Kernenergie : waar wachten we op? wereldbevolking brandstof Zonder kernenergie zal de wereld binnen een paar honderd jaar ten onder gaan

Kees de Lange.











De wereld heeft nood aan een nieuwe energiebron nu de fossiele energie opraakt. Kees de Lange legt de argumenten voor kernenergie uit.

Een bijdrage van Kees de Lange.

Onze planeet vertegenwoordigt een uitermate complex fysico-chemisch systeem dat door de tijd heen voortdurend verandert. Die veranderingen resulteren uit de respons van de aarde op een veelheid van verschillende externe invloeden. Er wordt veel gesproken over klimaat, gedefinieerd als een gemiddelde over een periode van 30 jaar over wat er op globale schaal aan veranderingen optreedt. De ontwikkeling van het klimaat kan bestudeerd worden door het waarnemen van diverse fysische grootheden zoals temperatuur, zeespiegelniveau, uitgebreidheid van zee-ijs en zo meer. Die waarnemingen, zeker ook uit proxy-metingen op geologische tijdschaal, bewijzen onomstotelijk aan dat het klimaat voortdurend verandert en dat sinds het ontstaan van de planeet ook altijd gedaan heeft.

Hoewel ik emeritus hoogleraar natuurkunde ben met enige honderden wetenschappelijke publicaties op mijn naam op het gebied van atmosferische chemie en fysica en complexe modellering, hoeft u niet bang te zijn voor een technisch stuk over atomen, splitsing of hoe een kerncentrale exact werkt. Deze column neemt u mee op een goed leesbare, korte reis door tijd en ruimte en legt u uit waarom kernenergie de onvermijdelijke toekomst heeft.

De wereldbevolking
De aarde wordt bewoond door een sinds een paar eeuwen zeer snel toenemend aantal mensen. Hoewel vooral de cijfers uit vroege perioden grote onzekerheden vertonen, is de trend in de cijfers evident. De wereldbevolking groeit razendsnel [1]:

Kernenergie : waar wachten we op? wereldbevolking brandstof Zonder kernenergie zal de wereld binnen een paar honderd jaar ten onder gaan

Aantal wereldbewoners (in miljoenen)

De in de geschiedenis gebruikelijke mechanismen om de wereldbevolking te reguleren waren eeuwenlang oorlog, hongersnood, en ziekte. Door de ontwikkeling van de moderne natuurwetenschappen, die meestal geacht worden te beginnen met Galileo Galilei ongeveer vier eeuwen geleden, werd de wereld verlost uit de donkere middeleeuwen. Bovendien heeft onze toenemende kennis van wetenschap, landbouw en gezondheidszorg op grote schaal hongersnood en ziekte teruggedrongen en de levensverwachting zeer aanzienlijk verbeterd. Deze ontwikkelingen hebben geleid tot een snel groeiende wereldbevolking. De prognoses voor de toekomst laten zien dat die groei nog wel even zal doorzetten.

De energiebehoefte van een groeiende wereldbevolking
De spectaculaire vooruitgang in de levensomstandigheden van een snel groeiende wereldbevolking heeft niet alleen te maken met de opkomst van de natuurwetenschappen, maar evenzeer met de toenemende beschikbaarheid van diverse vormen van betaalbare energie. Werd aanvankelijk gebruik gemaakt van de energie geleverd door dieren zoals ossen, ezels en paarden, door de industriële revolutie – eerst in Europa vanaf ongeveer 1750 [2], en later ook in andere delen van de wereld – ontstond de noodzaak om over te gaan op andere energiebronnen.  Dat was maar goed ook. Als we de huidige energiebehoefte zouden proberen te dekken met de energie geleverd door paarden, zouden we al lang omgekomen zijn in bergen paardenmest van epische proporties.

De energie nodig voor de Industriële Revolutie kreeg een belangrijke impuls door de uitvinding van de stoommachine. Nu ontstaat stoom niet uit het niets. In grote delen van Europa werden bossen omgehakt om middels houtskool de stoommachines van energie te voorzien, met als gevolg dat we nu voor nog overgebleven bossen van vóór deze periode naar Oost-Polen moeten reizen. In een later stadium werd gebruik gemaakt van fossiele brandstoffen waarbij kolen, en later olie en gas een centrale rol speelden.

