. Het proces stopt zichzelf bij te hoge temperatuur.

De reactor maakt gebruik van korrelvormige splijtstoffen, die opgesloten zitten in een soort tennisballen. De ballen zijn hittebestendig zodat er nooit een smelt kan optreden. De splijtstofkorrels kunnen hun warmte goed kwijt vanwege het grote oppervlak. De neutronen die de kernreacties op gang brengen, kunnen door deze ballen heen dringen, maar neutronen leveren geen gevaar. De ballen dienen tevens als opsluitmechanisme om de radio-actieve afvalproducten in gevangen te houden.

Maar is de reactor ook bestand tegen sabbotage-acties in oorlogsituaties, waardoor de huls volledig verwoest raakt? Van der Hagen antwoordt: ,,Zelfs dat is geen ramp. Dan gaan er ’tennisballen’ kapot en ligt er dus splijtstof open en bloot. Dat moet je dus opruimen. Maar er zal nooit spontaan een reactie optreden.”

Een puur Delftse reactor, die nog in een vroege ontwikkelingsfase zit maar veel belooft, is de wervelbedreactor. Deze reactor kan alleen vermogen leveren indien er koeling is. Ook hier gaat het om heliumgaskoeling. Aan dit exotische ontwerp is op het IRI, samen met het Kramerslab, al gerekend en gemeten. Van der Hagen: ,,Op dit moment zijn we zover dat we durven te stellen dat het om een levensvatbaar ontwerp gaat.”

Tenslotte noemt hij ook de reactor in Dodewaard als een reactor die voor een groot deel passief veilig is. Deze reactor maakt gebruik van het omgekeerde principe. Zodra er vermogen is, koelt hij automatisch door een natuurlijke watercirculatie. Daar komt geen pomp aan te pas.
Walnoot

Het symposium richtte zich vooral op reactoren en niet zozeer op de afvalproblematiek. Alleen Van der Hagen gaat daar nog even kort op in: ,,Als alle elektriciteit in Nederland door kerncentrales geproduceerd zou worden, past de hoeveelheid afval per persoon per jaar wat betreft volume in een walnoot”, stelt hij.

Even snel omgerekend gaat het om een drie meter hoge kamer van ongeveer zeven bij zeven vol afval voor de hele Nederlandse bevolking per jaar. Aangezien het afval duizend jaar radio-activiteit blijft, zijn dus duizend ‘kamers’ nodig voor opslag, totdat het eerste afval vervallen is. ,,Deze afvalberg is nog altijd duizenden malen kleiner dan het afval dat ontstaat bij bijvoorbeeld kolencentrales”, aldus Van der Hagen.

Sinds 1980, en met name na Tsjernobyl, is de geweldige opkomst van het gebruik van nucleaire energie gestagneerd. Van Dam: ,,De huidige nucleo-fobie onderschat echter het potentieel dat kernenergie heeft. Want laat duidelijk zijn: nucleaire energie staat nog altijd in de kinderschoenen.”

Bij de berekening van het risico van opslag wordt volgens Van der Hagen erg veel meegenomen. ,,Zelfs de risico’s van een eventuele ijstijd voor ondergrondse opslag. Ik vind dat we daarin erg ver gaan. Daaraan kun je al zien wat we er aan doen om de acceptatie van kernenergie rond te krijgen.”

Of kernenergie ooit een echt grote rol in de energievoorziening zal spelen, hangt voor een groot deel af van de energienood. ,,Als de CO2-problematiek bijvoorbeeld ernstige vormen gaat aannemen, en duurzame energiebronnen de grote vraag nog niet aan kunnen, dan zou kernenergie wel eens één van de weinige opties kunnen zijn”, aldus de Duitse professor dr.-Ing K.Kugeler van de universiteit van Aken. Alle mogelijkheden moeten opengelaten worden. Of om met de Canadese professor A.A. Harms te spreken: ,,If there is uncertainty, the best strategy is flexibility”.

