Door Samuel Furfari en Ernest Mund.

Tijdens COP 28 werd een belangrijke mijlpaal bereikt toen 22 landen samenkwamen om een ​​overeenkomst te onderschrijven die gericht was op het bevorderen van initiatieven op het gebied van kernenergie.

Dit cruciale akkoord lijkt de heropleving van kernenergie op het wereldtoneel in te luiden. In het licht van deze ontwikkeling lichten Samuel Furfari, hoogleraar aan de Universiteit van Brussel, en Ernest Mund, emeritus buitengewoon hoogleraar aan de UCL, ons in over de noodzaak om de elektriciteitsproductie te versterken, de rijke geschiedenis van de civiele nucleaire technologie gekenmerkt door voortdurende innovatie, en bieden inzichtelijke beleidsreflecties. Dit is de eerste aflevering van deze verhelderende driedelige serie.

Inleiding

Hoewel elektriciteit tegenwoordig minder dan een kwart van de uiteindelijke energievraag voor haar rekening neemt, misschien wel meer dan andere energiebronnen, is elektriciteit van vitaal belang voor vrijwel elk aspect van het moderne leven. En dit belang zal de komende jaren alleen maar toenemen. Zonder elektriciteit komt de hele economie tot stilstand. Daarom willen de autoriteiten zorgen voor een permanente en betaalbare productie. We zullen zien dat hernieuwbare energieën de voorkeur genieten van de EU en haar lidstaten, ondanks een aantal belangrijke beperkingen, namelijk de intermitterende en willekeurige energieproductie. Met deze beperkingen moet rekening worden gehouden.

In het eerste deel van dit artikel gaan we hier nader op in. De noodzaak om overvloedige en betaalbare energie te leveren betekent dat we ons moeten wenden tot meer conventionele energiebronnen; in het bijzonder op het gebied van kernenergie, die na ruim zestig jaar industriële ontwikkeling sterke technologische en economische beloften heeft laten zien. Het tweede deel van dit artikel zal het potentieel presenteren van de vele innovaties die gaande zijn op het gebied van nucleair onderzoek.

Technologieën hebben iets gemeen met de levende wereld: ze zijn voortdurend in ontwikkeling. Het proces verloopt langzaam en duurt bijna een eeuw voordat doorbraken tot stand zijn gekomen. Vanaf 1950 zou de nucleaire technologie er in 2050 heel anders uit moeten zien vanwege de huidige R&D. In de fabriek gemaakte modules met kleinere vermogens, bekend als SMR (Small Modular Reactors), zullen een aantal van de economische en veiligheidsproblemen oplossen.

Opkomende technologieën, die Generatie-IV worden genoemd, zullen de toepassingen op het gebied van waterontzilting, hitte bij hoge temperaturen en voortstuwing van schepen aanzienlijk vergroten. Het gebruik van verschillende reactorkoelvloeistoffen (heliumgas, vloeibare zware metalen of gesmolten zouten) in plaats van water, zou de veiligheidsproblemen moeten verminderen. Het combineren van specifieke keuzes van reactorbrandstoffen met adequate neutronenspectra zou kunnen bijdragen aan de eliminatie van langlevend kernafval. Het negeren van de complexiteit van technologische veranderingen en blindelings volharden in de huidige vijandige houding kan leiden tot keuzes die schadelijk zijn voor het milieu.

Elektriciteit en hernieuwbare energiebronnen

Elektriciteit is een vreemde energiedrager. Het is vergankelijk in de zin dat het alleen kan bestaan ​​als het tegelijkertijd wordt geproduceerd en verbruikt. Het bestaat omdat het wordt gebruikt op het moment dat het wordt gegenereerd. Deze onvermijdelijke en unieke eigenschap maakt het bijzonder moeilijk om de drie stadia van productie, transport en distributie te doorlopen.

Een black-out is een grote stroomstoring, dat wil zeggen een onderbreking van de levering die niet door de netbeheerder is veroorzaakt en die minstens 1.000 mensen gedurende minstens één uur moet treffen, met gevolgen van minstens één miljoen werkuren. Deze storing kan worden veroorzaakt door een storing in een productiecentrum, transmissielijnen, onderstations of andere delen van het elektriciteitsnet die beschadigd zijn, een kortsluiting of een overbelasting van de lijn. Grootschalige stroomstoringen zijn vaak lastig snel op te lossen. Ze kunnen enkele minuten tot enkele uren duren, afhankelijk van de oorsprong en configuratie van het netwerk, en moeten dus koste wat het kost worden vermeden (MUND, 2022).