Fossiele centrales zijn door de jaren ontwikkeld tot een indrukwekkende graad van perfectie, en zijn in staat binnen zeer ruime grenzen aan de vraag naar energie te voldoen. De betrouwbaarheid van fossiele centrales is extreem hoog, en de relatief lage kosten van fossiele brandstoffen zijn een cruciale factor geweest om veilige, goedkope, en betrouwbare energie voor veel grotere massa’s mensen dan ooit voordien mogelijk toegankelijk te maken. Nu en tot in de voorzienbare toekomst zal de rol van vraag-gestuurde fossiele centrales onmisbaar blijven. Het belang van deze ontwikkeling voor de economie, voor de gezondheidszorg, voor de wetenschap, en in feite voor alles wat de kwaliteit van ons leven betreft kan nauwelijks overschat worden.

Niettemin zijn er wolken aan de energiehorizon. Een voor de hand liggend probleem is dat de hoeveelheden fossiele energie eindig zijn. Er is nog gas voor een periode van ongeveer 200 jaar. Voor kolen liggen de kaarten gunstiger, daarvan liggen nog voor een paar duizend jaar aan reserves. Duidelijk is dat er op termijn iets moet gebeuren, maar wat?

Een ander bezwaar dat wordt aangevoerd tegen het gebruik van fossiele brandstoffen is dat zij alleen energie kunnen leveren tegen de prijs van CO2 uitstoot. Die CO2 zou dan een belangrijke, zo niet doorslaggevende, bijdrage leveren aan opwarming van de planeet. Deze veronderstelde klimaatdegradatie zou op betrekkelijk korte termijn de aarde onleefbaar maken. De regering Rutte3 heeft in een Klimaatwet [3] als doelstelling geformuleerd om tot 49% CO2-reductie te komen in 2030. Dit zou dan leiden tot een voorspelde verminderde opwarming van de aarde in het jaar 2100 van ongeveer 0,0003 graden Celsius, een prestatie zo klein dat het zelfs niet te meten is. Dat gaat dan wel zo’n 1000 miljard euro kosten, ongeveer anderhalf maal het Nederlandse nationale product en op te brengen door de Nederlandse belastingbetaler.

Invloedrijke NGO-bewegingen op gebied van milieu zoals Stichting Urgenda in ons land en Greenpeace internationaal melden echter waar zij kunnen dat het twee voor twaalf of erger is, en dat de tijd om rustig naar nieuwe vormen van energieopwekking te zoeken ons niet gegeven zou zijn. Wat te doen?

Oplossingsrichtingen
Gegeven bovenstaande zorgen die bestaan omtrent de beschikbaarheid en het gebruik van fossiele brandstoffen, dienen er dus op termijn oplossingen te komen. In principe zijn er dan twee oplossingsrichtingen. Ten eerste het indammen van de toekomstige groei van de wereldbevolking en zo mogelijk het terugdringen van de huidige aantallen mensen op aarde. Ten tweede het tijdig vinden van nieuwe beschikbare, veilige, en betaalbare energiebronnen die ons op wereldschaal van energie kunnen voorzien. Wat ‘tijdig’ is, is dan een zaak van debat, gezien de door velen aangehangen bewering dat het juist de tijd is die ons ontbreekt voor een verstandige rationele energietransitie. Uiteraard is een combinatie van deze beiden manieren van aanpak ook zinvol. Het is daarom nuttig om zorgvuldig te analyseren hoe realistisch en hoe snel een en ander gerealiseerd kan worden. Laten we een voorzichtige poging doen.

Juist vanwege het belang van energie voor een moderne samenleving bestaan er denktanks die het energiegebruik en de bijdragen van de verschillende vormen van energieopwekking in de peiling houden, en die op basis daarvan ook toekomstprognoses doen. De Amerikaanse denktank EIA (Energy Information Administration) is een goed voorbeeld. In 2016 bracht de EIA een rapport uit over het energieverbruik vanaf 1990, en met prognoses voor het jaar 2040 [4]. Voor een zo belangrijk onderwerp als energie op wereldschaal is glashelder dat snelle veranderingen onmogelijk zijn. Alleen langs de weg van de geleidelijkheid zijn we in staat om niet het kind met het energiewaswater weg te gooien, maar om ook in de toekomst een betrouwbare energievoorziening te blijven garanderen. Wat zeggen niettemin de trends?