De passief veilige reactor uit het Incogen-project (1 reactorkern; 2 reactorcaverne; 3 splijtstoftoevoer; 4 regel-/stopstaven; 5 luchtgekoelde reactorvatkoeler; 6 grafiet reflector; 7 reactorvat; 8 warmtewisselaar; 9 heliumturbine, -compressor en generator.)

Stel: bedrijf X zet een fabriek neer en wil daar een eigen warmte-kracht-eenheid bij installeren. Het bedrijf neemt een kernenergie-specialist in de arm die een lease-container komt plaatsen op het fabrieksterrein. In die container zit een superveilige mini-kernreactor. Het enige dat het bedrijf hoeft te doen, is de stekker in de container stoppen en het ding aanzetten. Het heeft er verder geen omkijken naar, en er komt geen operator aan te pas. De reactor levert ongeveer twintig megaWatt aan elektriciteit en twintig megaWatt aan warmte. Zodra de splijtstoffen op zijn, komt de leverancier de boel ophalen en krijgt het bedrijf een ‘verse’ container.

Dit is een schets van hoe het er mogelijk in de toekomst uit kan zien. In het nationale project Incogen (Inherent safe Nuclear Cogeneration) werkt een vijftal Nederlandse organisaties, waaronder het IRI, aan een mini-reactor voor dit soort kleinschalige toepassingen. Maar voordat het zover is, moet er eerst meer draagvlak voor kernenergie komen.

Dat het draagvlak momenteel onvoldoende is, blijkt wel uit het recente besluit om Dodewaard te sluiten. Volgens afdelingshoofd reactorfysica prof.dr.ir. H. van Dam van het Interfacultair Reactorinstituut (IRI) is dat te danken aan overoptimisme in jaren vijftig, de beginperiode van de kernenergie voor vreedzame doelen. Op het symposium zei Van Dam: ,,In die tijd heeft men de problemen onderschat die konden ontstaan op het gebied van veiligheid. Daar moeten we nu voor boeten.”
Verwoest

Dr.ir. T.H.J.J. van der Hagen, sectieleider van nucleaire reactoren binnen de vakgroep reactorfysica, licht toe: ,, Men had toen een te groot vertrouwen in de techniek. Na het incident in Harrisburg op Three Miles Island in de Verenigde Staten, werd duidelijk dat reactoren veiliger moesten worden.”

,,In Harrisburg gingen vijf dingen onafhankelijk van elkaar mis. De kans daarop leek zó klein. Er lekte geen straling naar buiten, maar de reactor werd van binnen totaal verwoest. Menis daarvan zo geschrokken dat onderzoekers steeds meer gingen rekenen aan de kans op een ongeval en veiligheidselementen in de reactor gingen bouwen.”

Driekwart van de reactoren die nu operationeel zijn, zijn druk-waterreactoren die bomvol actieve regelsystemen zitten. Deze grijpen automatisch in wanneer iets mis dreigt te gaan. Actief wil zeggen dat de systemen stroom vragen of een dieselmotor nodig hebben. Bovendien is vaak ook menselijk ingrijpen nodig. Van der Hagen: ,,De mens is het meest onbetrouwbare regelsysteem van allemaal, zeker wanneer emoties in het spel komen.”

Actieve regelsystemen brengen risico’s van falen met zich mee. Daarom willen kernfysici toe naar reactoren die geen actief ingrijpen nodig hebben, de zogenaamd passief veilige reactoren. Die zijn zo ontworpen dat wanneer het kernsplitsingsproces uit de hand dreigt te lopen, de reactor vanzelf het proces stopt. Dat kan bijvoorbeeld doordat het ontwerp gebruik maakt van uiterst betrouwbare natuurwetten.
Tennisballen

In de passief veilige reactoren zijn op dit moment drie veelbelovende ontwerpen te vinden die Van der Hagen op het symposium allemaal kort toelicht. Het reactor-ontwerp dat zelfs door instanties als Greenpeace als passief veilig beschouwd wordt, is de bovengenoemde Incogen-reactor. Het gaat om een hoge temperatuur reactor (HTR) die gekoeld wordt met heliumgas. Het mooie van het ontwerp is dat zelfs in geval van een groot heliumlek er niets aan de hand is. Het proces stopt zichzelf bij te hoge temperatuur.

