Kernsplijting betreft Uranium- en Thorium-technologieën
.
Uranium-technologie:
– De gangbare technologie is gebaseerd op U-235 ; daarover heb ik het in dit hoofdstuk. Het splijten van U-238 in een snelle kweekreactor wordt behandeld in hfdst. t 06.01.02 .
– De kosten per kWh zouden laag zijn. In ekonomische berekeningen werden/worden de gigantische kosten voor ontmanteling van centrales nogal eens weggelaten of onderschat (zouden liggen in de orde van de bouw van een centrale ; bron…). Ook de kosten van verwerking van “kern-afval” worden niet duidelijk gemaakt…. Daarenboven is milieu-schade niet makkelijk kwantificeerbaar…. (oa. bij erts-winning, of incidenten)
– Al sinds het begin (1960’s !) is het bergen van afval-produkten een niet-opgelost probleem. De vele miljarden die hierin geïnvesteerd zijn leverden niet het noodzakelijke resultaat (en de opruimkosten van een mislukking bleken soms minstens zo hoog). Vlgs [N08] zijn pogingen om het op te lossen sinds 2014 zelfs op de lange termijn geschoven !
In [N25] wordt “pyro-processing” opgevoerd als oplossing voor het afvalprobleem. Maar zie het slotkommentaar in Apx.09.16
U-voorraden
– De hoeveelheden Uranium zijn hoe dan ook eindig , de kommercieel winbare beperkter.
De meningen over voorraden en toereikendheid ervan lopen uiteen. Zie hfdst. t 09.09.05
– Om met beide voeten op de grond te blijven beperk ik me hier tot de opgaven van officiële bronnen [N06a] , zijnde ca 8 miljoen ton. Ik besef dat er best nog bijgevonden zal worden (misschien wel 1…2 miljoen ton) , maar dit doet er voor de strekking van het verhaal niet veel toe
U-Schaalbaarheid – De schaalbaarheid van kerntechnologie is totnutoe beperkt. Er zijn wel kleine toepassingen, bijv in onderzeeërs (geld speelt geen rol) en Russische ijsbrekers. Om technische en ekonomische redenen werden/worden iha. grote centrales gebouwd. Die koncentratie maakt kwetsbaar, niet alleen bedrijfsmatig/maatschappelijk
– [N28] meldt dat er initiatieven zijn voor de ontwikkeling van kleine modulaire centrales (bijv. 50MW)
Modulariteit verlaagt bouwkosten (zeker voor een deel van de installatie)
(in Amerika is al een ontwerp officieel goedgekeurd)
– In een bijgaand rapport wordt echter toch gevreesd voor de (bouw)kosten ervan. Dit in konkurrentie met zonnepanelen en windturbines…..
Niet genoemd zijn veiligheids-risiko’s (meer centrales, dus meer kans op ongelukken , terrorisme , proliferatie) en personele kosten die misschien hoger gaan uitpakken…..
Bezwaren worden weggewuifd , want met ICT zou alles veel veiliger worden ! Ik denk dan aan de Nederlandse Spoorwegen die tot de veiligste van de wereld behoren , maar waar toch zo nu en dan ongelukken gebeuren….
– Voordeel van het kleinere vermogen zou zijn dat er lokaal minder warmte moet worden afgevoerd (dit blijkt dus inderdaad een punt !).
– Bij het kleinere vermogen zullen de installaties kleiner zijn , dus bij dezelfde drukken dunwandiger. Daardoor kunnen temperatuurwisselingen makkelijker opgenomen worden (flexibeler lastvolging ! en dat zal nodig zijn want er zal minder last-middeling plaatsvinden).
– Critici wijzen op de relatief hoge investeringen en lange bouwtijd in vergelijking met zon- of wind-oplossingen , en op het onopgeloste afval-probleem.
– [N.28a] meldt zelfs de ontwikkeling van micro-centrales. De kleinste uit het systeem HOLOS zou 3 MW aan elektra leveren.
* Belangwekkend vind ik dat in HOLOS het idee van stal gehaald wordt om flink hogere temperaturen te benutten met een Helium-fase (gesloten Brayton-cyclus). Een totaal rendement van 60% wordt voorgespiegeld !
(Dit helium-idee heeft men echter al sinds de jaren-50 van de vorige eeuw niet tot realiteit kunnen maken. Waarom niet ?)
* Ook zou deze unit zelf-regulerend zijn. Dus geen personeel nodig bij de unit zelf , maar bewaking en monitoring op afstand. (lijkt me riskant , zie hierboven)
* Genoemde N28a eindigt de beschrijving van ook andere voordelen echter met de opmerking dat onbekend is of er al een prototype in aanbouw is…..