Windturbines en fotovoltaïsche zonne-energie produceren intermitterende en variabele elektriciteit die het elektriciteitsnet ernstig verstoort en leidt tot een stijging van de verkoopprijzen voor de verbruiker.

Figuur 1 toont de variatie in de elektriciteitsopwekking in 2019 door een windpark van 100 MW in Zuid-Italië. Figuur 2 laat voor dezelfde installatie zien dat de variabiliteit van de intermittentie soms resulteert in een totale afwezigheid van productie. De productie kan een paar opeenvolgende dagen nul zijn (hier om 22.45 uur op 1 en 2 september) en dit zijn zeer abrupte en aanzienlijke stroomschommelingen die het elektriciteitsnet ernstig verstoren. 

Figuur 1 Variabiliteit in de productie van windenergie in Italië gedurende een jaar
Figuur 2 Variabiliteit en intermittentie van een windturbine-installatie gedurende twee opeenvolgende dagen in maart, september en december van een installatie in Zuid-Italië.

Het is ondenkbaar dat intermitterende en variabele energieën (wind- en zonne-energie) gepromoot zouden moeten worden door te beweren dat we eraan moeten wennen om één of twee dagen zonder elektriciteit te zitten (de Callataÿ, 2020). Dit negeert de essentiële rol van elektriciteit voor de gezondheid en veiligheid, om nog maar te zwijgen van de economische schade die het veroorzaakt. Het betekent ook minachting voor generaties elektrotechnici die er altijd een erezaak van hebben gemaakt om de continuïteit van de elektriciteitsvoorziening te garanderen.

De gemiddelde belastingsfactor over vijf jaar voor windenergie in de EU bedraagt ​​23%, en die voor zonne-energie 11%. Met andere woorden: hoe meer van dit soort faciliteiten worden gebouwd, des te meer conventionele en controleerbare energiecentrales er tegelijkertijd nodig zijn die de steeds veranderende vraag naar elektriciteit kunnen bijhouden. De EU kon elektriciteit opwekken uit windturbines en fotovoltaïsche zonnepanelen omdat er een voldoende stabiel elektriciteitsnet bestond dat bestond uit thermische elektriciteitscentrales (kolen of gas), waterkrachtcentrales en kerncentrales. 

Het voorbeeld van het Gorona del Viento-project van vijf windturbines – 11,5 MWe – uitgevoerd door de Spaanse regering en de Europese Commissie op het eiland El Hierro (Canarische Eilanden) illustreert de illusie van hernieuwbare technologieën, om nog maar te zwijgen van de financiële aspecten die daaraan verbonden zijn, die elke ontwikkeling van deze dure projecten onbetaalbare maken.

In 2022 werd gedurende 1.008 uur (1), oftewel 11% van de tijd, een dekking van 100% behaald. Fossiele brandstoffen waren dus voor 89% van deze tijd nodig. In 2022 (2), met een productie van 32.587 MWh, functioneerde de installatie met een bezettingsgraad van 32%. Dit project, dat tot doel had aan te tonen dat door het accumuleren van windenergie in een waterreservoir dat gebruikt zou worden als elektriciteitsopslag, toont aan dat Afrikaanse landen geen illusies meer mogen hebben over de ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen voor hun elektriciteitsopwekking. 

De behoefte van de wereld aan elektriciteit 

Deze realiteit wordt nu begrepen en verklaart waarom ontwikkelingslanden terughoudend zijn in het ontwikkelen van wind- en zonneparken. Degenen die dit doen, doen dit om te profiteren van de vrijgevigheid van donoren, zowel staats-, internationaal als particulier. Afrika heeft bijvoorbeeld een wanhopig tekort aan elektriciteit.