De reactor maakt gebruik van korrelvormige splijtstoffen, die opgesloten zitten in een soort tennisballen. De ballen zijn hittebestendig zodat er nooit een smelt kan optreden. De splijtstofkorrels kunnen hun warmte goed kwijt vanwege het grote oppervlak. De neutronen die de kernreacties op gang brengen, kunnen door deze ballen heen dringen, maar neutronen leveren geen gevaar. De ballen dienen tevens als opsluitmechanisme om de radio-actieve afvalproducten in gevangen te houden.

Maar is de reactor ook bestand tegen sabbotage-acties in oorlogsituaties, waardoor de huls volledig verwoest raakt? Van der Hagen antwoordt: ,,Zelfs dat is geen ramp. Dan gaan er ’tennisballen’ kapot en ligt er dus splijtstof open en bloot. Dat moet je dus opruimen. Maar er zal nooit spontaan een reactie optreden.”

Een puur Delftse reactor, die nog in een vroege ontwikkelingsfase zit maar veel belooft, is de wervelbedreactor. Deze reactor kan alleen vermogen leveren indien er koeling is. Ook hier gaat het om heliumgaskoeling. Aan dit exotische ontwerp is op het IRI, samen met het Kramerslab, al gerekend en gemeten. Van der Hagen: ,,Op dit moment zijn we zover dat we durven te stellen dat het om een levensvatbaar ontwerp gaat.”

Tenslotte noemt hij ook de reactor in Dodewaard als een reactor die voor een groot deel passief veilig is. Deze reactor maakt gebruik van het omgekeerde principe. Zodra er vermogen is, koelt hij automatisch door een natuurlijke watercirculatie. Daar komt geen pomp aan te pas.
Walnoot

Het symposium richtte zich vooral op reactoren en niet zozeer op de afvalproblematiek. Alleen Van der Hagen gaat daar nog even kort op in: ,,Als alle elektriciteit in Nederland door kerncentrales geproduceerd zou worden, past de hoeveelheid afval per persoon per jaar wat betreft volume in een walnoot”, stelt hij.

Even snel omgerekend gaat het om een drie meter hoge kamer van ongeveer zeven bij zeven vol afval voor de hele Nederlandse bevolking per jaar. Aangezien het afval duizend jaar radio-activiteit blijft, zijn dus duizend ‘kamers’ nodig voor opslag, totdat het eerste afval vervallen is. ,,Deze afvalberg is nog altijd duizenden malen kleiner dan het afval dat ontstaat bij bijvoorbeeld kolencentrales”, aldus Van der Hagen.

Sinds 1980, en met name na Tsjernobyl, is de geweldige opkomst van het gebruik van nucleaire energie gestagneerd. Van Dam: ,,De huidige nucleo-fobie onderschat echter het potentieel dat kernenergie heeft. Want laat duidelijk zijn: nucleaire energie staat nog altijd in de kinderschoenen.”

Bij de berekening van het risico van opslag wordt volgens Van der Hagen erg veel meegenomen. ,,Zelfs de risico’s van een eventuele ijstijd voor ondergrondse opslag. Ik vind dat we daarin erg ver gaan. Daaraan kun je al zien wat we er aan doen om de acceptatie van kernenergie rond te krijgen.”

Of kernenergie ooit een echt grote rol in de energievoorziening zal spelen, hangt voor een groot deel af van de energienood. ,,Als de CO2-problematiek bijvoorbeeld ernstige vormen gaat aannemen, en duurzame energiebronnen de grote vraag nog niet aan kunnen, dan zou kernenergie wel eens één van de weinige opties kunnen zijn”, aldus de Duitse professor dr.-Ing K.Kugeler van de universiteit van Aken. Alle mogelijkheden moeten opengelaten worden. Of om met de Canadese professor A.A. Harms te spreken: ,,If there is uncertainty, the best strategy is flexibility”.