Kernenergie : waar wachten we op? wereldbevolking brandstof Zonder kernenergie zal de wereld binnen een paar honderd jaar ten onder gaan

Allereerst een paar cruciale overwegingen die ook impliciet uit bovenstaande grafiek blijken. De groei van de wereldbevolking bedraagt ongeveer 1.1% per jaar, dus tussen 2020 en 2040 spreken we dan over ruim 20 %. Bovendien neemt niet iedere wereldburger nog genoegen met hetzelfde energieverbruik als men in 1900 had. Per hoofd van de wereldbevolking neemt dus ook het energiegebruik toe. Totaal stijgt de energiebehoefte tot 2040 met ongeveer 30%. Hoe gaat in die behoefte voorzien worden?

Bovenstaande grafiek geeft veel van de antwoorden. Ook in 2040 zullen de fossiele brandstoffen olie, gas en kolen het leeuwendeel van de energievoorziening voor hun rekening nemen. Opvallend is dat rond 2030 het gebruik van gas dat van kolen wereldwijd zal overstijgen. Dat maakt de Nederlandse manie om van het gas af te willen des te onbegrijpelijker. Ook zien we dat alternatieve energiebronnen (wind, zon, en helaas ook de onbegrijpelijke inzet van biomassa) in 2040 totaal, allemaal tezamen dus, ongeveer 17% voor hun rekening zullen nemen. De alternatieve bronnen zijn dus NIET in staat zelfs maar de groei van de wereldwijde energiebehoefte bij te houden, laat staan dat zij het gebruik van fossiele brandstoffen over zullen kunnen nemen.

Er is al een langzame toename in het gebruik van kernenergie maar het is, los van de wereldwijde klimaatdiscussie [5], überhaupt verstandig om aandacht te schenken aan de samenstelling van de energiemix. Factoren als geopolitiek, regulering, en technologische innovatie zijn van grote invloed op de energiemix en de energiebehoefte.  Bij de onvermijdelijke keuze voor vrijwel CO2-vrije kernenergie lost de CO2-situatie zichzelf op, ongeacht een antwoord op de wetenschappelijke vraag of er nu wel of niet een CO2-probleem bestaat in relatie tot klimaatverandering, die overigens sinds het ontstaan van de aarde al zo’n 4.5 miljard jaar aan de gang is.

Ontoereikende alternatieve bronnen
Ondanks het feit dat aanhangers van een overhaaste transitie naar alternatieve energiebronnen betogen dat het twee voor twaalf is, is er geen schijn van kans dat in 2040 fossiele brandstoffen uitgefaseerd zullen zijn. Integendeel, realistische prognoses ruimen nog steeds een dominante rol voor fossiel in. De onderliggende redenen zijn duidelijk.

Alternatieve bronnen zijn aanbod gestuurd, produceren elektriciteit op tijden dat er geen vraag naar is, en produceren vaak niet op die tijden dat de behoefte juist groot is. Als de zon niet schijnt en de wind niet waait, houdt het echt op. Voor de energievoorziening van een toenemend gecompliceerde samenleving is dat onaanvaardbaar.

Juist door die principiële wisselvalligheid van het energieaanbod kan de energie uit deze alternatieve bronnen niet ongestraft op het stroomnet losgelaten worden. Als met dat toch in te grote mate probeert, zijn desastreuze ‘black outs’ ons deel, zoals men op diverse plaatsen ervaart. Om de wereldenergievoorziening dus van deze aanbod gestuurde energiebronnen afhankelijk te maken, leidt voor een groot deel van de wereldbevolking tot effectieve energiearmoede, met alle kwalijke gevolgen voor de kwaliteit van leven van dien.

Voor iedere moderne samenleving betekent dit een enorme stap terug richting Middeleeuwen. Het najagen van deze illusie kan daarom zonder terughoudendheid ‘misdadig’ genoemd worden. Om over de gigantische kosten van deze rampzalige aanpak maar niet te spreken. En geld kun je maar één keer uitgeven, ook als je verspilling investering noemt.