Vijfhonderdzestig miljoen Afrikanen hebben geen toegang tot elektriciteit en het Internationaal Energieagentschap voorspelt dat dit er in 2030 nog eens 600 miljoen zullen zijn, omdat de ontwikkeling van de elektrificatie niet voldoende is om de toename van de vraag als gevolg van de bevolkingsgroei te compenseren. Een land dat investeert in een windpark moet tegelijkertijd investeren in een conventionele installatie die minimaal driekwart van de tijd in bedrijf zal zijn, en waarschijnlijk meer omdat Afrika een continent is dat minder winderig is dan Europa.

De bevolkingsgroei en de elektrificatie die essentieel is voor een betere levenskwaliteit, zullen leiden tot een groter energieverbruik. De combinatie van gegevens van de Wereldbank en de Verenigde Naties laat zien dat elektrificerende landen de levensverwachting verhogen. Dit vertaalt zich in een vermindering van de kindersterfte. Elektrificatie verbetert ook de levenskwaliteit, zoals gemeten aan de hand van de HDI-parameter van de Verenigde Naties.

Figuur 3 Impact van elektrificatie op de levensverwachting (links) en de kwaliteit van leven, gemeten aan de hand van de Human Development Index (gegevens van de Wereldbank)

De wereld van morgen zal onvermijdelijk veel meer geëlektrificeerd zijn, ook in de landen van het Zuiden. Een groot deel van deze nieuwe vraag naar elektriciteit zal afkomstig zijn van steenkool, die de goedkoopste calorieën levert en geen geopolitieke beperkingen kent. Een ander deel zal gebaseerd zijn op aardgas, dat op alle continenten beschikbaar is en gemakkelijk kan worden getransporteerd door LNG-tankers, in tegenstelling tot de beperkingen van vaste gaspijpleidingen. 

COP erkent dat de wereld kernenergie nodig heeft 

Maar deze groei van de vraag zal zodanig zijn dat fossiele brandstoffen vooral voor thermische doeleinden zullen worden gebruikt, waar ze nog lange tijd onmisbaar zullen blijven. Parallel aan de ontwikkeling van grote waterkrachtdammen die in Afrika zullen worden gebouwd, zullen er ook kerncentrales in Afrika moeten worden gebouwd om economische ontwikkeling te bevorderen. De geleidelijke opkomst van geavanceerde kernreactoren draagt ​​ook bij aan de bevrediging van gediversifieerde behoeften, zoals de vraag naar warmte bij hoge temperaturen, stadsverwarming, waterontzilting en voortstuwing van schepen (Furfari, Mund, 2022).

Daarom werd in december 2023 voor het eerst in de conclusies van de Conferentie van de Partijen bij het Raamverdrag van de Verenigde Naties inzake klimaatverandering (COP) kernenergie genoemd (‘Versnelling van de ontwikkeling van technologieën met nul- en lage emissies, waaronder hernieuwbare energiebronnen, kernenergie’) (Conferentie van de partijen, 2023 ). Natuurlijk gaat dit hand in hand met de ontwikkeling van hernieuwbare energieën, maar er moet worden opgemerkt dat hoewel de debatten rond de COPs voorheen hoofdzakelijk werden geleid door tegenstanders van kernenergie, deze erkenning onderstreept dat deze energie inderdaad een comeback maakt. 

Aan het begin van COP28 ondertekenden 22 landen een overeenkomst om kernenergie te ontwikkelen. Hoewel deze bijeenkomst aan de zijlijn van de conferentie plaatsvond, markeert deze bijeenkomst een nederlaag voor de tegenstanders van kernenergie, omdat COP28 de geschiedenis in zal gaan als het jaar van de terugkeer van kernenergie, aangezien deze landen blijk hebben gegeven van hun vastberadenheid om kernenergie nieuw leven in te blazen. 

Toegegeven moet worden dat de ontwikkeling in Afrikaanse landen traag zal zijn, omdat de basisvoorwaarden voor de inzet van een complexe industrie nog niet zijn geschapen (denk aan de non-proliferatieaspecten en de noodzaak om onafhankelijke veiligheidsagentschappen op te richten, zoals het geval is in de Europese Unie). Maar de geleidelijke vraag naar elektrificatie in landen met onvoldoende uitgeruste netwerken is onvermijdelijk. Naarmate hun behoeften geleidelijk toenemen, zullen ze afhankelijk zijn van kleinschalige energiecentrales, die worden geïnstalleerd naarmate de behoeften toenemen, wat precies overeenkomt met de ontwikkeling van SMR-eenheden.