Thorium-technologie :
– Deze technologie is in ontwikkeling. Er zijn diverse reactor-ontwerpen mogelijk waarvan een “gesmolten-zout”-versie de meeste aandacht krijgt. Zie Apx.09.10 voor schema.
Als we over de praktijk spreken , gaat het over de verwachte praktijk
– Thorium-centrales moeten nog ontwikkeld worden en dat blijkt geen sine cure. Zie [N13] en [N16] , waarin staat dat er nog veel uitgezocht moet worden
– Prof. Kloosterman van TU-Delft spreekt in (het voormalige blad) Delft Integraal van 2019-10 over enkele miljoenen voor het afronden van de simulatie-software voor het reactor-gedrag ook in extreme omstandigheden ; en dan in 2023 voor ca 200 miljoen een klein prototype bouwen voor praktisch onderzoek . (Optimisme ? Realisme ? Vergelijk met het volgende punt !)
– In China werken ze er aan met 600 onderzoekers ! en hopen ze in 2040 (planning-opdracht sinds 2011 !) een werkbare kommerciële oplossing te hebben [N13] met een levensduur van minstens 20 jaar.
Het grote China komt ook in Petten voor advies in deze ! (er zijn dus idd. nog problemen op te lossen)
“…gaven de Chinese onderzoekers een openhartig overzicht van de technische uitdagingen bij het ontwerpen van een reactor die minstens twintig jaar kan draaien. De veiligheid staat daarbij voorop….”
“Zo moet het materiaal van de reactor bestand zijn tegen extreme omstandigheden : combinatie van een temperatuur van rond de 650 °C (!!) ,een agressieve zoutoplossing en intense straling.” Zie ook [N16]
Hiervoor zouden nieuwe materialen ontwikkeld moeten worden…..!!
Die hoge reactor-temperatuur moet zorgen voor een gunstiger totaalrendement van de centrale
Het is me onduidelijk of bij die hoge temperaturen ook een Heliumgas-turbine ingezet gaat worden
In Fig.9.10.1 lijkt het er op….. (in de tekst van [N.32] wordt er niet over gesproken)
– [N.11] heeft twijfels bij het argument dat Thorium sommige bezwaren tegen Uranium zou opheffen :
Klopt misschien , maar we hebben er nog geen ervaring met dit heel ander type reactor
* moeizame generatie van plutonium (voor kernwapens !)
In N.11 wordt ook besproken dat uit Th-erts het U-233 “makkelijk” aangemaakt kan worden ; en daarmee kan je ook een atoombom maken (zie ook hfdst.09.15.01)
* minder (radio-aktief) afval
Klopt zeker als je het betrekt op de opgewekte hoeveelheid kWh
Maar er blijft naast afval voor enkele honderden jaren ook een portie over die 240.000 jaar veilig bewaard moet worden….
Th-voorraden
– Thorium wordt gevonden als Th-232. Het is pas bruikbaar voor ons doel als het na enkele chemische behandelingen en door bestraling (!) gemuteerd is in U-233. Dit is namelijk splijtbaar en geschikt voor kettingreaktie.
* Het door bestraling geleverde neutron is afkomstig van startmateriaal U-235 of Pu-239 , èn van splijtend U-233 zelf (als de splijtreactie eenmaal op gang is). [N09]
– De kommercieel winbare voorraden [N10 en N11] van 1,9 miljoen ton (+ 4,7 reserve) zijn geringer dan van Uranium.
Toch zou je er veel langer mee kunnen doen , omdat men verwacht de energie in Thorium verder uit te kunnen nutten Zie de “berekening op energie-inhoud” in Apx.09.16 en het scenario voor kapaciteits-uitbreiding in hfdst.06.01.01
– Voorstanders melden weer grotere voorraden. [N12] spreekt van een Thorium wereldvoorraad van 6,2 miljoen ton waar we tienduizenden jaren mee uit de voeten kunnen…. (deze millennia werden niet onderbouwd)
Met een gelijke kapaciteit als van de hedendaagse Uranium-centrales (ca 400GW) zou er ca 22500 jaar uitkomen ; maar die kapaciteit zou vlgs de voorstanders eigenlijk moeten groeien. Bij 1000GW blijft er al geen 10000 jaar over.