Doordat alternatieve energiebronnen regelmatig een overaanbod produceren waar geen markt voor is en dat dus tegen hoge kosten gedumpt moet worden, wordt alle heil verwacht van steeds nieuwe hypes voor energieopslag. Enorme irreële batterijen, koppeling aan een waterstoffabriek die dan ook alleen mag werken als men de energie elders niet kwijt kan, aan illusies geen gebrek. Niettemin is het hier niet de plaats om alle wetenschappelijke argumenten tegen aanbod-gestuurde energie samen te vatten. Duidelijk is dat alternatieve energiebronnen vóór alles een kostbaar probleem zijn, en voor niets een oplossing. Het kon, kan en zal niet werken [6].

Geboortecijfers inperken?
Meer wereldburgers betekent een groter energiegebruik wereldwijd, en het verband tussen die beide zaken is aanzienlijk sterker dan lineair. Om het energieverbruik in te perken, ligt het dus logisch voor de hand om de wereldbevolking van de toekomst, dus de geboortecijfers van nu, in te perken.

Wat kunnen we van een dergelijke aanpak verwachten? Voor wie de cijfers, de trends en de politieke demografische weerbarstigheid van het probleem kent, is er weinig hoop. Er is vrijwel geen land ter wereld waar geboortebeperking een belangrijk politiek issue is, of op korte termijn gaat worden. Integendeel, vooral het religieuze deel van de wereldbevolking ziet het krijgen van een grote kinderschaar als wenselijk, omdat door het gebrek aan sociale voorzieningen kinderen gezien worden als een levensverzekering voor de ouders.

Bovendien is de gedachte van bevolkingsreductie een vloek voor religies van allerlei signatuur en hun bijbehorende politiek; religies die niets liever doen dan zich met ons leven en sterven, en met onze seksualiteit te bemoeien. Demografische veranderingen die niet gebaseerd zijn op oorlog, ziekte en hongersnood verlopen spreekwoordelijk langzaam. Dat langs deze weg binnen afzienbare tijd enige invloed op het wereldenergieprobleem te bespeuren zou zijn, is dan ook hoogst onwaarschijnlijk, en voor nu een vorm van luchtfietserij. Dat gaat niet werken. Wat dan wel?

Kernenergie als antwoord
In Nederland staan woorden met het voorvoegsel kern- in een kwade reuk. Zo wordt kernenergie voortdurend geassocieerd met kernwapens, en die worden in brede kring verwerpelijk gevonden. Om kernenergie te bestrijden wordt altijd hoog opgegeven van problemen met de opslag van nucleair afval. De totale hoeveelheid kernafval in de Verenigde Staten sinds 1950 tot heden bestaat uit een aantal containers van 10 meter hoog die passen op een voetbalveld.

Het gaat om decennia afval van een land met meer dan 300 miljoen inwoners [7]. Dat valt reuze mee, in scherp contrast overigens tot het chemisch afval dat wordt gevormd door technisch afgeschreven windmolens die na hun korte levensduur van circa 15 jaar, en minder nog op zee door corrosie, op een afvalberg eindigen. De technische levensduur van een kerncentrale is niet 15, maar minstens 70 jaar. Bovendien is er met moderne vormen van kernenergie nauwelijks meer sprake van een afvalprobleem.

Als we de ongevallen of bijna-ongevallen die ooit met kernenergie hebben plaatsgevonden analyseren, blijkt dat van de drie gevallen Three Mile Island (Harrisburg, Pennsylvania, 1979), Tsjernobyl (Oekraïne, 1986) en Fukushima (Japan, 2011) alleen Tsjernobyl slachtoffers door radioactieve straling heeft geëist. Tsjernobyl was een serieus ongeluk met een verouderde kerncentrale in een land met weinig controle, waarbij een meltdown van de kern plaatsvond.

In de nasleep van het ongeluk vertoonden 237 mensen ernstige gevolgen van straling van wie er 31 binnen drie maanden overleden. Schattingen over andere medische problemen ten gevolge van straling variëren enorm en worden betwist. Het is dus van groot belang ongelukken als dat in Tsjernobyl in de toekomst te voorkomen. Met moderne kerncentrales is dat geen probleem. En het zegt wel wat, dat in tientallen jaren en met wereldwijd honderden kerncentrales in gebruik, er slechts één serieus ongeluk heeft plaatsgevonden: alleen in de toenmalige arme en corrupte Sovjet-Unie.