De beperkte ontwikkeling van windenergie en fotovoltaïsche zonne-energie in de EU kan de landen van het Zuiden alleen maar aanmoedigen om het gebruik van kernenergie te overwegen, zoals de EU in de tweede helft van de 20ste eeuw deed.

Een realiteit die steeds duidelijker wordt

De elektriciteit die door kerncentrales wordt geproduceerd, is in de loop van de tijd uiterst stabiel, wat het beheer van het transmissie- en distributienetwerk vergemakkelijkt. In termen van volume is kernenergie de grootste elektriciteitsbron in de EU, goed voor 25% van de vraag, vergeleken met 14% voor windenergie en 5% voor zonne-energie. Eén ding is duidelijk: kernenergie is de belangrijkste vorm van elektriciteit in de EU.

Figuur 4 Energieportfolio voor elektriciteitsopwekking in de EU (gegevens van Eurostat voor EU-27)

Aangezien Zweden vaak wordt gebruikt als voorbeeld van een land dat hernieuwbare energie promoot, moet worden opgemerkt dat de elektriciteitsopwekking van het land niet via moderne hernieuwbare energiebronnen gebeurt. In 2019 was kernenergie goed voor 43% en waterkracht voor 39%, ruim vóór windenergie (10%). Uiteraard heeft de huidige Zweedse regering besloten een enorme impuls te geven aan de ontwikkeling van kernenergie. Zij is van plan de bouw van twee nieuwe conventionele kernreactoren tegen 2035 mogelijk te maken om tegemoet te komen aan de groeiende vraag naar schone elektriciteit vanuit de industrie en het transport, en heeft gezegd bereid te zijn een deel van de kosten te dekken. Tegen 2045 wil de regering het equivalent van tien nieuwe reactoren hebben, waarvan sommige waarschijnlijk kleine modulaire reactoren (SMR’s) zullen zijn.

Figuur 5 Energieportfolio van elektriciteitsopwekking in Zweden (gegevens van Eurostat)

Polen, dat de Sovjetbewaker tijdens het Sovjettijdperk niet wilde uitrusten met kerncentrales, wil nu definitief af van de Russische voogdij en zet zich in voor kernenergie om te voorkomen dat het te afhankelijk wordt van zowel de Silezische steenkool als het gas dat het nodig heeft. Westinghouse Electric Company, Bechtel en het Poolse Polskie Elektrownie Jądrowe tekenden in september 2023 een contract voor technische diensten voor de eerste kerncentrale van Polen op de Lubiatowo-Kopalino-locatie in Pommeren. De eerste AP1000-kernreactor (1000 MW) van Polen zal naar verwachting in 2033 commercieel operationeel worden. 

In tegenstelling tot Polen produceert Hongarije sinds 1982 kernenergie op de locatie van Paks. In januari 2014 tekende de regering een overeenkomst met het Russische bedrijf Rosatom voor de bouw van twee nieuwe reactoren in Paks.

De uitdaging van de tijd heeft ook gevolgen voor de Green Deal  

De Europese ‘Green Deal’ die in 2020 is aangenomen, moet de uitstoot van broeikasgassen op het continent tegen 2030 drastisch verminderen en in 2050 tot koolstofneutraliteit leiden. Nu lidstaten als Oostenrijk, Duitsland en Luxemburg fel gekant zijn tegen kernenergie, betekent dit beleidsplan de invoering van van in wezen 100% hernieuwbare energie, een schadelijke keuze om milieuredenen, zoals blijkt uit dit artikel (Furfari en Mund, 2021).

De argumenten van de tegenstanders van nucleaire energie zijn in wezen gericht tegen de hoge bouwkosten, de angst voor mogelijke ongelukken en de erfenis van langlevend kernafval (Sovacool en Cooper, 2008). Gezien de huidige stand van de technologie zijn deze argumenten gedeeltelijk gerechtvaardigd. Er is echter zo’n grote variatie in het selecteren van de basiselementen om een ​​neutronenketenreagerend systeem te bouwen dat de technologie binnenkort heel anders zou kunnen worden dan die welke is geërfd uit het tijdperk van de de Koude Oorlog (Ud-Din en Nakhabov, 2020). 

