Thorium: kernenergie zonder afval

Datum:
  • zondag 30 augustus 2015
  • in
  • Categorie:
  • Aziatisch landen zetten in op thorium, een groene vervanger van uranium, staat te lezen in de Volkskrant. Wat zijn de voordelen van element Th uit de tabel van Mendeljev? Eos-medewerker Peter de Jaeger zet ze op een rij.


     China steekt 268 miljoen euro in een project om dit decennium een thoriumreactor te ontwikkelen met gesmolten zout als koelmiddel, meldt de Volkskrant. Ook Japan heeft zijn hoop gevestigd op de ontwikkeling van een gesmoltenzoutreactor, terwijl Noorwegen aankondigde proeven te gaan doen met thorium. India, rijk aan thoriumreserves, zet in op een zwaarwaterreactor op basis van element met atoomnummer 90. Thorium wordt door voorstanders aangekondigd als 'grootste energiedoorbraak sinds het vuur'. Thorium is wel geen kersverse ontdekking: al sinds de jaren zestig worden experimenten gedaan met het metaal.
    Kernenergie? Nee, bedankt.’ Buttons en stickers met deze tekst prijkten in de jaren zeventig en tachtig op schooltassen en jassen van linkse scholieren en studenten. Kerncentrales waren taboe, vooral na de meltdowns van Three Miles Island in 1979 en Tsjernobyl in 1986. Om rampen te voorkomen moesten alle kerncentrales worden gesloten. De regeringen in Nederland en België stonden onder druk en beslisten inderdaad tot afbouw. Maar toen kwam de opwarming van de aarde door broeikasgassen op de politieke agenda. Kernenergie levert geen CO2 en wint het daarom van bijvoorbeeld kolengestookte centrales. Dat verklaart de hernieuwde aandacht. ‘Kernenergie? Ja, graag’, zou wel eens de nieuwe slogan kunnen worden.
    Maar nieuwe kerncentrales op basis van uranium hebben toch flink wat nadelen. Denk aan het radioactief afval, in de vorm van plutonium, dat tienduizend jaren veilig opgeslagen moet worden in betonnen bunkers. Ander groot probleem: uit het bijproduct van atoomenergie kunnen kernwapens gemaakt worden. Dat is de reden waarom het westen zo zenuwachtig wordt van de nucleaire programma’s van Noord-Korea en Iran.
    God van de donder
    Al deze risico’s zijn te vermijden door geen uranium te gebruiken maar thorium. Dat zilverwit metaal is in 1828 ontdekt door de Zweed Jons Berzelius. Hij noemde het element naar Thor, de Noorse god van de donder. In het periodiek systeem staat het in de onderste rij naast andere radioactieve stoffen als uranium en plutonium, bekend onder de chemische verzamelnaam actiniden of  aardmetalen. Thorium is licht radioactief en heeft een hoge halveringstijd. Je kunt probleemloos een klomp van het spul in je broekzak stoppen.
    Actiniden hebben een extreem hoge dichtheid, omdat hun kernen vele neutronen en protonen bevatten. Het bizarre gedrag van deze kernen is een groot wonder. Met intervallen van milliseconden tot honderden jaren veranderen die kernen en vervallen ze tot stabielere elementen. Als je genoeg van deze atomen bij elkaar stopt, veranderen de kernen in een krachtige energiebom. Het lijkt op een potje biljarten in 3D. De kern van het atoom vormt een groep ballen in het midden. Schiet de witte bal, een neutron, en de andere ballen vliegen alle kanten op. Datzelfde gebeurt met triljoenen kernclusters. Ballen getroffen door de eerste botsing knallen tegen dichtbijgelegen clusters, die zich weer verspreiden, enzovoort. Voilà: een nucleaire kettingreactie.
    Bij ongecontroleerde botsingen breekt de hel los en krijg je een kernexplosie. Maar onder gecontroleerde omstandigheden, zoals in een kernreactor, ontstaat bruikbare energie. Kernclusters botsen tegen elkaar en creëren hitte. Als je hierlangs water laat passeren, ontstaat stoom die een turbine laat draaien en op die manier krijg je elektriciteit.
    In alle bestaande commerciële reactoren wordt uranium gebruikt als ‘starter’, dat eerst verrijkt moet worden. Thorium heeft dat probleem niet, én het laat ook geen gevaarlijk kernafval achter. Carlos Rubbia, Nobelprijswinnaar en oud-directeur van de deeltjesversneller CERN in Génève, berekende dat een thoriumcentrale drie keer goedkoper is dan een kolengestookte centrale en vijf keer zo goedkoop als een centrale op aardgas. Daar komt bij dat uranium eindig is terwijl thorium overal in de wereld overvloedig aanwezig is in rotsen en stenen (zie tabel). In totaal 4,4 miljoen ton. Maar niet alles is tegen schappelijke prijs te winnen. Van winbaar thorium, tegen 80 dollar per kilo, is er zo’n 2,6 miljoen ton. Het meeste zit in de grond van Australië, de VS, Turkije en India.
    Koude Oorlog
