Je leest:

Heeft thorium de toekomst?

Heeft thorium de toekomst?

China zet in op moderne kernsplijting

Auteur: | 4 februari 2011

Het is minder zeldzaam dan uranium, is veel moeilijker in te zetten voor kernwapens en levert minder gevaarlijk afval op: thorium in een kerncentrale. Toch werd het tot nu toe niet gebruikt. China kondigt nu aan daar verandering in te gaan brengen. Draait de nieuwe generatie kerncentrales op thorium?

Nuclear power plant 2485746
Zestien procent van de wereldwijde energieproductie komt uit kernenergie. Hiervoor wordt uranium of plutonium gesplitst in kerncentrales. Er komt weinig CO2 vrij bij de productie van kernenergie, maar het afval blijft eeuwenlang radioactief en dus gevaarlijk.

Wie een kerncentrale gaat bouwen moet goed nadenken over de manier waarop hij energie op wil wekken. Je hebt daarvoor een stof nodig die van nature uit elkaar wil vallen, want bij die kernsplijting komt de energie voor de centrale vrij.

Dat soort elementen is alleen niet te vinden in de natuur. Als ze er ooit geweest zijn, zijn ze nu allang vervallen naar een stabielere toestand. Daarom is er een truc nodig om energie te winnen uit kernsplijting: een redelijk stabiel element moet worden omgezet naar een splijtstof, waarna de energie die bij de splijting vrijkomt kan worden opgevangen.

Kernsplijting werd in 1938 ontdekt. Daarvoor was vooral het werk van Marie en Pierre Curie aan radioactiviteit belangrijk, maar ook de opkomst van de kwantumfysica was noodzakelijk om het gedrag van splijtende atomen te beschrijven.

De ontdekking leidde snel tot een toepassing: in 1945 werd in het Amerikaanse Manhattanproject de eerste atoombom getest. De grondstof voor die bommen was uranium, een mineraal dat in Afrika werd gevonden en waar tot dan toe geen nuttige toepassing voor was bedacht. Het zou nog tot 1951 duren voordat de reactie ook werd ingezet om energie mee op te wekken en pas in 1956 werd de eerste winstgevende reactor in gebruik genomen.

Nagasakibomb
De eerste toepassing van kernsplijting was de atoombom, een extreem vernietigend wapen dat onder andere gebruikt is in het Japanse Nagasaki.

Explosief of controleerbaar

Voor een atoombom is het van belang dat de kernsplijtingsreactie zo snel en explosief mogelijk verloopt, terwijl een kernenergiecentrale juist een langdurige, controleerbare reactie wil hebben. Daarom bestudeerden wetenschappers tal van mogelijkheden om energie op te wekken uit kernsplijting.

Behalve de uranium- en plutoniumreacties ontdekten ze dat thorium een bijzonder interessante grondstof is om kernenergie uit op te wekken. Dat er nooit een kerncentrale is gebouwd die op thorium draait heeft een eenvoudige reden: er komt bij de reactie geen plutonium vrij dat geschikt is om kernwapens mee te maken.

Tegenwoordig is dat nadeel een voordeel geworden. Wereldwijd hebben regeringen overeenkomsten ondertekend om hun voorraad kernwapens terug te dringen en een kerncentrale die geen wapengrondstoffen produceert zou daar natuurlijk aan bijdragen. Bovendien moet het in een centrale die energie opwekt uit thorium mogelijk zijn om wapengrondstoffen te verwerken tot isotopen die niet meer geschikt zijn voor het bouwen van een atoombom. Twee vliegen in één klap dus: een kerncentrale die geen gevaarlijk plutonium produceert, maar ons er zelfs vanaf kan helpen.

Msr
Thorium is geschikt voor gebruik in een heel ander type kernreactor dan tot nu toe wordt gebruikt: de zogenaamde liquid fluoride thorium reactor (LFTR, spreek uit als lifter). In zo’n reactor wordt de splijtstof niet als vaste stof verwerkt, maar opgelost in een gesmolten fluoridezout. Dat gesmolten zout wordt tegelijkertijd als koelstof en als splijtstof gebruikt. Het blijft op hoge temperaturen stabiel en controleerbaar. Bovendien vindt de reactie binnen een kleiner volume plaats dan in een gewone kerncentrale. De neutronen die bij de reacties vrijkomen kunnen meteen worden geabsorbeerd door thoriumatomen in het mengsel, waardoor die atomen op hun beurt geschikt worden voor splijting. Ook is het mogelijk om andere grondstoffen dan thorium, bijvoorbeeld het plutonium dat gebruikt wordt in kernwapens, aan het mengsel toe te voegen. Zo kan het gevaarlijke wapenmateriaal gebruikt worden om energie op te wekken, waarna het overgaat in restproducten die niet meer geschikt zijn om in een bom te gebruiken.

Een thoriumcentrale heeft nog wel meer voordelen ten opzichte van de huidige uraniumcentrales. Zo kan er in een kernreactor waarin thorium wordt verwerkt geen meltdown ontstaan, het rampscenario waarbij de nucleaire kettingreactie niet meer in bedwang kan worden gehouden en een grote hoeveelheid gevaarlijke radioactieve stoffen de grond in smelt. Ook produceert een thoriumcentrale in vergelijking met uraniumcentrales weinig actiniden. Actiniden zijn isotopen die langdurig sterk radioactief blijven en vormen het meest problematische deel van het radioactieve afval dat overblijft in een kerncentrale.

Covra de opslag
In Nederland wordt radioactief afval opgeslagen bij COVRA. Het wordt in beton gegoten en in een loods minstens 100 jaar bewaard. Daarna, als het stralingsniveau flink is afgenomen, worden de vaten op een nog te bepalen plek diep in de grond begraven.

Schoner, veiliger en onafhankelijk

In eerste instantie werd er in de Verenigde Staten onderzoek gedaan naar de thoriumcentrale, maar in de jaren ’70 werd de stekker eruit getrokken. Nu wordt het weer opgepakt door China. De Chinese academie van wetenschappen kondigde deze maand aan dat ze binnen twintig jaar een thoriumreactor willen ontwikkelen.

Daarmee zouden ze een voorsprong nemen op de andere landen die energie winnen uit kernsplijting. Niet alleen zouden ze schonere en minder gevaarlijke kernenergie hebben dan andere landen, maar ze zouden de splijtstof gewoon uit eigen bodem kunnen winnen zodat ze geen economische afhankelijkheid van het buitenland meer hebben. De verwachting is daarom dat de aankondiging ook andere landen zal inspireren om de ontwikkeling van een thoriumcentrale te onderzoeken. Met name voor de Verenigde Staten is het een interessante optie, omdat zij over de grootste natuurlijke thoriumvoorraad ter wereld beschikken.

De bouw van thoriumcentrales neemt natuurlijk de vraag naar een echte schone, hernieuwbare energiebron niet weg. Maar zonne-energie en kernfusie zijn nog lang niet geschikt om in de wereldwijde energiebehoefte te voorzien. Tot die tijd kan kernenergie uit thorium wellicht een relatief schoon en veilig alternatief bieden.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 februari 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.