Hoewel niet strikt darwinistisch, heeft de evolutie van technologieën veel gemeen met de evolutie van de levende wereld zoals geschetst door Brian Arthur (Arthur, 2009). Beide evolueren op hun eigen tijdschaal volgens vergelijkbare principes. De opkomst van een nieuwe technologie komt doorgaans overeen met de bevrediging van sociale behoeften waarin nog niet is voorzien, of met de implementatie van recente wetenschappelijke ontdekkingen. Zodra er een nieuwe technologie opduikt, wordt deze op de een of andere manier gekoppeld aan bestaande technologieën om een ​​nieuwe tak van een boomstructuur te vormen.



Structurele verdieping en interne vervanging zijn twee belangrijke mechanismen die de evolutie van een nieuwe technologie bepalen. Trial-and-error-mechanismen maken het op elk moment mogelijk om de best presterende hulpinstrumenten te gebruiken. Het evolutionaire proces is autopoëtisch in de zin dat een technologie volledig deelneemt aan zijn eigen transformatie. Zodra verschillende soorten nieuwe technologie toegang krijgen tot de markt, selecteert deze de variëteit die het beste aan zijn behoeften voldoet.

Maar in tegenstelling tot de darwinistische biologische wereld, waar de dominantie op lange termijn wordt uitgeoefend door de meest robuuste elementen, gehoorzamen technologieën niet noodzakelijkerwijs aan de regel. Marktdominantie kan naar een suboptimale versie gaan. Zodra een technologie om wat voor reden dan ook dominantie over zijn concurrenten uitoefent, spreekt men van lock-in. Er zijn talloze gevallen van suboptimale technologische lock-in op de markt (Cowan & Hulten, 1996). Op nucleair gebied zullen we eerst kijken naar de lichtwatertechnologie (LWR), een passend voorbeeld van suboptimale dominantie (Cowan, 1990), en daarna uitleggen waarom er reden voor optimisme is.

*** 

Deel 1/3. 

Deel 2: Kernenergie komt van de grond (Deel 2): ​​de voortdurende evolutie van reactoren

Deel 3: Kernenergie komt van de grond (Deel 3): Terug naar Euratom?

(1) https://www.goronadelviento.es/

(2) https://www.goronadelviento.es/wp-content/uploads/2023/02/00-2022-CHGV22Parte_anual-contrata.pdf

Afbeelding van Jarosław Kwoczała van Pixabay

Referenties

Arthur BW (2009). De aard van technologie: wat het is en hoe het evolueert . Pinguïn. 

Cowan R. (1990). Kernenergiereactoren: een onderzoek naar technologische lock-in . Het Journal of Economic History, deel 50, 541–567. 

De Callataÿ, Etienne, Licht werpen op het risico op black-out, L’Écho, 10 oktober 2020, https://www.lecho.be/entreprises/energie/faire-la-lumiere-sur-le-risque-de-blackout /10256419.html

Furfari S., & Mund E. (2020), Hernieuwbare energie in de EU: van perceptie naar realiteit , Energy Literacy, 27-11-2020,  https://www.connaissancedesenergies.org/tribune-actualite-energies/energies- renouvelables-dans-lue-de-la-perception-aux-realites.

Furfari S., & Mund EH (2021). Is de Europese Green Deal haalbaar? EUR. Fys. J.Plus 136:1101.

Furfari S., & Mund E. (2022). Geavanceerde kernenergie voor schone maritieme voortstuwing , Eur. Fys. J.Plus 137:747.

Mund, E. https://www.science-climat-energie.be/2022/01/07/les-blackouts-leurs-causes-et-consequences-economiques/

Sovacool BK en Cooper C. (2008). Nucleaire onzin: waarom kernenergie geen antwoord is op de klimaatverandering en de energie-uitdagingen na Kyoto in de wereld . 33 Wm. & Maria Envtl. L. & Pol’y Rev. 1, https://scholarship.law.wm.edu/wmelpr/vol33/iss1/2

Ud-Din Khan S., en Nakhabov A. (2020). Ontwikkeling en gebruik van kernreactortechnologie. Elsevier.

***

Bron hier.

***

Deel