Uranium en kerncentrales

Uranium

Natuurlijk uranium erts bestaat voornamelijk uit het isotoop U-238 en voor een klein deel, 0,7%, uit het splijtbare isotoop U-235. U-238 heeft drie neutronen meer in de kern maar is chemisch verder identiek aan U-235. Voor gebruik als brandstof, in een kernreactor om elektriciteit op te wekken, moet het uranium worden verrijkt. Dat wil zeggen dat het aandeel U-235 omhoog moet. Het uraniumerts wordt daarvoor gezuiverd en vermalen tot uraniumoxide (U₃O₈), dit oxide wordt omgezet in het gas uraniumhexafluoride (UF₆). In een verrijkingsinstallatie worden de twee isotopen van uranium, U-235 en U-238, gescheiden. Het lichtere U-235 wordt verrijkt tot maximaal 5%. Het verrijkte uraniumhexafluoride wordt weer omgezet in uraniumoxide en dit poeder wordt samengeperst tot pellets die in de splijtstofstaven van een kerncentrale worden gebruikt. In de kerncentrale wordt met verrijkt uranium elektriciteit werd opgewekt [WEC], [Volkskrant].

De veiligheid van kerncentrales

De kans dat er in een kerncentrales iets fout gaat is klein, maar de gevolgen ervan kunnen groot zijn. In het verleden hebben er een aantal grote kernrampen plaatsgevonden; onder andere in Harrisburg, Tsjernobyl en Fukushima. Wereldwijd hebben er zich in kerncentrales acht (gedeeltelijke) kernsmeltingen voorgedaan; twee in Amerika, twee in Europa en vier in Japan inclusief Fukushima. Bij de Tsjernobylcentrale in de Oekraïne was een gebied van 3000 km² jarenlang ontoegankelijk vanwege radioactieve besmetting. De stad Tsjernobyl is sinds 1986 een spookstad, pas onlangs is deze stad weer veilig voor mensen verklaard, groente en fruit uit dit gebied zijn echter nog steeds niet eetbaar. De radioactieve besmetting van Tsjernobyl heeft naar schatting 5000 gevallen van kanker veroorzaakt, vooral schildklierkanker, het kunnen er echter ook 36.000 geweest zijn. Bij de laatste kernramp, in 2011 in Fukushima in Japan, is een gebied met een straal van 20 kilometer rondom de centrale onbewoonbaar verklaard als gevolg van radioactieve besmetting. Ruim 160.000 mensen werden noodgedwongen uit het gebied geëvacueerd [Volkskrant], [WEC].

Nieuwe kerncentrales

Onder invloed van het streven om de CO₂ uitstoot te verminderen worden er in de komende jaren meer kerncentrales gebouwd. Nederland overweegt om twee grote kerncentrales bouwen. Zeker 15 landen hebben plannen om in totaal 53 centrales te bouwen met een totaal vermogen van ruim 57 GW. In Finland heeft een nieuwe kerncentrale in april 2023 de eerste stroom geleverd. Frankrijk gaat zeker zes en mogelijk 14 nieuwe kerncentrales bouwen. Zweden wil het aantal kerncentrales fors uitbreiden. Uiterlijk in 2035 moeten er twee nieuwe kerncentrales in bedrijf zijn en in 2045 moet de opwekcapaciteit zijn vergroot met tien kerncentrales. Ook Groot Brittannië zet concrete stappen om het aantal kerncentrales uit te breiden [Volkskrant]

Ontwikkelingen in kerncentrales

Kleine modulaire kernreactoren

Een nieuwe ontwikkeling zijn kleine modulaire kernreactoren, de zogenaamde SMR (Small Modular Reactor). Dit is een relatief kleine kerncentrale waarvan de reactor in een fabriek wordt gebouwd en op de plaats van bestemming wordt geassembleerd. De reactor heeft meestal een beperkt vermogen van enkele tientallen tot enkele honderden megawatt. Een SMR kan in serie geproduceerd kunnen worden, waarmee de kosten omlaag gaan. Een SMR is modulair, er kunnen dus reactoren bijgeplaatst worden als de vraag naar elektriciteit stijgt. De SMR's produceren ook restwarmte die gebruikt kan worden om gebouwen in de omgeving van warmte te voorzien. De kosten van dit type reactoren zijn echter nog hoog en ze zijn nog in ontwikkeling. Pas in het begin van de jaren dertig zal bekend worden of SMR's goed werken. Dat betekent dat de eerste centrales pas na 2045 kunnen gaan draaien. De Britse overheid trekt 3 miljard euro uit om de ontwikkeling van SMR's te financieren. Er worden 3 kleine kernreactoren (SMR) gebouwd door Rolls Royce. Ook in Nederland wordt door de ANVS (Autoriteit Nucleaire Veiligheid en Stralingsbescherming) gekeken naar de mogelijkheden van SRM's. De ANVR heeft oriënterend overleg gevoerd met drie partijen die van plan zijn in Nederland een SMR te bouwen [ANVS].

Thorium als kernbrandstof

Een alternatief voor uranium, als brandstof, is thorium. Een thoriumreactor is veiliger dan de huidige kerncentrales en levert minder langlevend radioactief afval op. De halfwaarde van het radioactieve afval is ongeveer 30 jaar waardoor het afval na 300 jaar niet meer schadelijk is. Een klein deel van het afval moet nog wel duizenden jaren worden opgeborgen. Dat is nog steeds lang, maar minder lang dan de vele tienduizenden jaren dat hoog radioactief afval uit gewone centrales moet worden bewaard. Thorium is in overvloed beschikbaar. Thorium kan worden opgelost in zout wat bij hoge temperaturen vloeibaar wordt en door de reactor kan stromen. Om de kernreactie op gang te brengen is wel een klein beetje verrijkt uranium of plutonium nodig. Een gesmolten zoutreactor is passief veilig [Volkskrant].