Th-Schaalbaarheid
– Uit wat ik er totnutoe over las kan ik niet konkluderen dat de techniek/ekonomie kleinschalige toepassingen toestaat. En de chemische fabriek moet bij elke centrale aanwezig zijn voor het op peil houden van de reactie-vloeistof
Beschikbaarheid Th-centrales
Als men de problemen weet op te lossen , dan zouden ook nog snel heel wat centrales gebouwd moeten worden om tijdig uranium-energie op te kunnen volgen.
Mogelijk ook ombouw , want delen van de U-centrales zijn herbruikbaar (turbine, generator, etc)
Konklusie kernsplitsing
– Kernsplitsing totnutoe alleen bruikbaar voor elektra-produktie , via stoom-generatie (hetgeen het haalbare rendement beperkt).
De afvalwarmte (<~100°C ?) is industrieel weinig interessant, kan soms gedeeltelijk gebruikt worden voor verwarming (huizen, etc)
– In beide gevallen (Uranium, Thorium) spreken we onmiskenbaar over eindige voorraden brandstof.
* Voor het optimisme in [N12] (vele tienduizenden jaren schone energie !) is géén grond te vinden
* Hoe groter de schaal waarop kernsplitsing wordt ingezet , des te sneller de winbare voorraden op zijn…. en wat dan ??
– Ook bij de forse kapaciteits-uitbreiding in het scenario van hfdst.06.01.01 blijft het nucleaire aandeel in energie-voorziening beperkt tot 21% van het wereldenergieverbruik-2018 (dus afgezien van groei !). HAMVRAAG : waar komt de overige 79% vandaan ?
– Kerncentrales zouden tegenwoordig al te duur zijn om te konkurreren met duurzame methoden van energie-opwekking. In [N14] maakt een Amerikaanse hoogleraar (nuclear science and engineering) zich zorgen over de konkurrentie-positie van kerncentrales ; en [N15] geeft voorbeelden van uit de hand gelopen en lopende bouw-projekten In [N30] worden bedragen genoemd die de schatting van [N15] bevestigen. Tevens wordt daar gemeld dat de Britse regering in Hinkley Point voor 35 jaar een minimum kostprijs van 11 ct/kWh garandeert (huidige marktprijs 4 ct !! terwijl groene energie steeds goedkoper wordt)
– Het motief van leveringszekerheid gaat alleen op als er meerdere centrales samenwerken (vanwege 4% ongeplande produktie-stop [ZZ.04] ; dus afgezien nog van gepland onderhoud)
– Het argument van CO2-vrije energie geldt alléén voor de fase van omzetting van nucleair in elektra (geldt evengoed voor PV-panelen en waterkrachtcentrales).
Alle andere fasen geven CO2 af (althans bij de huidige technieken)
(Ironie : wordt dit “CO2-argument” niet nogal eens gebruikt door hen die ontkennen dat er ivm het klimaat überhaupt een CO2-probleem is ?)
Een kerncentrale draait het best als ie kontinu op vol vermogen bedreven wordt
– Wat dit betreft meldt [N.27] een verrassende wending : het produceren van waterstof mbv elektra uit kernenergie !
In deze gevallen kun je zowel de centrale als de dure elektrolysers 100% inzetten ; dit zou eventueel ekonomische produktie van H2 betekenen.
– Als een centrale er staat om elektra aan het net te leveren zou je ook in de periodes dat er slechts deellast gevraagd wordt hem aanvullend kunnen belasten door elektra voor hydrolyse televeren.
Wel worden dan de dure elektrolysers niet kontinu vol belast (net als wanneer ze rechtstreeks aan PV of windmolens hangen.
– Vooralsnog is er alleen sprake van plannen en pilots….
.
– Deze H2 wordt dan weliswaar CO2-vrij geproduceerd , maar niet vrij van kern-afval , dus het is onterecht als ie “groen” genoemd wordt. Het wordt ook wel paarse H2 genoemd
Is de kern-energie-sector nieuw emplooi aan het zoeken ? Een criticus zag het als een poging om de levensduur van al dan niet noodlijdende centrales te verlengen ! [N.27]
.
– Wat ik in [N.27] niet begrijp is
* dat een kerncentrale de H2 ook zelf zou willen gebruiken. Als dit nodig is , waar wordt die H2 dan nù vandaan gehaald /en hoe geproduceerd ?
* en dat ook de vrijkomende zuurstof direkt in de centrale gebruikt zou kunnen worden. Valorisatie van een restprodukt wordt dit genoemd. (?)
Maar het is toch juist prettig als die vrijkomende zuurstof naar de atmosfeer geloosd wordt…. (dit kun je amper een restprodukt noemen)