De nucleaire nachtmerrie in Fukushima confronteerde de wereld in 2011 nogmaals met de gevaren van kernenergie. Voor milieu-organisaties en groene partijen was dit het moment om kernenergie compleet af te schrijven en voor hernieuwbare energie te pleiten. Maar is er geen veiliger kerncentrale mogelijk? Wat met het 'vergeten' element thorium?
De discussie over de gevaren van kernenergie gaat niet enkel over de rampzalige gevolgen van een meltdown (zie kader). Zelfs een kerncentrale die normaal functioneert, zorgt voor problemen: de giftige stoffen in het kernafval geven namelijk duizenden jaren radioactieve straling af. Slechts na honderdduizend jaar verliest kernafval de helft van z'n straling. Wetenschappers noemen deze periode de 'halfwaardetijd'.
De enige oplossing die momenteel voorhanden is, is de radioactieve stoffen ingekapseld begraven, in de hoop dat ze niet uit hun opslagplaats sijpelen en de grond vergiftigen. Een milieuprobleem van duizenden jaren en de recente kernramp in Japan was voor een aantal landen het moment om de kerncentrales definitief te sluiten. Kerncentrales bouwen is toekomstige generaties opzadelen met tonnen aan dodelijk afval. Een probleem dat we kunnen missen als de pest met de dreiging van global warming boven ons hoofd.
Maar de waarheid is subtieler. Wetenschappers over de hele wereld zijn al jaren bezig met de productie van nieuwe en veilige kerncentrales. Deze nieuwe generatie centrales kan ook het probleem van kernafval (gedeeltelijk) oplossen.
Met de ramp van Fukushima in het achterhoofd, is de vraag of deze technologische ontwikkelingen een maatschappelijk draagvlak hebben. Maar ondanks de voordelen over windmolens en zonnepanelen, biedt groene energie geen oplossing voor kernafval. Hun vermogen is veel afhankelijker van de grillen van moeder natuur. Voor veel wetenschappers is dit een reden om te blijven investeren in kernenergie.
Thorium
Een veiliger manier om een kerncentrale productief te maken is door thorium te gebruiken als brandstof in plaats van uranium. Thorium is een edelmetaal dat op de periodieke tabel staat als symbool Th en atoomnummer 90 kreeg. Het lichtradio-actief, zilverwit metaal leeft al decennia in de schaduw van uranium, maar is in veel opzichten een veiliger en beter alternatief. Het metaal is vier keer meer aanwezig in de aardbodem en is van nature niet splijtbaar.
"De enige manier om thorium te splijten is energie toe te voegen via een externe bron", zegt professor Nathal Severijns, hoofd van de Afdeling Kern- en Stralingsfysica aan de KU Leuven. "Je hebt hiervoor een deeltjesversneller nodig die protonen tegen hoge snelheid laat botsen tegen de thorium-atomen."
Gevaar voor een kettingreactie is er niet. Omdat thorium niet splijtbaar is, valt het splijtingsproces volledig stil als de energietoevoer stopt. Uranium daarentegen kan wel een onbeheerste kernreactie aangaan, in dat geval spreken we van een meltdown.
Kernwapens
De wereld koos massaal voor uranium omdat je van de bijproducten kernwapens kan bouwen. De wapenwedloop van de vorige eeuw maakte uranium simpelweg interessanter. "Als je uranium een kernsplitsing laat ondergaan krijg je radioactieve materialen die je kunt gebruiken bij de productie van kernwapens", verklaart Severijns. Thorium daarentegen kan niet gebruikt worden om kernwapens mee te bouwen.
Dat je van thorium geen massavernietigingswapens kan maken is geruststellend nieuws, maar het is niet de voornaamste reden waarom het een energiebron zou kunnen zijn van de toekomst. "Het grootste voordeel van deze technologie is dat je kernafval samen met thorium kan gebruiken om kernreactoren aan te drijven", zegt Severijns.
Indië is sinds 2008 bezig met de ontwikkeling van een thoriumreactor en heeft samen met Brazilië de grootste thoriumreserves in de wereld. De Indiërs willen tegen 2050 dertig procent van hun energie uit thoriumreactoren halen.
Generatie III en IV
Om met thorium te werken heb je nieuwe kerncentrales nodig. Deze nieuwe generatie staan bekend als Generatie III- en Generatie IV-reactoren. Zij zijn van meet af aan geschikt om op gerecycleerd kernafval te werken. Hun efficiëntie ligt ook gevoelig hoger en ze zijn veel veiliger. Ze zijn daarnaast bedoeld om minstens 60 tot 100 jaar mee te gaan zonder grote vervangingen aan de reactor zelf, klinkt het vanuit de wetenschappelijke wereld.
GenIII-reactoren bestaan niet enkel op papier. Finland en Frankrijk zijn reeds begonnen aan de bouw van GenIII-reactoren. Japan beschikt sinds 1995 al over een GenIII-kerncentrale. Tegen 2030 zouden verouderde kerncentrales plaats moeten maken voor GenIV-reactoren. Huidige kerncentrales verbranden maar een klein percentage van de brandstof, waarna de volledige brandstofstaaf afval wordt.
GenIV-reactoren blijven de brandstof opbranden tot er bijna niets meer overblijft. Zo krijg je een stijging van de brandstofefficiëntie en minder afval. Ook kunnen GenIV het huidige kernafval als brandstof gebruiken, wat meteen het probleem van kernafval oplost. Thorium kan hier ook als brandstof dienen.
De kerncentrales van de vierde generatie kunnen de giftige straling van het kernafval absorberen, wat de halfwaardetijd doet dalen met een factor duizend. In die zin lossen kerncentrales het kernafvalprobleem dus op. Toch is daarmee het probleem niet opgelost: het productieproces is veel duurder en zolang er uranium beschikbaar is, zal geld voor ontwikkeling niet worden vrijgemaakt. In de discussie kan het argument van een zelfregulerende, veilige kerncentrale steeds belangrijker worden.
Hoe werkt een kernreactor?
Klassieke kerncentrales wekken energie op door een kernsplitsing tot stand te brengen. Dit fysisch proces ontstaat in de reactor door een neutron af te schieten op uraniumatomen. Na de botsing blijven twee lichtere atomen en enkele neutronen over. Deze neutronen worden op hun beurt gebruikt om andere atomen te splijten wat voor een kettingreactie zorgt. Koelwater vertraagt de neutronen en houdt de kettingreactie in het gareel. Tegelijk neemt het ook de warmte die de radioactieve splijtingsproducten uitstralen op. Door dit alles warmt het op tot stoom. De stoom drijft turbines aan die elektriciteit creëren. Gevaar: een ongecontroleerde kettingreactie kan resulteren in een meltdown.
De meeste atomen van de zware elementen bevinden zich in een onstabiele energetische toestand, dicht bij de grens waarbij ze in twee stukken kunnen uiteenvallen, wat een kernsplijting betekent. Andere atomen zoals thorium bevinden zich te ver van die grens, zodat er geen kans is dat ze vanzelf zouden splijten. Een element dat niet splijtbaar is kan op zichzelf geen kettingreactie ondergaan. Geen kettingreactie betekent dus ook geen gevaar op een meltdown.
Na het splijtingsproces blijven er twee zaken over. Het gesplitste uranium en de uraniumstaven verzadigd met radioactieve actiniden. De hoge radioactiviteit kan mutaties en kankers in het lichaam veroorzaken.
© 2012 - StampMedia - Vincent Buyssens
Dit artikel werd gepubliceerd door Belg.be op 15/06/2012
Dit artikel werd gepubliceerd door Nieuws.be op 19/06/2012