In het voorgaande heb ik betoogd dat de voorraad fossiele brandstoffen eindig is, en dat alternatieve energiebronnen onmogelijk voor een goede wereldwijde energievoorziening kunnen zorg dragen. De enige oplossing die hout snijdt is dan ook een geleidelijke overgang van fossiele brandstoffen naar moderne kernenergie [8,9,10]. Geleidelijk, want we hebben daar ook tijd genoeg voor.

Moderne kernenergie biedt de hoognodige oplossing voor een veilige, betrouwbare, beschikbare en betaalbare grootschalige energievoorziening op wereldschaal. Hoewel kernenergie op basis van de uraniumcyclus nog steeds uiterst zinvol is, zal op een termijn van zeg vijftig jaar ingezet worden op de nieuwe technologie op basis van de thoriumcyclus, vanwege de belangrijke voordelen die thorium biedt [11]:

  1. Kernenergie levert CO2-vrije energie. Daardoor wordt het huidige verhitte CO2-debat irrelevant. Of CO2 nu wel of niet tot een desastreuze opwarming van de aarde leidt, wordt opeens een zuiver academische vraag.
  2. Energieopwekking met behulp van kernenergie is (in tegenstelling tot wind en zon) vraag-gestuurd. Er wordt alleen energie geleverd als die ook nodig is.
  3. Thorium is zeer ruim voorradig, en ook beschikbaar in een groot aantal landen die geen politiek risico vormen. Dit in tegenstelling tot olie.
  4. Thorium is zeer goedkoop en momenteel in feite afval bij de winning van andere metalen.
  5. Thorium is voor vrijwel 100% bruikbaar als brandstof, dit in tegenstelling tot uranium.
  6. Thoriumcentrales op basis van het Molten Salt Principe (MSR) zijn inherent veilig.
  7. Het Molten Salt Principe is in de jaren ’70 van de vorige eeuw uitgebreid en met succes getest in het Oak Ridge National Laboratory [12] in Tennessee in de VS.
  8. Een Molten Salt Reactor werkt bij temperaturen van 550-700 graden Celsius, en bij lage druk.
  9. Proliferatie van radioactief materiaal is nauwelijks mogelijk, omdat dan het radioactieve materiaal van de fluorhoudende zouten gescheiden zou moeten worden.
  10. Afval gevormd in de uraniumcyclus kan gebruikt worden als neutronenbron in de thoriumcyclus. Daarmee wordt een toekomstig afvalprobleem vermeden.
  11. In de thoriumcyclus is de vorming van zeer langlevend radioactief afval slechts een kleine fractie van die in de uraniumcyclus. Bovendien kan dat afval weer als brandstof gebruikt worden.
  12. De kosten van een moderne kerncentrale zijn beperkt en worden in Nederland voor twee derde deel bepaald door overbodige bureaucratische regelgeving.
  13. De kosten van het overgaan op kernenergie zijn slechts een geringe fractie van de 1000 miljard euro nodig voor grootschalige en tot mislukken gedoemde inzet van wind en zon, om zelfs het vermaledijde verstoken van biomassa maar niet te noemen.

Optimisme voor de toekomst
Het is de hoogste tijd om de hopeloze romantische rampspoed en de ziekelijke zucht tot zelfkastijding te vervangen door een hoopvolle visie op vooruitgang die de weg wijst naar een door wetenschap gestuurde welvaart voor een wereldbevolking die die luxe tot dusver  nauwelijks gekend heeft. Met name voor jongeren zijn de toekomstperspectieven om op een toekomstige beschikbare, veilige en betaalbare energievoorziening te kunnen rekenen realistischer dan ooit. Er is weer alle aanleiding om opleidingen te volgen, en om weer na te denken over scholing, banen en gezinsvorming.

In december 2019 maakte ik deel uit van een delegatie naar China. Ik had het land twintig jaar eerder ook al eens bezocht. De veranderingen in die twintig jaar zijn enorm, zowel op gebied van energie als op gebied van mentaliteit. China bouwt nu kerncentrales die in zes jaar tijd productief zijn. Jongeren daar zijn positief over de toekomst. Zij ervaren weliswaar als nadeel de onvrijheid die het communistische systeem met zich meebrengt, maar ervaren dat vooralsnog als de prijs van vooruitgang. Zij zien hun welvaart toenemen nu zij niet meer op akkers ploeteren maar een moderne samenleving vormen – mede dankzij een betrouwbare, stabiele energievoorziening, steeds meer geleverd door kernenergie [13]. In het Westen is er vrijheid, maar in toenemende mate onder jongeren pessimisme over de toekomst. Juist schone kernenergie kan hierin verandering brengen.