    Toch werd in de jaren 1950 niet massaal gekozen voor thoriumcentrales. Reden: de Koude Oorlog tussen de VS en Rusland. Washington koos bewust voor uranium, omdat het plutonium dat op die manier geproduceerd wordt, gebruikt kon worden voor de ontwikkeling van kernwapens. De kernwapenindustrie blokkeerde de verdere ontwikkeling van thoriumcentrales.
    De conventionele kerncentrales kregen een extra prikkel toen de Arabieren in 1973 de oliekraan dreigden dicht te draaien. Het Westen dreigde zonder olie te vallen. In Nederland en België resulteerde dat in een ludieke actie: de autoloze zondag. Maar in de VS was dat het startschot voor de bouw van liefst 41 nieuwe kernreactoren.
    Wereldwijd staan er 437 (cijfers januari 2013). De VS spant de kroon met 104 reactoren, Frankrijk is in Europa koploper met 58. Het land haalt driekwart van zijn energie uit kernsplitsing. In 2010 is groen licht gegeven voor nog weer één extra. Duitsland houdt zijn 17 centrales acht tot veertien jaar langer open, afhankelijk van hun leeftijd. Wereldwijd zijn er 64 kerncentrales in aanbouw. Voor nog eens 300 bestaan vergevorderde plannen. De ontwikkeling lijkt niet te stuiten.
    Er is wereldwijd een lobby actief om de nieuwe centrales te laten draaien op thorium. Aanjager sinds 2000 is Kirk Sorensen, een jonge ingenieur bij de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA. Hij is ervan overtuigd dat thorium dé oplossing is voor het energieprobleem en bestiert – in zijn vrije tijd -  de blog Energy From Thorium. Een gezelschap van technisch ingenieurs, kerngeleerden en onderzoekers discussieert met elkaar op het forum van deze site. De blog is een open platform geworden om lang verloren energietechnologie een nieuw leven in te blazen met behulp van nieuwe technieken.
    Het idee van kernenergie zonder afval, geen kans op ontploffing en zonder restmateriaal om atoomwapens van te maken, krijgt steeds meer bijval in de politiek. De dreiging van het rode gevaar is immers geweken, de Koude Oorlog ligt twintig jaar achter ons. De wapenwedloop is ten einde en de kernwapenindustrie ligt op zijn gat. In vele landen wordt weer onderzoek gedaan naar thoriumcentrales, zoals Rusland, deVS, Duitsland, Groot-Brittannië, en ook in Japan en China. Er zijn wereldwijd serieuze plannen voor de bouw van volledige thoriumcentrales. Verst gevorderd is India. Daar wordt op dit moment gebouwd aan een prototype in Kalpakkam in de provincie Madras met een capaciteit van 500 MW. Ook China, Rusland en Zuid-Afrika hebben plannen.
    Hoe-werkt-een-thoriumreactor.jpg
    Hoe werkt het?
    Al in de jaren 1950 werd de thoriumreactor bedacht door Alvin Radkowsky, hoofd van het nucleaire programma van de Amerikaanse marine. In 1958 beschreef Alvin Weinberg van het Oak Ridge National Lab, dat onder gezag staat van het Amerikaanse ministerie van Energie, verschillende typen thoriumreactoren. Een bestaande uraniumreactor is vrij eenvoudig om te bouwen tot een tussenvorm van een thoriumreactor. Het is te vergelijken met de overstap van benzine mét naar benzine zonder lood.  
    Meest gangbaar is de gesmolten zoutreactor. Daarbij wordt thorium in de vorm van een fluoride of zout in de reactor gebracht. Het zout is vloeibaar bij hoge temperatuur en vast op kamertemperatuur. De reactie wordt op gang gebracht door thorium een neutron te laten absorberen, door een kleine hoeveelheid uranium-233 te gebruiken. De Th-232 wordt Th-233, wat snel vervalt in protactinium-233. Na verloop van tijd vervalt dit in uranium-233. Dit U-233-zout wordt chemisch uit de soep gefilterd en door een pijp in het midden van het vat gepompt. Hier vindt de splitsing plaats en komt de grootste hoeveelheid energie vrij. Omdat het zout stolt bij lagere temperaturen is het beveiligen van de reactor relatief simpel. Het vat staat in contact met een passief gekoeld vat in de kelder. Een deel van de leiding naar deze dumptank is actief gekoeld. Het zout is in de leiding gestold en kan dus niet wegstromen. Als de elektriciteit uitvalt, valt ook de koeler van deze leiding uit. Het goedje smelt langzaam en de soep loopt leeg in de dumptank. Daar koelt ze af en stolt weer. In vaste vorm neemt de neutronabsorptie sterk af en daarmee stopt de kettingreactie.


    1 reacties :

    Anoniem zei

    Overal waar veel geld mee is gemoeid tiert de corruptie welig, zo ook bij windenergie, dus de weerstand tegen een geweldige vervanger als thorium zal groot zijn. Er wordt door de diverse partijen miljarden aan (nutteloze)windenergie verdiend en die verdienste over de rug van de belastingbetaler zullen dergelijke lieden met hand en tand verdedigen, geholpen door politici en milieu organisaties.

    Een reactie plaatsen