31 maart 2016 door Delft Energy Initiative

`Een kernreactor die werkt met gesmolten zout en thorium is in vrijwel alle opzichten een verbetering ten opzichte van de huidige kernreactoren. Deze thoriumreactor is inherent veilig, produceert veel minder (en minder gevaarlijk) radioactief afval en is daarmee een uitstekende technologie om mondiaal de CO2-uitstoot terug te brengen, bijvoorbeeld in combinatie met zonne- en windenergie.' Dat zegt professor Jan Leen Kloosterman in zijn intreerede op vrijdag 1 april aan de TU Delft.

Klimaatverandering

`Kernreactoren hebben als enorm voordeel dat ze geen CO[2] produceren bij de elektriciteitsopwekking', zegt hoogleraar reactorfysica Jan Leen Kloosterman. `Scenariostudies van bijvoorbeeld de World Energy Council laten niet voor niets zien dat kernenergie in 2050 voor meer dan 10% in de wereldenergiebehoefte zal moeten voorzien, willen we klimaatverandering enigszins in de hand kunnen houden.'

`Helaas hebben de huidige kernreactoren, zoals bekend, ook belangrijke nadelen: vooral het nucleaire afval en de veiligheid. We moeten daarom volgens mij kiezen voor een heel andere nucleaire aanpak: een kernreactor die niet eerst afval produceert dat vervolgens moet worden opgeruimd, maar een die veel minder langlevend afval produceert. En zo'n reactor is mogelijk!'

Zijspoor

`De betreffende technologie is al in de jaren zestig gedemonstreerd maar is daarna helaas op een zijspoor beland', vervolgt Kloosterman. `Het is de gesmolten zout reactor (de `Molten Salt Reactor' of MSR), werkend met thorium.' De MSR bestaat uit een blok grafiet met kanalen waar een zout met splijtstof door circuleert. De opgewekte warmte wordt via een tussencircuit getransporteerd naar het energieconversiesysteem waar deze wordt omgezet in elektriciteit. Continu wordt een kleine fractie van het zout afgetapt en gezuiverd: voor een snelle MSR is dat slechts 40 liter per dag. In een speciaal chemisch laboratorium wordt het zout via een aantal stappen van zijn splijtingsproducten ontdaan en na toevoeging van onder meer thorium weer teruggevoerd naar de reactorkern.

Veilig

Doordat de splijtstof bij een MSR zit opgelost in het koelmiddel, is de veiligheidsfilosofie compleet anders. In een conventionele reactor is alles erop gericht om de splijtstof tijdens incidenten intact te houden en te zorgen dat de splijtstof altijd wordt gekoeld. In een MSR is het juist zaak het zout vrij te laten expanderen en stromen. Expansie leidt tot reductie van de hoeveelheid splijtstof in de reactorkern en dus tot een afname van de kettingreactie, terwijl de mogelijkheid om het zout vrij te laten stromen, kan worden benut om in extreme situaties het zout veilig op te slaan onderin het reactorgebouw.

`Doordat wij de MSR met thorium bedrijven in plaats van met uranium, heeft deze reactor de potentie behalve veilig, ook uitermate schoon en duurzaam elektriciteit te produceren. Thorium is zelf geen splijtstof, maar een kweekstof die vervalt naar uranium-233, dat wel heel goed splijtbaar is. Het uranium blijft circuleren in het zout en de productie van radioactief afval is zeer gering. Bovendien blijven de (potentieel) gevaarlijkste elementen circuleren in het zout totdat ze geheel verspleten zijn.

Thorium genoeg

`In een MSR kunnen wij thorium volledig benutten. Dat leidt ertoe dat wij voor de productie van alle elektriciteit wereldwijd maar 2500 ton thorium per jaar nodig hebben, terwijl we jaarlijks met de bestaande mijnbouw wel 50 keer zoveel thorium uit de grond halen', zegt Kloosterman. `Zou je een klein steentje van het thorium-houdend mineraal Aeschynite als benzine kunnen tanken, dan zou je daarmee zeker eenmaal om de aarde kunnen rijden.'

`Veel van bovengenoemde principes zijn decennia geleden al gedemonstreerd in het Oak Ridge National Laboratory (VS) in een uiterst succesvolle reactor met meer dan 6000 bedrijfsuren. Het zout werd daar echter nog niet gezuiverd en ook werd er nog geen thorium als kweekstof gebruikt.'

Rol van Delft

Nederland en vooral ook TU Delft spelen een bijzondere rol in dit vakgebied. `Wij hebben in Delft ongeveer tien jaar geleden de gesmolten zout reactor weer omarmd en we kwamen al snel tot verbeteringen. Ons ontwerp is nog veiliger en schoner dan de eerste Amerikaanse versie.'

`Toch kan het nog beter. Wij werken nu in Europees verband aan een reactorontwerp waarmee we ook kernafval van bestaande reactoren kunnen vernietigen. Deze reactor kan bovendien de (onvermijdelijke) fluctuaties van elektriciteitsproductie met zon en wind, goed compenseren. Met een slimme combinatie van zon-, wind-, en nucleaire technologie kunnen we tot een echt robuuste en duurzame elektriciteitsvoorziening komen.'

Barre omstandigheden

Buiten Europa wordt eveneens hard gewerkt aan de ontwikkeling van een thoriumreactor. Ook de Nederlandse overheid staat open voor verder onderzoek in deze richting. Dit neemt niet weg dat er nog technologische hordes zijn te nemen en dat het nog wel enkele decennia kan duren voor er een werkende thoriumreactor bestaat. Daarnaar wordt onder meer aan de TU Delft onderzoek gedaan.

`De gesmolten zout reactor vereist bijvoorbeeld speciale materialen die gedurende 50 jaar de barre omstandigheden in de reactorkern kunnen weerstaan. Dit is het onderzoeksgebied van de Delftse faculteit 3mE en het NRG in Petten, waar binnenkort de eerste bestralingsexperimenten sinds 50 jaar zullen starten van splijtstofzouten in contact met diverse metalen en grafiet.'