Ten aanzien van het financieel rendement geldt dat de kosten van nieuwbouw van een kerncentrale in China circa een derde bedragen van wat die nieuwbouw in de EU gemiddeld kost. Dat maakt nogal wat uit: circa 3 miljard euro per centrale in China (en waarschijnlijk minder door lagere loonkosten) versus circa 10 miljard euro in de EU. Oorzaak: tweederde van de kostprijs van een kerncentrale is kort gezegd bureaucratie, veroorzaakt door politiek gemotiveerde angst voor ongelukken en onbekendheid met kernenergie [14]. Beleggers zoals pensioenfondsen en verzekeraars kunnen helpen dit te veranderen.

In de Verenigde Staten zijn er inmiddels consortia die kleine centrales (in jargon: table tops) naar de beurs brengen [15]. Pensioenfondsen en verzekeraars kunnen deelnemen in zo’n consortium. Het beleggingsmodel bestaat uit een vaste stroom inkomsten afkomstig van de exploitant van een centrale, vergelijkbaar met de huurpenningen die het rendement vormen van een belegging in vastgoed.

Kernenergie : waar wachten we op? wereldbevolking brandstof Zonder kernenergie zal de wereld binnen een paar honderd jaar ten onder gaan

Kees de Lange.

Conclusie
Zonder kernenergie zal de wereld binnen een paar honderd jaar ten onder gaan aan energie-armoede, met alle gevolgen voor een moderne samenleving, maar in nog sterkere mate voor dat deel van de wereldbevolking dat toch al niet veel energie-perspectief bezit. Mèt kernenergie kunnen we voorlopig voor tienduizenden jaren vooruit met het opbouwen van een geavanceerde samenleving met een sterk toenemende kwantitatieve en kwalitatieve energiebehoefte op basis van veilige, betrouwbare, ruim beschikbare en betaalbare energie. Die keus kan niet moeilijk zijn.

Dankwoord
Een woord van dank is op zijn plaats aan Mr. Onno de Lange (geen familie) voor stimulerende en nuttige discussies.

Noten en referenties

[1]       https://nl.wikipedia.org/wiki/Wereldbevolking

[2]       https://nl.wikipedia.org/wiki/Industri%C3%ABle_revolutie

[3]       https://groene-rekenkamer.nl/7265/de-klimaatwet-bezint-eer-gij-begint/

[4]       https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/0484(2016).pdf  blz. 1

[5]       Voor kritische beschouwingen over de rol van CO2 als broeikasgas, zie:

www.climategate.nl , https://wattsupwiththat.com/ ,

[6]       https://www.climategate.nl/windenergie-in-waterland/ interview met Dr. Fred Udo

[7]       https://www.klimaatfeiten.nl/maatregelen/energie/kernenergie

[8]       In april 2015 schreef Kees de Lange als Senator deze notitie voor de Eerste en Tweede Kamer: http://www.cadelange.nl/thorium/

[9]       Tweedelige beschouwing over kernenergie van Kees de Lange:

http://www.cadelange.nl/thoriumcentrales-de-oplossing-voor-onze-energievoorziening/

[10]     Kees de Lange in video van Theo Richel: ‘Hoogste tijd voor kernenergie

https://www.youtube.com/watch?v=CnV-OIMWg7E&feature=youtu.be

[11]     Voor gedetailleerde informatie over de thorium Molten Salt Reactor:

https://www.thmsr.com/en/

[12]     https://atomicinsights.com/alvin-weinbergs-liquid-fuel-reactors-part-1/

[13]     https://opiniez.com/2019/12/22/europa-de-snelweg-naar-irrelevantie/cadelange/

[14]     https://www.ecomodernisme.nl/de-zaak-hinkley-point-c-is-kernenergie-duur/

[15]     https://www.energy.gov/ne/articles/big-potential-nuclear-microreactors

Bron Veren of Lood.