Dromen over goedkope kernenergie: de lopende golfreactor

Ik heb al eens eerder geschreven over de grote problemen die er zijn met de toepassing van kernenergie. De ramp in Fukushima heeft weer eens laten zien wat er fout kan gaan met dit type van reactor, een lichtwaterreactor, en vooral hoe erg het fout gaat als het fout gaat. De oorzaak van dit soort ongelukken is dat dit soort reactoren niet inherent stabiel is. Met “inherent stabiel” wordt bedoeld dat je de reactor altijd actief moet koelen om te voorkomen dat de nucleaire reacties die in de reactor plaatsvinden oncontroleerbaar worden. En er zijn nog meer problemen met dit type reactor:

• hij produceert grote hoeveelheden kernafval dat voor lange tijd (vele duizenden jaren) opgeslagen moeten worden
• het soort brandstof dat wordt gebruikt (de uraniumisotoop 235) is heel schaars: slechts 0.72% van alle gedolven uranium.
• Om uranium geschikt te maken als brandstof is een een kostbaar verrijkingsproces nodig.

urgent
Toch is er alle reden om naar nieuwe energiebronnen te kijken en wel zo snel mogelijk. Om klimaatverwarming te voorkomen moeten we de CO2 productie drastisch terugbrengen. Ook neemt de wereldbevolking nog steeds toe, en (hopelijk) zal voor al deze mensen ook nog eens meer energie opgewekt moeten worden. Met de huidige technieken is dit niet mogelijk.

lopende golfreactor
Het is dus hoog tijd om meer onderzoek te doen. Door Bill Gates is vorige jaar op een TED conferentie de Traveling Wave reactor (de "lopende golfreactor") gepropageerd van het venture bedrijf TerraPower. Deze reactor werkt op een heel andere manier dan een gewone reactor: de totale hoeveelheid brandstof – Uranium 238 – die nodig is voor de hele levensduur van de reactor (geschat op 60 jaar) wordt in een keer ingebracht. Dit heeft als voordeel dat je nooit meer brandstofstaven hoeft te vervangen en als afval te verwerken. Ook is de reactor veel betrouwbaarder omdat er geen bewegende delen meer in zitten.
De manier waarop het werkt is dat de nucleaire reactie eenmalig wordt gestart met een kleine hoeveelheid Uranium-235. Dit U235 zet de nucleaire verbrandingsreactie in gang: elektronen treffen het naburige Uranium 238 (U238), dit wordt omgezet in Plutonium-239 (Pu239):

Het zo gevormde Pu239 is wel splijtbaar en zal op zijn beurt zorgen dat de neutronen worden overgedragen aan het omliggende U238. Op deze wijze ontstaat een “golf” die langzaam door de voorraad Uranium heen brandt, vergelijkbaar met een kaars (behalve dan dat er geen lont in zit). Deze golf verplaatst zich zo langzaam dat het 60 jaar duurt voor de hele “kaars” is opgebrand.

Voor en nadelen
Het grote voordeel van dit reactor type is dat het een oplossing biedt voor de grote hoeveelheden hoogradioactief afval die nu wordt geproduceerd door de lichtwaterreactoren. Het afgewerkte Uranium-238 uit brandstofstaven van deze reactoren kan worden gebruikt in de lopende golfreactor. Er is genoeg van dit "afval" beschikbaar om ons voor eeuwen van elektriciteit te voorzien - sterker nog: wij weten er ons nu zelfs geen raad mee. Het systeem biedt bovendien een oplossing voor het brandstof probleem: mocht de afvalberg opraken dan kan uranium 238 relatief eenvoudig gewonnen worden want het is ruim voorhanden in de natuur.

Of de lopende golfreactor een goed idee is weet ik niet. In de eerste plaats er nog nooit zo’n reactor gebouwd. Op papier en in een computersimulatie werken dit soort systemen altijd perfect, maar de praktijk zorgt altijd voor onvoorziene problemen. Het is mij ook nog niet duidelijk dat dit een inherent stabiel systeem is. Als koelvloeistof wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van gesmolten natrium, een zeer corrosief metaal, dat bovendien nog eens heel heet is. En wat gebeurt er als het koelsysteem uitvalt? Stopt de reactie dan?

Maar het is zeer zeker de moeite waard om een initieel onderzoek te doen, dat kost slechts enkele tientallen miljoenen volgens Gates, (en die heeft dat dan ook op zijn bankrekening staan), daar kan ik dus geen nee tegen zeggen en ook kan er een proefreactor gebouwd worden. Tot die tijd is alleen nog maar een droom, de droom van goedkope en bijna onbeperkte energie.

Droom mee en bekijk zelf het enthousiaste verhaal van Bill Gates: